Катализатор для очистки отходящего газа от окислов азота

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К ПАТЕНТУ

Союз Советскмх

Социалмстмчеснмх

Республик (11)603322 (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 12.05.74 (21) 2026607/23-04 (51) M. Кл.е

В 01 J 21/16 (23) Приоритет — (32) 12.05.73

48-52826, 48-52827, 48-52828, 48 — 52829

Гооударстеенный комитет

Совета Министров СССР по делам изооретений н открытий (43) Опубликовано 15.04.78. Бюллетень №14 (53) УДК

66.097.3 (088.8) (45) Дата опубликования описания 13.03.78 (72) Авторы изобретения

Иностранец

Такааки Тамура (Япония) Иностранная фирма

Когио Кайхацу Кенкнюсе (Индасгриал Рнсерч Институт) (Япония) (71) Заявитель (54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА

ОТ ОКИСЛОВ АЗОТА

Изобретение. относится к производству катализаторов для очистки газов, в частности для очистки отходящих газов от окислов азота.

Для очистки отходящих газов от окислов азота известны такие катализаторы, как молекулярные сита, активированвая окись алюминия (глинозем), активированный уголь (1). Известные катализаторы имеют низкую скорость адсорбции и обычно используются при низких температурах, например, близких к температуре окружаютцей среды. Такие ката- 1п лнзаторы оказываются непригодными для применения к отбросному газу, в составе которого N0 содержится в размере нескольких сот частей на миллион.

Целью настоящего изобретения является со- 15 здание катализатора, дающего возможность очищать отходящие газы, имеющие малую концентрацию ИОх.

Указанная цель достигается применением туфа, прокаленного при 100 — 900 С, з качестве катализатора для очистки отходящего газа от окислов азота.

Известно использование туфа в нефтяной промышленности для осветления масел, а также в хнми. ческой промышленности в качестве адсорбента 12) .

Применение туфа природного происхождения в качестве катализатора окисления окислов азота позволило повысить эффективность адсорбцни в

100 раз или более, или в 1000 раз или более в данных конкретных условиях по сравнению с известными адсорбентами, такими как молекулярное сито нли активированная окись алюминия (глинозем}.

Описываемый катализатор окисления готовят путем измельчения н тепловой обработки туфа— неорганического материала, встре вющегося в природных условиях, состоящего преимущественно из двуокиси кремния, окиси алюминия и воды, н содержащего в сумме от 1 до 10 вес.% окисей щелочного и щелочноземельного металла. Применяемый туф имеет рентгеновские диффракцнонные решетки с параметрами, приведенными в табл. 1 и 2.

Материал, встречающийся в природных условиях, измельчают с целью получения частиц размером, например, меньпптм 50 меш, предпочтительно

3 — 5 меш (размеры меш, цитируемые здесь, относятся к сериям Тейлора), после чего производят термическую обработку. Температуру нагревания выбирают в общих предслах от 100 до 900 С, предпочтительно от 200 ло 700 С. Нагревание обычно

603322 осуществляют путем пропускания потока горячего воздуха вокруг материала, находящегося в тонельной печи, причем материал перемещают ленточным конвейером в воздушной среде.

Полученный таким образом катализатор окисления контактирует с сухой газообразной смесью, содержащей окись азота, кислород, обычным образом, например с применением движущегося или неподвижного насадочного слоя.

Газообразная смесь, подлежащая контактированию с катализатором окисления содержит, по меньшей мере, окись азота и кислород. В случае применения отходящего газа, например после котельной, в составе такого газа обычно. уже присутствует кислород, так что нет необходимости добавлять к отходящему газу свежий кислород. В случае необходимости такого добавления источником может служить или чистый кислород, или воздух.

Концентрация кислорода зависит от состава газовой смеси, условий окисления и т.д. По этой причине концентрация кислорода не имеет решающего значения. Уже незначительного количества кислорода, например 0,03 об.% по отношению ко всему газу, достаточно для достижения эффективного удаления окиси азота. Концентрация кислорода оказьвает влияние на степень удаления окиси азота до 30 об,%.

Иначе говоря, концентрация окиси азота на выходном участке снижается до тех пор, пока концентрация кислорода возрастает вплоть до 3%. Если кон- З0 центрация кислорода превышает 3%, то существенного отличия в степени извлечения окиси азота не

Происходит- Однако пОсКОльку источником кислОрода предпочтительно служит воздух, его верхний предел обычно составляет около 21%, то есть концентрация кислорода будет по существу такой же, как и в воздухе.

