Разработка упрочненного материала на основе Al2O3 для использования в установках по сжиганию отходов

Каталитическое сжигание в кипящем слое является наиболее экологичным и энергоэффективным способом переработки различных топлив, в том числе низкосортных. Технология предполагает окисление летучих веществ на поверхности частиц катализатора, разбавленного в кипящем слое инертным материалом. Традиционное использование кварцевого песка в качестве инертного материала приводит к ускоренному разрушению катализатора при эксплуатации путем его истирания. Работа посвящена исследованию влияния модифицирования магнием сферического активного Al2O3 и разработке упрочненного материала (обладающего сопоставимыми с КГО значениями прочности на раздавливание и истирание), способного минимизировать потери КГО. Получение модифицированного носителя осуществлялось пропиткой раствором предшественника (нитрат и ацетат) сферических гранул Al2O3 с последующим прокаливанием гранул при 800 °C. Полученные гранулы были исследованы методами рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ОЭС-ИСП), низкотемпературной адсорбции азота (по БЭТ), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Также была определена их механическая прочность и каталитическая активность в окислении CO. Обнаружено линейное увеличение прочностных характеристик Al2O3 при введении магния от 2 до 9 мас.%. В лабораторных условиях использование подобранного материала позволило снизить потери катализатора при 4,5-часовом истирании в 3 раза по сравнению с кварцевым песком.

1. Simonov A.D., Fedorov I.A., Dubinin Y.V., Yazikov N.A., Yakovlev V.A., Parmon V.N. // Catalysis in Industry. 2013. V. 5, P. 42 – 49. https://doi.org/10.1134/S207005041301008X

2. Пат. 2057988 (РФ). Способ сжигания топлива. А.Д. Симонов, Н.А. Языков. Патент России № 2057988, БИ № 10, 1996.

3. Исмагилов З. Р., Шкрабина Р. А., Корябкина Н. А. // Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. 1998. №. 50. С. 1 – 80.

4. Клишин А. П. Формирование кристаллических фаз в оксидах алюминия и циркония в постоянном магнитном поле при спекании компактированных порошков: дис. … канд. физ.-мат. наук. – Томск, 2020. – 173 с.

5. Кириченко О.А. Исследование стабильности структурно-механических свойств катализаторов в условиях сжигания топлив и разработка оксидных алюмомагнийхромовых катализаторов для КГТ: дис. … канд. хим. наук. – Новосибирск, 1986. – 190 с.

6. Шкрабина Р. А. Закономерности формирования и регулирования физико-химических и структурно-механических свойств сферических алюмооксидных носителей: дис. … д-ра хим. наук. – Новосибирск, 1997. – 328 с.

7. Шепелева М.Н. Разработка способа получения высокопрочного сферического оксида алюминия носителя катализаторов для каталитических генераторов тепла: дис. … канд. тех. наук. – Новосибирск, 1988. – 224 с.

8. Miller J. R., LaLama M. J., Kusnic R. L., Wilson d. E., Kiraly P.M., Dickson S. W., Zeller M. // Journal of Solid-State Chemistry. 2019. V. 270. P. 1 – 10. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2018.10.041

9. Ruvinskiy P.S., Kukushkin R.G., Dubinin Y.V., Yazykov N.A., Yakovlev V.A. // Chemical Engineering Research and Design. 2022. V. 188. P. 541 –544. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.10.016

10. Чукин Г.Д. Строение оксида воздействует и на катализаторы гидрообессеривания. Механизмы открытия. М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. 288 с.

11. Yoneda Y., Fujimoto A., Makishima S. // The Journal of Physical Chemistry. 1959. V. 63. №. 12. P. 1987 – 1990. https://doi.org/10.1021/J150582A001

12. Yoneda Y., Makishima S., Hirasa K. // Journal of the American Chemical Society. 1958. V. 80. №. 17. P. 4503 – 4507. https://doi.org/10.1021/ja01550a018