Способ получения катализатора для очистки газов от оксидов азота

 

Изобретение относится к области производства сорбентов и катализаторов, применяемых в индивидуальных и коллективных средствах защиты для очистки воздуха от оксидов азота, и может быть использовано при промышленном изготовлении катализаторов. Описывается способ получения катализатора для очистки газов от оксидов азота, включающий смешение диоксида марганца со связующим - бентонитовой глиной, формование гранул, сушку, дробление и термообработку, причем в суспензию, содержащую диоксид марганца, вводят гидроксид бария, приготовляемый одновременно при щелочной обработке смеси диоксида марганца с водорастворимой солью бария в течение 1 - 4 ч, а затем проводят смешение диоксида марганца и гидроксида бария с бентонитовой глиной при следующем содержании ингредиентов, мас.%: диоксид марганца 40 - 60; гидроксид бария 30 - 50; бентонитовая глина 5 - 15. Технический результат - повышение каталитической активности катализатора. 1 табл.

Изобретение относится к области производства сорбентов и катализаторов, применяемых в индивидуальных и коллективных средствах защиты для очистки воздуха от оксидов азота, и может быть использовано при промышленном изготовлении катализаторов.

Известен способ получения катализатора для очистки газов от токсичных примесей, в частности, от оксидов азота, включающий добавление к измельченному порошку активной окиси алюминия раствора нитрата меди, небольшого количества воды для придания массе пластичности, формование и термообработку гранул при 280-300^oC с последующей пропиткой раствором нитрата марганца и повторной термообработкой (СССР, а. с. N 986482 от 31.03.80, кл. B 01 J 23/84; B 01 D 53/86).

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

Известен способ получения катализатора для очистки отходящих газов от вредных примесей, в том числе от оксидов азота, включающий смешение компонентов, содержащий соединения меди, бария, окись алюминия с окисью железа и гидроксохлоридом рутения, доведение полученной смеси до пластичной массы, формование, сушку и термообработку при содержании ингредиентов в конечном продукте, вес. %: оксид бария 6,2-7,0; оксид алюминия 61,4945-76,195; оксид железа 7,7-21,1; оксид рутения 0,005-0,006; оксид меди - остальное (СССР, а. с. N 954098, опубл. 30.08.82, кл. B 01 J 23/2; B 01 J 23/78; B 01 J 37/04).

Недостатками известного способа являются сложность технологического процесса получения катализатора, нестабильность полученного продукта из-за неравномерного распределения промотирующих добавок гидроксохлорида рутения в формовочной массе и низкая каталитическая активность катализатора при очистке газов от оксидов азота.

Известен также способ получения катализатора окисления выхлопных или дымовых газов, включающий смешивание оксидов марганца, меди и алюминия при соотношении 7: 3: 10 в сухом виде, затем добавление воды для образования пастообразной массы, проминание последней досуха, формование, сушку полученных гранул и пиролиз при температуре 500-600^oC в течение 1-2 ч с полным удалением воды (пат. Японии N 51-48155 от 09.03.72, кл. B 01 J 23/84).

Недостатками данного способа являются неравномерность смешивания ингредиентов в сухом виде из-за сильного отличия в плотности каждого из компонентов, как следствие, нестабильность защитных свойств и недостаточно высокая каталитическая активность полученного катализатора.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ изготовления катализатора, включающий смешение диоксида марганца и оксида меди со связующим - бентонитовой глиной, формование гранул, сушку, дробление и термообработку, при этом смешение диоксида марганца и оксида меди проводят одновременно с приготовлением оксида меди при температуре 50-95^oC в течение 0,5-3 ч, а затем проводят смешение диоксида марганца и оксида меди со связующим. Катализатор, получаемый указанным способом, имеет следующий состав (по основным компонентам), мас.%: диоксид марганца - 50-70; оксид меди - 10-30, связующим - бентонитовая глина - 5-15 (см. пат. России N 2083279, опубл. 31.10.95, кл. B 01 J 23/84; B 01 J 37/04).

Недостатком указанного способа является низкая каталитическая активность полученного катализатора при очистке газов от оксидов азота несмотря на возможность его применения для указанных целей (см. а.с. СССР SU 1641404 A, кл. B 01 D 53/36, опубл. 15.04.91).