Требуется удалять влагу из газообразной смеси, так как влага обычно ухудшает активность катализатора. Осушку газа производят обычным спо- 40 собом, например с применением силикагеля, активированной окиси алюминия или же концентрированной серной кислоты. Применим также способ вымораживания досуха.

Катализатор окисления, применяемый в соответствии с изобретением, оказьвает каталитическое действие на процесс окисления азота до двуокиси азота и одновременно служит адсорбентом. Зто означает, что окись азота сначала адсорбируется на катализаторе окисления. Адсорбированная окись азота окисляется с помощью катализатора окисле. ния с образованием двуокиси азота. Таким образом, активный участок по отьошению к окиси азота остается незанятым, и окись азота иепрерьвно адсорбируется на катализаторе окисления Со 55 временем катализатор проявляет тенденцию к снижению активности. Зто сопряжено с накоплением двуокиси азота на катализаторе. Однако катализатор можно легко регенировать обычным образом, ншример путем нагревания с целью десорбш и дву- 60 окиси азота; промывки водой для десорбции преимущественно с удалением азотной кислоты.

Пример 1. Неорганический материал— туф, встречающийся в природных условиях, удовлетворяющий составу и критериям, приведенным в табл. 1, измельчают до часпщ размером 3 — 5 меш.

Измельченный материал подвергают термической обработке при 400 — 600 С на воздухе для получения катализатора окисления

Полученным катализатором заполняют адсорбционную колонку, имеющую внутренний диаметр

26 мм, и различную длину: 80 мм, 132 мм и 290 мм соответственно. Через адсорбционную колонку пропускают азотсодержащий газ, имеющий установленную концентрацию окиси азота, равную 474 ч на

1 млн, таким образом, чтобы гаэ контактировал с катализатором. Одновременно в состав азот-содержащего газа вводят газообразный кислород в различных соотношениях. Полученные газообразные смеси высушивают до такой степени, чтобы содержание водяных паров соответствовало точке росы при температуре около -50 С. Испытания производят при температурах -20, 0 и 20 С каждое. Испытания проводят путем изменения условий 16-тью способами.

Для сравнения производят такие испытания с применением силикагеля (высушенного при 120 С) и активированного алюминия (в.ысушенного при

300 С). Концентрацию окиси азота измеряют по химическому люминисцентному методу после обнаружения обычным химическим анализом.

Результаты приведены в табл. 3.

Как видно из приведенных выше результатов, в случае применения известных уже силикагеля или активированной окиси алюминия концентрация окиси азота на выходном участке обычно выше на несколько сот ч/млн., в лучшем случае — на несколько десятков ч/млн. Например, при работе на предла. гаемом катализаторе достигается по существу полное удаление окиси азота. Из приведенных выше результатов можно видеть, что окись азота почти полностью удаляется даже при содержании кислорода, составляющем 0 03%.

Если упругость паров воды в составе газа устанавливают так, чтобы она соответствовала точ. ке росы при -20 С, получают практически те же результаты. При температуре точки росы, равной

0 С, концентрация окиси азота на выходном участ: ке имеет танденцию к увеличению, особенно в случае проведения процесса по непрерьвному методу, как показано в примере 2. Когда точка роо сы составляет +20 С, удаление окиси азата становится неудовлетв орительным.

В случае применения туфа, имеющего рентгеновскую диффрационную решетку с параметрами, приведенными в табл. 2, получают те же самые результаты.

Пример 2. Применяя катализатор, используемый в примере 1, работы проводят по непрерыв603322

Пример 3. Отбросный газ после агломера- ционной печи обрабатывают с помощью катализатора окисления, приготовленного из туфа, имеющего 10 рентгеновскую диффракционную решетку, показанную в табл. 1, при скорости газового потока 400 ьфч.

Точка росы отбросного газа составляет 40 — 44 С.

На выходном участке после адсорбционной колонны точка росы газовой смеси снижается до -50 С.

Газовая смесь имеет следующий состав: NO (почти полностью окись азота) 200 ч./млн, кислород 10% и двуокись серы 2000 ч/млн.

