Катализатор для очистки отходящего газа от окиси углерода

 

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА ОТ ОКИСИ УГЛЕРОДА, содержащий палладий на носителе, при следующем соотношении компонентов, мас.%: палладий 0,1-05; носитель - остальное, отличающийся тем, что, с целью повышения активности катализатора, он содержит в .качестве носителя нитрид кремния.

4 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 257201.8/23-04 (22) 25.01.78 (46) 30.03.86. Бюл. ¹ 12 (71) Институт физической химии им. Л,В.Писаржевского (72) Н.А.Болдырева, Г.П.Корнейчук, М.Г.Марценюк-Кухарук,Г,В.Трунов, А,И.Харламов и В.К.Яцимирский (53) 66.097.3 (088.8) (56) Томас Ч. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы. М., "Мир", 1973,с. 174-175.

Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2477206/23-04, кл. В 01 J 23/44, 1977. (51) 4 В 01 J 23/44, 21/Об //

// С 10 К 3/04 (54) (57) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА ОТ ОКИСИ УГЛЕРОДА, содержащий палладий на носителе, при следующем соотношении компонентов, мас.X: палладий 0,1-05 носитель— остальное, отличающийся тем, что, с целью повышения активности катализатора, он содержит в ,качестве носителя нитрид кремния.

677174 2

Изобретение относится к области защиты окружающей среды от окиси углерода и может быть применено в металлургической, автомобильной, химической и других отраслях промышленности, имеющих отходящие газы, в которых содержится окись углерода.

Среди известных катализаторов для очистки выбросных газов от окиси углерода наибольшее распространение полу- 10 чили катализаторы на основе палладия, содержащие добавки других металлов, окислов металлов или без них.

Сущность известных катализаторов заключается в том, что в их состав 15 входит Pb и в их присутствии окись углерода, содержащаяся в выходных газах, окисляется кислородом воздуха до двуокиси углерода.

Ближайшим решением аналогичной за- 20 дачи по технической сущности и достигаемому эффекту является известный катализатор для очистки отходящего газа от окиси углерода, содержащий палладий на носителе-пористом титане 25 при следующем соотношении компонентов, мас.X: палладий 0,1-0,5, титан— остальное. При очистке сухих или увлаженных газовых смесей, содержащих

2% окиси углерода и О, 1% сернистого зб ангидрида, высокая степень окисления окиси углерода (95-100%) достигается " в присутствии известного катализатора при температурах 200-245 С и объемных скоростях 12000, 36000 ч .. К недостаткам известного катали затора следует отнести его невысокую активность при больших содержаниях окиси углерода в отходящих газах и больших объемных скоростях газовых выбросов.

Следует отметить также, что для приготовления известного катализатора используют дорогостоящий пористый титан.

Цель изобретения — повышение активности катализатора, т.е. создание такого катализатора, который позволил бы очищать газовые выбросы, содержащие 2-10% окиси углерода, как в присутствии влаги, так и без нее с высокой степенью окисления окиси углерода при более низких температурах и более высоких объемных скоростях, Цель достигается тем, что катализатор для очистки отходящего газа от окиси углерода содержит палладий на носйтеле-нитриде кремния при следующем соотношении компонентов, мас.X: палладий 0,1-0,5; носитель — остальное.

Отличительным признаком изобрете- ния является содержание в катализаторе в качестве носителя нитрида кремния.

Настоящий катализатор для очистки отходящего газа от окиси углерода обладает повышенной по сравнению с известным активностью, и для его изготовления не требуется дорогостоящий носитель, 95-100% степень окисления окиси углерода в выбросных газах достигается при 130-190 С и объемных о скоростях 12000-2000 ч . Наличие влаги в отходящем газе не снижает температуру полного окисления. Носитель-нитрид кремния получается путем азотирования порошка кремния в среде азота при температуре 1600 С. ъ

Полученный порошок нитрида кремния размалывается в вибромельнице до 15 мкм, смешивается с пластификатором и прессуется в остальных прессформах при давлении 2 т/см, затем полученная заготовка спекается в засыпке из нитрида бора с добавкой кремния при о

1600 С в течение двух часов. Для регулирования пористости образцов применяют добавку основного углекислого магния в количестве от 0 до 30 мас.X.

Пористость нитрида кремния 35%. Зерна или пластины пористого нитрида кремния подвергают на влагоемкость пор по воде или по спирту. Влагоемкость пористого нитрида составляет

0,3 мл/г. Соответственно готовят такое количество раствора соли палладия, чтобы он полностью поглотился пористым нитридом кремния. Нитрид кремния может содержать добавки окислов магния, алюминия, циркония,гафния, хрома или их смеси в количестве

0,5-25%, 0,5-50% карбида кремния, а также добавки других тугоплавких соединений, совместимых с нитридом кремния при температуре спекания.

