Способ регенерации окисномедного катализатора
Использование: очистка от органических веществ вредных воздушных выбросов промышленных предприятий и выхлопных газов автомобильного транспорта, содержащих также сернистые соединения. Сущность изобретения: отходящие газы, содержащие примеси органических и сернистых веществ, пропускают через окисномедный катализатор. После дезактивации соединениями серы катализатор ренерируют. Пропускают очищаемый газ при комнатной температуре через дезактивированный катализатор до проскока органических веществ . Затем повышают температуру до 350-500° С в отсутствии кислорода. Происходит восстановление сернистых соединений органическими веществами, адсорбированными катализатором. (Л С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИС ГИЧЕ СКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4875329/26 (22) 19.10,90 (46) 30,01.93. Бюл. ¹ 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт охраны труда ВЦСПС в г, Свердловске (72) А,А. Ляпкин и К.Ю. Домрачев (56) Торопкина Г.Н„Калинкина Л.И., Малышева Л,И. Каталитические методы очистки воздуха от органических веществ. — Обзорная информация. M.: ЦИНТПХИМНЕФТЕMALLI, 1977, с. 1 — 70.
Ситонов А.Д,. Кунда Н.Н. Совместное гетерогеннокаталитическое окисление фенола и сероводорода в паровой фазе. Катализаторы процессов получения и превращения сернистых соединений. — Сб. научн, тр. СО АН СССР, Новосибирск, 1979, с. 184 — 186. ., Ляпкин А.А., Ананьина Л.П., Андрейков
Е.И, Регенерация оксидных катализаторов, дезактивированных соединениями серы,—
ЖПХ, 1985, № 4, с, 734 — 736.
Изобретение относится к очистке газов от вредных органических веществ, а именно к способам каталитической очистки газов путем окисления органических веществ на гетерогенных катализаторах кислородом до безвредных продуктов — углекислого газа и воды и может быть использован для очистки вредных воздушных выбросов промышленных предприятий и выхлопных газов автомобильного транспорта.
Способы очистки газов путем контактирования с гетерогенными катализаторами нашли широкое распространение в самых различных отраслях промышленности. Эти процессы протекают при сравнительно низких температурах (300 — 500 С) и больших. Ж,, 1790984 А1
350 — 500 С в отсутствии кислорода, Происходит восстановление сернистых соединений органическими веществами, адсорбированными катализатором, г обьемных скоростях 10 — 100 тыс. ч . Сте- Q пень очистки от вредных органических ве- Q ществ достигает 100%, В качестве со) катализаторов обычно используют контакт- .QQ ные системы на основе благородных метал- р лов либо оксидов переходных металлов (меди, хрома, марганца, никеля и т. д.). Последние получили большое распространение, так как менее дефицитны и имеют меньшую стоимость. Недостатком процессов очистки газов при использовании оксидных катализаторов является вредное воздействие каталитических ядов; часто содержащихся в газах, а именно соединений хлора, серы, фосфора, мышьяка и др. Наличие этих веществ в газе 1790984 10 20 30 55 приводит к частичной и даже полной дезактивации катализатора. Чаще всего в отходящих газах присутствуют окислы серы, сероводород и меркаптаны. При очистке газов от вредных органических веществ в присутствии сернисных соединений на поверхности оксидных катализаторов образуются неактивные сульфиды; что приводит к необратимой деактивации катализатора, Изве стен сп о соб оч истки газов от органйческих веществ", где регенерацию катализатора проводят продувкой воздухом при температуре свыше 500 С. В случае деактивации катализатора сернистыми соединениями такая регенерация не эффективна. Наиболее близким к заявляемому является способ очистки газов. Указанный способ включает контактирование газов с оксидным катализатором. Дезактивированный сернистыми соединениями катализатор регенерируют продувкой восстановительным газом, содержащим водород, метан, окись углерода при температурах 300 — 400 С. При продувке катализатора восстановительным газом происходит разрушение неактивных сульфатов меди до сернистого ангидрида и элементарной меди. После продувки воздухом восстановленного катализатора последний приобретает первоначальную