Целью изобретения является повышение каталитической активности катализатора в восстановлении оксидов азота.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения катализатора для очистки газов от оксидов азота, включающий смешение диоксида марганца со связующим - бентонитовой глиной, - формование гранул, сушку, дробление, термообработку, осуществляется таким образом, что вначале водную суспензию диоксида марганца подвергают щелочной обработке одновременно с водорастворимой солью бария в течение 1-4 ч, затем полученную пасту, содержащую диоксид марганца и гидроксид бария, смешивают с бентонитовой глиной при следующем содержании ингредиентов, мас.%: диоксид марганца - 40-60 гидроксид бария - 30-50 бентонитовая глина - 5-15 Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в начале водную суспензию диоксида марганца подвергают щелочной обработке одновременно с водорастворимой солью бария в течение 1-4 ч, затем полученную пасту, содержащую диоксид марганца и гидроксид бария, смешивают с бентонитовой глиной при следующем содержании ингредиентов, мас.%: диоксид марганца - 40-60 гидроксид бария - 30-50 бентонитовая глина - 5-15 Использование подобных технологических приемов при указанном содержании ингредиентов для получения катализатора из научно-технической литературы авторам неизвестно.

Использование указанных признаков в предложенном способе получения катализатора позволяет достичь высокого качества катализаторов, что становится возможным за счет того, что вначале водную суспензию диоксида марганца подвергают щелочной обработке одновременно с водорастворимой солью бария в течение 1-4 ч, затем полученную пасту, содержащую диоксид марганца и гидроксид бария, смешивают с бентонитовой глиной при указанном содержании ингредиентов для получения катализатора.

Способ осуществляется следующим образом.

Готовят водную суспензию диоксида марганца и добавляют в нее едкий натрий. После растворения последнего в суспензию добавляют хлористый барий и ведут перемешивание в течение 1-4 ч. Затем суспензию фильтруют и отмывают пасту из смеси диоксида марганца и гидроксида бария от ионов хлора. Полученную пасту смешивают со связующим - бентонитовой глиной, - пластифицируют и формуют гранулы на шнек-грануляторе при давлении 35-45 атм и температуре 100-120^oC. Сформованные гранулы сушат при температуре 60-90^oC в течение 10-15 ч, дробят, отсеивают фракцию 1-2 мм и проводят термообработку при 200-250^oC в кипящем слое. Состав катализатора, %: диоксид марганца - 40-60
гидроксид бария - 30-50
бентонитовая глина - 5-15
Сущность изобретения поясняется примерами.

Пример 1.

В смеситель, снабженный перемешивающим устройством, заливают 5 л воды, включают перемешивающее устройство и загружают 3 кг пасты диоксида марганца с влажностью 50%. Перемешивание ведут 30 мин до образования однородной водной суспензии диоксида марганца. Затем в смеситель добавляют 0,4 кг едкого натрия и продолжают перемешивание в течение 0,5 ч. После растворения едкого натрия, не прекращая перемешивания, в смеситель постепенно добавляют 1,5 кг хлористого бария. После добавления хлористого бария продолжают перемешивание в течение 2 ч. Окончив перемешивание, пасту смеси диоксида марганца и гидроксида бария фильтруют и отмывают от ионов Cl^-. Полученную пасту с влажностью 50% в количестве 6 кг загружают в лопастной смеситель, снабженный паровой рубашкой, добавляют 0,35 кг связующего - бентонитовой глины - и ведут процесс пластификации пасты в течение 1 ч до влажности 30%. На шнек-грануляторе через фильеры с диаметром отверстий 1,1 мм формуют гранулы при давлении 40 атм и температуре 105^oC. Сформованные гранулы сушат при температуре 80^oC в течение 12 ч. Высушенные гранулы дробят, отсеивают фракцию 1 - 2 мм и проводят термообработку в кипящем слое воздухом при температуре 300^oC. Полученный катализатор имеет следующий состав, %:
диоксид марганца - 50
гидроксид бария - 40
связующее (бентонитовая глина) - 10
Каталитическая активность в восстановлении окислов азота составила 70 г/л.