Пример 1. Приготовленные зерна нитрида кремния пропитывают раство) ром аэотнокнслого палладия из расчета на 100 г нитрида кремния íà (00 r нитрида кремния 0,1 г палладия. Раствор готовят следующим образом.

Берут 30 мл дистиллированной воды или 30 мл этилового спирта (гидролизного и в них растворяют 0,21 r азотнокислого палладия. Раствор подкисляют азотной кислотой до нормальности 0,05. Затем зерна катализатора вы20

3 677 сушивают при 100 С, кипятят в 20 растворе гидрата гидразина в течение о

10 мин, сушат при 100 С, Кипячение в гидрате гидрозина можно заменить прокладкой в течение 3-4 ч при температуре 400-450 С.

При работе с катализатором, содержащим 0,1 мас. . палладия, имеет следующие характеристики: при содержании в отходящем газе 2 окиси угле- 10 рода полное превращение окиси углерода достигается при температуре 160 С и объемной скорости газового потока

12000 ч, 165 С вЂ” при 36000 ч

175 C — при 72000 ч, при содержа- 15 нии 10 окиси углерода в отходящем газе полное превращение окиси углероо да достигается при 180 С и объемных скоростях газового потока 12000 и

36000 ч, 190 С вЂ” при 72000 ч Пример 2. Приготовленные зерна нитрида кремния пропитывают раствором азотнокислого палладия из расчета на 100 r нитрида кремния 0,3 r палладия. 25

Раствор готовят следующим образом.

Берут 30 мл дистиллированной воды или 30 мл этилового спирта (гидролизного) и в них растворяют 0,63 г азотнокислого палладия. Раствор подкисляют азотной кислотой до нормальности

0 05. Затем зерна катализатора высушивают при 100 С, кипятят в 20 раствора гидрата гидразина в течение . 10 мин, сушат при 100 С. Кипячение в гидрате гидразина можно заменить прокладкой в течение 3-4 ч при 400450 С.

При работе c,êàòàëèçàòoðîì, содержащим 0,3 мас. палладия, имеют сле40 дующие характеристики: при содержании в отходящем газе 2 окиси углерода полное превращение окиси углерода достигается при 140 С и объемных скоростях газового потока 12000 и

36000 ч 1, 150 С вЂ” при 72000 ч при содержании 10 окиси углерода в отходящем газе полное превращение окиси углерода достигается при 155 С н объемных скоростях газового потока 12000, 36000 и 72000 ч

Пример 3. Зерна нитрида кремния пропитывают раствором азотнокислого палладия иэ расчета на 100 r нитрида кремния 0,5 г палладия. Раствор гото- 55 вят следующим образом, В 30 мл дистиллированной воды или 30 мл этилового спирта (гидролизного) растворяют

174 4

1,05 г азотнокислого палладия. Раствор подкисляют азотной кислотой до нормальности 0 05. Затем зерна катаУ о лиэатора высушивают при 100 С, кипятят 10 мин в 20 растворе гидрата о гидразина, сушат при 100 С. Кипячение в гидрате гидразина можно замес нить прокладкой при 400-450 С в течение 3-4 ч.

При работе с катализатором, содержащим 0,5 мас. палладия, имеем следующие характеристики, при содержании в отходящем газе 2 окиси углерода полное превращение окиси уго лерода достигается при 130 С и объемных скоростях газового потока 12000 и 36000 ч, 140 С вЂ” при 72000 ч при содержании 10 окиси углерода полное превращение окиси углерода о достигается при 135 С и объемных скоростях газового потока 12000 и

36000 ч, 140 С вЂ” при 72000 ч

Нитрид кремния можно пропитывать растворами других солей палладия, разлагающихся при кипячении в водных растворах гидрата гидразина или при температурах 400-600 С образованием металлического палладия.

В таблице приведены результаты испытания известного (1) и предлагаемого (1I) катализаторов. Сравнение активности катализаторов проводилось в реакторе проточного типа на искусственных газовых смесях.

Из приведенных данных видно, что при очистке отходящих газов от окиси углерода в воздушных смесях, содержащих 2 и 10% окиси углерода, и объемных скоростях 12000, 36000 и

72000 ч, достигается достаточно высокая степень окисления окиси углерода при 130-155 С на контактах, содержащих 0,3-0,5 мас. палладия.

