Способ очистки газовых выбросов с помощью гранулированного глауконитового сорбента

Изобретение относится к способу очистки вредных техногенных газовых выбросов в атмосферу от различных загрязнителей и может быть использовано для нейтрализации токсичных вредных продуктов при очистке промышленных выбросов, продуктов сжигания промышленных и бытовых отходов, а также выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей. Способ заключается в сорбции и одновременном окислении-восстановлении газов путем последовательного пропускания их через слой сорбционного катализатора на основе глауконита. При этом катализатор получают следующим образом: обогащенный мелкодисперсный глауконит смешивают с интеркалированным графитом, полученную смесь модифицируют раствором гальваношламов, содержащим соединения тяжелых металлов, после чего полученную массу гранулируют и обжигают при температуре 600-700°C в течение 1-1,5 часов. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки газовых выбросов, а также позволяет расширить температурный режим очистке. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к очистке вредных техногенных газовых выбросов в атмосферу от различных загрязнителей, и может быть использовано для нейтрализации токсичных вредных продуктов при очистке промышленных выбросов, продуктов сжигания промышленных и бытовых отходов, а также выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей.

Известен способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, включающий подготовку катализатора, контакт катализатора и выхлопных газов, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют анодный шлам, образующийся при электролитическом восстановлении цинка из сульфатных растворов (см. патент РФ на изобретение №2164298, МПК F01N 03/10, B01D 53/94, B01J 23/34, опубл. 20.03.2001).

Недостатками данного способа очистки являются, во-первых, трудоемкая технология изготовления катализатора, которая требует больших энергетических затрат и наличия большого количества шлама; во-вторых, достаточно узкий температурный режим работы данного катализатора, который ограничен температурой от 150°C и выше, т.е. он неэффективен при низких температурах.

Известен способ очистки газовых выбросов от оксидов азота восстановлением их оксидом углерода (II) в присутствии кислорода воздуха, включающий пропускание газовых выбросов через слой нагретого катализатора из углеродистого материала, в качестве которого используют горную породу шунгит фракции 0,63-1,50 мм или более мелкие частицы этой породы, гранулированные с бентонитовым связующим (см. патент РФ на изобретение №2048175, МПК B01D 53/86, B01D 53/56, B01D 141/00, опубл. 20.11.1995).

Недостатком известного способа очистки газовых выбросов от оксидов азота является то, что для образования монооксида углерода, который и восстанавливает оксиды азота, шунгитовый катализатор должен быть нагрет до высокой температуры в присутствии кислорода, а это означает, что он малоэффективен при температурах ниже 300°C и работает селективно.

Известен катализатор комплексной очистки выхлопных газов от оксидов азота и углерода на основе окислов меди, хрома, цинка, представляющий собой механическую смесь промышленных никель-хромового и медь-цинк-никелевого катализаторов, взятых в массовом соотношении (0,1-5,0):1 соответственно (см. патент РФ на изобретение №2041737, МПК B01J 23/86, B01D 53/56, B01D 53/62, опубл. 20.08.1995).

Недостатком известного способа комплексной очистки выхлопных газов от оксидов азота и углерода является сложная каталитическая система, что усложняет и удорожает технологию способа в целом, и его малоэффективная работа при температурах ниже 300°C. Кроме того, можно утверждать, что неокисленные углеводороды, присутствующие в выхлопных газах, будут преждевременно отравлять поверхность катализатора, что приведет к значительному сокращению его срока службы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки газовых выбросов для получения охлажденных нетоксичных газов, обеспечивающее их пожаро- и взрывобезопасность, экологическую безопасность и безопасность для человека, заключающийся в сорбции и совместном одновременном окислении-восстановлении газов путем последовательного пропускания их через, по меньшей мере, два слоя сорбента. Согласно изобретению перед процессом окисления-восстановления газов осуществляют предварительную подготовку сорбента, в качестве которого используют смесь глауконита и шунгита, путем сорбирования ими из отходов гальванического производства окислов тяжелых металлов в течение не менее 3 часов, после чего насыщенные сорбенты промывают водой от несорбированных окислов металлов, при этом в качестве первого слоя сорбента используют смесь природных глауконита и шунгита, а в качестве второго слоя используют смесь предварительно подготовленных глауконита и шунгита (см. патент РФ на изобретение №2323769, МПК B01D 53/00, опубл. 10.05.2008).

Однако недостатком данного способа является низкая эффективность природных форм глауконита и шунгита как сорбентов, что снижает эффект от использования катализатора в целом. Кроме того, высокая стоимость шунгита удорожает изделие в целом.

Основной задачей настоящего изобретения, на решение которой направлен предложенный способ очистки газовых выбросов в атмосферу, является повышение эффективности очистки газовых выбросов в атмосферу за счет использования сорбционных свойств гранулированного глауконитового сорбента и использования данного сорбента как катализатора в окислительно-восстановительных реакциях по очистке газов.

Единым техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является расширение температурного режима при очистке газовых выбросов в атмосферу и увеличение скорости реакции разложения или восстановления вредных веществ за счет взаимодействия гранулированного глауконитового сорбента с загрязняющими веществами, как с сорбентом и одновременно как с катализатором.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки газовых выбросов, заключающемся в сорбции и совместном одновременном окислении-восстановлении газов путем последовательного пропускания их через слой сорбционного катализатора на основе глауконита, согласно изобретению в качестве глауконита используют обогащенный мелкодисперсный глауконит, который предварительно смешивают с интеркалированным графитом, полученную смесь модифицируют раствором гальваношламов, содержащим соединения тяжелых металлов, после чего полученную массу гранулируют и обжигают при температуре 600-700°C в течение 1-1,5 часов. Смесь обогащенного мелкодисперсного глауконита и интеркалированного графита содержит в своем составе сорбированные окислы тяжелых металлов, являющиеся катализаторами, в том числе и смесевые, окисления-восстановления токсичных и вредных продуктов.

