RU2323047C1 - Catalytic micro-passage plates and method of their making - Google Patents
Catalytic micro-passage plates and method of their making Download PDFInfo
- Publication number
- RU2323047C1 RU2323047C1 RU2006123191/04A RU2006123191A RU2323047C1 RU 2323047 C1 RU2323047 C1 RU 2323047C1 RU 2006123191/04 A RU2006123191/04 A RU 2006123191/04A RU 2006123191 A RU2006123191 A RU 2006123191A RU 2323047 C1 RU2323047 C1 RU 2323047C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- metal
- channels
- suspension
- pores
- Prior art date
Links
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 61
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 71
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 18
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 10
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 abstract 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 18
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M aluminum;oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Al+3] VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002845 Pt–Ni Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001651 catalytic steam reforming of methanol Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010283 detonation spraying Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000007210 heterogeneous catalysis Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- -1 porosity Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гетерогенного катализа и каталитических микрореакторов и направлено на получение композитных микроканальных пластин, содержащих катализатор и металлический носитель.The invention relates to the field of heterogeneous catalysis and catalytic microreactors and is aimed at producing composite microchannel plates containing a catalyst and a metal carrier.
Основной проблемой, которую необходимо решить при проведении эндо- и экзотермических каталитических реакций, является увеличение значений массо- и теплопереноса. Решением проблемы может быть нанесение слоя катализатора на металлический носитель, обладающий высокой теплопроводностью. При этом слой катализатора должен быть довольно тонким, чтобы массоперенос реагентов в ходе реакции не был лимитирующей стадией.The main problem that must be solved when carrying out endo- and exothermic catalytic reactions is an increase in the mass and heat transfer values. The solution to the problem can be the deposition of a catalyst layer on a metal carrier with high thermal conductivity. In this case, the catalyst layer should be rather thin so that the mass transfer of the reactants during the reaction is not a limiting stage.
Данная проблема решается в каталитических микрореакторах, где введение катализатора в каналы субмиллиметровых размеров обеспечивает большое соотношение «поверхность/объем» микроканалов, необходимое для протекания реакции число соударений реагирующих молекул со стенками микрореактора в единицу времени и очень высокие скорости массо- и теплопереноса - на 1-2 порядка выше, чем в системах с закрепленным слоем катализатора.This problem is solved in catalytic microreactors, where the introduction of a catalyst into submillimeter-sized channels provides a large surface-to-volume ratio of microchannels, the number of collisions of reacting molecules with the walls of the microreactor per unit time and very high mass and heat transfer rates are 1- 2 orders of magnitude higher than in systems with a fixed catalyst bed.
Закрепление катализатора на стенках микроканалов обычно достигается естественной адгезией материала катализатора либо введением в состав катализатора связующего компонента (например, гамма-оксид алюминия или псевдобемит), который обеспечивает контакт частиц катализатора со стенкой канала. Такие способы просты и являются универсальными, однако обладают рядом недостатков. Не всегда катализатор обладает достаточно прочной адгезией к гладкой металлической, как правило, поверхности микроканала. Более того, при термоциклировании из-за разности температурных коэффициентов расширения металла и материала катализатора происходит отслаивание катализатора и забивание каналов микрореактора в ходе проведения реакции.The fixation of the catalyst on the walls of the microchannels is usually achieved by natural adhesion of the catalyst material or by the introduction of a binder component (for example, gamma-alumina or pseudoboehmite) in the catalyst, which ensures contact of the catalyst particles with the channel wall. Such methods are simple and universal, however, they have a number of disadvantages. Not always the catalyst has a sufficiently strong adhesion to a smooth metal, usually the surface of the microchannel. Moreover, during thermal cycling, due to the difference in temperature coefficients of expansion of the metal and the catalyst material, the catalyst is peeled off and the channels of the microreactor become clogged during the reaction.
