Катализатор для глубокого окисления органических соединений

 

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕН в отходящем газе, содержащий окиси меди и ванадия на jf-окиси алюминия , отличающийся тем, что, с целью повышения активности катализатора, он дополнительно содержит окись хрома при следующем содержании компонентов, мас.%: Окись хрома 1-2 Окись меди 5-10 Окись ванадия 12-24 д-окись алюминия .Остальное г

СОЮЗ COBETCHHX

ОНЧИКИ

PECflVSlNH аа а)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсуддрстеенный комитет ссср

FO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3602228/23-04 (22) 07.06.83 (46) 15.09.84. Бюл. У 34 (72) Е.И. Андрейков, Н.Б. Жилина, Л.П. Ананьина, Н.В. Малышева и А.С. Лисаченко (71) Восточный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский углехимический институт (53) 66.097.3(088.8) (56) 1 . Авторское свидетельство СССР

Ф 707598, кл. В 01 J 23/72, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

В 874145, кл. В 01 D 53/36, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

У 982762, кл. В 01 D 53/36, 1981 . (прототип) .

З15Р В 01 Л 23/86; В 01 D 53/36 (54) (57) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГЛУБОКОГО

ОКИСЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ в отходящем газе, содержащий окиси меди и ванадия на -окиси алюминия, отличающийся тем, что, с целью повышения активности катализатора, он дополнительно содержит окись хрома при следующем содержании компонентов, мас.Х:

Окись хрома 1-2

Окись меди . 5-10

Окись ванадия 12-24 -окись алюминия Остальное

1113 I!

ИзОбретение относится к катализаторам для глубокого окисления

1 органических соединений в отходящих газах.

Известен медноокисный катализатор, содержащий 8-13 вес. окиси меди, остальное .окись алюминия. Катализатор используется для очистки от органических веществ и окиси углерода. 10

Степень окисления окиси углерода при 230 С и концентрации окиси углерода в газе 1 o6. X в атмосфере кислорода достигает 90Х. Скорость окисления метана при 500 С и концентрации метана 1 об.X в атмосфере воздуха на этом катализаторе составляет 2,34 см СН,, /с.r хат. Е11, Известен также катализатор для очистки отходящих газов от аромати- 20 ческих углеводородов состава 2527 вес.Х окиси меди, остальное окись алюминия, При 350-450 С и объемной скорости 5-20 тыс ° ч. и концентрации кислорода в газовой фазе 12- . 25

15 . об. достигается полное окисление ароматических углеводородов до двуокиси углерода (21.

Недостаток известных окисномедных катализаторов — их низкая актив- 30 ность при малой концентрации кислорода в отходящем газе. Чтобы повысить активность катализатора необходимо увеличить концентрацию кислорода до 12-15 об.X. Для этого на 1 объем отходящего газа дополнительно подают 1-1,5 объема воздуха, что приводит к дополнительным энергозатратам на нагрев. Кроме того, активность окисномедных катализа- 40 торов снижается в присутствии сернистых примесей в отходяшем газе.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является катализатор 45 для глубокого окисления органических соединений в отходящем газе, содержащий окиси меди и ванадия на у-окиси алюминия, при следующем содержании компонентов, мас ° X: окись меди

4-5, окись ванадия 8,5-11, -окись алюминия остальное. Известный катализатор используют в процессе очистки отходящих газов от органических соединений — ароматических углеводо- 55 родов в присутствии сероводорода в качестве второго слоя, для первого слоя используют окиснованадиевыц

162 2 катализатор, содержащий 8,5-11 мас. Х окиси ванадия на f-окиси алюминия, при этом соотношение первого и вто рого слоев.1:1-3.

При 500ОС и объемной скорости

5 тыс. ч. " достигается 100Х-ое окисление ароматических углеводородов в присутствии сернистых примесей ЕЗЗ.

Недостатком известного решения является то, что полное окисление ароматических углеводородов достигается только в присутствии 1521 об : . кислорода. Таким образом,. известное решение мало пригодно для очистки газов с малым содержанием кислорода, таких как избыточный газовый теплоноситель производства формованного кокса, содержащий

0,5 об.Х кислорода, отходящий газ пекоподготовки, содержащий 5 об. кислорода. Для каталитического обезвреживания этих газов к ним необходимо добавить воздух до достижения концентрации кислорода в смеси 1015 об.X. Это приводит к увеличению объемов очищаемых газов в 2-3 раза, увеличению габаритов реактора, к росту энергозатрат на нагрев значительных объемов газа до температуры окисления. Другой недостаток необходимость двух слоев катализатора разного состава для обеспечения высокой степени окисления углеводородов и устойчивой работы в присутствии сероводорода.

