Способ получения низкотемпературного катализатора окисления оксида углерода

 

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для очистки газов от вредных примесей, в частности, для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания при температуре окружающей среды ниже 0^oC. Предложен способ получения низкотемпературного катализатора окисления оксида углерода, включающий смешение диоксида марганца и оксида меди со связующим, формование гранул, сушку, дробление и термообработку, которую производят в кипящем слое в два этапа: вначале обычным воздухом, затем воздухом, осушенным до 10-100 ppm. Предложенный способ позволяет получить катализатор, значительно превышающий известные в окислении оксида углерода. 1 табл.

Изобретение относится к области очистки газов от вредных примесей и может быть использовано для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания при температуре окружающей среды ниже 0^oС.

Известен способ получения катализатора для очистки газовых смесей от токсичных примесей, в частности, от оксида углерода, включающий добавление к виброизмельченному порошку активной окиси алюминия марки А-1 раствора нитрата меди, небольшого количества воды для придания массе пластичности, формование в шнек-грануляторе с диаметром фильеры 2,0-2,5 мм, термообработку полученных гранул при 280-300^oС в течение 3-4 часов с последующей пропиткой раствором нитрата марганца и повторную термообработку (СССР, а.с. N 986482 от 31.03.80, кл. В 01 J 23/84, В 01 D 53/36).

Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса приготовления катализатора, обусловленная необходимостью пропитки термообработанных гранул катализатора раствором нитрата марганца и последующей термообработкой.

Известен также катализатор для окисления оксида углерода, который получают путем смешивания диоксида марганца и оксида меди со связующим, в качестве которого используют бентонитовую глину, формования, сушки, дробления и термообработки полученных гранул (СССР, а.с. N 176804 от 2.03.65 г. кл. В 01 J 23/84, С 01 В 31/20).

Недостатком данного катализатора является низкая каталитическая активность в окислении оксида углерода.

Недостатком данного способа является низкая каталитическая активность полученного катализатора в окислении оксида углерода при температуре ниже 0^oC.

Целью изобретения является повышение каталитической активности катализатора в окислении оксида углерода при температуре ниже 0^oС.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим смешение диоксида марганца и оксида меди со связующим, формование гранул, сушку, дробление и термообработку.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что термообработку проводят в кипящем слое в два этапа: вначале обычным воздухом, а затем воздухом, осушенным до 10-100 ppm (1ppm 1 часть воды на один миллион частей воздуха).

Способ осуществляется следующим образом. Смешивают диоксид марганца и оксид меди со связующим бентонитовой глиной. Полученную пасту формуют на шнек-грануляторе при давлении 35-45 атм и температуре 100-120^oС. Сформованные гранулы сушат при температуре 60-90^oC в течение 10-15 ч, дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термообработку при 250-370^oC обычным воздухом в кипящем слое. Затем проводят повторную термообработку при температуре 300-370^o в кипящем слое потоком воздуха, осушенного до 10-100 ppm.

ПРИМЕР 1.

Берут 155 кг пасты диоксида марганца с влажностью 50% и 38 кг пасты оксида меди с влажностью 55% загружают в смеситель, добавляют 150 л воды и перемешивают в течение 1,5 ч. В начале перемешивания добавляют 5 кг связующего (бентонитовая глина). Полученную суспензию фильтруют, выгружают в лопастной смеситель с паровой рубашкой и ведут процесс пластификации в течение 1 часа до влажности 30% На шнек-грануляторе формуют гранулы, сушат их при температуре 85^oС в течение 12 час. Высушенные гранулы дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термообработку в кипящем слое обычным воздухом при температуре 335^oC. Затем проводят повторную термообработку при температуре 350^oC в кипящем слое потоком воздуха, осушенного до 40 ppm. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 4,50·10^-3 моль/г.

ПРИМЕР 2.

Ведение процесса как в примере 1, за исключением влажности воздуха, равной 10 ppm. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 4,55·10^-3 моль/г.

ПРИМЕР 3.

Ведение процесса, как в примере 1, за исключением влажности воздуха, равной 20 ppm. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 4,50·10^-3 моль/г.

Результаты исследования влияния влажности воздуха, используемого для повторной термообработки, на каталитическую активность приведены в таблице. Примечание к таблице каталитическую активность (А) рассчитывали по формуле где: v удельная скорость газовоздушного потока, 0,32 л/мин·cм²; τ время появления за слоем катализатора оксида углерода с концентрацией, равной 0,1Со, мин; Cо исходная концентрация оксида углерода, 6,2 мг/л; s сечение слоя катализатора, 3,14 см²; m величина навески катализатора, 7,85 г; M молекулярная масса оксида углерода, 28 г/моль.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшая каталитическая активность в окислении оксида углерода при температуре 10^oC наблюдается для катализатора, полученного при термообработке воздухом, осушенным до 10 ppm. Достаточно высокую активность имеют также и катализаторы, полученные при термообработке воздухом, осушенным до 20-100 ppm. Однако при увеличении ppm более 100 каталитическая активность заметно снижается.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. Повышение каталитической активности в окислении оксида углерода при температуре ниже 0^oC в случае термообработки катализатора осушенным воздухом обусловлено более глубокой дегидратацией активных каталитических центров. Поскольку активные центры (частицы диоксида марганца) являются в значительной степени гидратированными, то молекулы воды существенно экранируют последние, это затрудняет доступ молекул субстрата к активным центрам катализатора и ведет к снижению его эффективности в окислении оксида углерода. В свою очередь, термообработка обычным воздухом приводит лишь к частичной дегидратации активных центров, так как существует равновесие между молекулами воды на поверхности катализатора и молекулами воды в объеме неосушенного воздуха. С другой стороны, при проведении термообработки с использованием осушенного воздуха, вышеуказанное равновесие смещается в сторону удаления молекул воды с поверхности катализатора в объем воздуха, происходит удаление тех молекул воды, которые не могут быть удалены при использовании неосушенного воздуха. Поэтому, вследствие более глубокой дегидратации активных центров окислительный потенциал катализатора значительно возрастает, что и приводит к увеличению каталитической активности в окислении оксида углерода при температуре ниже 0^oС.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить катализатор, значительно превышающий известные в окислении оксида углерода при температуре ниже 0^oС.

Ожидаемый экономический эффект при внедрении предложенного способа в системах коллективной и индивидуальной защиты составит 200-225 млн. руб. в год за счет снижения себестоимости производства и снижения эксплуатационных расходов по очистке газовоздушных смесей от оксида углерода при температуре ниже 0^oС.

Формула изобретения

Способ получения низкотемпературного катализатора окисления оксида углерода, включающий смешение диоксида марганца и оксида меди со связующим - бентонитовой глиной, формование гранул, сушку, дробление и термообработку, отличающийся тем, что термообработку проводят в кипящем слое в два этапа: вначале обычным воздухом, затем воздухом, осушенным до 10 100 млн.

РИСУНКИ

Рисунок 1