Катализатор для очистки отходящих газов промышленных производств от органических и хлорорганических соединений

 

Использование: очистка газов различных промышленных производств от органических и хлорорганических соединений. Сущность изобретения: катализатор содержит мас. оксид хрома 14,0 19,0; оксид кобальта 0,5 1,0; оксид циркония 0,05 0,1; оксид бария или оксид марганца 0,1 1,8; оксид алюминия остальное. 3 табл.

Изобретение относится к очистке газов различных промышленных производств от органических и хлорорганических соединений.

Наиболее эффективным способом очистки отходящих газов промышленных производств от токсичных примесей является каталитический дожиг до диоксида углерода, воды и хлористого водорода.

Хлористый водород довольно легко обезвреживается, например, в абсорбционной колонне водой, и в дальнейшем используется для промышленных целей.

Известен катализатор для очистки отходящих газов промышленных производств от галоидзамещенных органических соединений [1] Катализатор представляет собой рутений-платиновый и рутениевый контакты, нанесенные на оксид алюминия или кизельгур. Разложение галоидзамещенных органических соединений на указанных катализаторах осуществляется в присутствии кислорода воздуха при температурах 350-600^оС и начальном содержании хлорорганики (хлористый метилен) в очищаемом газе 0,13 об.

Остаточное содержание хлористого метилена после катализатора составляет 0,4 частей на миллион (0,4 ppm).

Недостатками применяемых в патенте катализаторов являются небольшой срок службы (360 ч), использование дорогостоящих и дефицитных металлов платины и рутения.

Известен катализатор для очистки отходящих газов промышленных производств от хлорорганических соединений [2] Катализатор представляет из себя окись хрома на носителе, в качестве которого используется окись алюминия, окись кремния или алюмосиликаты.

Очистку отходящих газов осуществляют при 350-400^оС и объемной скорости газового потока 40000-80000 ч^-1. Концентрация хлорированных углеводородов в очищаемом газе составляет 10-10000 ppm (0,001-1,0 об.).

Недостатком известного катализатора является его недостаточно высокая активность. Так, при 400^оС и объемной скорости газового потока 40000 ч^-1 степень очистки от хлористого метила составляет 63% Ближайшим решением поставленной задачи является катализатор для очистки отходящих газов промышленных производств от органических и хлорорганических соединений [3] Катализатор имеет следующий состав, мас. Оксид хрома 14-19 Оксид кобальта 0,1-1,0 Оксид циркония 0,1-1,0 Носитель Остальное В качестве носителя катализатор содержит технический глинозем и активную гидроокись алюминия, взятые в массовом соотношении от 1:1 до 3:1.

Недостатками катализатора являются недостаточно высокие активность и стабильность катализатора.

Так, при очистке газовоздушной смеси от бутана при температуре 350^оС и объемной скорости газового потока 20000 ч^-1 степень очистки составляет 85,0% при очистке от хлористого метила при температуре 400^оС и объемной скорости газового потока 15000 ч^-1 степень очистки составляет 84,3% Под стабильностью катализатора в нашем случае понимается его способность не снижать химическую активность в присутствии в очищаемых газах каталитических ядов (в нашем случае водяные пары).

Так, при очистке газовоздушной смеси от бутана при условиях, описанных выше, температуре 350^оС и объемной скорости газового потока 20000 ч^-1 в условиях повышенного содержания водяных паров (30 об.) степень очистки от бутана снижается до 67,3% Заявляемое изобретение направлено на решение следующих задач: повышение активности и стабильности катализатора для очистки отходящих газов промышленных производств от органических и хлорорганических соединений.

Решение задач достигается катализатором для очистки отходящих газов промышленных производств от органических и хлорорганических соединений, содержащим оксид хрома, оксид кобальта, оксид циркония и окисноалюминиевый носитель и дополнительно содержащим оксид бария или оксид марганца при следующем содержании компонентов, мас. Оксид хрома 14-19 Оксид кобальта 0,5-1,0 Оксид циркония 0,05-0,1 Оксид бария или оксид марганца 0,1-1,8 Оксид алюминия Остальное Заявляемое изобретение отличается от прототипа дополнительным содержанием оксида бария или оксида марганца в количестве 0,1-1,8 мас.

Катализатор готовят следующим образом. Hоситель (глинозем и гидроксид алюминия в весовом соотношении 1,85:1) тщательно растирают в ступке и перемешивают. Сюда же засыпают и вновь перемешивают углекислый кобальт, диоксид циркония, углекислый барий или диоксид марганца. Готовят раствор хромовой кислоты в дистиллированной воде. Полученный раствор приливают к смеси порошков карбоната кобальта, карбоната бария и диоксида циркония или диоксида марганца. Растирают образовавшуюся пасту до эластичного состояния и формуют в "червяки" диаметром 4 мм. Сформованный катализатор сушат в сушильном шкафу при температуре 110-120^оС в течение не менее 6 ч, затем активируют при 550^оС в течение не менее 6 ч. "Червяк" дробят на гранулы 3х4 мм и катализатор готов к использованию.