Основным методом нанесения носителей для катализаторов на микроканальные пластины (МКП) является нанесение суспензий высокодисперсных материалов с последующей термообработкой и пропиткой активным компонентом катализатора. В заявках US 2005170142, B01J 19/00, 13.05.04; WO 2004039490, B01J 19/00, 4.08.05 для получения прочного слоя γ-Al2O3 на металлических микроканалах в качестве связующего компонента используют изопропилат алюминия, который сначала гидролизуют водой, пептизируют добавлением кислоты, затем к полученному золю добавляют γ-Al2О3 с большой удельной поверхностью (>200 м2/г). После термообработки при 450°С процесс повторяют для получения покрытия желаемой толщины.The main method of applying supports for catalysts on microchannel plates (MKP) is to apply suspensions of finely dispersed materials, followed by heat treatment and impregnation of the active component of the catalyst. In the applications US 2005170142, B01J 19/00, 05/13/04; WO2004039490, B01J 19/00, 08/08/05 to obtain a strong layer of γ-Al 2 O 3 on metal microchannels, aluminum isopropylate is used as a binder component, which is first hydrolyzed with water, peptized by addition of acid, then γ-Al 2 is added to the obtained sol O 3 with a large specific surface area (> 200 m 2 / g). After heat treatment at 450 ° C, the process is repeated to obtain a coating of the desired thickness.
В патенте US 6958310, B01J 12/00, 2.10.03 предложен способ нанесения катализатора на металлический носитель - композицию из тонких нитей фехраля, так называемый металлический войлок. Сформированные из этого материала пластины пропитывают суспензией из готового катализатора, а затем сушат. В патенте US 6936237, B01J 12/00, 4.10.01 такой же способ используют для приготовления микроканальных пластин (МКП), содержащих Pd-Zn/Al2O3 катализатор для паровой конверсии метанола.In the patent US 6958310, B01J 12/00, 2.10.03, a method for applying a catalyst to a metal carrier is proposed - a composition of thin strands of fechral, the so-called metal felt. The plates formed from this material are impregnated with a suspension of the finished catalyst, and then dried. In the patent US 6936237, B01J 12/00, 4.10.01 the same method is used for the preparation of microchannel plates (MCP) containing Pd-Zn / Al 2 O 3 catalyst for the steam reforming of methanol.
Известен способ получения каталитически активного слоя путем плазменного напыления на металлический носитель порошковой композиции, содержащей, в основном, гидроксид алюминия, затем металлический носитель с напыленным слоем подвергают термообработке и затем наносят слой оксидного катализатора (RU 2259879, B01J 37/025, 10.09.05). В патенте RU 2205787, B01J 37/025, 10.06.03 нанесение адгезионного подслоя и катализатора на металлическую ленту также осуществляется с помощью плазменного напыления.A known method for producing a catalytically active layer by plasma spraying onto a metal carrier a powder composition containing mainly aluminum hydroxide, then the metal carrier with a sprayed layer is subjected to heat treatment and then an oxide catalyst layer is applied (RU 2259879, B01J 37/025, 09/10/05) . In the patent RU 2205787, B01J 37/025, 10.06.03, the application of an adhesive sublayer and a catalyst on a metal strip is also carried out using plasma spraying.
В патенте US 6670305, B01J 23/42, 14.11.02 описан метод изготовления микроканальной системы, включающий в себя нанесение смеси катализатора и органического связующего на металлическую ленту, предварительно механически обработанную для повышения адгезии. После нанесения композиции ленту сворачивают в спираль и подвергают термообработке. Таким образом образуются щелевидные микроканалы, заполненные катализатором.US Pat. No. 6,670,305, B01J 23/42, 11/14/02, describes a method for manufacturing a microchannel system, which involves applying a mixture of a catalyst and an organic binder to a metal tape previously machined to increase adhesion. After applying the composition, the tape is rolled into a spiral and subjected to heat treatment. In this way, slit-shaped microchannels filled with a catalyst are formed.
В патенте RU 2169614, B01J 37/025, 27.06.01 описан способ нанесения высокодисперсного оксида алюминия на металлическую подложку, заключающийся в том, что металлическую подложку из сплава, содержащего алюминий, например фехраль, термически обрабатывают при 850-920°С на воздухе. При этом на поверхности подложки образуется оксидный слой, обеспечивающий высокую адгезию наносимого покрытия к металлу.In the patent RU 2169614, B01J 37/025, 06/27/01, a method is described for depositing finely dispersed alumina on a metal substrate, the method being that the metal substrate of an alloy containing aluminum, for example fechral, is thermally treated at 850-920 ° C in air. In this case, an oxide layer is formed on the surface of the substrate, providing high adhesion of the coating to the metal.
В патенте RU 2248932, С01В 3/38, 27.03.05 в качестве носителя для катализатора используют слоистую структуру, представляющую слой металла с нанесенным непористым или малопористым оксидным покрытием, на которую затем наносят катализатор.In the patent RU 2248932, С01В 3/38, 03/27/05, a layered structure is used as a catalyst support, which is a metal layer coated with a non-porous or low-porous oxide coating, onto which the catalyst is then applied.
