Способ получения газопроницаемых сеток из благородных металлов для каталитических процессов

 

Сущность изобретения: продукт - круглые сетки для применения в качестве катализаторов при сжигании аммиака и как сетки для регенерации платиновых металлов - готовят из проволоки платины с 4-12% родия или 4-12% палладия и родия, и проволоки из палладия с 2-15% никеля или 2-15% меди, или 2-15% никеля и меди, которые имеют диаметр 50-120 мкм, прочность на разрыв 900-1050 Н/мм² и предельное растяжение 0,5-3%. Для этого используют плосковязальную машину с делением между 3,63 и 1,81 мм, причем длина петли должна находиться в пределах между 2 и 6 мм. Характеристика: способ позволяет изготовлять сетки заданной формы без использования вспомогательной нити.

Изобретение касается способа получения газопроницаемых сеток из благородных металлов для каталитических процессов, в частности для каталитического окисления аммиака воздухом, или для регенерации металлической платины, улетучивающейся при каталитическом сжигании аммиака, путем плетения проволоки из платиновых и палладиевых сплавов на вязальных машинах.

Применение катализаторов из благородных металлов в виде газопроницаемых сеток - хорошо зарекомендовавший себя метод, позволяющий проводить каталитические процессы с оптимальными выходами. Наиболее известный пример такого использования - применение катализаторных сеток из платинородиевых сплавов при сжигании аммиака при производстве азотной кислоты.

Сетчатое строение катализаторных слоев отличается целым рядом преимуществ в сравнении с обычной структурой. Сетчатая форма позволяет, например обеспечить большую поверхность соприкосновения при высокой механической прочности. Изготовление металлических нитей и их "прядение" является опробированным методом укрепления структуры при переработке каталитически активных металлов и металлических сплавов. Такие катализаторные сетки изготавливаются на ткацких станках в виде полотна и в соответствии с размером установки для сжигания вывязываются по кругу. При этом имеют место значительные потери благородных металлов, использующихся при переработке.

Однако преимущество сеток состоит в том, что благодаря петлям образуется однородная структура из металлических нитей и свободных пропускных отверстий для газа.

Неоднородностей, возникающих, например, в виде швов или сварных узлов, препятствующих равномерному прохождению газового потока, следует избегать.

Сетки, изготовленные по такому методу, могут быть использованы также для регенерации благородных металлов, например, при сжигании аммиака. С помощью сеток из палладиевых сплавов удается снова использовать большую часть благородных металлов, которая улетучивается в ходе каталитических процессов на платино-родиевых сетках.

"Тканые" сетки отличаются целым рядом недостатков, обусловленных методом их производства. Речь идет, в первую очередь, о значительных временных затратах, связанных с оснащением и переоборудованием ткацких станков, вырабатыванием тканых полотнищ большой длины и разрезанием круглых сетей из прямоугольных полотен с 35% обрезками.

Все эти обстоятельства, а именно значительные временные затраты, большое количество обрезков, высокие материальные затраты благородных металлов, обусловили высокую себестоимость процесса.

Тканые сетки можно заменить газопроницаемыми сетями другой конфигурации. Так, например, для этой цели могут быть использованы перфорированная металлическая фольга и прочес металлических волокон (ДЕ-Р 1594716), металлический войлок (ДЕ-Р 2829035) или сваляные проволочные образования (ДЕ-0 2248811) [1-3].

Однако такие варианты конфигураций не находят практического применения, поскольку они негативно влияют, прежде всего, на соотношения потоков в реакционном пространстве.

В европейском патенте N 0077121 впервые упоминается использование плетеных сеток для регенерации благородных металлов при сжигании аммиака, однако не приводится никаких данных относительно формы и производства [4].

В европейской патентной заявке N 0364153 описан метод изготовления сеток из благородных металлов, в частности для каталитического сжигания аммиака и регенерации благородных металлов, при котором на прядильных машинах производится плетение сетей из сплавов благородных металлов вместе с вспомогательными нитями из натуральных или искусственных волокон [5]. Скручивание проволоки из чистых сплавов на плоских платформах при нагрузках более 200 г/м² невозможно, так как при прядении и свивании металлические нити ломаются и рвутся, причем прочность на разрыв, диаметр проволоки и тягучесть, а также коэффициент поверхностного трения не играют при этом никакой роли. Скручивание с вспомогательной нитью имеет, однако, недостаток, состоящий в том, что перед применением сетей ее необходимо удалять, что обычно производится путем выжигания или растворения. Способ дорогостоящ и кроме того связан с вероятностью загрязнения металлических сплавов, что в свою очередь может привести к нежелательному воздействию на его каталитическую активность и количество регенерируемого металла.

