КАТАЛИЗАТОР ОКИСЛЕНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА И УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2000 года по МПК B01J23/34 B01J23/14 B01J23/50 B01D53/62 B01D53/72 

Изобретение относится к области очистки газов от экологически опасных составляющих и может быть использовано для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, для обезвреживания отходящих газов промышленных предприятий, ТЭЦ, асфальто-бетонных заводов и других технологических производств и агрегатов, содержащих в своем составе оксид углерода.

Известен катализатор окисления [патент РФ N 96113717/04 от 11.07.97, кл. 6 В 01 J 21/02, 21/04, 23/10, опубл. БИ N 8, 1998, с. 17-18] на основе металлического алюминия и окисленного композита, содержащего оксид алюминия и оксиды переходных металлов, а также другие составляющие.

Недостатками катализатора являются относительно высокая стоимость и сложность изготовления.

Наиболее близким техническим решением является катализатор для очистки отработанного газа, представляющий собой смесь оксида или оксидов марганца и оксида или оксидов свинца [SU 450388, 30.11.74, В 01 J 23/34]. Недостатком катализатора является необходимость его изготовления, затраты на материалы и производство.

Задачей изобретения является использование побочного продукта электрохимического восстановления металла из водного раствора электролита в качестве недорогого и эффективного катализатора окисления оксида углерода и углеводородов.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени очистки отработанных газов от экологически опасных составляющих с одновременной экономичностью процесса.

Этот технический результат достигается тем, что в известном катализаторе окисления оксида углерода и углеводородов, включающем диоксид марганца и диоксид свинца, используют анодный шлам, образующийся на свинцовом аноде при электролитическом восстановлении цинка из кислых сульфатных растворов, предварительно отмытый от электролита и высушенный, и содержащий, маc.%:
Диоксид марганца - более 50,
Диоксид свинца - до 15,
Оксид серебра - до 0,15,
Примеси - остальное.

Сущность каталитического воздействия анодного шлама заключается в том, что при его образовании в электрохимическом процессе анодного окисления составляющих шлама происходят химические и структурные превращения, приводящие к образованию соединений, обладающих эффективным каталитическим действием в процессе окисления оксида углерода и углеводородов.

Примеры практического применения.

В качестве катализатора использовали анодный шлам, образующийся на свинцовом аноде при электролитическом восстановлении цинка из кислых сульфатных растворов, состава, мас.%: диоксид марганца 53,9; диоксид свинца 15; оксид серебра 0,06; примеси - остальное. Предварительно анодный шлам отмывали от остатка электролита и сушили на воздухе в течение 3 суток, затем катализатор сушили при 80^oC в течение 45 минут, при этом содержание основного компонента диоксида марганца повысилось до 54,89 мас.%.

Порошок анодного шлама помещали в U-образную трубку диаметром 15 мм, через которую пропускали очищаемый газ. Скорость газа регулировали таким образом, чтобы газ и порошок создавали "кипящий слой" в одном из колен трубки и таким образом создавали максимально возможный контакт между поверхностью катализатора и очищаемым газом. Благодаря высокой плотности порошка и малой скорости газового потока унос катализатора незначителен и контролировался фильтром, заполненным стекловатой. Скорость очищаемого газа 0,20-0,50 дм³/мин.

U - образную стеклянную трубку диаметром 15 мм с катализатором помещали в песчаную баню с электроподогревом. Газовую смесь контролировали на содержание оксида углерода газоанализатором марки АФА - 121 и на содержание углеводородов газоанализатором марки УГ-2. Контроль указанных составляющих газовой смеси осуществляли на входе в U-образную трубку (до катализатора) и на выходе из нее (после катализатора). Контроль температуры в песчаной бане (температура внешняя) катализатора и выходящего из трубки очищенного газа осуществляли с помощью ртутного термометра.

В табл. 1-2 даны результаты очистки газа от оксида углерода (табл. 1) и углеводородов (табл. 2) для различных условий работы катализатора.