В патенте RU 2234978, B01J 32/00, 27.08.04 описан способ приготовления такой слоистой структуры методом детонационного напыления с последующим нанесением высокопористого оксидного покрытия и затем катализатора.Patent RU 2234978, B01J 32/00, 08.27.04 describes a method for preparing such a layered structure by detonation spraying followed by the application of a highly porous oxide coating and then a catalyst.
Наиболее близким является способ, в котором описывается нанесение катализатора на структурированные металлические носители (US 6762149, B01J 37/02, 9.01.03). В качестве носителя для катализатора используют пористые металлы в виде пены, войлока или нитей. Для увеличения адгезии металл подвергают химическому травлению неорганическими кислотами, затем методом осаждения из газовой фазы наносят буферный слой (TiO2, SiO2, Al2О3) и после этого методом окунания в суспензию носителя катализатора формируют каталитически активный слой.The closest is the method in which the deposition of the catalyst on the structured metal supports (US 6762149, B01J 37/02, 9.01.03) is described. As a carrier for the catalyst, porous metals in the form of foam, felt or threads are used. In order to increase adhesion, the metal is chemically etched with inorganic acids, then a buffer layer (TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 ) is applied by gas vapor deposition, and then a catalytically active layer is formed by dipping into the suspension of the catalyst carrier.
Недостатками известных методов формирования каталитически активного слоя на поверхности металлического носителя являются сложность подготовки металлической поверхности - создание буферных оксидных слоев для лучшей адгезии катализатора к металлу, хрупкость и небольшая стойкость полученных композитов к термоциклированию. Данные способы пригодны для нанесения катализатора на уже готовые микроканальные структуры, однако последующее нанесение промежуточных слоев и катализатора может изменить первоначальные размеры микроканалов.The disadvantages of the known methods of forming a catalytically active layer on the surface of a metal carrier are the difficulty of preparing the metal surface — the creation of buffer oxide layers for better adhesion of the catalyst to the metal, the fragility and low resistance of the obtained composites to thermal cycling. These methods are suitable for applying a catalyst to ready-made microchannel structures, however, subsequent application of intermediate layers and a catalyst can change the initial sizes of microchannels.
Настоящее изобретение решает проблему закрепления катализатора на микроканальные пластины с помощью внедрения порошка катализатора в пористую металлическую матрицу с последующим формированием каналов заданного сечения.The present invention solves the problem of fixing the catalyst to microchannel plates by introducing catalyst powder into a porous metal matrix with the subsequent formation of channels of a given cross section.
Нами было обнаружено, что при определенных параметрах пористой металлической матрицы - материала матрицы, величины пористости, толщины матрицы, а также типа катализатора, возможно прочное закрепление порошка катализатора в порах такой металлической матрицы.We found that with certain parameters of the porous metal matrix — matrix material, porosity, matrix thickness, and also the type of catalyst, it is possible to solidify the catalyst powder in the pores of such a metal matrix.
Предложен способ приготовления каталитических микроканальных пластин внесением катализатора в виде суспензии в поры металлического носителя, при этом металлический носитель, помещенный в суспензию катализатора, подвергают ультразвуковой обработке, сушке и дальнейшему прессованию в пресс-форме с заданным рисунком каналов.A method for preparing catalytic microchannel plates by introducing a catalyst in the form of a suspension into the pores of a metal carrier is proposed, the metal carrier placed in the catalyst suspension is subjected to ultrasonic treatment, drying and further pressing in a mold with a given channel pattern.
Суспензия состоит из порошка катализатора и различных жидкостей, таких как вода, растворы солей, органические растворители, их смеси и др. Суспензия содержит 2-70 мас.% катализатора (например, катализатор паровой конверсии метанола состава Cu/ZnO, катализатор паровой конверсии метана состава Ni/MgAl2O4, катализатор парциального окисления метана состава Pt-Ni/ZrO2,) и не более 70 мас.% связующего компонента, например псевдобемит, гамма-оксид алюминия.The suspension consists of catalyst powder and various liquids such as water, salt solutions, organic solvents, mixtures thereof, etc. The suspension contains 2-70 wt.% Of the catalyst (for example, a methanol steam reforming catalyst of the Cu / ZnO composition, a methane steam reforming catalyst of the composition Ni / MgAl 2 O 4 , a catalyst for the partial oxidation of methane of the composition Pt-Ni / ZrO 2 ,) and not more than 70 wt.% Binder component, for example pseudoboehmite, gamma-alumina.
