×
13.01.2017
217.015.7b0b

ТВЕРДЫЙ КАТАЛИЗАТОР РАЗЛОЖЕНИЯ ВЫСОКОКОНЦЕНТИРОВАННОГО ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к получению твердых катализаторов разложения высококонцентрированного пероксида водорода (ВПВ), которые могут использоваться в ракетно-космической технике, системах ориентации космического аппарата, маршевых жидких реактивных двигателях для вывода большей массы полезной нагрузки на орбиту и для разработки систем жизнеобеспечения межпланетных пилотируемых кораблей. Предлагается твердый катализатор разложения высококонцентрированного пероксида водорода, представляющий собой смесь, состоящую из зерен пористого носителя, полученного спеканием шихты, состоящей из карбонильного порошкообразного железа, натриевой селитры и кальцинированной соды, дроблением полученного спека и его последующим окислением кислородом воздуха при температуре 490-525°C в течение 5,5-6 ч, и зерен того же пористого носителя с осажденными на него активными веществами, причем в качестве активных веществ используют перманганат калия и кальцинированную соду в форме водного раствора, при этом осаждение ведут при температуре 270-300°C в течение 7-10 ч, а перед использованием полученный катализатор стабилизируют пероксидом водорода с концентрацией 75% в течение 450 с при давлении 10 атм. Технический результат заключается в разработке дешевого высокоэффективного твердого катализатора разложения ВПВ многоразового действия без использования благородных металлов с долговременными стабильными характеристиками и длительным сроком службы. 5 ил., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к получению твердых катализаторов разложения высококонцентрированного пероксида водорода, в частности к смешанным металлоксидным катализаторам для разложения высококонцентрированного пероксида водорода, которые могут использоваться в ракетно-космической технике, системах ориентации космического аппарата, маршевых жидких реактивных двигателях для вывода большей массы полезной нагрузки на орбиту и для разработки систем жизнеобеспечения межпланетных пилотируемых кораблей (в газогенераторах, источниках тепла, воды, кислорода).

Высококонцентрированный пероксид водорода (ВПВ) разлагается под действием различных катализаторов с образованием парогазовой смеси (парогаз), состоящей из перегретого водяного пара и кислорода. Горячий парогаз может использоваться для привода турбонасосных агрегатов ракет-носителей, в качестве воспламенителя в ракетном двигателе в сочетании с другими горючими, например, керосином.

Активными твердыми катализаторами разложения ВПВ являются такие металлы, как серебро, золото, платина и палладий, в дополнение к оксидам такого типа, как диоксид марганца.

Известен способ разложения ВПВ, в котором для этой цели используют смешанный оксидный катализатор, содержащий комбинацию оксидов металлов марганца, кобальта, меди, серебра и свинца (Патент GB 1399042, МПК B01J 23/72, 1972)

Известно применение пористого материала-носителя, состоящего из оксида алюминия, диоксида кремния, алюмосиликата, керамики и их комбинации с последующей пропиткой щелочными растворами - промоторами (Патент US Н1948Н, МПК B01J 23/02, 2001).

Высокая температура разложения (более 980°C для H2O2 с концентрацией 95% и более 520°C для H2O2 с концентрацией 85%) может способствовать разрушению и уменьшению активности катализаторов из-за низких температур плавления некоторых входящих в их состав металлов, а использование данных катализаторов при высоких и длительных удельных расходах ВПВ приводит к быстрому вымыванию и уносу каталитически активных центров из зоны разложения.

Отмеченный недостаток устранен в способе получения смешанного металлоксидного катализатора, состоящего из металлической подложки и связанного с ней слоем каталитически активного благородного металла по патенту US 20040198594, МПК B01J 23/656, 2004, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога. Суть известного способа заключается в том, что суспензию высокоактивного катализатора в органическом растворителе наносят на поверхность предварительно подготовленной подложки и сушат для удаления органического растворителя, затем слой катализатора подвергают термообработке, чтобы связать слой катализатора на поверхности, далее связанный слой катализатора активируют с помощью активационной обработки и обжига с получением высокоактивной каталитической системы.

Существенными недостатками данного изобретения является использование в составе катализатора благородных металлов, которые чувствительны к различным добавкам, использующимся в качестве стабилизаторов ВПВ, из-за их отрицательного воздействия на активность катализатора. Это, в свою очередь, приводит к снижению срока службы катализатора.

Кроме того, использование в составе катализатора таких металлов как платина, палладий, золото и др. существенно увеличивают их стоимость.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка дешевого высокоэффективного твердого катализатора разложения ВПВ многоразового действия без использования благородных металлов с долговременными стабильными характеристиками и длительным сроком службы.