Пример 1 (табл. 1).

В табл. 1 даны результаты очистки газа от оксида углерода.

Для генерации оксида углерода использовали печь, в которой сжигали древесно-стружечный материал при неполном сгорании топлива. Из печи полученную газовую смесь пропускали через поглотительную склянку с концентрированной серной кислотой, затем через склянку - поглотитель с 10% водным раствором NaOH, через брызгоуловитель со стеклянными шарами и собирали в резиновой камере, откуда газовая смесь проходила через U-образную стеклянную трубку диаметром 15 мм с катализатором.

Из данных табл. 1 следует, что лучшие показатели получены при условиях, представленных в табл. А.

В течение 3,6 часа работы катализатора его масса уменьшилась на 12,59% в основном за счет удаления газообразных составляющих, при этом содержание диоксида марганца возросло до 62,80 мас.%.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при температуре катализатора более 100^oC степень очистки газа от CO превышает 50%, с повышением температуры катализатора степень очистки газа от CO возрастает и при температуре 250^oC достигает 90-97 % при скорости газового потока 0,35-0,50 дм³/мин. Нагревание катализатора до 500^oC не влияет на активность катализатора.

Пример 2 (табл. 2).

В табл. 2 даны результаты очистки газа от углеводородов.

В качестве углеводородов использовали сольвент нефтяной (ГОСТ 10214-78), представляющий смесь ароматических углеводородов бензольного ряда, полученных в процессе каталитической ароматизации нефтяных фракций, и применяемый в качестве растворителей лаков, красок и эмалей.

Из данных табл. 2 следует, что лучшие показатели получены при условиях, представленных в табл. В.

В течение 1,8 часа работы катализатора его масса уменьшилась на 13,75 %, при этом содержание диоксида марганца возросло до 62,49 мас.%.

Очистка от углеводородов осуществляется при более низкой температуре, чем в случае очистки от оксида углерода.

Экспериментально установлено, что очистка газа от смеси оксида углерода и углеводородов осуществляется аналогично опытам примеров 1 и 2 (табл. 1 и 2).

Содержание основных компонентов анодного шлама находится в пределах, мас. %: диоксид марганца 50-90, диоксид свинца до 15, оксид серебра до 0,15, влага и примеси - остальное.

При необходимости анодный шлам легко прессуется в виде таблеток.

По сравнению с прототипом использование анодного шлама - побочного продукта электрохимического восстановления металла из водного раствора электролита в качестве недорогого и эффективного катализатора окисления оксида углерода и углеводородов не требует дополнительных расходов на его изготовление.

Описывается катализатор окисления оксида углерода и углеводородов, который может быть использован для очистки выхлопных газов ДВС, для обезвреживания отходящих газов промышленных предприятий, содержащих в своем составе оксид углерода и углеводороды. Он включает в себя диоксид марганца и диоксид свинца и отличается тем, что в качестве катализатора используют анодный шлам, образующийся на свинцовом аноде при электролитическом восстановлении цинка из кислых сульфатных растворов состава, мас.%: диоксид марганца 53,9, диоксид свинца 15, оксид серебра 0,06, примеси -остальное. Предварительно анодный шлам отмывали от остатков электролита и сушили на воздухе. Технический результат заключается в высокой степени очистки отработанных газов от экологически опасных составляющих с одновременной экономичностью процесса. 4 табл.

Катализатор окисления оксида углерода и углеводородов, включающий диоксид марганца и диоксид свинца, отличающийся тем, что катализатор представляет собой анодный шлам, образующийся на свинцовом аноде при электролитическом восстановлении цинка из кислых водных сульфатных растворов, предварительно отмытый от электролита и высушенный и содержащий, мас.%:
Диоксид марганца - Более 50
Диоксид свинца - До 15
Оксид серебра - До 0,15
Примеси - Остальное