Внедрение порошка катализатора в поры металлической пластины происходит с помощью ультразвуковой обработки этой пластины, помещенной в суспензию порошка катализатора при температуре не выше 90°С, предпочтительно 0-90°С. Длительность такой обработки составляет не менее 1 мин, предпочтительно 1-60 мин. После ультразвуковой обработки металлическую пластину с внедренным в нее катализатором сушат при температуре не выше 200°С, предпочтительно 20-200°С.The introduction of catalyst powder into the pores of a metal plate occurs by ultrasonic treatment of this plate placed in a suspension of catalyst powder at a temperature not exceeding 90 ° C, preferably 0-90 ° C. The duration of such processing is at least 1 minute, preferably 1-60 minutes. After ultrasonic treatment, the metal plate with the catalyst embedded in it is dried at a temperature not exceeding 200 ° C, preferably 20-200 ° C.
Далее микроканалы получают прессованием таких пластин в пресс-форме с заданным рисунком каналов при давлении 20-300 атм.Further, microchannels are obtained by pressing such plates in a mold with a given pattern of channels at a pressure of 20-300 atm.
Количество каналов составляет от 2 до 120 шт на 1 см длины и зависит от размера пор в металле, минимальная ширина канала и перегородки между каналами должна быть больше размера поры в используемом металле в пять раз. Это касается и минимальной толщины пластины.The number of channels is from 2 to 120 pcs per 1 cm of length and depends on the size of the pores in the metal, the minimum width of the channel and the partition between the channels should be five times the size of the pores in the metal used. This also applies to the minimum plate thickness.
Односторонняя и двусторонняя печать каналов, то есть каналы могут быть расположены как с одной стороны, так и на обеих сторонах пластины.One-sided and two-sided printing of channels, that is, channels can be located both on one side and on both sides of the plate.
Рисунок каналов - любой, зависит от применяемой пресс-формы.The channel pattern - any, depends on the mold used.
В качестве пористого металлического носителя используют пенометаллы различной пористости, металлический войлок, металлическую вату (никель, медь, нержавеющая сталь, различные сплавы, обладающие пластичностью).Foam metals of various porosities, metal felt, metal wool (nickel, copper, stainless steel, various alloys with ductility) are used as a porous metal support.
Микроканальные пластины используются в микрореакторах для проведения разнообразных каталитических процессов, требующих высокой селективности целевого продукта, малых времен контакта реагентов с катализатором и большими значениями величин массо- и теплопереноса.Microchannel plates are used in microreactors for carrying out a variety of catalytic processes that require high selectivity of the target product, short contact times of the reactants with the catalyst, and large values of mass and heat transfer.
Основным отличием предлагаемого нами способа приготовления микроканальных металлических пластин и закрепления в них порошка катализатора от известных способов является наличие стадии предварительной ультразвуковой обработки пористого металла в суспензии порошка катализатора и стадии прессования полученного композита (пористого металла с порошком катализатора) при помощи пресс-формы с заданным рисунком каналов.The main difference between our proposed method of preparing microchannel metal plates and fixing the catalyst powder in them from the known methods is the stage of preliminary ultrasonic treatment of the porous metal in a suspension of the catalyst powder and the stage of pressing the resulting composite (porous metal with catalyst powder) using a mold with a given pattern channels.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Прямоугольную пластину из пеноникеля (открытая пористость 0,8, средний размер пор - 0,25 мм) размерами 30×40×1 мм подвергают ультразвуковой обработке в 30 мас.% спиртовой суспензии порошка катализатора паровой конверсии метанола Cu/ZnO со связующим - псевдобемитом в количестве 20 мас.% от массы катализатора. Время обработки составляет 15 мин. Далее полученный композит сушат при 200°С. В результате получают композиционный материал, состоящий из металлической матрицы, в которой находится 1,2 г катализатора.A rectangular foam nickel plate (open porosity 0.8, average pore size 0.25 mm) with dimensions 30 × 40 × 1 mm was subjected to ultrasonic treatment in 30 wt.% Alcohol suspension of a powder of the catalyst for steam conversion of methanol Cu / ZnO with a binder - pseudoboehmite in the amount of 20 wt.% by weight of the catalyst. Processing time is 15 minutes. Next, the resulting composite is dried at 200 ° C. The result is a composite material consisting of a metal matrix, which contains 1.2 g of catalyst.
