Катализатор для очистки газовых выбросов от оксидов азота

 

Изобретение относится к катализаторам для очистки газовых выбросов от оксидов азота. Сущность изобретения: катализатор содержит, мас.%: оксид хрома 16,0 - 18,0; оксид никеля 0,5 - 5,1; оксид бария 0,05 - 0,15; оксид железа 0,03 - 0,25, оксид кремния - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к средствам защиты окружающей среды от токсичных промышленных выбросов, а именно к катализаторам для подавления оксидов азота в выхлопных газах двигателей.

Известен катализатор для нейтрализации оксидов азота, состоящий из следующих компонентов, мас.

V₂O₅ 12 Fe₂O₃ 5 Al₂O₃ остальное /1/ Указанный катализатор достаточно эффективен при использовании в качестве восстановителя аммиака, с соотношением NO аммиак 1:1,2 моль/моль. При меньшем соотношении между NO и NH₃ степень очистки газов от оксидов азота относительно низка.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является катализатор, представляющий собой фаянсовый носитель, на который нанесены оксиды никеля и хрома при следующем соотношении компонентов, мас.

оксид никеля 5,5 8,3 оксид хрома 10,4 15,2 фаянс остальное /2/ Этот катализатор обладает достаточной эффективностью при температуре 400^oС. В то же время катализатор снижает свою активность при использовании в качестве восстановителя мочевины, а также обеспечивает необходимую степень конверсии оксидов азота лишь при относительно низкой объемной скорости газового потока.

Предлагается катализатор для очистки газовых выбросов от оксидов азота, содержащий оксиды никеля, хрома и дополнительно в качестве промотирующих добавок оксиды бария и железа, нанесенные на носитель из оксида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.

оксид никеля 3,5 5,1 оксид хрома 16,0 18,0 оксид бария 0,05 0,15 оксид железа 0,03 0,25
оксид кремния остальное
Отличительными признаками изобретения являются дополнительное содержание оксидов бария и железа, использование в качестве носителя оксида кремния, а также вышеуказанное соотношение компонентов.

Катализатор характеризуется повышенной активностью, особенно при применении в качестве восстановителя водного раствора мочевины.

Пример 1. Готовят носитель из оксида кремния массой 100 г. При этом карбонат бария в количестве 0,07 г (0,05 мас. ВаО) вводят в 2 л 5%-ного раствора метасиликата натрия и осаждают серной кислотой.

Из полученного осадка формуют гранулы носителя диаметром 3 мм. Гранулы высушивают в течение 6 ч при температуре 120^oС.

К 100 г носителя приливают 85 мл раствора, содержащего 18 г нитрата никеля Ni(NO₃)₂·6H₂O, 62,1 г нитрата хрома Сr(NO₃)₃·9H₂O и 0,97 м нитрата железа Fe(NO₃)₃·6H₂O. Носитель сушат на воздухе в течение 3 ч при температуре 120^oС и прокаливают при температуре 550^oC в течение 4 ч. Полученный катализатор имеет состав, мас. NiO 3,5; Cr₂O₃ 16,0; BaO 0,05; Fe₂O₃ 0,03 и оксид кремния 80,42%
Через полученный катализатор пропускают продукты сгорания дизельного топлива при коэффициенте избытка воздуха α 1,3. Испытания проводят при атмосферном давлении, температуре 250^oC300^oС, объемной скорости газового потока 10 тыс. ^oC 12 тыс.ч.^-1. В качестве восстановителя используют водный раствор мочевины, который вводят в реактор, предварительно нагретый совместно с продуктами сгорания до температуре 300^oС.

При температуре 300^oС и объемной скорости газового потока 10000 ч^-1 степень восстановления оксида азота составляет: при использовании в качестве восстановителя аммиака 90% при использовании в качестве восстановителя мочевины 92%
Пример 2. Готовят носитель из оксида кварца массой 100 г, осаждая диоксид кварца совместно с BaSO₄ из метасиликата натрия серной кислотой. Предварительно в 2 л раствора метасиликата натрия вводят 0,13 ч. карбоната бария (0,10 мас. ВаО). Из полученного осадка формуют гранулы носителя, которые после сушки пропитывают водным раствором смеси солей никеля, хрома и железа. На 100 г носителя используют для пропитки раствор, содержащий 21 г нитрата никеля Ni(NO₃)₃·6H₂, 66 г нитрата хрома Cr₂(NO₃)₃·9H₂O и 5 г нитрата железа Fe(NO₃)₃·6H₂O. В остальном методика изготовления катализатора аналогична описанной в примере 1. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. NiO 4,0; Cr₂O₃ 17,0; ВаО 0,10; Fe₂O₃ 0,15, оксид кремния остальное. Катализатор испытывают в условиях примера 1.