При использовании известного катализатора, содержащего 3 мас.Х окиси меди, 8,5 мас.X окиси ванадия на g-окиси алюминия, степень окисления углеводородов при 450 С составляет 97Х.

Цель изобретения - повышение активности катализатора.

Поставленная цель достигается тем, что катализатор для глубокого окисления органических соединений в отходящем газе, содержащий окиси меди и ванадия на -окиси алюминия, дополнительно содержит окись хрома при следующем содержании компонентов, мас. :

Окись хрома . 1-2

Окись меди 5-10

Окись ванадия 12-24

11-ркись алюминия Остальное

При содержании в катализаторе окиси меди менее 5, окиси ванадия менее 12, окиси хрома менее 1 при

11131

30

Концентрация

Н2 ° г/Ms

Состав катализатора, вес.Х

ТемпеСтепень окисления

Концентрация кислорода, об.Х ратура, ОC углеводо" родов, Х исход- на вьионая де из реактора

1 (прототип) 8,5 3

О 450

" 0 500

О 500

19,6

8,5 3

8,5 3

100

19 5

100

-19,3

4 (про-. тотип) 0 500

8,5 3

3,14 1,7

2,7 1,0

О

3 концентрации кислорода в газовой фазе, близкой к стехиометрическому, полное окисление органических веществ не достигается.

Увеличение концентрации окиси

5 меди более 10, окиси ванадия более

24, а окиси хрома более 2Х не приводит к дальнейшему увеличению активности катализатора.

Катализаторы готовят пропиткой сферической -окиси алюминия (0,40,8 мм). растворами солей сульфата ванадия (VOSÎ ), сульфата меди (CuS0 5Н О) и сульфата хрома (Cr,(SO,), 6 Н,о).

Приготовление катализатора состоит из следующих стадий:. приготовление раствора солей активных компонентов; пропитка носителя раствором солей активных компонентов; сушка катализатора при 110-130 С; прокалка катализатора при 450 С.

Кроме указанньи солей можно использовать другие растворимые в воде соли ванадия, меди и хрома, на пример, метаванадат аммония (NH„VO>), оксалат ванадила (VOC

Окисление проводят в кипящем слое катализатора крупностью 0,40,8 мм. Состав очищаемого газа близок к реальному составу отходя35 щего газа пекоподготовки. Очищаемый газ содержит -5 г/м многоядерных ароматических углеводородов О бензольных, 13 нафталина, 12Х

Пример V@05 CuO Cr О, у -окись алюминия остальное

10 4 0 5 500

62 4 других полициклических углеводородов, 0-3,5 г/м сероводорода, 2-5Х кислорода, остальное азот.

Пример . В 400 мп дистиллированной воды при нагревании до 90 С растворяют, г: сульфата ванадила (ЧОБОТЕ) 21,5, сульфата меди (CuSOq 5Н20) 15,7 и сульфата хрома (Сг (БОц) 6 НдО ) 3,3. В полученный раствор, охлажденный до комнатной температуры, при перемешивании добавляют порциями 100 г б.-окиси алюминия с раэмером гранул

0,4-0,8 мм. Полученную массу выдерживают 4 ч при периодическом перемешнвании твердой фазы.

После пропитки жидкую фазу выпа" ривают при перемешивании и нагревании де 95 С. Катализатор сушат при 110 С в течение 3 ч. Высушенный катализатор прокаливают в атмосфере воэдуха 4 ч при 450 C. Полученный катализатор содержит, вес.Х:

Ч20ь. 12, СиО 5 и Сг20э 1, остальное 5-AI20q.

Испытания катализатора проводят в стеклянном .реакторе диаметром

20, высотой 2 10 мм, объем катализатора 6 мп. Кипящий слой катализа- . тора создают подачей под распределительную решетку реактора 1,4

+ 0,1 л/мин кислородсодержащего газа, включающего углеводороды 5 г/мз, сероводород 0-3,5 г/м, кислород

2-6 об.Х, объемная скорость 14000 ч .

Температура окисления 450-500 С.

