КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ Российский патент 2008 года по МПК B01J23/80 B01J23/86 B01J23/883 B01D53/56 B01D53/62 B01D53/94 

Описание патента на изобретение RU2325949C2

Изобретение относится к катализаторам и способам комплексной очистки газовых выбросов различных производств, теплоэнергетических установок и автомобильного транспорта, работающих на природном газе (метан). Отходящие газы указанных производств обычно содержат оксиды азота, оксид углерода и остаточные количества несгоревших углеводородов, являющиеся вредными и загрязняющими атмосферу примесями. Очистка от таких примесей производится путем их каталитического восстановления (оксиды азота) и окисления (оксид углерода и углеводороды).

Известно, что наиболее эффективными в процессе комплексной очистки выхлопных газов от токсичных компонентов являются катализаторы на основе металлов платиновой группы [Granger P., Lecomte J.J., Dathy С. et al // J.Catal.1998, V.175, N2, Р.194.] 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% С; 0,005% S; 0,15% Si [Патент США №3565574, 1971]. 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°С).

Известно также применение для очистки выхлопных газов от окислов азота никель-хромового гранулированного катализатора, который проявлял высокую каталитическую активность при температуре 450°С и при отношении CH4/O2 0,5 [Тихоненко А.Д. и др. Узбекский химический журнал, 1970, N4, с.6-8.]. К недостаткам данного катализатора следует отнести необходимость введения в очищаемый газ избытка восстановителя (природного газа или водорода) и проведение процесса только при высокой температуре.

В патенте РФ №2050191, 1995 г. описан применяемый для очистки отходящих газов катализатор из смеси железохромового промышленного катализатора марки СТК и медь-цинк-никелевого промышленного катализатора НТК-10-1, взятых в объемном соотношении 0,5-5,0:1. Рабочая температура для такого катализатора не превышает 400°С, в то время как температура отходящих газов может быть значительно выше (500-550°С и даже более). Кроме того, данный катализатор не использовался для очистки отходящих газов от оксида углерода.

Наиболее близким к предлагаемому катализатору по технической сущности и получаемому результату является промышленный катализатор НТК-1, применявшийся для восстановления окислов азота в присутствии СО [Некрич Е.М. и др. Химическая технология. 1974, N5, с.38-39]. В состав катализатора входят окислы Zn, Cr и Cu. Катализатор эффективно (степень превращения более 80%) восстанавливает NOx при температуре выше 230°С. Близкая к 100% конверсия NOx наблюдается при температуре выше 275°С. 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.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить процесс очистки кислородсодержащих газов от оксидов азота восстановлением их углеводородами в одну стадию на дешевом доступном катализаторе с высокой эффективностью. Для этого очищаемый газ вместе с восстановителем пропускают через слой катализатора при повышенной температуре. В процессе очистки применяется многокомпонентный оксидный катализатор, представляющий собой механическую смесь промышленных катализаторов никельхромоксидного и медь-цинк-никелевого, взятых в соотношении от 1:1 до 20:1 соответственно.

Никельхромоксидный катализатор (ОСТ 6-03-314-75) применялся в качестве фор-контакта в колоннах гидрирования. В его состав входят NiO (≥48 мас.%) и Cr2O3 (≥27 мас.%). Катализатор медь-цинк-никелевый оксидный НТК-10-1 применялся в производстве бутиловых спиртов. В его состав входят CuO (38-42 мас.%), ZnO (28-32 мас.%) NiO (4-6 мас.%) и Al2О3 (≥17 мас.%).

В соответствии с изобретением отходящие газы при температуре 350-600°С пропускают через слой из механической смеси никельхромоксидного промышленного катализатора и медь-цинк-никелевого оксидного промышленного катализатора, взятых в весовом соотношении от 1:1 до 20:1 соответственно. При содержании СО и углеводородов в отходящих газах в количестве, недостаточном для восстановления оксидов азота, в отходящие газы перед пропусканием через слой катализатора добавляют топливный газ - метан до объемного соотношения СН42 0,07-0,15.

Согласно предлагаемому способу на указанном катализаторе в одностадийном процессе очистки удается достичь 90%-ной конверсии оксидов азота при содержании их в очищаемом газе в количестве 0,025-0,14 об.% в присутствии значительных количеств кислорода (до 10 об.%) в интервале температур 400-550°С. Оптимальным является отношение СН4/O2 0,07-0,15.

Предлагаемый катализатор обладает высокой активностью и селективностью.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. Взяли катализаторы никельхромоксидный (далее Ni-Cr) и НТК-10-1 в соотношении 10:1 (10 см3 Ni-Cr и 1 см3 НТК-10-1) и смешали в емкости соответствующего объема до равномерного распределения гранул. Полученную механическую смесь поместили в каталитический реактор. Состав газа на входе в реактор соответствовал составу выпускных газов газопоршневого агрегата для электростанций (в об.%: О2 - 8,10; N2 - 91,57; СН4 - 0,25; СО - 0,05; NOx - 0,03.).

При объемной скорости газового потока 10 тыс.ч-1, температуре 550°С и соотношении СН4/02=0,03, конверсия NOx составила 85%, а СО - практически 100%.

Пример 2. Использовали катализатор из смеси Ni-Cr и НТК-10-1, взятых в соотношении 1:1. Состав газа на входе в каталитический реактор, об.%: O2 - 8,00; N2 - 91,25; СН4 - 0,67; СО - 0,05; NOx - 0,03 (с дополнительным количеством метана). Объемная скорость газового потока 12,5 тыс.ч-1, температура 540°С, СН4/O2 0,08. Конверсия NOx составила 87%, СО - практически 100%.