Таблица 1

Относительные интенсивности

10 Ц 0

Межплоскостной период решетки

Межплоскостной период реня. тки

А носительные тенсив ности

10 i%, 3,23+ 0,03

3,10 Й 0,03

2,90 0,03

2,85+ 0,03

13,9+0,1

9,1 0,1

0 — 1

6,6 0,1

6,5 0,1

0 — 2

2,71+ 0,03

2,58é 0,03

2,53 т 0,03

2,49 0,03

2,45 т 0,03

2,04 0,03

1,96 з 0,03

1,88+ 0,02

1,82 «+ 0,02

1,82 х0,02

1,79 - 0,02

1,53 0,02

0 — 4

0 — 5

0 — 2

0 — 6

3,85 1 0,03

3 81ЙО 10

3,771005

3,48 0,03

3,40 -0,03

3,35 0,10

0 — 4

0 — 2

0 — 8 ному методу в течение 6 ч. Концентрация окиси азота на выходном уистке сохраняется на уровне

0,30 ч/млн и степень удаления окиси азота равна

99 9% Десорбция адсорбированных веществ может производиться путем нагревания, уменьшения давмния, промывки водой и т.д.

6,1 0,1

5,83+0,05

4,55+ 0 05

4,30+0,10

4,26 0,10

4,05+ 0,10

401 005

Степень удаления NO превышает 99%, в то же время двуокись азота и двуокись серы NO и

SO> удаляются почти полностью.

Пример 4. Отбросный газ по примеру 3 обрабатывают с применением катализатора окисления, приготовленного из туфа, имеющего рентгеновскую диффракционную решетку, показанную в табл, 2. После проведения непрерывной операции в течение 30 ч, получают такие же результаты, как в примере 3.

Таким образом, в результате применения катализатора, соответствующего изобретению, становится возможным достаточное удаление окислов азота (МОя ) из состава отбросного газа, например после агломеризационной печи, до степени, удовлетворяющей требованиям защиты атмосферного воздуха от загрязнений по нормативу ближайшего будущего.

603322

Таблица 2

Ме жил оскостной Относительные интенсивности период решетки интенсивности

iiiО А / О период решетки

3,18+0,03

9,10+ 0,1

3,152 0,03

7,99 0,1

Π— l

Π— 2

Π— 5

Π— 2

Π— 4

Π— 4

Π— 6

Π— 3

Π— 2

0,5

Π— 4

005

0,5

0 — 2

Π— 8

0,5

3,22+ 0,,03

Таблица 3

Каталиэа тор

4,68

474

0,03

1,4

Силикагель

395

3,0

0,03

6,82+ 0,1

5,85т 0,08

5,291 0,08

5 12 0 05

4,67т 0,05

4,30 0,10

4,26 0,10

408+ 0,10

4,05+ 0,10

3,98 0,05

3,85 «+0,05

3,81+ 0,10

3,77+ 0,05

3,47+0 03

3,34+0,10

3,,35 < 0,03 жплоскостной Относительные

299т0,03

2,98+ 0,03

2,89+ О 03

285т 0 03

2,81+ 0,03

2,741 0,03

2,53+ 0,02

2,49+ О 03

2,47 0,03

2,46+ 0,02

2,45+ 0,03

202 0,02

1,95+ 0,02

1,87+ 0,02

1,811 0,02

1,72+ 0,02

Продолжение таблицы.

16,45

1,4

Актииированный глинозем

7„38

3,0

3,79

4,8

0,027

0,027

0,021

0,021

0,13

0,13

4,68

2,3

Катализатор (1) по изобретению (2) (3) (4) 0,03

1,4

0,10

3,0

0,10

4,8

97Д5

97 05

97,05

86,50

460

17,1

2,3

0,03

1,4

Сйликагель

410

3,0

4,8

99,16

470

17,1

0,03

Активированный глинозем

65,40

50,63

44,30

310

1,4

3,0

210

4,8

1,45 и 17,1

0,45 тор по изобретению

51,4

11,3

3,1

3,0

Формула изобретения Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

Применение туфа,прокаленного при 100-900 С, 1. Chemical Week, 13, 12. 1972 r. р. 45. в качестве катализатора.для очистки отходящего 2. Большая Советская Энциклопедия, т. 43, газа от окислов азота. с. 196.

Составитель Н. Путова

Редактор Л. Новожилова Техред М.Келемеш

Корректор Е.Папп

Заказ 1667/62 Тираж 964

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород. ул. Проектная. 4 (5) 0,03 (6) 1,4 (7) 3,0 (8) 4,8 (9) 0,03 (10) 1,4 (11) 3,0 (12) 4,8 (13) 0,03 (14) 1,4 (15) 3,0 (16) 4,8

0,30

0,30

0,17

0,12

0,12

0,12

11,5

4,5

0,306

0,096

0,063

0,063

0,036

0,025

0 025

0 025

2,426

0,949

0,654

0,633