Указанный сорбент изготавливается следующим образом. Обогащенный мелкодисперсный глауконит фракцией 30-50 мкм смешивают с интеркалированным графитом в массовом соотношении 100:1. Добавление интеркалированного графита необходимо для увеличения пористости конечного продукта с целью уменьшения сопротивления току выхлопных газов и наличия терморасширенного углерода. После этого полученная масса модифицируется добавлением раствора гальваношламов, содержащего окислы тяжелых металлов. Объемное соотношение между обогащенным мелкодисперсным глауконитом и жидкой составляющей раствора гальваношламов составляет 1:0,5-0,6, как обеспечивающее достаточную пластичность и формуемость смеси, при этом влажность смеси составляет 32-35%. Полученную массу перемешивают в течение времени, достаточного для полной гомогенизации (10-15 минут). После этого осуществляется гранулирование методом экструзии. Смесь продавливается через фильеру с диаметром отверстия 1-10 мм, после чего проводят сушку продукта конвекционным потоком горячего воздуха 80-100°C или с помощью инфракрасного излучения до влажности 3-5%. Следом осуществляется дробление и рассев материала на ситах с отверстием ячеек 1-11 мм. Полученные гранулы сортируются по размерам с разницей в 1 мм. Далее проводится высокотемпературный обжиг при температуре 600-700°C в течение 1-1,5 часов.

Глауконит - это глинистый алюмосиликатный минерал с высоким содержанием двух- и трехвалентного железа, магния, кальция, калия, фосфора, а также микроэлементов - меди, кобальта, хрома, молибдена, бериллия, бария, кадмия и др. Все они находятся в легкоизвлекаемой форме сменных катионов, которые замещаются находящимися в избытке в окружающей среде элементами. Этим свойством, а также слоистой структурой объясняются высокие сорбционные свойства глауконита по отношению к радиоактивным элементам, тяжелым металлам, нефтепродуктам и другим загрязнителям техногенного характера, в частности газам, загрязняющим атмосферу.

Использование обогащенного мелкодисперсного глауконита вместо природной формы в виде песка позволяет улучшить механические и сорбционно-каталитические свойства конечного продукта.

Интеркалированный графит - это соединение внедрения графита, представляющее собой графит, особым образом обработанный кислотами или щелочами. При воздействии высоких температур - 600-900°C входящие в структуру интеркалированного графита соединения резко испаряются, просходит так называемое разворачивание с образованием терморасширенного углерода с большим количеством пор различных размеров и формы, развитой структурой и высокой удельной поверхностью. Также интеркалированный графит может разворачиваться под воздействием СВЧ-поля, при этом удельная поверхность ТРГ значительно выше: 70 м²/г при обычном термоударе и 350 м²/г при использовании СВЧ-поля.

Пример. Была произведена очистка газовых выбросов легковых автомобилей ВАЗ 21074 (карбюратор) и ГАЗ 3110 (инжектор) заявленным способом, которая заключалась в следующем. Проводились измерения снижения выбросов в атмосферу по окиси углерода (СО) с помощью переносного газоанализатора отработавших газов ДВС «ИНФРАКАР-М2». Сначала были измерены вредные выбросы от автомобиля без очистки выхлопных газов, после чего измерялись выбросы после очистки предложенным способом, пропуская выхлопные газы через каталитический блок. Длина каталитического блока составила 19 см, диаметр 16 см, при массе каталитической засыпки в 3 кг. Катализатор был разделен на три слоя по 1 кг каждый, отличающиеся по фракционному составу. Размер частиц глауконитового катализатора в первом слое составил 7-10 мм, во втором - 4-7 мм, в третьем - 1-4 мм. Насыпная плотность слоев, измеренная согласно ГОСТ Р 51641-2000 «Материалы фильтрующие зернистые. Общие технические условия», составила соответственно 0,69 г/см³, 0,81 г/см³ и 0,9 г/см³. Исходя из этого, длина слоев составила 7,25 см, 6,25 см и 5,50 см соответственно.

Полученные результаты представлены в таблице 1.

Использование предложенного способа для очистки вредных техногенных выбросов в атмосферу от различных загрязнителей обеспечивает большую эффективность очистки от вредных выбросов в атмосферу по сравнению с аналогами в широком интервале температур и низкую стоимость очистки.

1. Способ очистки газовых выбросов, заключающийся в сорбции и совместном одновременном окислении-восстановлении газов путем последовательного пропускания их через слой сорбционного катализатора на основе глауконита, отличающийся тем, что в качестве глауконита используют обогащенный мелкодисперсный глауконит, который предварительно смешивают с интеркалированным графитом, полученную смесь модифицируют раствором гальваношламов, содержащим соединения тяжелых металлов, после чего полученную массу гранулируют и обжигают при температуре 600-700°C в течение 1-1,5 часов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после модифицирования смесь обогащенного мелкодисперсного глауконита и интеркалированного графита подвергают высокотемпературному обжигу.

3. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что смесь обогащенного мелкодисперсного глауконита и интеркалированного графита содержит в своем составе сорбированные окислы тяжелых металлов, являющиеся катализаторами, в том числе и смесевые, окисления-восстановления токсичных и вредных продуктов.