СПОСОБ АКТИВАЦИИ КАТАЛИЗАТОРА ОКИСЛЕНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА Российский патент 2006 года по МПК B01J23/889 B01J37/08 B01J38/02 

Изобретение относится к области сорбционной техники, а именно очистке воздушных смесей от оксида углерода, и может быть использовано для регенерации различных марок катализатора окисления оксида углерода (гопкалита), утративших каталитическую активность в процессе длительного хранения.

Регенерированные сорбенты могут быть использованы в средствах защиты органов дыхания и в процессах очистки промышленных выбросов от оксида углерода.

Известны различные способы активации гопкалита, например путем термообработки при 550-850°С (RU 2063803, 20.07.96) или сушки газовоздушной смесью при повышении температуры от 40-75 до 150-250°С (RU 2035997, 27.05.96).

Использование известных способ активации не приводит к полному восстановлению активности гопкалита.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ активации гопкалита путем термической обработки слоя при t=120-320°С, давлении 200-400 кгс/м², газовоздушной смесью состава, об.%:

CO₂ - 0,4-1,0;

СО - не более 0,01;

O₂ - 16-22;

Азот и инертные газы - ост.

Недостатком прототипа является невозможность полного восстановления первоначальной активности катализатора после длительного хранения и обеспечение стабильности его активности в средствах очистки воздуха.

Задачей изобретения является восстановление первоначальной активности катализатора окисления оксида углерода после его длительного хранения.

Поставленная задача решается предложенным способом активации катализатора окисления оксида углерода путем термической обработки его, причем активацию катализатора ведут путем нагревания слоя катализатора толщиной 2-3 см до 180-380°С со скоростью подъема температуры 10-20°/мин при постоянном отводе продуктов реактивации.

Из научно-технической литературы авторам неизвестно использование способа активации катализатора окисления оксида углерода путем нагревания слоя толщиной 2-3- см со скоростью подъема температуры 10-20°/мин.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Катализатор окисления оксида углерода (гопкалит) представляет собой смесь активных оксидов меди и марганца. В процессе длительного хранения гопкалит хорошо сорбирует влагу из воздуха, при этом происходит гидратация активных центров (диоксида марганца) с образованием кристаллогидратов, которые экранируют активные центры, затрудняя тем самым доступ оксида углерода к ним и снижая эффективность работы катализатора в целом. Процесс окисления СО кислородом происходит на MnO₂, который восстанавливается до MnO, а затем MnO вновь окисляется до MnO₂, т.е. происходит попеременное окисление и восстановление поверхности катализатора, при этом высокая скорость данного процесса обеспечивается наличием кислородных центров на поверхности гопкалита.

Таким образом процесс активации гопкалита необходимо проводить так, чтобы с одной стороны - прошла глубокая дегидратация активных центров, которая протекает при t°>180°С, а с другой - необходимо сохранить насыщенность активной поверхности кислородом, что обеспечивается при стационарном ведении процесса и при постоянном отводе продуктов реакции.

В результате многочисленных экспериментов удалось оптимизировать параметры процесса активации, позволяющие полностью восстановить активность катализатора. Опытным путем установлен температурный интервал термообработки, скорость подъема температуры и толщина слоя катализатора.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут неактивный катализатор окисления оксида углерода, увлажнившийся в процессе хранения до влажности 3-25%, загружают его в поддоны слоем 2-3 см и помещают в камерные (стационарные) печи с отводом продуктов вакуумированием или с помощью вентиляторов. Включают нагрев со скоростью 10-20°/мин до t=180-380°C, выдерживают продукт при данной температуре в течение 1-5 часов, при этом производят перемешивание катализатора, а также вакуумирование или отсос вентиляторами продуктов реакции. Процесс ведут до получения катализатора с влажностью менее 1,0%. Далее готовый продукт выгружают в герметичную тару и анализируют на динамическую активность по оксиду углерода.

