Катализаторная загрузка реактора очистки отходящих газов от оксидов азота и способ очистки отходящих газов

 

Использование: при каталитическом обезвреживании отходящих газов различных производств. Катализатор очистки отходящих газов от оксидов азота методом восстановления их горючими газами на основе окислов хрома, железа, меди, цинка, никеля и алюминия, представляющий собой механическую смесь промышленных контактов СТК и НТК 10 1, взятых в соотношении (0,5 5,0) 1. На данном катализаторе в одну стадию достигается практически 100% конверсия оксидов при 200 400°С в присутствии большого количества кислорода (до 20 об. ). Отношение количества подаваемого газа-восстановителя к содержанию кислорода в отходящих газах находится в пределах 0,06 0,80. 2 с. п. ф-лы.

Изобретение относится к катализаторам и способам очистки газов от оксидов азота методом каталитического восстановления их горючими глазами и может быть широко использовано при каталитическом обезвреживании отходящих газов различных производств.

Известно, что горючие газы (Н₂, нефтяной и природный газы, пары керосина, индивидуальные углеводороды) относятся к "неселективным" восстановителям оксидов азота и в первую очередь взаимодействуют с присутствующим в очищаемом газе кислородом, при этом резко до 600 800^оС повышается температура газа. Только после того, как прореагирует основная масса кислорода, в реакцию с восстановителем вступают окислы азота. Газ-восстановитель необходимо подавать в количестве, превышающем стехиометрически необходимое на 10 20% т. е. процесс проводить в восстановительной среде (n CH₄/O₂ ≥0,5). Способ восстановления оксидов азота горючими газами нашел распространение только благодаря высокой производительности низкопроцентных катализаторов, содержащих благородные металлы [1] Из научно-технической литературы известен способ восстановления оксидов азота метаном, в котором вместо палладиевого катализатора используется дешевый оксидный железо-медный катализатор, нанесенный на активную γ- Al₂O₃ [2] На этом катализаторе достигается 90%-ная степень восстановления NO метаном при объемной скорости газов 10.000 ч^-1, температурах 600 800^оС и при соотношении СH₄/O₂0,55 0,65. Однако данный способ очистки не обеспечивает полного восстановления оксидов азота.

Наиболее близким к изобретению по технологической сущности и получаемому результату является способ восстановления оксидов азота метаном с использованием двуслойного катализатора [3] Первый слой представляет собой палладиевый катализатор АПК-2 на носителе (Al₂O₃). Количество этого катализатора должно быть достаточно для связывания основного количества кислорода, присутствующего в очищаемом газе. Во втором слое катализатора происходит восстановление оксидов азота. Максимальная конверсия NO_x (100%) достигается на 25-х оксидных медном и медно-хромовом (1 3,8) катализаторах, нанесенных на γ- Al₂O₃.

Недостатками описанного способа являются: высокая температура процесса (700 730^оС), проведение процесса в две стадии, использование в первом слое катализатора, содержащего 2% Pd, а также невозможность применения его для обезвреживания газов с содержанием кислорода выше 3 об.

Целью изобретения является создание способа, который позволил бы проводить процесс очистки кислородсодержащих газов от оксидов азота восстановлением их горючими газами в одну стадию на дешевом доступном катализаторе при достаточно низких температурах с высокой эффективностью.

Для достижения поставленной цели очищаемый газ вместе с восстановителем пропускают через слой катализатора при повышенной температуре. В процессе очистки применяется многокомпонентный оксидный катализатор, представляющий собой механическую смесь промышленных катализаторов ОТК и НТК-10-1, взятых в соотношении (0,5 5,0) 1 соответственно.

Катализатор СТК (ТУ-03-317-86) применяется в процессе среднетемпературной конверсии окиси углерода, в его состав входят 88 мас. Fe₂O₃ и 7 мас. Cr₂O₃. Катализатор НТК-10-1 (ТУ 113-01-31-44-87) применялся в производстве бутиловых спиртов, в его состав входят: CuO ( ≈ 40 мас.), ZnO ( ≈ 30 мас.), NiO ( ≈ 5 мас.) и Al₂O₃ ( ≥ 17 мас.).