Требуемый технический результат достигается тем, что предложен твердый катализатор разложения высококонцентрированного пероксида водорода и способ его получения, отличающийся тем, что он представляет собой смесь, состоящую из зерен пористого носителя, полученного спеканием шихты, состоящей из карбонильного порошкообразного железа, натриевой селитры и кальцинированной соды, дроблением полученного спека и его последующим окислением кислородом воздуха при температуре 490°C-525°C в течение 5,5-6 часов, и зерен того же пористого носителя с осажденными на него активными веществами, причем в качестве активных веществ используют перманганат калия и кальцинированную соду в форме водного раствора, при этом осаждение ведут при температуре 270°C-300°C в течение 7-10 часов, а перед использованием полученный катализатор стабилизируют пероксидом водорода с концентрацией 75% в течение 450 секунд при давлении 10 атм.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является: многоразовое использование и увеличение срока службы катализатора, простота технологии получения предлагаемого катализатора.

Способ получения твердого катализатора разложения высококонцентрированного пероксида водорода осуществляют следующим образом:

Предварительно подготовленные исходные компоненты: натриевую селитру с содержанием влаги не более 0,2%, кальцинированную соду с содержанием влаги 20-22% масс., карбонильное железо взвешивают и помещают в промежуточные емкости, из которых компоненты загружают в смеситель, причем соотношение исходных компонентов составляет: железо карбонильное 40-70% масс., кальцинированная сода 5-20% масс., натрий азотнокислый 10-40% масс., далее смесь (шихту) перемешивают в течение 5-7 минут, при этом перемешивание ведут при периодическом (2-4 раза) переключении направления вращения мешалки. Затем полученную шихту загружают в специальные формы, которые закрывают крышками с угловыми отверстиями, прессуют под пневматическим прессом при давлении 0,38±0,15 МПа в течение 25-30 сек, после чего в угловые отверстия крышек засыпают специальную запальную смесь, формы с шихтой помещают в шкаф для спекания и запальную смесь поджигают. В процессе окисления карбонильного железа селитрой развивается высокая температура и происходит спекание шихты, кальцинированная сода разлагается с выделением газа, обеспечивающего необходимую пористость спека. Полученные плитки спека дробят на полоски на гильотинной дробилке направленного действия, далее полоски измельчают на зерна, для выделения целевой фракции (неокисленный носитель) требуемых размеров измельченный спек просеивают через сито. Затем неокисленный носитель направляют в специальный аппарат-окислитель барабанного типа, где происходит окисление его кислородом воздуха. При вращении барабана осуществляют нагрев до температуры 350±5°C в течение не более двух часов и с помощью вакуум-насоса подают воздух. Температуру в аппарате доводят до 500±5°C, при этом продолжительность нагрева от 350°C-500°C составляет 30-90 минут. Окисление носителя осуществляют при температуре 490-525°C в течение 4,5-5 часов. Количество подаваемого воздуха составляет 33-40 л/мин. Общая продолжительность окисления, включая нагрев от 350°C составляет 5,0-6,5 часов. По увеличению массы определяют степень окисления.

Затем окисленный пористый носитель делят на две части, на одну из которых наносят раствор активных солей. В качестве активных солей используют марганцовокислый калий и кальцинированную соду в форме водного раствора, в котором содержание марганцовокислого калия составляет 10-30% масс., кальцинированной соды - 1-10% масс. Для получения раствора соли загружают в емкость и при температуре 82°C-100°C и перемешивают до полного растворения. Осаждение активных солей проводят в печах нанесения, оборудованных электрообогревом, которое осуществляют при температуре 270°C-300°C в течение 7-10 часов, после чего окисленный пористый носитель сушат аппарате барабанного типа при той же температуре в течение 15-20 минут. Затем выключают обогрев, печь охлаждают до 60°C, полученный окисленный пористый носитель выгружают в специальную емкость и взвешивают. По увеличению массы определяют количество нанесенных активных солей.

Приготовление катализатора состоит в смешении зерен неокисленного пористого носителя и зерен пористого носителя, с осажденными на него активными веществами.

Полученный катализатор стабилизируют в реакторе на стендовой установке. В реактор загружают катализатор и подают 75%-ный пероксид водорода в течение 450 секунд, рабочее давление 10 атм., при этом показатели давления и температуры на уровне 8-10 атм. и 400-420°C, соответственно, стабилизируются на 380-400 секунде процесса разложения ВПВ, после окончания процесса реактор охлаждают до комнатной температуры, катализатор высыпают и хранят в герметичной таре.

