способ изготовления фильтрующей пенокерамики

Формула изобретения

Способ изготовления фильтрующей пенокерамики, включающий пропитку органической пены керамическим шликером, содержащим оксиды алюминия, магния, кремния, и последующую сушку, отличающийся тем, что пропитку проводят керамическим шликером, содержащим алюмосиликатную пыль электрофильтров с содержанием Аl₂О₃, магнезитовый шлам, оксид калия и металлургический тонкодисперсный шлак или смесь солей железа II и III и галлия в соотношении 1: 2: 1, при следующем соотношении, маc. %:

Алюмосиликатная пыль в расчете на Аl₂O₃ - 30 - 90

Магнезитовый шлам - 0,5 - 20

К₂O - 2 - 8

SiO₂ - 4,0 - 40

Металлургический шлак или указанная смесь солей железа и галлия - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды, рекомендуется использовать для очистки вод и промышленных газов и единой полной очистки бензина, дизельного топлива и выхлопных газов автомобилей, судовых двигателей, локомотивов и прочих двигателей внутреннего сгорания и уменьшения расхода топлива, рафинированию металлов и сплавов, в качестве проводящей керамики, в авиации.

Происходит единая полная очистка топлива и выхлопных газов от тяжелых углеводородов, углерода, оксидов углерода, оксидов серы, оксидов азота, тетраэтилсвинца и прочих примесей.

Известен способ очистки, отработки загрязнителей, образующихся в выхлопных газах двигателей над слоем цеолита с последующим пропусканием потока газов над катализатором, содержащим металл из группы платины, палладия, родия, рутения и их смесей (патент США 5078979, опубл. 07.01.1992, B 01 D 53/36).

Недостатком данного способа является сложность использования двухслойного катализатора и необходимость применения дорогостоящих металлов.

Известен способ очистки выхлопных газов с применением катализатора денитрации для высокотемпературных выхлопных газов, содержащий соединения церия или железа, нанесенные на цеолит.

Однако указанный катализатор позволяет очищать выхлопные газы только от оксидов азота (патент США 5271913, опубл. 21.12.1993, B 01 D 53/34).

Известен способ очистки выхлопных газов от монооксида углерода и оксидов азота и углеводородов на катализаторе на цеолите с нанесенным на него ионами меди и редкоземельного, щелочноземельного или металла переменной валентности (патент США 5270024, опубл. 14.12.1993 г., B 01 J 8/06). Недостатком данного способа является сложность в изготовлении и использовании катализатора.

Известен способ очистки выхлопных газов с помощью катализаторов на пенометалле (авторское свидетельство 1815354, опубл. 15.03.1993 г., F 01 N 3/02). Недостатком данного способа является трудность в его изготовлении и применение дорогостоящих материалов.

Известен способ очистки выхлопных газов с помощью фильтров сотовой структуры с каталитической поверхностью. Недостатком данного способа является недостаточная очистка от углерода и монооксидов углерода из-за сквозных параллельных каналов (патент РФ 2108140, опубл. 10.04.1998 г., В 01 D 53/86, 53/75), сложность в изготовлении двухслойного катализатора.

Известны способы очистки дизельного топлива, бензина.

Известен способ очистки топлива (авторское свидетельство 773067, опубл. 23.10.1980 г., C 10 L 1/04), где достигается снижение канцерогенных веществ в процессе сжигания. Недостатком является неполная очистка от тяжелых углеводородов, бензопирена.

Известен способ очистки топлива с помощью углеграфитовой ткани от оксидов азота (авторское свидетельство 1837946, опубл. 30.08.1993 г., В 01 D 53/36). Недостатком является неполная очистка от оксидов углерода, оксидов серы.

Известен способ очистки топлива (авторское свидетельство 1816792, опубл. 23.05.1993 г. , C 10 L 1/04). Уменьшается токсичность продуктов сгорания. Недостатком является неполное разложение углеводородов с длинной цепью.

Известен способ очистки топлива с применением ультразвука (авторское свидетельство 687108, опубл. 25.09.1979 г., C 10 L 1/02). Улучшается качество топлива, понижается температура застывания и топливо используют как зимнее. Недостаток - нет полной очистки от тяжелых углеводородов.

Потому для решения вопроса с точки зрения экологии окружающей среды необходима единая полная очистка топлива и выхлопных газов и уменьшение расхода топлива.