Дальнейшее увеличение количества палладия не приводит к заметному снижению температуры полного окисления окиси углерода. Наличие влаги в от-, ходящем газе не снижает температуру полного окисления СО.

Сравнение температур полного окисления окиси углерода на нитрокремни" евопалладированном и титанопалладированном катализаторах показывает, что на предлагаемом контакте полное о окисление происходит на 25-85 С ниже, чем на известном.

;Катализатор на основе нитрида кремния и палладия можно приготовить

S 67 любой формы в виде пластин, лопастей, трубок зерен и т,д., что представляет интерес для очистки запыленных выбросных газов, где применение каталитических слоев в виде зерен становится затруднительным из-за высокого гидравлического сопротивления их.

7174

Разность темпераПредлагаемый Известный катализа- катализатор (П) тор (1) Температуры полного превращения, С

ОбъемСосотав газовой смеси, (ная скорость газового noтур полного на ката- на катаиэатое 1 лизаторе П превращения т-р

At С тока, ч )60 . 185

Нитрид кремния+ Титан +

+0,1 мас.7. Pd +0,1 мас,X Pd

Нитрид кремния+ Титан +

+0,3 мас.7. Pd +0,3 мас.% Pd l40

12000

180

Нитрид кремния+ Титан +

+0,5 мас.% Pd +0,5 мас.7. Pd 130

12000

175

Нитрид кремния+ Титан +

+0,1 мас.% Pd +0,1 мас.X Pd 165

215

Нитрид кремния+ Титан +

+0,3 мас.% Pd +0,3 мас.7 Pd 140

205

36000

Нитрид кремния+ Титан +

+0,5 мас.7 Pd +0,5 мас.7 Pd 130

200

Нитрид кремния+ Титан +

+0,1 мас,X Pd +0,1 мас.7. Pd 175

235

72000

Нитрид кремния+ Титан +

+0,3 мас.7. Pd +0,3 мас.% Pd 150

225

72000

Нитрид кремния+ Титан +

+0,5 мас.% Pd +0,5 мас.% Pd 140

215

12000

Нитрид кремния+ Титан +

+0,1 мас.7 Pd +О, i ìàñ.X Pd 180

235

Нитрид кремния+ Титан +

+0,3 мас.X Pd +0,3 мас.7. Pd 155

12000

225

12000

Нитрид кремния+ Титан +

+0,5 мас.7. Pd +0,5 мас.7. Pd 135

220

36000

Нитрид кремния+ Титан +

+0,1 мас.7. Pd +0,1 мас.% Pd 180

240

Нитрид кремния+ Титан +

+0,3 мас. X Pd +0,3 мас. X Pd 155

36000

230

2% СО+воздух 12000

2% СО+воздуха 36000

2% СО+воздух 36000

27 СО+воздух 72000 б

Применение укаэанного катализато ра позволяет очищать отходящие газы с высоким содержанием окиси углерода в них до 10% при достаточно больщих объемных скоростях и невысоких температурах 130155 С

677174

Продолжение таблицы

ОбъемСосстав газовой смеси ная тур полного на катализаторе 1 тока, ч

36000 Нитрид кремния+ Титан +

+0,5 мас.% Pd +0,5 мас.% Pd 135

220

10% СО+воздух 72000 Нитрид кремния+ Титан +

+О, 1 мас.% Pd +О, 1 мас.% Pd 190

245

72000 Нитрид кремния+ Титан +

+0,3 мас.% Pd +0,3 мас.% Pd 155

235

72000 Нитрид кремния+ Титан +

+0,5 мас.% Pd +0,5мас.%Pd 140

225

72000 Нитрид кремния+ Титан +

+0,3 мас.% Pd +0,3 мас.% Pd 150

225

72000 Нитрид кремния+ Титан +

+0,5 мас.% Pd +0,3 мас.% Pd 140

215

72000 Нитрид кремния+ Титан +

+0,1 мас.% Pd +0,1 мас.% Pd 190

250

72000 Нитрид кремния+ Титан +

+0,3 мас.% Pd +0,5 мас.% Ра 155

240

85 72000 Нитрид кремния+ Титан +

+0,5 мас.% Pd +0,5 мас.% Pd 140

225

Корректор В.Бутяга

Техред И.Верес

Редактор Л.Письман

Заказ 1626/4 Тираж 527 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

2% СО+

10%НО воздух

10% СО +

10% Н О +

+воздух скорость газового поПредлагаемый катализатор (11) Известный катализатор (1) Температуры полного превращения, С на катализаторе 11

Разность темперапревращения т-р

А, С