Или композитный материал прессуют на специальной пресс-форме с заданным рисунком каналов при давлении 180 атм. В результате получают микроканальные пластины с размерами 30×40×0,2 мм, содержащие 120 прямолинейных каналов сечением 0,2×0,2 мм и длиной 40 мм.Or the composite material is pressed on a special mold with a given pattern of channels at a pressure of 180 atm. The result is a microchannel plate with dimensions of 30 × 40 × 0.2 mm, containing 120 rectilinear channels with a cross section of 0.2 × 0.2 mm and a length of 40 mm.
Пример 2.Example 2
Прямоугольную пластину из пористой нержавеющей стали (размер пор 20 мкм, объемная пористость 0,1) размерами 30×40×0,5 мм подвергают химическому травлению (смесь HF и HNO3 1:3) в течение 5 мин при комнатной температуре для увеличения объема пор. Ультразвуковую обработку этой пластины в 20 мас.% водной суспензии порошка катализатора со связующим - псевдобемитом в количестве 10 мас.% от массы катализатора паровой конверсии метана Ni/MgAl2O4 проводят в течение 15 мин при комнатной температуре. Далее полученный композит сушат при 200°С. В результате получают композиционный материал, состоящий из металлической матрицы, в которой находится 0,14 г порошка катализатора.A rectangular plate of porous stainless steel (pore size 20 μm, bulk porosity 0.1) with dimensions of 30 × 40 × 0.5 mm was subjected to chemical etching (mixture of HF and HNO 3 1: 3) for 5 min at room temperature to increase the volume since Ultrasonic treatment of this plate in a 20 wt.% Aqueous suspension of catalyst powder with a pseudoboehmite binder in an amount of 10 wt.% By weight of the Ni / MgAl 2 O 4 methane steam reforming catalyst is carried out for 15 minutes at room temperature. Next, the resulting composite is dried at 200 ° C. The result is a composite material consisting of a metal matrix, which contains 0.14 g of catalyst powder.
Далее композитный материал прессуют на специальной пресс-форме с заданным рисунком каналов при давлении 180 атм. В результате получают микроканальные пластины с размерами 30×40×0,2 мм, содержащие 2 прямолинейных канала сечением 10×0,2 мм и длиной 40 мм.Next, the composite material is pressed on a special mold with a given pattern of channels at a pressure of 180 atm. The result is microchannel plates with dimensions of 30 × 40 × 0.2 mm, containing 2 rectilinear channels with a cross section of 10 × 0.2 mm and a length of 40 mm.
Пример 3.Example 3
Прямоугольную пластину из пористого титана (размер пор 20 мкм, объемная пористость 0,15) размерами 30×40×0,3 мм подвергают химическому травлению (смесь HF и HNO3 1:3) для увеличения объема пор в течение 5 мин при комнатной температуре. Ультразвуковую обработку этой пластины в 30 мас.% этанольной суспензии порошка катализатора парциального окисления метана Pt-Ni/ZrO2 со связующим - псевдобемитом в количестве 5 мас.% от массы катализатора проводят в течение 15 мин при комнатной температуре. Далее полученный композит сушат при 200°С. В результате получают композиционный материал, состоящий из металлической матрицы, в которой находится 0,06 г порошка катализатора.A rectangular plate of porous titanium (pore size 20 μm, bulk porosity 0.15) with dimensions of 30 × 40 × 0.3 mm is subjected to chemical etching (a mixture of HF and HNO 3 1: 3) to increase pore volume for 5 min at room temperature . Ultrasonic treatment of this plate in 30 wt.% Ethanol suspension of a powder of a catalyst for partial oxidation of methane Pt-Ni / ZrO 2 with a binder - pseudoboehmite in the amount of 5 wt.% By weight of the catalyst is carried out for 15 minutes at room temperature. Next, the resulting composite is dried at 200 ° C. The result is a composite material consisting of a metal matrix, which contains 0.06 g of catalyst powder.
Далее композитный материал прессуют на специальной пресс-форме с заданным рисунком каналов при давлении 180 атм. В результате получают микроканальные пластины с размерами 30×40×0,2 мм, содержащие 20 прямолинейных каналов сечением 10×0,2 мм и длиной 40 мм.Next, the composite material is pressed on a special mold with a given pattern of channels at a pressure of 180 atm. The result is a microchannel plate with dimensions of 30 × 40 × 0.2 mm, containing 20 rectilinear channels with a cross section of 10 × 0.2 mm and a length of 40 mm.
