Катализатор для очистки газовой смеси от оксида азота

 

Изобретение касается каталитической химии, в частности катализатора для очистки газовой смеси от оксида азота. Цель - повышение активности катализатора. Для этого катализатор содержит, мас.%: оксид алюминия 0,715-0,716, оксид хрома 0,035- 0,65; оксид меди 0,142-0,143; оксид железа 0,077-0,107' 100%-ная очистка газовой смеси от оксида азота восстановлением его монооксидом углерода при объемной скорости 90000 ч в присутствии указанного катализатора достигается при 380''С (против 435°С в известном катализаторе) без снижения активности катализатора в течение 100 ч, 3 табл.. Изобретение относится к обезвреживанию газовой смеси от оксида азота его восстзиовлением в азот монооксидом углерода.Известен катализатор, содержащий металлы платиновой группы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4804396/04 (22) 30.01,90 (46) 29.02.92. Бюл. В 8 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. M.Àýèýáåêîâà (72) М.О.Османов (53) 66.097;3(088.8) (56) Панчишный В.И. Проблемы кинетики и катализа. Глубокое катал итическое окисление углеводородов. M.: Наука, 1981, с. 145.

Горфункель В.Е. Сб. Очистка и использование сточных вод и промышленных выбросов. Киев: Наукова думка, 1964, с. 46.

Girdler, Chem, clerk, 1959, 84 М 26, 75.

Авторское свидетельство СССР М

521925, кл, В 01 J 23/86, 1975.

Авторское свидетельство СССР М

1132962, кл. В 01 J 23/86, 1984.

Патент СССР N. 427502, кл. В 01 3 23/86, 1972, Авторское свидетельство СССР N."

1546116, кл. 8 01 J 23/86, 1987.

Изобретение относится к обезвреживанию газовой смеси от оксида азота его восстановлением в азот монооксидом углерода.

Известен катализатор, содержащий металлы платиновой группы (0,5 мас.% на

А1203), Для Очистки газовой смеси От Оксида азота восстановлением в азот водородом и монооксидом углерода. При обьемной скорости 24000 ч 90%-ное превращение оксида азота достигается в интервале температур 180-395 С с селективностью по,;„ „„1715394 А1 (s»5 В 01 J 23/86, В 01 D 53/36 (54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ОТ ОКСИДА АЗОТА (57) Изобретение касается каталитической химии, в частности катализатора для очистки газовой смеси от оксида азота. Цель— повышение активности катализатора. Для этого катализатор содержит, мас.%: оксид алюминия 0,715 — 0,716, оксид хрома 0,0350,65; оксид меди 0,142 — 0,143; оксид железа

0,077-0,107 100%-ная очистка газовой смеси от оксида азота восстановлением его монооксидом углерода при обьемной скорости

80000 ч 1 в присутствии указанного катализатора достигается при 380 С (против 435 С в известном катализаторе) без снижения активности катализатора в течение 100 ч. 3 табл.

6д азоту 22 — 92%, т.е. восстановление оксида азота в азот составляет 19,8 — 82,8

Недостатки данного катализатора — исIIDRb3oBBklNB дефицитных и дорогих металлов платиновой группы и низкая степень а восстановления NO в й2.

Известен палладиевый катализатор

АПК-2 для очистки газовых смесей от оксида азота восстановлением в азот метаном при

750ОС.

Указанный катализатор характериэуетcubi высокой температурой реакции и исполь1715394

35 ется высокая температура реакции при повышенных объемных скоростях.

Известен никель-хромовый катализатор на фаянсе для очистки газовой смеси от оксида азота его восстановлением в азот монооксидом углерода. На катализаторе достигается 98 íîå восстановление оксида азота при 200 С и объемной скорости 2000 ч

Недостатком катализатора является низкая объемная скорость (2000 ч "), при которой эффективно работает катализатор.

Известен катализатор очистки газовой смеси от оксида азота эмпирической формулы СиМп МеуСг20д (где Ме — никель или кобальт нанесенный íà AI20a. На катализаторе достигается полная очистка газовой смеси от оксида азота при объемной скорости 39000 ч из смеси, содержащей 5-крат-1 ный избыток восстановителей и ри

300-320 С.