Поэтому задачей изобретения было разработать способ изготовления газопроницаемых сеток из благородных металлов для каталитических процессов, в особенности для каталитического окисления аммиака или для регенерации улетучивающихся при каталитическом сжигании металлов группы платины посредством сплетения проволок из сплавов платины или палладия на вязальных машинах, по которому не требуется вспомогательной нити при вязании, и которые несмотря на это, могут достигать требуемой для таких процессов удельной плотности более 300 г/м².

Эта задача решается за счет того, что используют проволоку из платино-родиевых сплавов с 4-12 мас.% родия, или проволоку из платино-палладий-родиевых сплавов с 4-12 мас.% палладия и родия, или проволоку из палладий-никелевых сплавов с 2-15 мас.% никеля или проволоку из палладий-медных сплавов с 2-15 мас.% меди, или проволоку из палладий-никель-медных сплавов с 2-15 мас.% никеля и меди, которая имеет диаметр 50-120 мкм, прочность на разрыв 900-1050 Н/мм² и предельное растяжение 0,5-3% и что применяют плосковязальные машины, деление которых между 3,63 и 1,81 мм, а длина петли между 2 и 6 мм. Под делением понимают согласно DIN 60917 расстояние между серединами двух соседних игл одного и того же иглодержателя. Деление 3,63-1,81 мм соответствует количеству игл на дюйм от 7 до 14.

В большинстве случаев считается целесообразным связывать вместе две и более металлических нити.

При сохранении указанных параметров, при использовании платино-родиевой проволоки, содержащей 10 мас.% родия или платино-никелевой проволоки, содержащей 5 % никеля, без применения вспомогательных нитей неожиданно удалось изготавливать сети с безупречно выполненными петлями, которые не вызывают неоднородностей при использовании в газовом потоке. Разломы и разрывы при этом отмечаются. Нагрузка на платформу не превышает 300 г/м².

Применение плосковязальных машин обеспечивает существенное преимущество, состоящее в том, что вывязываемое полотно можно изготавливать точно по конечному размеру, необходимого диаметра, что даст возможность избежать обрезков, требующих дальнейшей переработки.

П р и м е р 1. Для изготовления круглой катализаторной сетки для сжигания аммиака диаметром 2300 мм используют плосковязальную машину с 12 иглами на ед. Из двойной проволоки вывязывается полотно, содержащее 90% платины и 10% родия. Диаметр проволоки 76 м, прочность на растяжение - 930 Н/мм², предельное растяжение 1%. Глубина кулирования при плетении 2,8 мм. Получается сетка с нагрузкой на платформу 600 г/м², хорошо зарекомендовавшая себя в установках для сжигания аммиака.

П р и м е р 2. Для изготовления круглой катализаторной сетки для сжигания аммиака используется двухфанговая плосковязальная машина, имеющая 10 игл на дюйм.

Для плетения используется проволока, имеющая следующий состав: 95% палладия/5 % никеля. Диаметр проволоки - 90 м, прочность на растяжение - 920 Н/мм², предельное растяжение 1%. Глубина кулирования при плетении 3,9 мм. Получается сетка диаметром 3700 мм, диаметр нагрузки на платформу 500 г/м², в случае, если для плетения используется двойная проволока. Количество металлической платины, которое удается регенерировать на установках по сжиганию аммиака, примерно такое же, как и количество соответственно вытканных сетей.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМЫХ СЕТОК ИЗ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, в особенности для каталитического окисления аммиака или для регенерации улетучивающихся при каталитическом сжигании аммиака металлов платиновой группы, посредством сплетения проволок из сплавов платины или палладия на вязальных машинах, отличающийся тем, что используют проволоку из платино-родиевых сплавов с 4 - 12 мас.% родия, или проволоку из платино-палладиево-родиевых сплавов с 4 - 12 мас.% палладия и родия, или проволоку из палладий-никелевых сплавов с 2 - 15 мас.% никеля, или проволоку из палладий-медных сплавов с 2 - 15 мас.% меди, или проволоку из палладий-никель-медных сплавов с 2 - 15 мас.% никеля и меди, при этом проволока имеет диаметр 50 - 120 мкм, прочность на растяжение 900 - 1050 Н/мм² и предельное растяжение 0,5 - 3%, в качестве вязальных машин применяют плосковязальные машины с делением 3,63 - 1,81 мм, а длина петли - 2 - 6 мм.