Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

УДК 66.097.3

Факультет Химии веществ и материалов

Кафедра Общей химической технологии и катализа

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

ДИПЛОМИРОВАННОГО СПЕЦИАЛИСТА (ИНЖЕНЕРА)

(Дипломная работа)

Тема: ТОНКОСЛОЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ МИКРОРЕАКТОРА

Дипломник___________________________________________Петрова И.А.

Санкт-Петербург

2011

Заведующий кафедрой

профессор, д.х.н. ________________ Е.А. Власов

Руководитель

доцент, к.х.н. ________________ Н.В. Мальцева

Консультант:

по охране труда и окружающей среды

доцент, к.т.н. ________________ Г.Н. Бузанова

Нормоконтролер ассистент, к.т.н. ______________ Ю.В.Александрова

Санкт-петербургский государственный технологический институт

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ЗАДАНИЕ

на выпускную квалификационную работу дипломированного специалиста

(инженера)

Дипломнику И.А. Петровой

Факультет Химии веществ и материалов

Кафедра Общей химической технологии и катализа

Тема Тонкослойные покрытия для микрореактора

Утверждена приказом по институту от 16.03.2011 , № 148-032

Исходные данные к работе:

1 Материалы преддипломной практики.

2 Анализ патентной литературы.

3 Материалы научных публикаций.

Перечень подлежащих разработке вопросов, документов:

1 Выбор конструкции элемента микроканального реактора и компонентов и способа формирования тонкослойного покрытия

2 Исследование влияния условий приготовления Аl₂O₃-ZrO₂ суспензий на их реологические характеристики во взаимосвязи с качеством формируемого оксидного покрытия.

3 Определение структурно-прочностных характеристик оксидных композитов, получаемых из суспензий.

5 Получение образцов Ni-катализаторов и элементов микроканальных реакторов и их испытания в процессах окисления СО и Н₂

Перечень графического материала

1 Схема лабораторной установки.

2 Таблицы и графики по результатам исследований и расчетов.

Виды и объемы работы, выполняемой с использованием ЭВМ

1 Оформление пояснительной записки.

2 Схема лабораторной установки.

3 Презентация доклада

Консультант по проекту

по охране труда и окружающей среды

доцент, к.т.н. _____________ Г.Н. Бузанова

Дата выдачи задания: 16 марта 2011

Дата представления выпускной квалификационной работы к защите:

22 июня 2011 г.

Заведующий кафедрой

профессор, д.х.н. _____________ Е.А. Власов

Руководитель

доцент, к.т.н. ______________ Н.В. Мальцева

Задание принял к выполнению

дипломник ______________ И.А.Петрова

Реферат

Дипломная работа выполнена на 98 страницах, включает 12 таблиц, 20 рисунок, 19 формул, при написании использовалось 40 литературных источников.

Ключевые слова: оксидное покрытие, микрореактор, алюмоциркониевая композиция, суспензия, реология, пористая структура, механическая прочность, активность катализатора, окисление СО и Н₂.

Дипломная работа посвящена исследованию реологических свойств алюмоциркониевой суспензии и влияние данных свойств наносимости на носитель (пластины); посвящена исследованию Ni-катализаторов. В процессе работы производились синтез и исследование образцов катализатора; были оценены структурно-прочностные свойства образцов катализатора и их активности в реакции окисления СО и водорода.

Содержание

Введение 1 Аналитический обзор 1.1 Водородная энергетика 1.2Микроканальные каталитические реакторы в процессах водородной энергетики 1.3Способы формирования тонкослойных оксидных покрытий 1.4Композиты на основе ZrO2-Al2O3 и перспективы их использования в качестве катализатора 1.4.1 Свойства активного оксида алюминия – носителя катализаторов 1.4.2 Строение и свойства диоксида циркония 1.4.3 Влияние нанокристаллов ZrO2 на стабилизацию аморфного состояния оксида алюминия в системе ZrO2-Al2O3 1.5 Катализаторы на основе закиси никеля и металлического никеля 1.6 Патентный поиск 2 Цели и задачи работы 3 Экспериментальная часть 3.1 Исходные материалы, реактивы, приборы и оборудование 3.2 Методики получения и исследования свойств образцов суспензий, носителей и катализаторов 3.2.1 Методика приготовления суспензии Al2O3-ZrO2 3.2.2 Методика формирования тонкослойного оксидного покрытия на пластинчатых носителях 3.2.3 Методики исследования свойств синтезированных образцов 3.2.4 Рентгенофазовый анализ синтезированных образцов 3.2.5 ИК-спектроскопия образцов оксидных композитов 3.2.6 Методики исследования каталитических свойств образцов 3.3 Исследование влияния условий механохимического синтеза на свойства покрывных суспензий 3.4 Выбор условий получения базовых покрывных суспензий 3.5 Влияние продолжительности измельчения на свойства покрывных суспензий 3.6 Приготовление и исследование образцов катализаторов 3.7 Испытание образцов катализаторов в реакции окисления СО и Н2 3.8 Результаты ИК и РФА 4 Стандартизация 5 Охрана труда и окружающей среды 5.1 Опасные и вредные производственные факторы 5.2 Категория помещения по взрывопожароопасности 5.2.1 Класс взрывоопасной и пожароопасной зоны 5.2.2 Средства тушения пожара 5.3 Вентиляционная установка 5.4 Освещение помещения, воздух и шум 5.5 Аптечка и её содержание 5.6 Безопасность выполнения работы 5.7 Обеспечение электробезопасности 5.8 Анализ технологических операций с точки зрения опасности и вредности их проведения 5.9 Меры первой медицинской помощи при случаях травматизма 5.10 Охрана окружающей среды Выводы по работе Список использованных источников

Введение

Создание катализаторов в виде покрытий на металлических носителях с высокими адгезионными и регулируемыми структурными характеристиками является актуальным, особенно применительно к технологии микроканальных реакторов, разработка и исследование которых вызывают все больший научный и практический интерес.

В настоящее время широко исследуется процесс получения водорода в реакции паровой конверсии метанола или метана в микрокаталитических системах.

Применение микроканальных систем для проведения каталитического процесса паровой конверсии метанола или метана позволяет создать компактные высокоэффективные генераторы для малотоннажного производства водорода, которые можно использовать для мобильных энергоустановок. Однако в настоящее время еще существует ряд проблем, решение которых необходимо для организации производства микроканальных реакторов. Одной из них является отсутствие простой методики надежного закрепления высокоактивного катализатора на микроструктурированном металлическом носителе.

Для формирования каталитического покрытия в микроканальных реакторах в используются различные приемы, каждый из которых имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Достаточно успешным на практике и перспективным для формирования микроканальных пластин является метод нанесения на первичный носитель суспензии, полученной из предшественников компонентов вторичного оксидного носителя, в виде тонкого покрывного слоя с последующим закреплением при сушке- прокаливании, обеспечивающих формирование его прочности и пористой структуры. В рамках этого метода возможно управлять свойствами вторичного носителя, изменяя условия синтеза суспензий, в том числе их состав и режимы обработки. Перспективно использование механохимического активирования исходных гидроксидов и оксидов алюминия, циркония в композиции с предшественниками других компонентов и модифицирующими и пептизирующими добавками.

В связи с вышесказанным дипломная работа посвящена исследованию условий формирования тонкослойного оксидного покрытия и катализатора на его основе для микроканальных пластин каталитического реактора.