Катализатор для глубокого окисления органических веществ

 

О П "С Л-Й Е

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»716582

К АВТОРСКОМУ СВИДИТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51) М. Кл

В 01 J 23/72

С 07 В 3/00 (22) Заявлено 12.07.78 (21) 2644621/23-04

У с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Госудоротовнный номнтвт

СССР оо делам нэоорвтвннй н открытнй

Опубликовано 25.02.80. Бюллетень № 7 (53) УДК 66.097..3 (088.8) Дата опубликования описания 29.02.80 (72) Автор изобретения

1О. Н. Тюрин

Кузбасский политехнический институт (?1) Заявитель (54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ

ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к области производства катализаторов глубокого окисления органических веществ, например,для сжигания органической части газовых выбросов, в частности к производству катализаторов, состоящих из окислов металлов переменной валентности и носителя.

Известен окисномедный катализатор для очистки воздуха от вредных примесей представляющий собой окись меди, нанесенную на т -окись алюминия, с весовым отношением окиси меди к окиси алюминия от 0,9 до 1,1 (1). Катализатор готовят пропиткой носителя (синтетической т = А1оОо ) раствором нитрата меди с последующим осаждением гидроокиси аммиаком. Осадок отфильтровывают, сушат при 110 и прокаливают в токе воздуха при 400 С в течение 6 ч.

Известен также катализатор окисления выхлопных газов, состоящий из носителя и активного компонента, толщиной 0,025—

2,5 мм, имеющий состав (СцО)»(А1оОо)„ п НоО, где х = 1 — 3, g = 1 — 4 (2).

Для его получения в аммиачный раствор соли меди (сульфат, нитрат, карбонат, хромит, окись, гидроокись меди или их смесь) при 40 — 60 С вводят алюминат щелочного металла, полученный «на месте» реакцией гидроокиси щелочного металла и алюминия.

Водную смесь контактируют с носителем при

40 — 100 С и отношении NH . Сп )4: 1

5 и Cu: А!. от 1,5: 1 до 5,0: 1 (смешивают носитель, стружку алюминия, NaOH, неорганическую соль меди « NH ). Катализатор прокаливают при 150 — 540 С.

Описан также окисномедный катализатор окисления органических веществ и способ его получения (3) . Катализатор представляет собой нанесенную на окись алюминия окись меди в количестве 5 — 40 /О от веса катализатора. Катализатор получают смешиванием инертного пористого носителя

15 (окиси алюминия) с расплавленной солью меди (нитрат меди) и превращением соли меди в окись меди при 400 — 600 С.

Во всех вышеописанных случаях для приготовления катализаторов (окись меди на окиси алюминия) используют носитель, который необходимо либо предварительно синтезировать известными способами (у

= A1aOq ), либо носитель формируется во время получения катализатора из органи716582

3 ческих или неорганических солей алюминия.

Это, во-первых, усложняет производство катализаторов, а во-вторых, увеличивает их стоимость.

Из известных катализаторов глубокого окисления органических веществ по составу ингредиентов наиболее близким техническим решением является катализатор, который содержит в качестве активного компонента окись меди и носитель Si0a в следующих количествах: окись меди до 40 вес. /О, двуокись кремния-остальное (4) . 16

Этот катализатор используют для окисления органических веществ, например, муравьиной кислоты и толуола, содержащихся в отработанном промышленном газе. Для приготовления такого катализатора исполь$$ зуют водорастворимую соль меди и алкилсиликонат натрия (силиконовые жидкости

ГКЖ-10 или ГКЖ-11). Полученную смесь алкилсиликоната металла и его гидроокись затем промывают, фильтруют и сушат. Высушенный продукт гранулируют и окисляют И кислородом воздуха при 250 — 450 С. При окислении органический радикал выжигается с образованием газообразных продуктов, в результате чего получают катализатор с более развитой поверхностью.

Однако известный катализатор, описанный выше, недостаточно активен в поцессе глубокого окисления органических веществ.

Так, при окислении толуола в паровоздушной смеси с концентрацией 20 мг получены следующие результаты (табл. 1) .

36

Другим недостатком является то, что при получении катализатора используют алкилсиликонат натрия или калия — сравнительно дорогое сырье, что заметно сказывается на стоимости катализатора.

Целью изобретения является увеличение активности катализатора для глубокого окисления органических веществ при снижении его себестоимости.

Поставленная цель достигается катализатором, состоящим из окиси меди на носителе, в котором в качестве носителя используют золу сгорания каменных углей при весовом отношении окиси меди к золе, равном

0.,2 — 0,7, а используемая зола имеет следующий состав В асчете на окислы, вес. /0. .4$

ЯОа i 43 — 55

А!аоз 16 — 22

Ееа О 12 — 18

СаО 5 — 12

MgO — 3.

СиО 0,05 — 0,7

$0

Продукты неполного сгорания угля (потери после прокаливания) (п. п, п,) 1 — 8

Наличие в золе таких соединений, как окислы железа, меди, магния и кальция, делает золу не только активной в реакции глубокого окисления органических веществ, 4 но и способствует формированию более активных, чем окись меди, компонентов в процессе получения катализатора в результатевзаимодействия соединений меди с компонентами носителя. С другой стороны, зола сгорания каменных углей указанного состава являясь отходом на теплоэлектростанциях, не требует специальной обработки и может быть использована в производстве катализатора непосредственно после выгрузки из сборников летучей золы.

