Дослідження переносу теплової енергії крізь пористу структуру інтерметалідного каталізатора

Abstract

UK: Мета. Робота полягає в тому, щоб знайти верифіковані залежності для розрахунку тепло- і масообмінних процесів у пористих структурах інтерметалідних каталізаторів, а також установити взаємозалежності між структурою каталізатора та його тепловими характеристиками. Методика. Об'єктом дослідження обрані інтерметалідні каталізатори системи Ni−Al з різною схемою засипки гранул: коридорне та шахове розташування. Для моделювання процесів тепломасообміну використовувалось комп’ютерне моделювання із сітковими методами. Для отримання експериментальних даних проводились випробування відомого складу каталізатора, отриманого в умовах термохімічного пресування. Оцінювали каталітичну активність і питому поверхню отриманого каталізатора. Результати. Встановлено, що шахове розташування гранул каталізатора проявляє велику каталітичну активність вже в початковий період часу, активність його плавно зростає з підвищенням температури, досягаючи максимального значення в дослідженому температурному інтервалі за Т = 300 оС. Конверсія оксиду вуглецю за шахового розташування гранул інтерметаліду в початковий період окиснення перевищує коридорне розташування NiAl3 в 1,3...1,5 раза. Однак використання шахової засипки інтерметалідного каталізатора як каталізатора в процесах окиснення оксиду вуглецю буде піддаватися закоксовуванню в набагато більшому ступені, ніж коридорна засипка (більша щільність засипки), внаслідок чого його дезактивація буде відбуватися набагато швидше. Наукова новизна. Дослідження значною мірою усуває розрив, що утворився між практикою формування теплофізичних властивостей і відомостями про зміну структури та властивостей інтерметалідних каталізаторів. Практична значимість. Дослідження дозволяють розширити сферу застосування високопродуктивних способів отримання пористих інтерметалідних сплавів у технології каталізаторів та підвищити їх якість.

RU: Цель. Работа заключается в том, чтобы найти верифицированные зависимости для расчета тепло- и массообменных процессов в пористых структурах интерметаллидных катализаторов, а также установить взаимозависимости между структурой катализатора и его тепловыми характеристиками. Методика. Объектом исследования выбраны интерметаллидные катализаторы системы Ni−Al с разной схемой засыпки гранул: коридорное и шахматное расположение. Для моделирования процессов тепломассообмена использовалось компьютерное моделирование с сеточными методами. Для получения экспериментальных данных проводились испытания известного состава катализатора, полученного в условиях термохимического прессования. Оценивали каталитическую активность и удельную поверхность полученного катализатора. Результаты. Установлено, что шахматное расположение гранул катализатора проявляет большую каталитическую активность уже в начальный период, активность его плавно возрастает с повышением температуры, достигая максимального значения в исследованном температурном интервале при Т = 300 °С. Конверсия оксида углерода при шахматном расположении в начальный период окисления превышает коридорное расположение NiAl3 в 1,3...1,5 раза. Однако использование шахматной засыпки интерметаллидного катализатора в качестве катализатора в процессах окисления оксида углерода будет подвергаться закоксовыванию в гораздо большей степени, чем коридорная засыпка (большая плотность засыпки), вследствие чего его дезактивация будет происходить гораздо быстрее. Научная новизна. Исследования в значительной мере устраняют разрыв, образовавшийся между практикой формирования теплофизических свойств и сведениями об изменении структуры и свойств интерметаллидных катализаторов. Практическая значимость. Исследования позволяют расширить область применения высокопроизводительных способов получения пористых интерметаллидных сплавов в технологии катализаторов и повысить их качество.

EN: Purpose. The purpose of the work is to find verified dependences for the calculation of heat and mass exchange processes in the porous structures of intermetallide catalysts, as well as to establish interdependences between the structure of the catalyst and its thermal characteristics. Methodology. The object of study was selected intermetallide catalysts of the Ni−Al system with a various granule filling scheme: in-line and staggered arrangement. To simulate the processes of heat and mass exchange, computer simulation with grid methods was used. To obtain experimental data, tests of a known composition of the catalyst obtained under thermochemical pressing were carried out. The catalytic activity and specific surface area of the catalyst obtained were evaluated. Findings. It was established that the staggered arrangement of the catalyst granules exhibits a large catalytic activity already in the initial period of time, its activity gradually increases with increasing temperature, reaching a maximum value in the investigated temperature range at T = 300 °C. The conversion of carbon monoxide at the staggered arrangement in the initial oxidation period exceeds NiAl3 in-line arrangement by 1.3…1.5 times. However, the use of a staggered intermetallide catalyst backfill as a catalyst in the oxidation of carbon monoxide will be subjected to coking to much greater extent than a in-line backfill (high density of backfill), as a result of which it will be deactivated much faster. Originality. Research largely eliminates the gap formed between the practice of formation of thermophysical properties and information about changes in the structure and properties of intermetallide catalysts. Practical value. Research allows us to expand the scope of high-performance methods for producing porous intermetallide alloys in the technology of catalysts and to improve their quality.