В качестве модельного вещества для составления искусственных газовых смесей для определения активности образцов катализатора в процессе их глубокого окисления были выбраны н-бутан и хлористый метил, являющиеся наиболее трудноокисляемыми веществами среди углеводородов и хлорзамещенных углеводородов.

П р и м е р 1. Катализатор готовят следующим образом: носитель (78,27 г глинозема и 58,49 г гидроксида алюминия) в ступке тщательно растирают и перемешивают в течение 8-10 мин. Сюда же засыпают и вновь перемешивают 2,13 г углекислого кобальта, 0,15 г диоксида циркония и 0,29 г бария углекислого. Затем готовят раствор хромовой кислоты, растворяя 37,5 г хромового ангидрида в 100 мл дистиллированной воды. Приливают этот раствор к смеси порошков глинозема, гидроксида алюминия, углекислого кобальта, диоксида циркония и углекислого бария. Образовавшуюся пасту растирают до эластичного состояния и формуют в "червячок" диаметром 4,0 мм. Сформованный катализатор сушат в сушильном шкафу при температуре 110-120^оС в течение 6 час, затем активируют при 550^оС в течение 6 час. "Червяк" дробят на гранулы 3х4 мм.

Получают катализатор следующего состава, мас. Cr₂О₃- 19; CO₃O₄ 1,0; ZrO₂ 0,1; BaO 0,15 и Al₂O₃ 79,75.

Полученный катализатор испытывают в процессе очистки искусственной газовоздушной смеси от хлористого метила.

Условия испытания и показатели процесса приведены в табл.1.

П р и м е р ы 2-6. Катализаторы готовят аналогично примеру 1. Составы катализаторов и данные испытаний приведены в табл.1.

П р и м е р ы 7-8. Катализаторы готовят аналогично образцу по примеру 1, за исключением того, что вместо оксида бария используют оксид марганца. Составы катализаторов и данные испытаний приведены в табл.1.

П р и м е р ы 9-10. Катализаторы готовят по прототипу. Данные испытаний и состав катализаторов приведены в табл.1.

Как видно из табл.1, при начальной температуре газовоздушной смеси, поступающей на каталитический дожиг, равной 450-500^оС, и объемных скоростях газового потока 20000-40000 ч^-1 в присутствии хром-кобальт-цирконий-бариевого или марганецсодержащего катализатора достигается достаточно высокая степень очистки газа от хлористого метила.

Данные, полученные на катализаторе по прототипу, значительно уступают заявляемому катализатору.

В табл. 2 представлены данные испытаний заявляемого катализатора по очистке от хлористого винила.

Как следует из табл.2, хлористый винил (С₂Н₃Cl) достаточно легко подвергается глубокому окислению на предложенном катализаторе, степень очистки от хлористого винила составляет 96,1-100%
В табл.3 приведены результаты по очистке газовоздушной смеси, содержащей н. бутан. Опыты проводят аналогично примеру 1. Как видно из табл.3, при температуре 350^оС и объемной скорости газового потока 20000 ч^-1 степень глубокого окисления н-бутана на предложенном катализаторе с содержанием ВаО 0,1 и 1,8% составляет 96,1 и 92,6% соответственно, на известном катализаторе при аналогичных условиях испытания 85% Промышленные отходящие газы, как правило, содержат в своем составе водяные пары в широком диапазоне концентраций. Известно, что водяные пары являются ядами для катализаторов. В табл.3 приведены данные по дожигу парогазовоздушной смеси, содержащей н-бутан, пары воды в количестве 30 об. на предложенном и известном катализаторах. Как видно из табл.3, конверсия н-бутана в продукты глубокого окисления в присутствии избытка водяных паров на предложенном катализаторе на 6,3 абс. выше, чем на известном катализаторе.

Так, при температуре 430^оС и объемной скорости потока 20000 ч^-1 степень очистки от н-бутана составляет на предложенном катализаторе 98,5% на известном 92,2%

Формула изобретения

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ И ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, содержащий оксиды хрома, кобальта и циркония и оксидно-алюминиевый носитель, отличающийся тем, что катализатор дополнительно содержит оксид бария или оксид марганца при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксид хрома 14 19
Оксид кобальта 0,5 1,0
Оксид циркония 0,05 0,1
Оксид бария или оксид марганца 0,1 1,8
Оксид алюминия Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2