Пример 4.Example 4
Прямоугольную пластину из металлического войлока (фехраль, толщина нитей 0.05 мм, открытая пористость 0,9) размерами 30×40×2 мм подвергают ультразвуковой обработке в 30 мас.% спиртовой суспензии порошка катализатора паровой конверсии метанола Cu/ZnO со связующим - псевдобемитом в количестве 20 мас.% от массы катализатора. Время обработки составляет 15 мин. Далее полученный композит сушат при 200°С. В результате получают композиционный материал, состоящий из металлической матрицы, в которой находится 2,2 г катализатора.A rectangular plate made of metal felt (fechral, filament thickness 0.05 mm, open porosity 0.9) with dimensions of 30 × 40 × 2 mm was subjected to ultrasonic treatment in 30 wt.% Alcohol suspension of powder of catalyst for steam conversion of methanol Cu / ZnO with a binder - pseudoboehmite in the amount of 20 wt.% By weight of the catalyst. Processing time is 15 minutes. Next, the resulting composite is dried at 200 ° C. The result is a composite material consisting of a metal matrix, which contains 2.2 g of catalyst.
Далее композитный материал прессуют на специальной пресс-форме с заданным рисунком каналов при давлении 180 атм. В результате получают микроканальные пластины с размерами 30×40×0,5 мм, содержащие 10 прямолинейных каналов сечением 10×0,2 мм и длиной 40 мм.Next, the composite material is pressed on a special mold with a given pattern of channels at a pressure of 180 atm. The result is a microchannel plate with dimensions of 30 × 40 × 0.5 mm, containing 10 rectilinear channels with a cross section of 10 × 0.2 mm and a length of 40 mm.
Пример 5.Example 5
С помощью механического обжатия формируют прямоугольную пластину из металлического ваты (медь, толщина нитей 0.02 мм, открытая пористость 0,95) размерами 30×40×5 мм подвергают ультразвуковой обработке в 30 мас.% спиртовой суспензии порошка катализатора паровой конверсии метанола Cu/ZnO со связующим - псевдобемитом в количестве 20 мас.% от массы катализатора. Время обработки составляет 15 мин. Далее полученный композит сушат при 200°С. В результате получают композиционный материал, состоящий из металлической матрицы, в которой находится 2,4 г катализатора.Using mechanical compression, a rectangular metal wool plate is formed (copper, filament thickness 0.02 mm, open porosity 0.95) with dimensions of 30 × 40 × 5 mm and subjected to ultrasonic treatment in 30 wt.% Alcohol suspension of a powder of the catalyst for steam conversion of methanol Cu / ZnO with binder - pseudoboehmite in an amount of 20 wt.% by weight of the catalyst. Processing time is 15 minutes. Next, the resulting composite is dried at 200 ° C. The result is a composite material consisting of a metal matrix in which 2.4 g of catalyst is located.
Далее композитный материал прессуют на специальной пресс-форме с заданным рисунком каналов при давлении 180 атм. В результате получают микроканальные пластины с размерами 30×40×0,5 мм, содержащие 50 прямолинейных каналов сечением 10×0,2 мм и длиной 40 мм.Next, the composite material is pressed on a special mold with a given pattern of channels at a pressure of 180 atm. The result is microchannel plates with dimensions of 30 × 40 × 0.5 mm, containing 50 rectilinear channels with a cross section of 10 × 0.2 mm and a length of 40 mm.
Таким образом, как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет получить микроканальные пластины, состоящие из металлической матрицы и порошка катализатора, с субмиллиметровыми каналами заданного сечения.Thus, as can be seen from the above examples, the proposed method allows to obtain microchannel plates, consisting of a metal matrix and catalyst powder, with submillimeter channels of a given cross section.