активность. Недостатком известного способа является сложность процесса, связанная с необходимостью систем подачи восстановительного и инерционного газов, а также контроля и автоматизации процесса регенерации катализатора, значительные капитальные затраты и эксплуатационные затраты для процесса регенерации катализатора, наличие в процессе регенерации взрывоопасных газов (водород, метан и др.) требует специальных мер безопасности, Целью изобретения является упрощение, удешевление и повышение безопасности процесса регенерации. Указанная цель достигается тем, что в известном способе, включающем высокотемпературное контактирование отходящих газов, содержащих органические вещества и сернистые соединения с оксидным катализатором и последующую регенерацию катализатора, согласно изобретению, регенерацию катализатора проводят путем контактирования отходящих газов с катализатором при комнатной температуре до г роскока органических веществ с последующим нагреванием катализатора в отсутствии кислорода до начальной температуры, Сущность предлагаемого способа заключается в следующем; воздушные выбросы, содержащие органические вещества и сернистые соединения, подвергают глубокому.каталитическому окислению на оксидных катализаторах, содержащих оксиды меди, При 350 — 500 С и объемных скоростях 10 — 20 тыс.ч происходит окисление органических веществ до углекислого газа и воды. Сернистые соединения окисляются до двуокиси серы, которая вступает в реакцию с окисью меди, образуя сульфат меди — неактивный в реакции каталитического окисления, Это приводит к падению активности катализатора, Для восстановления активности катализатора проводят его регенерацию. Было замечено, что если снизить температуру катализатора до комнатной (20-30 С), то скорость образования углекислого газа падает практически до нуля, в тоже время проскок органических веществ повышается незначительно, Это говорит о протекании активированной адсорбции органических веществ на поверхности катализатора, После насыщения поверхности количество органических веществ на выходе из реактора резко возрастает, В этот момент прекращают подачу газа на катализатор и повышают температуру до рабочей температуры 350 — 500 С очистки отходящих газов, При повышении температуры катализатора в отсутствии кислорода происходит окисление адсорбированных органических веществ кислородом катализатора, При этом сульфат меди восстанавливается до меди и выделяется диоксид серы. Последняя удаляется из реактора с выделяющимися при нагревании газами, либо любым инертным газом. При достижении рабочей температуры процесс каталитического дожигания продолжают. Предлагаемый способ включает следующие операции: Каталитическое дожигание вредных органических веществ, содержащихся в отходящих газах, на оксидных катализаторах при температуре 350 — 500 С. Степень дожигания не менее 90%. После падения активности .ниже 90 проводят регенерацию катализатора. Для регенерации температуру катализатора снижают до комнатной, продолжая подавать отходящие газы на катализатор. Время снижения температуры обычно составляет от 1 до 2-х часов. При пониженных температурах катализатор работает как адсорбент ПОсле появления полного проскока органических веществ прекращают подачу очищаемого газа и резко поднимают темпе1790984 ратуру катализатора (в течение 0,5 — 1 часа) в отсутствии кислорода и в потоке инертного газа до 400-500" С. Выделяющийся в этом случае диоксид серы следует улавливать водой или известью. Устанавливают рабочую 350-500 С температуру и продолжают очистку газа. Опыты проводили на лабораторной проточной установке с объемом катализатора 10 см, Окислению подвергали фенол, о-ксилол, стирол. Гаэовоздушные смеси готовили путем насыщения воздуха указанными веществами при постоянной температуре. Концентрац ия окисляемых веществ составляла от 0,5 до 10 г/см . В качеэ стве сернистой добавки использовали сероводород и диоксид серы. которые подавали с концентраций 1-5 г/м, В опытах 3 использовали промышленные образцы медноокисных катализаторов: НИИОГА3-5Д, НИИОГА3-8Д, ИК-12-1. Катализаторы были приготовлены на основе оксида меди (2030/0) на оксиде алюминия с промотирующими