Работоспособность катализатора определяют на специальной стендовой установке, при разложении ВПВ марки ПВ-85 в экспериментальном реакторе диаметром 40 или 60 мм.

На фиг. 1 представлена технологическая схема стендовой установки. Установка состоит из реактора 1, расходных баков для ВПВ емкостью 150 л 2, 3, клапанов жидкостных отсечных 4, 5, обратного клапана 6, вентиля 7, клапана дренажного 8, баллонов с азотом 9, редуктора азотного 10, расходного бака емкостью 3 л для ВПВ 11.

На фиг. 2 представлен реактор каталитического разложения перекиси водорода. Реактор 1 представляет собой цилиндрический аппарат с днищем, корпус которого выполнен из нержавеющей стали, вверху аппарата расположена съемная крышка 12 с форсункой 18, внутри аппарата, диаметр которого составляет 60 мм, снизу и сверху находятся пакеты 14, 15 из нержавеющих сеток с размером ячеек 0.2 мм, состоящие из 10 и 2 слоев соответственно, между сетками загружают катализатор 16, в низу аппарата расположен шнек (завихритель) 13, к штуцеру 20, приваренному к днищу аппарата, прикреплена труба 17 для отвода парогаза, на крышке, днище и трубе для отвода парогаза расположены штуцеры датчиков давления P1, P2, P3, штуцеры датчиков температуры T1, T2, T3 находятся на трубе для отвода парогаза, на которой расположена расходная шайба 19.

Работоспособность катализатора иллюстрируется следующими примерами. При этом определяют соответствие характеристик катализатора штатным требованиям работоспособности по давлению парогаза, перепаду давления в слое катализатора и температуре парогаза при различных удельных расходах ВПВ.

Пример 1 - Серия длительных испытаний с минимальным удельным расходом ВПВ

Масса выработанного ВПВ VH2O2 - 2,8 л, концентрация ВПВ C - 83,1%, номинальное значение давления на входе в реактор Рн - 13 кгс/см3. Габаритные размеры реактора: длина - 150 мм, диаметр 40 мм.

Характеристики режима:

- Время работы - 350 сек

- Давление на входе в реактор - 13 атм

- Давление в реакторе - 11 атм

- Температура на выходе из реактора - 495°C

- Массовый расход ВПВ - 0,008 кг/сек

- Унос - 0,42% мас.

- Удельная нагрузка - 0,041 H2O2/кгкат·с-1

В данном режиме было проведено 6 испытаний. Первые 3 испытания проводили с промежутком между пусками в несколько суток. Следующие испытания проводили серией из трех подач ВПВ по 350 секунд подряд (Фиг. 3). На фигуре 3 показано изменение давления P2 во время проведения испытания.

Пример 2 - Испытания в импульсном режиме с максимальным удельным расходом ВПВ

Масса выработанного ВПВ VH2O2 - 2,8 л, концентрация ВПВ C - 83,1%, номинальное значение давления на входе в реактор Рн - 25 кгс/см3. Габаритные размеры реактора: длина - 150 мм, диаметр 60 мм.

Характеристики режима:

- Время работы - 8,4 сек

- Давление на входе в реактор - 25 атм

- Давление в реакторе - 23 атм

- Температура на выходе из реактора - 490°C

- Массовый расход - 0,33 кг/сек

- Унос после серии испытаний - 1,34% мас.

- Удельная нагрузка - 1,8 H2O2/кгкат·с-1

В данном режиме было проведено 10 испытаний подряд (Фиг. 4). На фигуре 4 показано изменение давления P2 и P1 во время проведения испытания.

Пример 3 - Серия длительных испытаний с максимальной удельной нагрузкой

Масса выработанного ВПВ VH2O2 - 160 л, концентрация ВПВ C - 83,1%, номинальное значение давления на входе в реактор Рн - 25 кгс/см3, габаритные размеры реактора: длина - 150 мм, диаметр 60 мм.

Характеристики режима:

- Время работы - 411 сек

- Давление на входе в реактор - 25 атм

- Давление в реакторе - 23 атм

- Температура на выходе из реактора - 500°C

- Массовый расход - 0,33 кг/сек

- Унос после серии испытаний - 1,5% мас.

- Удельная нагрузка - 1,8 H2O2/кгкат·с-1

В данном режиме было проведено 4 испытания (Фиг. 5). На фигуре 5 показано изменение давления P2 во время проведения испытания.