Использование золы сгорания каменных углей в качестве носителя для окисномедного катализатора позволяет не только увеличить активность катализатора глубокрго окисления органических веществ в 1,2 — 1,6 раза и упростить технологию получения катализатора, но и снизить стоимость 1 т катализатора по сравнению с прототипом на 300—

500 руб., а также частично утилизировать отходы при сгорании каменных углей на ТЭЦ.

Каталитическую активность полученных катализаторов определяют на проточноциркуляционной установке в реакции,окисления веществ.

Пример 1. В термостойкий стакан зали/ вают 131 мл вбдного раствора азотнокислой меди с концентрацией 2,4 г-атом меди/л, 169 мл воды и при перемешивании добавляют 50 г золы сгорания каменного угля состава, вес. "/„:

ЯОа БФ,F

A1RO3 20,3

Fez 0$ 12,1

СаО 5,8

MgO 1,9

СцО 0,3

П. п. п. 2,46 и 10 мл азотной кислоты (Q= 1,43 г/см ).

Суспензию упаривают при температуре 60—

90 С, пасту сушат при 100 — 120 С и прокаливают при 450 С в течение 4 ч. Получают окисномедный катализатор с весовым отношением окиси меди к золе, равным 0,5. В реактор загружают 0,5 r полученного катализатора и при температуре 380 С пропускают паровоздушную смесь, содержащую

20 мг/л толуола, со скоростью 9 л/ч. При этом окисляется 75,20/ц толуола, удельная скорость окисления 270 мг толуола/ч г катализатора. При пропускании паровоздушной смеси, содержащей 30 мг толуола, при тех же условиях окисляется 71,4 /О толуола, удельная скорость окисления 428 мг толуола/чг катализатора. При пропускании паровоздушной смеси, содержащей 21,4 мг метанола/л, со скоростью 15 л/ч при 350 С окисляется 1000/0метанола,,удельная скорость окисления 642 мг метанола/чг катализатора.

Пример 2. В термостойкий стакан заливают 52 мл водного раствора азотнокислой меди с концентрацией 2,4 г-атом меди/л, 248 мл воды и при перемешивании добав716582

6 меди к золе. Зола сгорания каменного угля имеет состав, вес. /о..

51Оа 46,9

А!а О, 18,2

-Fe2O3 15,6

СаО 11,8

MgC 2,0

CUO 0,48

П. и. и. 5,1.

Каталитическую активность образцов определяют, как в примере 1. В табл. 2 представлены данные по окислению толуола (температура 380 С, концентрация 20 мг/л) и метанола (температура 350 С, концентрация 21,4 мг/л) в зависимости от весового отношения окиси Меди к золе в катализато15 рах.

Из табл. 2 видно, что при увеличении отношения окиси меди к золе выше 0,7 каталитическая активность образцов снижается незначительно, но при этом стои-

29 мость катализатора, которая в оснОвном зависит от стоимости азотнокислой меди, пошедшей на приготовление катализатора, увеличивается.

Т а 6 л и ц а 1

Температура в зоне реакции, С 370 380 390 400

53 67 77 82

Окисленный толуол, 4

Удельная скорость окисления, мг толуола/ч г катализатора 156 197 226 241

Т а бл и ц а 2

10,3 184 258 284 318 303 297

83 334 628 642 642 642 642

Толуол

Метанол

Формула изобретения

l. Катализатор для глубокого окисления 4$ органических веществ, состоящий из окиси меди на носйтеле, отличающийся тем, что, с целью повышения активности катализатора, в качестве носителя он содержит золу сгорания каменных углей при весовом отношении окиси меди к золе, равном 0,2 — 0,7, причем зола сгорания каменных углей имеет следующии состав, -вес. /,:

Окись алюминия 16 — 22

Окись железа !2 — 18

Окись кальция 5 — 12

ЦHИИПИ Заказ 9697/3 Подл адское Тираж 809

Филиал ППП «Патент», r Ужгород, ул. Проектная, 4

5 ляют 59 г золы сгорания каменного угля состава, о/о вес.:

$10а 43,2

АЬОз 16,4

Бел Оз 16,4

СаО 1 1,6

ego 2,6

СпО 0,7

П. п. и. 7,5. и 10 мл азотной кислоты (g = !,43 г/смз).

Остальные операции по приготовлению катализатора и определению каталитической активности, как в примере 1.

Получают окисномедный катализатор с весовым отношением окиси меди к золе, равным 0,2. При окислении толуола (20 мг/л удельная скорость окисления составила

242 мг толуола/ч.r катализатора, степень окисления 67,5 /о. При пропускании паровоздушной смеси, содержащей 2!,4 мг метанола, со скоростью 15 л/ч при 350 С окисляется 98 /о метанола, удельная скорость окисления 630 мг метанола/ч г катализатора.

Пример 8. Получают ряд окисномедных катализаторов по методике, описанной в примере 1, с разным весовым отношением окиси

Окись магния 1 — 3

Окись меди О,05 — 0,7

Продукты неполного сгорания угля 1 — 8

Окись кремния Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 256736, кл. В 01 J 23/72, 1969.

2. Патент США № 3681260, кл. 252-465, опублик. 1973.

3. Патент Великобритании Мо 1351802; кл. BIE, опублик. 1974.

4. Авторское свидетельство СССР № 409730, кл. В 01 J 23/72, 1974 (прототип).