Способ очистки отходящих газов от оксидов азота и диоксида серы

 

Изобретение относится к химии неорганических соединений азота и серы, более конкретно - к способу каталитического восстановления оксида азота и диоксида серы сероводородом с образованием нетоксичных продуктов - молекулярного азота, элементарной серы и воды при возможном присутствии паров воды в исходной смеси. В процессе используется ванадий - углеродный катализатор состава, мас. % : V₂O₅ 5 - 20, углерод 10 - 40, остальное носитель ( Al₂O₃ , SiO₂, алюмосиликат). Изобретение позволяет повысить производительность по очистке от оксида азота и сероводорода до 19,1 и 43,0 г-моль NO и H₂S соответственно по сравнению со способом - прототипом, дающим 5,0 г-моль NO и 23,8 г-моль H₂S на 1 л катализатора в 1 ч. 1 табл.

Изобретение относится к области очистки газов от оксидов азота, диоксида серы и может быть использовано в химической, металлургической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение производительности и стабильности катализатора. П р и м е р 1. Сопоставляют производительность по NO и Н₂S катализатора предлагаемого способа и катализатора способа-прототипа. Катализатор предлагаемого способа состава 10% V₂O₅ - 36% C - 54% γ-Al₂O₃ получают путем пропитки зауглероженной γ-окиси алюминия, содержащей 40 мас. % углерода, водным раствором метаванадата аммония. Зауглероженный носитель получают путем высокотемпературного пиролиза дивинила известным способом при 650^оС (авт. св. N 988324). Содержание углерода на носителе здесь и далее изменяют, изменяя время зауглероживания. Пропитанный катализатор сушат при 110^оС и прокаливают в течение 4 ч в токе азот-кислородной смеси, содержащей 10% О₂, при 450^оС. Катализатор по способу-прототипу готовят пропиткой высокодисперсного оксида магния раствором гептамолибдата аммония, сушкой при 120^oС и прокалкой на воздухе при 500^оС в течение 4 ч. Степень превращения оксида азота определяют по формуле X_NO= ·100% , где С_NO^o, С_NO^к - начальная и конечная концентрации NO в смеси. Степень превращения сероводорода (Х) рассчитывают по формуле X= 100% , где C, C - начальная и конечная концентрации Н₂S. Степень превращения сернистых соединений в элементарную серу (X_S) определяют по формуле X_S= 100 % , где C, C - начальные, C, C_SO2^к - конечные концентрации указанных газов. Сопоставление производительности проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 0,29 NO, 0,40 H₂S, 10,0 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность по NO и Н₂S по предлагаемому способу существенно превышает производительность по способу-прототипу. П р и м е р 2. Катализаторы получают методами, описанными в примере 1. Сопоставление проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 0,29 NO, 0,40 Н₂S, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность предлагаемого способа по NO и Н₂S (S₁)почти в 3 раза превышает производительность по способу-прототипу. П р и м е р 3. Катализаторы по предлагаемому способу и по способу-прототипу готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по NO и Н₂S проводят при температурах 200, 250, 300, 350^oС, объемной скорости 6500000 ч^-1 и составе исходной cмеси, % : 0.27-0,28 NO, 0,20 SO₂, 0,54 H₂S, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность по NO и Н₂S предлагаемого способа во всех случаях превышает производительность по способу-прототипу. П р и м е р 4. Катализаторы по предлагаемому способу и способу-прототипу готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по NO и H₂S проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 0,27-0,28 NO, 0,54 H₂S, 0,20 SO₂, 10,0 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность по NO и H₂S катализатора по предлагаемому способу превышает производительность катализатора по способу-прототипу. П р и м е р 5. Катализатор состава 15% V₂O₅ - 22% C - 63% Al₂O₃ - SiO₂ получают путем пропитки раствором оксалата ванадила зауглероженного алюмосиликата, содержащего 30 мас. % Al₂O₃. После пропитки катализатор сушат при 120^оС и прокаливают при 450^оС 4 ч в токе воздуха. Сопоставление производительности проводят при температуре 200^оС, объемной скорости 325000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 0,28 NO, 0,96 H₂S, 0,20 SO₂, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительности по NO и Н₂S катализатора предлагаемого способа в несколько раз выше, чем катализатора способа-прототипа. П р и м е р 6. Катализатор состава 5% V₂O₅ - 40% C - 35% γ-Al₂O₃, готовят путем пропитки раствором сульфата ванадила зауглероженного γ-оксида алюминия с исходной удельной поверхностью 300 м²/г марки А-1. После пропитки катализатор сушат при 110^оС и осторожно прокаливают в смеси воздуха с азотом при 450^оС. Сопоставление производительности предлагаемого способа и способа-прототипа проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1 и составе смеси на входе, % : 9,28 NO, 0,54 H₂S, 0,20 SO₂, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность по NO и Н₂S способа изобретения существенно превышает производительность