Общее время работы катализаторного пакета более 3500 секунд, при этом видимых следов разрушения катализатора не обнаружено.

Из результатов, проведенных испытаний вытекают преимущества использования предлагаемого катализатора разложения высококонцентрированного пероксида водорода многоразового действия:

- стабильные результаты основных параметров испытаний во всех режимах исследований,

- отсутствие разрушения катализатора и потери его свойств при многократном использовании,

- простота получения,

- низкая стоимость.

Твердый катализатор разложения высококонцентрированного пероксида водорода, отличающийся тем, что он представляет собой смесь, состоящую из зерен пористого носителя, полученного спеканием шихты, состоящей из карбонильного порошкообразного железа, натриевой селитры и кальцинированной соды, дроблением полученного спека и его последующим окислением кислородом воздуха при температуре 490-525°С в течение 5,5-6 ч, и зерен того же пористого носителя с осажденными на него активными веществами, причем в качестве активных веществ используют перманганат калия и кальцинированную соду в форме водного раствора, при этом осаждение ведут при температуре 270-300°С в течение 7-10 ч, а перед использованием полученный катализатор стабилизируют пероксидом водорода с концентрацией 75% в течение 450 с при давлении 10 атм.
ТВЕРДЫЙ КАТАЛИЗАТОР РАЗЛОЖЕНИЯ ВЫСОКОКОНЦЕНТИРОВАННОГО ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
ТВЕРДЫЙ КАТАЛИЗАТОР РАЗЛОЖЕНИЯ ВЫСОКОКОНЦЕНТИРОВАННОГО ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
ТВЕРДЫЙ КАТАЛИЗАТОР РАЗЛОЖЕНИЯ ВЫСОКОКОНЦЕНТИРОВАННОГО ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-8 из 8.
10.06.2013
№216.012.473a

Способ утилизации твердых токсичных зольных отходов с фильтров мусоросжигательных заводов

Изобретение относится к области утилизации твердых токсичных отходов и может быть использовано для утилизации отходов систем газоочистки мусоросжигательных заводов (МСЗ) путем их термической обработки. Подачу твердых токсичных зольных отходов осуществляют в шнековый реактор, установленный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483814
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4c2b

Композиция пастообразного ракетного горючего для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к области получения пастообразных горючих для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания. Предлагается композиция, содержащая нанодисперсные порошки металлов. В качестве нанодисперсных порошков применяют порошок бора или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485081
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.05.2014
№216.012.c21d

Способ утилизации теплоты сгорания твердых бытовых отходов на мусоросжигательной установке и устройство для его реализации

Изобретение относится к технике и технологии термического обезвреживания твердых бытовых отходов. Способ утилизации теплоты сгорания твердых бытовых отходов на мусоросжигательной установке заключается в том, что поток отходящих газов, образующихся в мусоросжигательной установке, оснащенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515442
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.10.2014
№216.012.faee

Способ получения графеновых структур

Изобретение относится к нанотехнологии. Графеновые структуры в виде плоских углеродных частиц с поверхностью до 5 мм получают путем сжигания в атмосфере воздуха или инертного газа композитного пресс-материала, полученного из микро- и нанодисперсных порошков активных металлов, таких как...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530084
Дата охранного документа: 10.10.2014
20.12.2015
№216.013.9cb8

Способ дополнительной стабилизации высококонцентрированного пероксида водорода для его хранения и транспортировки в емкостях из нержавеющей стали

Изобретение относится к химической промышленности. Способ заключается в том, что в растворы высококонцентрированного пероксида водорода, содержащие в качестве стабилизатора пирофосфорно-кислый натрий и оловянно-кислый натрий, в качестве ингибитора коррозии - азотнокислый аммоний, вводят в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571745
Дата охранного документа: 20.12.2015
27.04.2016
№216.015.3846

Способ получения ферромагнитных металлических наночастиц с твердой изоляционной оболочкой

Изобретение относится к получению наночастиц с ядром из ферромагнитного металла и диэлектрической оболочкой из оксида алюминия. В способе по варианту 1 проводят плазменную переконденсацию в токе инертного газа частиц порошка оксида алюминия с нанесенным на их поверхность покрытием из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582870
Дата охранного документа: 27.04.2016
29.12.2017
№217.015.f123

Гипергольное ракетное топливо

Изобретение относится к ракетно-комической технике, а именно к самовоспламеняющимся (гипергольным) топливным системам, которые применяются для решения широкого спектра задач, например в маршевых двигателях, для ориентации космических аппаратов. Гипергольное ракетное топливо,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638989
Дата охранного документа: 19.12.2017
29.12.2017
№217.015.f168