Результаты очистки rasa на предлагаемом катализаторе приведены в таблице.

1113162

Продолжецие таблжы

Концентрация н я, гlм

Остав кзтйлизат ра, еесЛ

Темпеатура, ФС ондентрация кислорода, об.X

Дзииер

VgOy Cu0 Cr

g -окись алюминия сход- на выконал де из реактора остальное

2,6

0,6

2,7

0,4

100

3,5

2,95

0,4

100

2,25

0,04

100

2,6

18 5

2 450

0 5

100

2,4

0,08

100

100

2,6 0,1

3,0

0,4

2,8

100

2,6 0,2

100

2,5

0,1

100

12 5 0,5 500

12 5 2 450

12 5 2 450

12 10 1 450

24 5 1 450

24 5 1 450

15 5 1,5 450

12 7 5 1 0 450

25 6 3,0 450

Как видно из. таблицы, катализатор-прототип, при концентрации кислорода 21 об.Х обеспечивает окисле35 ние углеводородов при 450 С на 97Х, при 500 С íà 100Х. Эффективность очистки не снижается в присутствии

1-2 г/м сероводорода. При пониже40 нии концентрации кислорода до

3,14 об .Х (пример 4) степень окисления углеводородов до СО на катализаторе-прототипе не превышает 90Х, хотя на выходе из реактора избыточ- 4 ное количество кислорода (1,7 об.X).

В примере 5 таблицы в состав катализатора входит 10Х Ч Оз, 4Х СиО и .

0,5Х Cr< 0>. При 500 С и концентрации в исходном газовом потоке

2,7 об Х кислорода степень окисления углеводородов достигает 91%. С увеличением концентрации У Ов в катализаторе до 12Х, при наличии 5Х

Си0 и 0,5Х Cr

Полное окисление происходит на катализаторе, содержащем, %: V>0 12, Си0 5, Cr O 2 при 450 С (пример 7) .

В присутствии 3,5 г/м сероводоррда катализатор работает устойчиво без снижения активности по окислению углеводородов (пример 8) .

При увеличении содержания окиси меди в катализаторе до 10Х в присутствии 12% VgOg и 1% СгдОз полное окисление углеводородов происходит при стехиометрическом количестве кис- лорода s газовой фазе (пример 9) .

На выходе из реактора имеются лишь следы кислорода (0,04 об.Х). Полное окисление углеводородов прн минимальном (близком к стехиометрическому) содержании кислорода в газовой фазе происходит также. на катализаторах, содержащих, %: СиО 5, V@Oq

18 и Cr O> 2 (пример 10); СиО 5, V<0> 24 и Cr<0> 1 (пример 11 и 12), Ч Об 15, СиО 5, CrgOg 1, (пример

13), V О 12, СиО 7,5, С.- О 1 (пример 14) .

Эти катализаторы стаб i. ьно работают и в присутствии 3 r Р сероводорода.

Составитель В. Теплякова

Редактор И. Ковальчук Техред И.Астапош Корректор В. Гирняк

Подписное

Заказ 6491/8 Тираж 532

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 II

Дальнейшее увеличение концентрации активных компонентов (V@0, СиО, Сг Оэ) не имеет смысла, поскольку температура полного окисления на таком катализаторе (пример 15) не ниже 450 С и потребность в кислороде такая же, как на катализаторах с меньшим содержанием активных компонентов. Увеличение копичества активных компонентов лишь удорожает катализатор.

Таким образом, лучшие образцы катализаторов полного окисления углеводородов, на которых окисление осуществляется при минимальном (стехиометрическом) содержании кислорода в газовой фазе, должны содержать определенное соотношение активных

13162 8 компонентов, Х: V Oq 12-24, СиО 5-10, Cr 0 1-2 íà g-окиси алюминия.

При использовании предлагаемого катализатора нет необходимости в дополнительной подаче воздуха в количестве 1-1,5 объема на объем отходящего газа для повышения концентрации кислорода, таким образом, высвобождается одна газодувка и ликl0 видируются энергозатраты на подачу воздуха. Сокращаются в 2-3 раза объемы газа, подаваемого на каталитическое окисление и в 2-3 pasa сокращаются энергозатраты на нагрев газа до температуры реакции. Кроме того, на предлагаемом катализаторе полное окисление осуществляется при более низкой-температуре, чем на катализаторе-прототипе.