способа-прототипа. П р и м е р 7. Катализатор состава 20% V₂O₅ - 10% C - 70% SiO₂получают путем пропитки зауглероженного силикагеля с исходной удельной поверхностью 300 м²/г водным раствором метаванадата аммония с сушкой при 110^оС и прокалкой в гелии при 450^оС. Сопоставление производительностей катализатора по способу изобретения и катализатора по способу-прототипу проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : NO 0,28; H₂S 0,54; SO₂ 0,2, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность по NO и H₂S предлагаемого способа значительно превышает производительность способа-прототипа. В примерах 8-12 приведена производительность катализатора за границами способа изобретения. П р и м е р 8. Катализатор состава 4,5% V₂O₅ - 30% C - 65,5% SiO₂ готовят путем зауглероживания однороднопористого силикагеля, полученного гидролизом тетраэтоксисилана, с последующей пропиткой водным раствором метаванадата аммония. Катализатор сушат при 120^оС, прокаливают при 450^оС в токе азота в течение 4 ч. Как видно из таблицы, при температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 0,29 NO, 0,39 H₂S, остальное гелий при малом содержании пентоксида ванадия в катализаторе наблюдается низкая начальная производительность по NO и Н₂S, которая затем уменьшается в ходе испытаний. П р и м е р 9. Катализатор состава 10% V₂O₅ - 7,5% C - 82,5% γ- Al₂O₃ готовят, как катализатор примера 8, но вместо носителя SiO₂используют γ-Al₂O₃. Как видно из таблицы, при температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 0,27 NO, 0,54 H₂S, 0,2 SO₂, 10,0 H₂O, остальное гелий начальная производительность по NO и H₂S снижается заметно при уменьшении содержания углерода в катализаторе до величины ниже 10 мас. % . При работе в указанной смеси происходит постепенная дезактивация. П р и м е р 10. Катализатор состава 10% V₂O₅ - 90% γ-Al₂O₃готовят пропиткой при 80^оС носителя γ-Al₂O₃ водным раствором, полученным из стехиометрических количеств метаванадата аммония и щавелевой кислоты, с последующей сушкой при 120^оС и прокалкой при 450-500^оС в токе воздуха. Как видно из таблицы, при температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 0,27 NO, 0,54 H₂S, 0,20 SO₂, 10,0 H₂O, остальное гелий начальные производительности по NO и H₂S на указанном катализаторе близки к производительностям на малозауглероженном катализаторе примера 9. При продолжительной работе происходит постепенная потеря активности. П р и м е р 11. Катализатор состава 40% С - 60% γ-Al₂O₃получают путем зауглероживания γ-оксида алюминия по известному способу (авт. св. N 988324). При температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1и составе исходной смеси, % : 0,28 NO, 0,54 H₂S, 0,20 SO₂, остальное гелий производительность катализатора по NO была низка и нестабильна. П р и м е р 12. Катализатор состава 10% V₂O₅ - 90% СКТ готовят путем пропитки активного угля марки СКТ водным раствором NH₄VO₃, сушкой при 110^оС, прокалкой при 450^оС в потоке гелия 4 ч. Как показано в таблице, при температуре 250^оС, объемной скорости 650000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 0,25 NO, 0,54 H₂S, 0,20 SO₂, остальное гелий, производительность по NO катализатора была низка. Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ каталитической очистки газов от оксида азота и диоксида серы позволяет существенно повысить производительность процесса по NO и H₂S (S₁) за счет применения при атмосферном давлении и температурах 200-350^оС катализатора, содержащего пентоксид ванадия и углерод на носителе. Существенное отличие предлагаемого способа от известных заключается в применении катализатора с указанным процентным содержанием оксида ванадия и углерода, позволяющего осуществлять восстановление оксида азота и диоксида серы сероводородом при возможном присутствии паров воды с высокой производительностью. Способ изобретения обладает, кроме того, рядом полезных качеств: гидрофобность и устойчивость к дезактивации катализатора, особенно при попадании в реакционную смесь воздуха или кислорода; дешевизна катализатора при использовании в качестве носителей зауглероженных отработанных катализаторов на основе оксида алюминия или алюмосиликатов, например, после процесса каталитического крекинга. Результаты, полученные в примерах 1-12, приведены в таблице. (56) Чзука Т и др. Одновременное удаление NO и SO₂ с помощью H₂S на катализаторе. Chemistry letters, 1985, с. 273-276.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА И ДИОКСИДА СЕРЫ , включающий их восстановление сеpоводоpодом пpи повышенной темпеpатуpе на катализатоpе, содеpжащем оксид металла на носителе, отличающийся тем, что, с целью повышения пpоизводительности и стабильности катализатоpа, контактиpование ведут пpи 200 - 350^oС, а в качестве катализатоpа используют пентоксид ванадия на носителе, в котоpый дополнительно введен углеpод, пpи следующем соотношении компонентов, мас. % : Пентоксид ванадия 5 - 20
Углерод
10 - 40
Носитель ( γ -оксид алюминия, или силикагель, или алюмосиликаты)
Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1