Пример 2
Ведение процесса, как в примере 1, за исключением времени перемешивания после добавления хлористого бария, которое составило 1 ч. Полученный катализатор имеет состав, как в примере 1. Каталитическая активность в восстановлении окислов азота составила 65 г/л.

Пример 3
Ведение процесса, как в примере 1, за исключением количества добавленного в смеситель едкого натра, которое составило 0,7 кг, количества добавленного в смеситель хлористого бария, которое составило 2,0 кг, времени перемешивания после добавления хлористого бария, которое составило 1,5 ч, и количества связующего - бентонитовой глины, - добавленной в пасту смеси диоксида марганца и гидроксида бария, которое составило 0,4 кг. Полученный катализатор имеет состав, %:
диоксид марганца - 40
гидроксид бария - 48
связующее (бентонитовая глина) - 12
Каталитическая активность в восстановлении окислов азота составила 50 г/л.

Пример 4
Ведение процесса, как в примере 1, за исключением количества добавленного в смеситель едкого натра, которое составило 0,3 кг, количества добавленного в смеситель хлористого бария, которое составило 1,2 кг, времени перемешивания после добавления хлористого бария, которое составило 3 ч, и количества связующего - бентонитовой глины, - добавленной в пасту смеси диоксида марганца и гидроксида бария, которое составило 4,5 кг. Полученный катализатор имеет состав,%:
диоксид марганца - 62
гидроксид бария - 31
связующее (бентонитовая глина) - 7
Каталитическая активность в восстановлении окислов азота составила 60 г/л.

Пример 5
Ведение процесса, как в примере 1, за исключением количества добавленного в смеситель едкого натра, которое составило 0,8 кг, количества добавленного в смеситель хлористого бария, которое составило 2,0 кг, времени перемешивания после добавления хлористого бария, которое составило 4 ч, и количества связующего - бентонитовой глины, - добавленной в пасту смеси диоксида марганца и гидроксида бария, которое составило 0,3 кг. Полученный катализатор имеет следующий состав,%:
диоксид марганца - 39
гидроксид бария - 56
связующее (бентонитовая глина) - 5
Каталитическая активность в восстановлении окислов азота составила 25 г/л.

Результаты исследования влияния состава катализатора и времени смешения диоксида марганца с гидроксидом бария одновременно с приготовлением гидроксида бария на каталитическую активность в восстановлении окислов азота приведены в таблице.

Как видно из таблицы, наибольшая каталитическая активность в восстановлении окислов азота наблюдается при проведении процесса смешения диоксида марганца и гидроксида бария одновременно с приготовлением гидроксида бария при соотношении [MnO₂]:[Ba(OH)₂] - 40-60/30-50 мас.% и времени перемешивания 1-4 ч с последующим смешением диоксида марганца и гидроксида бария со связующим - бентонитовой глиной. Каталитическая активность понижается при уменьшении доли двуокиси марганца менее 40% и доли гидроокиси бария менее 30%. При уменьшении времени процесса перемешивания менее 1 ч активность падает, увеличение времени свыше 4 ч не приводит к росту каталитической активности.

Предложенный способ получения катализатора для очистки газов от оксидов азота за счет того, что в суспензию, содержащую диоксид марганца, вводят гидроксид бария, приготовляемый одновременно при щелочной обработке смеси диоксида марганца с водорастворимой солью бария в течение 1-4 ч, а затем проводят смешение диоксида марганца и гидроксида бария с бентонитовой глиной при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
диоксид марганца - 40-60
гидроксид бария - 30-50
бентонитовая глина - 5-15
позволяет достичь высокого качества катализаторов, предназначенных для восстановления оксидов азота в средствах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания.

Формула изобретения

Способ получения катализатора для очистки газов от оксидов азота, включающий смешение диоксида марганца со связующим - бентонитовой глиной, формирование гранул, сушку, дробление и термообработку, отличающийся тем, что вначале водную суспензию диоксида марганца подвергают щелочной обработке одновременно с водорастворимой солью бария в течение 1-4 ч, затем полученную пасту, содержащую диоксид марганца и гидроксид бария, смешивают с бентонитовой глиной при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
Диоксид марганца - 40-60
Гидроксид бария - 30-50
Бентонитовая глина - 5-15

РИСУНКИ

Рисунок 1