Известно, что при обезвреживании газовой смеси от оксида азота практический интерес в большей степени представляют такие условия проведения процесса, когда в смеси содержание восстановителей и оксида азота соответствует стехиометрическому соотношению, так как в этих условиях достигается одновременное удаление всех токсичных веществ (и восстановителей и оксида азота) из газовой смеси. Это положение становится очевидным из анализа следующих уравнений реакций, протекающих в смеси;

55 зованием дефицитного и дорогого палладия, Известен платиновый катализатор очистки газовой смеси от оксида азота восстановлением в азот водородом и метаном. 5

Температура начала реакции на катализаторе составляет 200 и 425 С соответственно для водорода и метана.

Недостатки такого катализатора заключаются в использовании дорогой идефицит- 10 ной платины и высокой температуры начала реакции.

Известен медь — хром — кобальт — железооксидный катализатор очистки газовой смеси от оксида азота его восстановлением 15 в азот монооксидом углерода. На катализаторе достигается 98 -ное восстановление оксида азота в азот при 381ОС и объемной скорости 12750 ч . По результатам дополнительных испытаний этого катализатора при объемных скоростях 40000 и 80000 ч 20

99 -ное восстановление оксида азота в N2 соответственно достигается при 585 и

670 С, Недостатком этого катализатора являстехиометрическая смесь

2NO+ 2СО - йг+ 2С02. (1) смесь с 5-кратным избытком восстановителя

2N0+ 10СО = N2+ 2C02+ 8СО (2)

Как следует из уравнения (1) при стехиометрической смеси оба токсичных компонента реакции (NO и СО) превращаются в нетоксичные Nz и С02. .При 5-кратном избытке восстановителя (уравнение 2) значительная часть восстановителя не реагирует из-за нехватки окислителя и остается в смеси.

Таким образом недостатком катализатора является большой избыток восстановителей,. при котором осуществляется процесс.

Известен алюминий — медь — хром— никель-оксидный катализатор очистки газовой смеси от оксида азота его восстановлением в азот монооксидом углерода при объемной скорости 10000-40000 ч . На катализаторе при содержании оксидов, моль:

А!гОз О,645-0,74; Сг20з 0,032 — 0,112; NIO

0,074-0,208; Си О 0,068-0,134, полная очистка стехиометрической смеси(NO+ CO) от NO достигается в интервале температур 200—

285 С. По данным дополнительных испытаний катализаторов прототипа при объемной скорости 80000 ч 1 наибольшую активность в этих условиях имеет катализатор состава, моль: А(20з 0,645; Сг20з 0,032; й!0 0,194 и

СиО 0,129, и на нем при 80000 ч 1 полная очистка смеси от оксида азота достигается при 435 С (см.табл.1).

Недостатками прототипа являются высокая температура реакции при высокой объемной скорости и его высокая стоимость.

Цель изобретения — расширение ассортимента высокоактивных катализаторов очистки газовой смеси от оксида азота, удешевление катализатора и снижение температуры реакции при высокой объемной скорости.

Поставленная цель достигается катализатором очистки газовой смеси от оксида азота его восстановлением в азот монооксидом углерода, содержащим оксиды алюминия, меди, хрома и железа при следующем соотношении оксидов, моль:

А!гОз 0,715-0,716

Ре20з 0,077-0.107

Сг20з 0.035-0,065

СиО 0,142-0,143, Приготовление катализатора. Смесь азотно-кислых солей алюминия. железа, хрома и меди, взятых в необходимом соотношении, нагревают при 300 — 400 С до их полного разложения и прокаливают 4 ч при

1715394

410 С, в то время кэк на прототипе при

420 С только 97 оксида азота восстанавливается в азот, а полная очистка от N0 достигается лишь при 435 С.

Предлагаемый катализатор был испытан в течение 100 ч работы. Уменьшения степени очистки газовой смеси от оксида азота в течение 100 ч работы не наблюдалось.

В табл.3 приведены данные испытания известного алюминий — никель — хром— медпооксидного катализатора при обьемной скорости 80000 ч 1.

Формула изобретения

Катализатор для очистки газовой смеси от оксида азота, содержащий оксиды алюминия, хрома, меди и металла группы железа, отличающийся тем, что, с целью повышения активности катализатора, он в качестве металла группы железа содержит х<елеэо при следующем молярном содержании компонентов, мас.%:

Оксид алюминия 0,715 — 0,716

Оксид хрома 0,035 — 0,065

Оксид меди 0,142-0,143

Оксид железа 0,077 — 0,107

Таблица 1

Влияние состава катализатора на его активность. Объемная скорость 80000 ч .