Известен способ очистки дизельного топлива с помощью алюмосиликатных присадок к топливу (авторское свидетельство 502926, опубл. 15.02.1976 г., C 10 L 1/12). Алюмосиликатные присадки удерживают серу и азот из топлива. Недостатком является то, что нет полной очистки от углерода, оксидов углерода и тяжелых углеводородов.

Присадки (по авторскому свидетельству 502926) по очистке топлива описаны в примере 2. По патенту РФ 2085266 (опубл. 27.07.1997 г., В 01 D 53/94) - представлены в примере 3 по очистке выхлопных газов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления фильтрующей пенокерамики, изложенный в авторском свидетельстве 1770314 (опубл. 23.10.1992, С 04 В 38/00) способ изготовления включает пропитку органической пены керамическим шликером, содержащим оксиды алюминия, кремния, магния.

Недостатком является неполная очистка от монооксидов углерода, тяжелых углеводородов, оксидов серы, азота, тетраэтилсвинца.

Задачей является использование: в авиации, в качестве проводящей керамики, рафинировании металлов, очистки вод и промышленных газов и единой полной очистки бензина, дизельного топлива, выхлопных газов и уменьшение расхода топлива двигателей внутреннего сгорания, использующих отечественные и импортные марки бензина, дизельного топлива от углерода, оксидов углерода, оксидов серы, оксидов азота, бензопиренов, тетраэтилсвинца, сероводорода, сероуглерода и прочих примесей контактированием их с пенокерамическим нейтрализатором.

Для решения поставленной задачи предложен способ изготовления фильтрующей пенокерамики, включающий пропитку органической пены керамическим шликером, содержащим оксиды алюминия, кремния, магния и последующую сушку, отличающийся тем, что пропитку проводят керамическим шликером, содержащим алюмосиликатную пыль электрофильтров с содержанием Аl₂О₃, магнезитовый шлам, оксид калия и металлургический тонкодисперсный шлак или смесь солей железа II и III и галлия в соотношении 1:2:1, при следующем соотношении в маc.%: алюмосиликатная пыль в расчете на Аl₂O₃ - 30-90, магнезитовый шлам - 0,5-20, К₂O - 2-8, SiO₂ - 4-40, металлургический шлак или указанная смесь солей железа и галлия - остальное.

С целью утилизации отходов керамического и металлургического производств, в своем составе керамика содержит алюмосиликатную пыль с электрофильтров, магнезитовый шлам, металлургический тонкодисперсный шлак с особыми свойствами или смесь солей железа II и III и галлия.

Таким образом в изготовлении нейтрализаторов используются самые дешевые материалы. Так как в составе предлагаемых пенокерамических блоков есть соли железа и галлия или металлургический шлак, содержащий карбиды металлов: карбид титана, карбид ванадия, карбид никеля, карбид кобальта, то эти блоки можно с успехом использовать для очистки воды и всевозможных промышленных газов, в качестве проводящей керамики, а также в авиации. Пенокерамические блоки данного состава без пропитки солями железа и галлия или металлургическим шлаком с успехом можно использовать для рафинирования всех металлов и сплавов. Поставленная задача достигается тем, что в качестве фильтров-нейтрализаторов используются пенокерамические фильтры и блоки.

Использование пенокерамических фильтров и блоков данного состава в литературе не описано.

Из заготовок органической пены изготавливались образцы шести составов заявляемого способа и два состава прототипов. Заготовки органической пены с размером ячеек 0,1-4,5 мм пропитывают керамическим шликером из отходов керамического производства - пыль с электрофильтров, магнезитовый шлам, металлургический тонкодисперсный шлак или смесь солей железа II и III и галлия в соотношении 1:2:1, при следующем соотношении в мас.%: алюмосиликатная пыль в расчете на Аl₂O₃ - 30-90, магнезитовый шлам - 0,5-20, К₂О - 2-8, SiO₂ - 4-40, металлургический шлак или указанная смесь солей железа и галлия - остальное.

Пропитанные заготовки сушат при температуре 250-300^oС и для очистки топлива можно использовать и безобжиговые образцы и обжиговые этого же состава.

Результат очистки топлива безобжиговыми фильтрами и обжиговыми идентичен.