Микроканальные каталитические пластины и способ их изготовления может найти широкое применение в каталитических микрореакторах, работающих в высокоэндотермичных или высококзотермичных процессах, например в реакции паровой конверсии метанола, паровой конверсии метана, парциального окисления метана и др.Microchannel catalyst plates and a method for their manufacture can be widely used in catalytic microreactors operating in highly endothermic or highly cothermic processes, for example, in the reaction of steam methanol conversion, steam methane conversion, partial methane oxidation, etc.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006123191/04A RU2323047C1 (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Catalytic micro-passage plates and method of their making |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006123191/04A RU2323047C1 (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Catalytic micro-passage plates and method of their making |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006123191A RU2006123191A (en) | 2008-01-20 |
| RU2323047C1 true RU2323047C1 (en) | 2008-04-27 |
Family
ID=39107965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006123191/04A RU2323047C1 (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Catalytic micro-passage plates and method of their making |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2323047C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2383389C1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-03-10 | Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) | Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions |
| RU2665711C1 (en) * | 2018-06-15 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Method for preparing catalyst for conversion of hydrocarbon fuels in synthesis gas and conversion process with application thereof |
| WO2021007848A1 (en) * | 2019-07-18 | 2021-01-21 | 浙江大学 | Foamed microchannel film with foam pores interconnected with microchannels, and preparation method therefor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1194543A (en) * | 1982-07-08 | 1985-10-01 | Hansraj J. Maru | Fuel cell catalyst member and method of making same |
| US6762149B2 (en) * | 1998-07-27 | 2004-07-13 | Battelle Memorial Institute | Catalyst, method of making, and reactions using the catalyst |
| RU2234978C1 (en) * | 2003-10-13 | 2004-08-27 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Metal-based catalyst carrier (options) and a method for preparation thereof (options) |
| RU2248932C1 (en) * | 2003-10-13 | 2005-03-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalyst (options), method for preparation thereof (options) and synthesis gas generation method (option) |
-
2006
- 2006-06-29 RU RU2006123191/04A patent/RU2323047C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1194543A (en) * | 1982-07-08 | 1985-10-01 | Hansraj J. Maru | Fuel cell catalyst member and method of making same |
| US6762149B2 (en) * | 1998-07-27 | 2004-07-13 | Battelle Memorial Institute | Catalyst, method of making, and reactions using the catalyst |
| RU2234978C1 (en) * | 2003-10-13 | 2004-08-27 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Metal-based catalyst carrier (options) and a method for preparation thereof (options) |
| RU2248932C1 (en) * | 2003-10-13 | 2005-03-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalyst (options), method for preparation thereof (options) and synthesis gas generation method (option) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2383389C1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-03-10 | Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) | Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions |
| RU2665711C1 (en) * | 2018-06-15 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Method for preparing catalyst for conversion of hydrocarbon fuels in synthesis gas and conversion process with application thereof |
| WO2021007848A1 (en) * | 2019-07-18 | 2021-01-21 | 浙江大学 | Foamed microchannel film with foam pores interconnected with microchannels, and preparation method therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006123191A (en) | 2008-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4982717B2 (en) | Catalyst, production method thereof, and reaction using catalyst | |
| Giani et al. | Washcoating method for Pd/γ-Al2O3 deposition on metallic foams | |
| JP5103386B2 (en) | Improved high selective oxidation catalyst containing platinum, copper and iron | |
| JP2012110894A5 (en) | ||
| TW201119743A (en) | Catalyst-coated support, process for preparation thereof, a reactor equipped therewith and use thereof | |
| JP2006518269A (en) | Coated microstructure and manufacturing method | |
| CN114531855A (en) | Cobalt-containing metal foam element and method for the production thereof | |
| RU2323047C1 (en) | Catalytic micro-passage plates and method of their making | |
| US8084085B2 (en) | Coated microstructures and methods of coating same | |
| CN103958442A (en) | Process for preparing porous mullite-containing composites | |
| JP2000301002A (en) | Manufacture of catalystic device | |
| KR20060066715A (en) | Alumina Coated Metal Structures and Catalyst Structures | |
| US7985708B2 (en) | Methods of making and using a catalyst | |
| RU61589U1 (en) | CATALYTIC MICROCHANNEL PLATES | |
| JP2002066337A (en) | High heat transfer catalyst and method for producing the same | |
| KR102141105B1 (en) | A method of producing a metal support for carrying a catalyst having improved catalyst carrying amount and peel durability during thermal shock | |
| CN107619365B (en) | Process for the spontaneous catalytic decomposition of hydrogen peroxide | |
| JP2008068241A (en) | Microreactor and manufacturing method thereof | |
| CN103328097A (en) | Catalyst comprising active particles physically pinned to the support | |
| JP2003245562A (en) | Method for manufacturing micro-catalyst reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170630 |