Температура Степень- восреакции, С становления

NOвИг,%

Состав катализато а,моль, в пе есчете на

ГегОз

А!зОз

СиО

СггОэ

0,08

0,01

0,16

0,75

0,017

0,113

0,140

0.72

0,08

0,058

0,144

0,718

0,016

0,143

0,716

0,125

0,142

0,035

0,107

0,716

700 С. Полученную массу растирают в порошок и смешивают с раствором азотной кис-. лоты (0,1 м/л). Из полученной пластичной, массы шприцованием готовят гранулы, ко торые сушат на воздухе, прокаливают 2-3 ч и ри 300-400 С и 4 ч и ри 700 С. 5

Пример. В лабораторной проточной установке, состоящей из стеклянного (стекло пирекс) реактора (в реактор загружают 1 мл катализатора), помещенного в кварцевую печь с намотанной нихромовой спи- 10 ралью, систем дозированной подачи газовой смеси и регулирования температуры, восстанавливают оксид азота в азот монооксидом углерода и ри объемной скорости

80000 ч 1. Реакционная смесь имеет состав 15

1% NO+ 1o СО+ 98% гелий. Газы анализируют на хроматографе ЛХМ-8 мд с колонками, заполненными молекулярными ситами

NaX и активированным углем. Температура колонок 70 С.. Гэз-носитель гелий, расход 20

40 мл/мин.

Результаты испытаний и расход реактивов приведены в табл.1-3.

Как следует из табл.1, предлагаемый катализатор обеспечивает полную очистку га- 25 зовой смеси от оксида азота в зависимости от состава катализатора при 380, 384, 400 и

238

276

434

1.90

294

400

32

52

62

77

55 65

91

88

58

99.5

1715394

Продолжение табл.1

Температура реакции, С

Степень восстановления

ЙО в Й2, jf

CQ03

СиО

РщОз;

А)зОз

254

0,089

0,053

0,715

0,143

0,077

0,715

0.065

0,143

325

384

480.

450

0,105

0,05

0,70

0,145

0,2

0,19

0,60

0,01

520

0,5

0,175

0.15

0,175

200

325

260

0,7155

0,089

0 053

0,1425

380

390

262

435

52

92

97

100

Состав катализато а моль е пе есчете на

Прототип при обьемной скорости.80000 ч

63

74

85,5

96

57

27

32

51

87

42

62

92 98,5

100

1715394

Та блица 2 сход реактивов на 1 кг катализатора, кг

N09)1 9Íe0 Fe(N013 9Í 0 Ст(КОЗ)1 98тО .5,12 1,18 0,0728

4>92 0,127 0,82

«,8 О,43 0,58 ..4,165 о,556 о,33

3,48 0>56 0,181

5,06 0,68 0,401

5,07 О 565 О 47

«>11 0,37 0,72

4>14 0,00745 1,48

3>2 . 1,032 1, 192

5>1 0,68 0,401

Состав катализатора, моль, ° пересчете на (со

ИаОЗ 1>езОа СгвОЗ

Т.аблица3

Активность алюминий кинкель-хром-меднооксндно го катализатора при объем>к>й скорости 80000 Г (смесь стехиометрическая) Степень восстановления

N0 в РЗ,2

Содеркание компонентов катализатора, моль

Количество добав пивного

СиО,моль

А1ФОФ 111.0

СтвОз

0>143

0,715 О, О89 0> 053

0,715 О, 089 О, 053 0,134

0 715 0,089 0,053 0,129

Составитель М.Османов

Тех ехред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор М.Бандура аказ 557

ВНИИПИ Государственного комитета и

Тираж Подписное итета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5.

Производственно-издательский комбинат "Пате " .У тент, г. жгород, ул.Гагарина, 101

0,75

0>72

О> 718

0,716

О, 116

0>715

0,715

0>70

0,60

О 5

0,715

0,16

0>0 17

0> 058

0,125

0,107

0,089

0,О77

0 05 О, 01

0,15 0,089

О О1

0,113

0,080

0,016

0,035

0,053

0,065

0,105

0,2

0>175

0,053

0,08

0,140

0,144

0,143

0,142

0,143, 0,143

0,145 о 19

О 175

0,1425

Температура реакции, 40

»е

300 . 370

252

462

32

72

94

98

57

7.5

98

60, 75

92

100

0,178

0,36

0 37

О>269

0,223

0>325

0,326

0>373

0,425

0,358

0,224