Пример 1

Берут 250 кг неактивного катализатора с динамической активностью 10 мин (первоначальная активность 46 мин), влажностью 8% и загружают в поддоны по 50 кг, при этом толщина слоя продукта составляет 2,0 см, помещают в камерную сушильную электропечь, оборудованную вытяжной вентиляцией, и включают нагрев со скоростью 10°/мин до t=180°C, выдерживают катализатор при данной температуре 5 часов, перемешивают через каждые 15-20 мин. Постоянно работающая вытяжная вентиляция обеспечивает отвод продуктов реакции из рабочей зоны печи. Готовый продукт с влажностью 0,5% выгружают в герметичные стальные барабаны, охлаждают и проводят испытания на динамическую активность по оксиду углерода. Оценку динамической активности катализатора проводят на динамическом приборе ДП-2, условия испытаний следующие:

- концентрация оксида углерода 6,2+/-0,3 мг/л;

- высота слоя - 2,5 см;

- удельный расход газовоздушной смеси 0,32+/-0,01 дм³/мин·см²;

- абсолютная влажность газовоздушной смеси 8,6+/-0,3 мг/л;

- температура при испытании 23+/-5°С.

Полученный катализатор имел динамическую активность 46 мин.

Пример 2

Берут 300 кг неактивного катализатора с динамической активностью 15 мин (первоначальная активность 48 мин), влажностью 6% и загружают в поддоны по 60 кг, при этом толщина слоя продукта составляет 3,0 см. Далее процесс ведут как в примере 1 за исключением того, что нагрев включают со скоростью 15°/мин до t=250°C и продукт выдерживают 4 часа.

Полученный катализатор имел динамическую активность 48 мин.

Пример 3

Берут 300 кг неактивного катализатора с динамической активностью 8 мин (первоначальная активность 45 мин), влажностью 10%, загружают в поддоны и ведут процесс как в примере 2 за исключением того, что нагрев ведут со скоростью подъема 20°/мин до t=380°C и продукт выдерживают в печи 3 часа.

Полученный катализатор имел динамическую активность 46 мин.

Опытным путем подобраны и установлены оптимальные режимы активации, при этом выбор основных параметров обусловлен следующим. При температуре менее 180°С не удается провести дегидратацию кислородных центров, а при t>380°происходит процесс восстановления активного Mn⁺⁴ до неактивного Mn⁺². Толщина слоя катализатора при термообработке выбрана таким образом, чтобы достичь оптимального баланса между процессом удаления воды с поверхности зерна катализатора и отвода продуктов из рабочей зоны термоаппарата. Скорость подъема температуры в пределах 10-20°/мин обеспечивает постепенное и равномерное прогревание слоя катализатора, т.к. нагрев с более высокой скоростью при повышенной влажности катализатора (8-25%) приводит к интенсивному выделению паров воды в начале процесса, а нагрев со скоростью менее 10°/мин экономически нецелесообразен.

Предложенный способ позволяет полностью восстановить первоначальную активность катализатора окисления оксида углерода.

Как следует из вышеизложенного, каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для регенерации различных марок гопкалита, утративших каталитическую активность в процессе длительного хранения. Регенерированные сорбенты могут быть использованы в средствах защиты органов дыхания и в процессах очистки промышленных выбросов от оксида углерода. Предложен способ активации катализатора окисления оксида углерода, включающий его термическую обработку, отличающийся тем, что активацию ведут путем нагревания слоя катализатора толщиной 2-3 см до 180-380°С со скоростью подъема температуры 10-20°/мин при постоянном отводе продуктов реактивации. Способ позволяет восстановить первоначальную активность катализатора окисления оксида углерода.

Способ активации катализатора окисления оксида углерода, включающий его термическую обработку, отличающийся тем, что активацию ведут путем нагревания слоя катализатора толщиной 2-3- см до 180-380°С со скоростью подъема температуры 10-20°/мин при постоянном отводе продуктов реактивации.