добавками. Пример 1. Обезвреживали газовоздушную смесь, содержащую фенол с концентрацией 0,8 г/м и сероводород 4,2 г/м . :3 на катализаторе НИИОГАЗ-5Д(фракция 2-3 мм). Температура катализатора в зоне реакции 390 С. Объемная скорость 12000ч " Степень превращения фенола до СОэ и Н20 98 /. Степень окисления сероводорода 100 /. После 30 часов работы степень превращения фенола снизилась до 80/. Не прекращая подачи очищаемого газа в реактор, снижали температуру до 30 С в течение 0,5 часа и после полного проскока фенола прекращали поток газа через катализатор и резко (в течение 10 минут) нагревали катализатор до 400 С в токе азота. Устанавливалл температуру в реакторе 390" С и подавали обезвреживаемый газ в реактор с объемной гкоростью 12000 ч . Сте-1 пень дожигания фенола составила 98/. П р и м е о 2. Воздух, содержащий стирал 1,8 гlм и 3,2 гlм сероводорода, пропускали через реактор, содержащий медноокисный катализатор НИИОГА3-8Д. Температура в зоне реакции 390" С. Объемная скорость обеэвреживаемого газа 15000 ч . Степень дожигания стирола 92 /. Степень окисления сероводорода 100 /. Через 24 часа работь степень дожигания стирола составила 84 /. Для регенерации катализатора снижали температуру до 25 С, не прекращая подачи обеэвреживаемого газа, Через 2 часа концентрация стирола на выходе из реактора стала равной 1,6 гlм . э Отключали подачу газа и проводили быстрый нагрев катализатора (в течение 10 минут) до 400 С, после чего продували дополнительно- катализатор углекислым газом в течение 5 минут. Устанавливали температуру реактора 380 С и продолжали пропу5 скать через реактор воздух с первоначальными параметрами. Степень дожигания стирола составила 93 . Пример 3. Воздух, содержащий ксилол в количестве 4,5 гlм и диоксид серы 10 10,8 гlм, пропускали через катализатор ИКэ 12-1 при температуре 400 С и объемной скорости 15000 м . Степень дожигания кси-1 лола составляла 977;. Степень обезвреживания от диоксида серы 94 . После 20 часов 15 работы степень дожигания ксилола снизилась до 78 /,, Для регенерации катализатора снижали температуру реактора до 30 С в течение 1 часа, пропуская при этом обезвреживаемый воздух. Через 1,5 часа проскок 20 ксилола достиг 100 . Отключали подачу воздуха и за 10 минут повышали температуру катализатора в отсутствии воздуха с 30 до 420" С. После установления температуры в реакторе 400 С вновь подавали воздух.на 25 обезвреживание, сохраняя первоначальные параметры, Степень дожигания ксилола составила 97/,. Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ каталитической очи30 стки газов позволяет обезвреживать отходящие газы, содержащие органические вещества в смеси с сероводородом и диоксидом серы. Способ может быть использован как в 35 коксо-нефтехимии, так и в целлюлозно-бумажной промышленности. Применение предлагаемого способа позволит обезвреживать и органические и сернистые соединения. Процесс можно сделать 40 высокорентабельным, если дополнительно с очисткой получать серную кислоту путем окисления коцентрированного сернистого газа, выделяющегося при регенерации катализатора. 45 Упрощение, удешевление и повышение безопасности процесса обеспечивается в заявленном способе за счет исключения взрывоопасных восстановительных газов при повышенных температурах, 50 Формула изобретения Способ регенерации окисномедного катализатора, дезактивированного соединениями серы в процессе очистки отходящих газов от органических веществ в присутст55 вии сернистых соединений, включающий восстановительный нагрев катализатора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения, удешевления и повышения беэопасности процесса регенерации, предварительно проводят абсорбцию 1790984 4, Сост а витель А. Ляпкин . Тех ед M,Mîðãåíòàë . Корректор H. Бучок Редактор р, Заказ 111 Тираж, -., : : Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательскйй комбинат "Патейт"; r. Ужгород, ул, Гагарина, 101 органических веществ дезактивированным катализатором при пропусканйи через него указанных отходящих газов при комнатной температуре до проскока органических ве-. ществ, а восстановительный нагрев катали затофФ веДут в отсутствии кислорода до тец пературы 350-500 С.
