КАТАЛИЗАТОР КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА И УГЛЕРОДА Российский патент 1995 года по МПК B01J23/86 B01D53/56 B01D53/62 

Изобретение относится к катализаторам для очистки газовых смесей от токсичных примесей, в частности от оксидов азота и углерода, и может быть использовано для удаления их из газовых технологических выбросов и выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Известно, что наиболее эффективными в процессе комплексной очистки выхлопных газов от токсичных компонентов являются катализаторы на основе металлов платиновой группы [1] Однако недостатками этих катализаторов являются их дефицитность и высокая стоимость.

Известен катализатор, представляющий собой медно-никелевый сплав из семейства монелей, состоящий из 66% Ni; 31,5% Cu; 0,9% Mn; 1,35% Fe; 0,12% C; 0,005% S; 0,15% Si [2] Применение этого катализатора позволяет проводить очистку выхлопных газов от оксидов азота и углерода, а также углеводородов. Но указанный катализатор эффективно работает только при достаточно высоких температурах (выше 400^оС).

Из научно-технической литературы известно, что для очистки выхлопных газов от окислов азота с помощью природного газа был использован никельхромовый гранулированный катализатор, который проявлял высокую каталитическую активность при температуре 450^оС и при отношении СН₄/О₂ 0,5 [3] К недостаткам данного катализатора следует отнести необходимость введения в очищаемый газ избытка восстановителя (природного газа или водорода) и проведение процесса только при высокой температуре.

Наиболее близким к предлагаемому катализатору по технической сущности и получаемому результату является промышленный катализатор НТК-1, применявшийся для восстановления окислов азота в присутствии СО [4] В состав известного катализатора входят окислы Zn, Cr и Сu. Катализатор эффективно (степень превращения более 80% ) восстанавливает NO_x при температуре выше 230^оС, близкая к 100% конверсия NO_x наблюдается при температуре выше 275^оС. Катализатор проявляет активность и в присутствии кислорода, однако при этом в газовую смесь следует добавлять значительный избыток восстановителя оксида углерода.

Недостатком известного катализатора является его низкая активность при невысоких температурах и неселективность в присутствии кислорода.

Целью изобретения является создание катализатора комплексной очистки газов от оксидов азота и углерода, обладающего высокой активностью и селективностью в широком интервале температур.

Цель достигается использованием для процесса комплексной очистки газов многокомпонентного оксидного катализатора на основе промышленных контактов. Предлагаемый катализатор представляет собой механическую смесь промышленных катализаторов никельхромового и медь-цинк-никелевого НТК-10-1, взятых в соотношении (0,1-5,0):1 соответственно.

Никельхромовый катализатор (ОСТ 6-03-314-75) применялся в качестве форконтакта в колоннах гидрирования. В его состав входят NiO (≥ 48 мас.) и Cr₂O₃(≥ 27 мас. ). Катализатор медь-цинк-никелевый НТК-10-1 применялся в производстве бутиловых спиртов. В его состав входят CuO (≈ 40 мас.), ZnO (≈ 30 мас.) NiO (5 мас.) и Al₂O₃ (≥17 мас.).

На предлагаемом катализаторе достигается практически полное удаление оксидов азота и углерода при температуре от 100 до 450^оС, объемной скорости газовоздушного потока 20-30 тыс.ч^-1 при наличии в смеси значительного количества кислорода (до 10 об.).

В научно-технической и патентной литературе нет сообщений о катализаторе очистки газов от оксидов азота и углерода с указанной совокупностью существенных признаков. В связи с этим заявленное решение соответствует критерию "новизна".

Предлагаемый катализатор отличается от катализатора прототипа, во-первых, количественным содержанием окислов цинка, меди и хрома, во-вторых, дополнительным введением никельхромового катализатора в таком количестве, чтобы соотношение катализаторов НТК-10-1 и никельхромового составило 1:(0,1-5,0). Именно эти признаки в совокупности приводят к тому, что полученный катализатор обладает высокой активностью и селективностью уже при температуре 100^оС.

П р и м е р 1. Используют катализатор с соотношением компонентов Ni-Cr: НТК-10-1 1:1. Состав газовой смеси на входе в каталитический реактор, об. O₂ 6,8; N₂ 88,5; C₂H₆ 0,25; C₃H₈ 0,4; CO 4,0; NO_x 0,05. Объемная скорость потока 20 тыс.ч^-1, температура 110^оС. Степень превращения СО и NО_х практически 100%
П р и м е р 2. Используют катализатор с соотношением компонентов Ni-Cr: НТК-10-1 2:1. Состав газовой смеси на входе в каталитический реактор, об. O₂ 8,3; N₂ 89,7; C₂H₆ 0,4; C₃H₈ 0,5; CO 1,0; NO_x 0,1. Объемная скорость 20 тыс. ч^-1, температура 450^оС. Степень превращения СО и NO_x 100%
П р и м е р 3. Берут катализаторы никельхромовый и НТК-10-1 в соотношении 0,1:1 (1 см³ никельхромового катализатора и 10 см³ НТК-10-1) и смешивают в емкости соответствующего объема до равномерного перемешивания гранул. Полученную механическую смесь помещают в реактор. Очищаемый газ пропускают через слой катализатора при повышенной температуре. Состав газа на входе в каталитический реактор, об. O₂ 5,4; N₂ 92,7; C₂H₆ 0,3; C₃H₈ 0,55; CO 1,0; NO_x 0,05. Объемная скорость потока 20 тыс.ч^-1, температура 215^оС. Степень превращения СО и NO_x практически 100%
П р и м е р 4. Берут 10 см³ никельхромового катализатора и 2 см³ катализатора НТК-10-1 и готовят их механическую смесь так же, как описано в предыдущем примере. Катализатор помещают в реактор. Через слой полученного катализатора при повышенной температуре пропускают очищаемый газ следующего состава, об. O₂ 5,4; N₂ 93,0; NO_x 0,1; CO 0,8; C₂H₆ 0,2; C₃H₈ 0,5.

Объемная скорость газового потока 20 тыс.ч^-1, температура 350^оС. Степень превращения СО 100% NO_x 99%

Использование: многокомпонентный оксидный катализатор для комплексной очистки газовых выбросов от оксидов азота и углерода. Сущность изобретения: катализатор представляет собой механическую смесь промышленных катализаторов никельхромового и медь-цинк-никелевого, взятых в соотношении (0,1 5,0) 1 соответственно. В состав катализатора входят оксиды никеля, хрома, меди, цинка, алюминия.

КАТАЛИЗАТОР КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА И УГЛЕРОДА на основе окислов меди, хрома, цинка, отличающийся тем, что он представляет собой механическую смесь промышленных никель-хромового и медь-цинк-никелевого катализаторов, взятых в массовом соотношении (0,1 5,0) 1 соответственно.