Композиция для высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента

Изобретение относится к пиротехническим составам, содержащим в качестве горючего активные металлы, а в качестве окислителя фторпласты. Описана композиция высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента в кумулятивных осколочных боевых изделиях, содержащая фторполимер и порошки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631821
Дата охранного документа: 26.09.2017
Показаны записи 1-10 из 10.
20.06.2013
№216.012.4c2b

Композиция пастообразного ракетного горючего для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к области получения пастообразных горючих для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания. Предлагается композиция, содержащая нанодисперсные порошки металлов. В качестве нанодисперсных порошков применяют порошок бора или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485081
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.10.2014
№216.012.faee

Способ получения графеновых структур

Изобретение относится к нанотехнологии. Графеновые структуры в виде плоских углеродных частиц с поверхностью до 5 мм получают путем сжигания в атмосфере воздуха или инертного газа композитного пресс-материала, полученного из микро- и нанодисперсных порошков активных металлов, таких как...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530084
Дата охранного документа: 10.10.2014
20.12.2015
№216.013.9cb8

Способ дополнительной стабилизации высококонцентрированного пероксида водорода для его хранения и транспортировки в емкостях из нержавеющей стали

Изобретение относится к химической промышленности. Способ заключается в том, что в растворы высококонцентрированного пероксида водорода, содержащие в качестве стабилизатора пирофосфорно-кислый натрий и оловянно-кислый натрий, в качестве ингибитора коррозии - азотнокислый аммоний, вводят в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571745
Дата охранного документа: 20.12.2015
27.04.2016
№216.015.3846

Способ получения ферромагнитных металлических наночастиц с твердой изоляционной оболочкой

Изобретение относится к получению наночастиц с ядром из ферромагнитного металла и диэлектрической оболочкой из оксида алюминия. В способе по варианту 1 проводят плазменную переконденсацию в токе инертного газа частиц порошка оксида алюминия с нанесенным на их поверхность покрытием из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582870
Дата охранного документа: 27.04.2016
29.12.2017
№217.015.f123

Гипергольное ракетное топливо

Изобретение относится к ракетно-комической технике, а именно к самовоспламеняющимся (гипергольным) топливным системам, которые применяются для решения широкого спектра задач, например в маршевых двигателях, для ориентации космических аппаратов. Гипергольное ракетное топливо,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638989
Дата охранного документа: 19.12.2017
29.12.2017
№217.015.f168

Композиция для высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента

Изобретение относится к пиротехническим составам, содержащим в качестве горючего активные металлы, а в качестве окислителя фторпласты. Описана композиция высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента в кумулятивных осколочных боевых изделиях, содержащая фторполимер и порошки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631821
Дата охранного документа: 26.09.2017
19.04.2019
№219.017.2f25

Способ и устройство комбинированной защиты малоразмерных объектов

Изобретение предназначено для защиты малоразмерных наземных объектов. Способ заключается в постановке в атмосфере маскирующих аэрозольных завес, эффективных в видимом, ИК- и РЛ-диапазонах длин волн электромагнитного излучения (ЭМИ), и на подстилающей поверхности нескольких локально...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002351877
Дата охранного документа: 10.04.2009
29.04.2019
№219.017.40c8

Устройство для улавливания нанопорошков

Предлагается устройство для улавливания частиц нанопорошков металлов, их оксидов и сплавов с размерами частиц менее 1 мкм, предназначенных для использования в качестве активных наполнителей в полимерных и композитных материалах. Устройство содержит корпус в виде цилиндрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002397140
Дата охранного документа: 20.08.2010
09.05.2019
№219.017.4e39

Способ защиты объектов бронетанковой техники и устройство для его осуществления

Изобретение предназначено для защиты транспортных средств гражданского и военного назначения, преимущественно бронетанковой техники, от целеуказывающих и атакующих средств противника, действующих в широком диапазоне электромагнитного излучения: видимом, инфракрасном (ИК) и радиоволновом (РЛ). В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002321816
Дата охранного документа: 10.04.2008
12.04.2023
№223.018.4248

Твердый катализатор разложения высококонцентрированного пероксида водорода и способ его получения

Изобретение относится к области создания твердых катализаторов разложения высококонцентрированного пероксида водорода (ВПВ), пригодных для использования в ракетно-космической технике, в частности в турбонасосных агрегатах двигателей ракет-носителей типа «Союз», системах безопасной посадки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002773399
Дата охранного документа: 03.06.2022
+ добавить свой РИД