Для очистки выхлопных газов пропитывают заготовки органической пены с размером ячеек менее 0,1-4,5 мм керамическим шликером из отходов керамического производства - пыль с электрофильтров, магнезитовый шлам, сушат образцы при температуре 250-300^oС и обжигают при 1200-1600^oС. Затем природный силикат смешивают с тонкодисперсным металлургическим шлаком и распыляют на поверхности пенокерамических заготовок или пропитывают обожженные образцы смесью солей железа II и III и галлия и сушат образцы при температуре 250-300^oС.

Образцы малого диаметра помещают в фильтр для очистки бензина или дизельного топлива на пути топлива от бензобака к двигателю, а пенокерамические блоки - нейтрализаторы вставляют в расширение трубы или металлический корпус на пути выхлопных газов для их очистки.

Пример 1. Были изготовлены образцы шести составов - составы 1, 2, 3 с металлургическим шлаком, составы 4, 5, 6 - с пропиткой смесью растворов солей железа II и III и галлия в соотношении 1:2:1.

Данные по составам приведены в таблице 1.

Пример 2. Образец изготовлен по способу, указанному в авторском свидетельстве 502926. Из природного материала изготавливаются прессованием пористые заготовки, используются 90% фракции 3-0 мм и 10% тонкомолотой составляющей и обжигают при t=1200^oС, затем вставляют обожженные образцы в фильтр для очистки бензина или дизельного топлива.

Пример 3. Второй образец изготовлен по способу, указанному в патенте РФ 2085266. В смеситель загрузили 600 г активной окиси алюминия, готовят 6%-ный водный раствор перманганата калия (9% - мас.%), который подают в смеситель для пропитки окиси алюминия. Смесь выдерживают 1 час при температуре 20-30^oС, затем раствор сливают, а пропитанную окись алюминия сушат 2 часа при 110-120^oС. Из данной смеси сухим прессованием готовят нужного диаметра образец-блок и вставляют в расширение или в металлический корпус в выхлопной трубе. Полученный катализатор имеет следующий состав: диоксид марганца - 12,0%; оксид калия - 7,0%; оксид алюминия - 81,0%.

По способу-прототипу изготовлен образец в примере 4.

Испытания по всем примерам проведены на реальном автомобиле типа "Камаз" по очистке топлива и выхлопных газов и уменьшению расхода топлива и результаты сравнивают с результатами испытания этих же образцов-катализаторов на пилотной установке, где используется модельная газовая смесь состава, абсол. %: СО-0,1; Н₂-0,033, С₃Н₆-0,04; NO-0,05; NО₂-0,017; HO₂-4,0; СО₂-10,0; Н₂О-3,0; CS₂-0,1; CoS-0,15; SО₂-0,5; H₂S-0,1; N₂ - остальное.

На пилотной установке объемная скорость модельной смеси выхлопных газов 3000 ч, температура окисления 200-500^oС. Состав газовой смеси до и после каталитической очистки определяют: хромотографическим методом содержание углеводородов, колориметрическим методом содержание оксидов углерода, азота, серы. Пилотная установка работает в непрерывном режиме в течениe 720 часов, после чего определяют эффективность способа по изменению конверсии составляющих модельной газовой смеси, результаты испытаний представлены в таблице II, III (и таблице III - по уменьшению расхода топлива). Как видно из приведенных данных способ позволяет повысить эффективность единой и полной очистки топлива и выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и уменьшить расход топлива с применением дешевых и простых пенокерамических нейтрализаторов.

Добавка магнезитового шлама более 20% ведет к разрыхлению структуры нейтрализатора и ухудшению его свойств. Добавка магнезитового шлама менее 0,5% ухудшает свойства нейтрализатора, уменьшает пропитываемость образцов катализатором. Введение в пыли с электрофильтров Al₂O₃ менее 30% ведет к ухудшению свойств катализатора, а увеличение Al₂O₃ более 90% ведет к ухудшению пропитки, увеличение К₂О более 8% и менее 2% к ухудшению свойств нейтрализатора. Содержание SiО₂ менее 4% и более 40% сказывается на свойствах нейтрализатора в худшую сторону. Содержание металлургического шлака или солей Fe(II) и Fe(III) и галлия в составе 2 и 4 является оптимальным. Увеличение и уменьшение данных добавок ведет к ухудшению очистки топлива и выхлопных газов. Наиболее оптимальным составом нейтрализатора является состав 2.