При температуре 295^oС и объемной скорости газового потока 12000 ч^-1 степень восстановления оксида азота составляет при использовании в качестве восстановителя: аммиака 93% мочевина 95%
Пример 3. Готовят носитель из оксида кварца массой 100 г, осаждая диоксид кварца совместно с BaSO₄ из метасиликата натрия серной кислотой. Предварительно в 2 л раствора метасиликата натрия вводят 0,17 г карбоната бария (0,15 мас. BaO). Из полученного осадка формуют гранулы носителя, которые после сушки пропитывают водным раствором солей никеля, хрома, железа. На 100 г носителя используют для пропитки раствор, содержащий 27 г нитрата никеля Ni(NO₃)₃·6H₂O, 70 г нитрата хрома и 8,5 г нитрата железа Fe(NO₃)₃·6H₂O. В остальном методика изготовления катализатора аналогична описанной в примере 1. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. NiO 5,1; Cr₂O₃ 18,0; ВаО 0,15; Fe₂O₃ 0,25; оксид кремния остальное.

При температуре 280^oC и объемной скорости газового потока 10000 ч^-1 степень восстановления оксида азота составляет при использовании в качестве восстановителя: аммиака 90% мочевины 93%
Пример 4. Готовят носитель из оксида кварца массой 100 г, осаждая диоксид кварца совместно с BaSO₄ из метасиликата натрия серной кислотой. Предварительно в 2 л раствора метасиликата натрия вводят 0,05 ч. карбоната бария (0,06 мас. BaO). Из полученного осадка формуют гранулы носителя, которые после сушки пропитывают водным раствором солей никеля, хрома и железа. На 100 г носителя применяют для пропитки раствор, содержащий 15 г нитрата никеля Ni(NO₃)₂·6H₂O, 58 г нитрата хрома Сr(NO₃)₃·9H₂O и 0,64 г нитрата железа Fe(NO₃)₃·6H₂O. В остальном методика изготовления катализатора аналогична описанной в примере 1. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. NiO 3,0; Cr₂O₃ 15,0; ВаО 0,04; Fe₂O₃ 0,02; оксид кремния остальное. Катализатор испытывают в условиях примера 1.

При температуре 300^oС и объемной скорости газового потока 10000 ч^-1 степень восстановления оксида азота при использовании в качестве восстановителя мочевины составляет 90%
Пример 5. Готовят носитель из оксида кварца массой 100 г, осаждая диоксид кварца совместно с ВаSO₄ из метасиликата натрия серной кислотой. Предварительно в 2 л раствора метасиликата натрия вводят 0,20 г карбоната бария (0,18 мас. ВаО). Из полученного осадка формуют гранулы носителя, которые после сушки пропитывают водным раствором солей никеля, хрома и железа. На 100 г носителя используют для пропитки раствор, содержащий 30 г нитрата никеля Ni(NO₃)₂·6H₂O; 73,5 г нитрата хрома Сr(NO₃)₃·9H₂O и 9,6 г нитрата железа Fe(NO₃)₃·6H₂O. В остальном методика изготовления катализатора аналогична описанной в примере 1. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. NiO 6,0; Cr₂O₃ 19,0; ВаО 0,20; Fe₂O₃ 0,02; оксид кремния остальное.

Катализатор испытывают в условиях примера 1.

При температуре 300^oС и объемной скорости газового потока 10000 ч^-1 степень восстановления оксида азота при использовании в качестве восстановителя мочевины составляет 90%
Результаты испытаний, приведенные в примерах, сведены в таблицу. В этой же таблице приведены результаты испытаний в аналогичных условиях известного катализатора прототипа.

Как следует из таблицы, катализаторы, изготовленные в соответствии с изобретением, имеют более высокую активность, чем известные. Степень восстановления оксида азота предложенным катализатором значительно выше, чем у известного катализатора. Преимущества предложенного катализатора перед известным более существенны при использовании в качестве восстановительной среды водного раствора мочевины.

Формула изобретения

Катализатор для очистки газовых выбросов от оксидов азота, включающий оксиды кремния, хрома и никеля, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксиды бария, железа при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксид хрома 16,0 18,0
Оксид никеля 0,5 5,1
Оксид бария 0,05 0,15
Оксид железа 0,03 0,25
Оксид кремния Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1