Согласно предлагаемому способу на указанном катализаторе в одностадийном процессе очистки удается достичь практически 100%-ной конверсии оксидов азота при содержании их в очищаемом газе в количестве 0,04 0,14 об. в присутствии значительных количеств кислорода (до 20 об.) как в окислительном, так и в восстановительном режимах в интервале температур 200 400^оС. Оптимальным является отношение СH₄/O₂ 0,06 0,60.

В научно-технической и патентной литературе нет сообщений о катализаторе для очистки отходящих газов от оксидов азота и способе его использования с указанной совокупностью существенных признаков. В связи с этим заявленное решение соответствует критерию "новизна".

Предлагаемый катализатор отличается от катализатора-прототипа, во-первых, количественным содержанием окислов хрома, меди и алюминия, во-вторых, дополнительным присутствием окислов железа, цинка, никеля в таких количествах, чтобы соотношение катализаторов НТК-10-1 и СТК составило 1 (0,5 5,0). Именно эти признаки в совокупности приводят к тому, что полученный катализатор обладает высокой каталитической активностью в температурном диапазоне 200 400^оС. Способ использования катализатора отличается от прототипа проведением процесса очистки от оксидов азота восстановлением их горючими газами в одну стадию в присутствии до 20 об. кислорода при отношении СH₄/O₂ 0,06 0,80.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что не существует известных закономерностей и рекомендаций, согласно которым можно было бы с очевидностью предположить, что механическая смесь промышленных катализаторов СТК и НТК-10-1, взятых в соотношении (0,5 5,0) 1 соответственно, должна проявлять высокую каталитическую активность в процессе очистки газов от оксидов азота при низких температурах, а также возможность использования этого катализатора в одностадийном процессе как в восстановительном, так и в окислительном режимах. В соответствии с этим предложенное решение соответствует критерию "уровень техники".

П р и м е р 1. Использовали катализатор с соотношением компонентов СТК НТК-10-1 1,5 1. Состав газа на входе в каталитический реактор, об. O₂ 19,9; N₂ 78,62; CH₄ 1,4; NO_x 0,08. Объемная скорость газового потока 10 тыс. ч^-1, температура 210^оС, CH₄/O₂ 0,07. Конверсия NO_x 100% П р и м е р 2. Использовали катализатор с соотношением компонентов СТК НТК-10-1 1 1. Состав газа на входе в каталитический реактор, об. O₂ 9,4; N₂ 84,62; CH₄ 5,8; NO_x 0,18. Объемная скорость газового потока 10 тыс. ч^-1, температура 400^оС, CH₄/O₂ 0,6. Конверсия NO_x 99,5%

Формула изобретения

1. Катализаторная загрузка реактора очистки отходящих газов от оксидов азота, включающая окислы хрома, меди, алюминия, отличающаяся тем, что она представляет собой механическую смесь промышленных окисных катализаторов: железохромового марки СТК и медь-цинк-никель-алюминиевого марки НТК-10-1, взятых в объемном соотношении 0,5 5,0 10 соответственно.

2. Способ очистки отходящих газов от оксидов азота путем смешивания отходящих газов с газом-восстановителем, в качестве которого используют горючие газы с последующим пропусканием полученной смеси газов через реактор с загрузкой катализатора при повышенной температуре, отличающийся тем, что отношение содержания газа восстановителя к содержанию кислорода в отходящих газах при смешивании составляет 0,06 0,80, в качестве катализатора используют механическую смесь промышленных окисных катализаторов: железохромового марки СТК и медь-цинк-никель-алюминиевого марки НТК-10-1, взятых в объемном соотношении 0,5 5,0 1,0, а температуру газовой смеси поддерживают в диапазоне 200 400^oС.