Пример 3. Использовали катализатор с соотношением компонентов Ni-Cr и НТК-10-1, равном 2:1. Состав газа на входе в каталитический реактор, об.%: O2 - 7,95; N2 - 91,17; СН4 - 0,73; СО - 0,05; NOx - 0,03 (с дополнительным количеством метана). Объемная скорость газового потока 14 тыс.ч-1, температура 525°С, СН4/O2 0,09. Конверсия NOx - 85%, СО - практически 100%.

Пример 4. Использовали катализатор с соотношением компонентов Ni-Cr и НТК-10-1, равном 2:1. Состав газа на входе в каталитический реактор, об.%: О2 - 7,90; N2 - 91,17; СН4 - 0,85; СО - 0,05; NOx - 0,03 (с дополнительным количеством метана). Объемная скорость газового потока 18 тыс.ч-1 температура 550°С, СН4/O2 0,11. Конверсия NOx - 90%, СО - практически 100%.

Похожие патенты RU2325949C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ 2006
  • Третьяков Валентин Филиппович
  • Бурдейная Татьяна Николаевна
  • Гольдберг Юрий Максимович
  • Дунаева Юлия Николаевна
  • Георгиева Надежда Николаевна
RU2320401C2
КАТАЛИЗАТОР КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА И УГЛЕРОДА 1992
  • Бурдейная Т.Н.
  • Давыдова М.Н.
  • Сиверцева Н.С.
  • Гольдберг Ю.М.
  • Екжанов А.И.
RU2041737C1
КАТАЛИЗАТОРНАЯ ЗАГРУЗКА РЕАКТОРА ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА И СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ 1992
  • Бурдейная Т.Н.
  • Давыдова М.Н.
  • Загвоздкин В.К.
  • Лунин А.Ф.
  • Сиверцева Н.С.
RU2050191C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2006
  • Морозов Игорь Викторович
  • Федорова Анна Александровна
  • Болталин Александр Иванович
  • Третьяков Валентин Филиппович
  • Бурдейная Татьяна Николаевна
RU2301705C1
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ КОНВЕРСИИ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СПИРТОВ В ВЫСОКООКТАНОВЫЙ БЕНЗИН И ПРОПАН-БУТАНОВУЮ ФРАКЦИЮ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ КОНВЕРСИИ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СПИРТОВ В ВЫСОКООКТАНОВЫЙ БЕНЗИН И ПРОПАН-БУТАНОВУЮ ФРАКЦИЮ 2007
  • Ерофеев Владимир Иванович
  • Третьяков Валентин Филиппович
  • Коваль Любовь Михайловна
  • Тихонова Наталья Васильевна
  • Лермонтов Анатолий Сергеевич
  • Бурдейная Татьяна Николаевна
RU2330719C1
КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА (ВАРИАНТЫ) 2001
  • Кузнецова Т.Г.
  • Садыков В.А.
  • Сорокина Т.П.
  • Доронин В.П.
  • Аликина Г.М.
  • Бунина Р.В.
  • Иванова А.С.
  • Матышак В.А.
  • Конин Г.А.
  • Розовский А.Я.
  • Бурдейная Т.Н.
  • Третьяков В.Ф.
  • Росс Джулиан
RU2194573C1
КАТАЛИЗАТОР, НОСИТЕЛЬ КАТАЛИЗАТОРА, СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА 2001
  • Садыков В.А.
  • Кузнецова Т.Г.
  • Иванова А.С.
  • Аликина Г.М.
  • Бунина Р.В.
  • Матышак В.А.
  • Конин Г.А.
  • Розовский А.Я.
  • Бурдейная Т.Н.
  • Третьяков В.Ф.
  • Росс Джулиан
RU2192307C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НЕКОНЦЕНТРИРОВАННОЙ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ 2005
  • Горшкова Надежда Васильевна
  • Егорова Людмила Петровна
  • Грошева Людмила Петровна
  • Лагуткин Анатолий Петрович
  • Поморцев Андрей Анатольевич
  • Юргенсон Николай Викторович
  • Ферд Максим Лейбович
RU2296706C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА 1995
  • Садыков В.А.
  • Бунина Р.В.
  • Аликина Г.М.
  • Розовский А.Я.
  • Лунин В.В.
  • Карпан В.В.
  • Буймов С.А.
  • Третьяков В.Ф.
  • Доронин В.П.
RU2088316C1
КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА 2012
  • Иванова Александра Степановна
  • Славинская Елена Марковна
  • Карасюк Наталья Васильевна
  • Полухина Ирина Алексеевна
  • Чумаченко Виктор Анатольевич
  • Носков Александр Степанович
RU2480281C1

Реферат патента 2008 года КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Изобретение относится к катализаторам и способам комплексной очистки газовых выбросов различных производств, теплоэнергетических установок и автомобильного транспорта, работающих на природном газе (метан).Описан способ комплексной очистки отходящих газов от оксидов азота, оксида углерода и углеводородов, включает пропускание отходящих газов при температуре 455-600°С через слой из механической смеси никельхромоксидного промышленного катализатора и медь-цинк-никелевого оксидного промышленного катализатора, взятых в объемном соотношении от 1:1 до 20:1 соответственно. В отходящие газы перед пропусканием через слой катализатора может добавляться метан до объемного соотношения CH42 0,07-0,15. Никельхромоксидный промышленный катализатор содержит NiO в количестве не менее 48% мас. и Cr2О3 в количестве не менее 27% мас., а медь-цинк-никелевый оксидный промышленный катализатор содержит CuO 38-42 мас.%; ZnO 28-32 мас.%; NiO 4-6 мас.% и Al2О3 не менее 17 мас.%. Технический эффект - повышение степени очистки отходящих газов. 1 н. и 2 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 325 949 C2

1. Способ комплексной очистки отходящих газов от оксидов азота, оксида углерода и углеводородов, включающий пропускание отходящих газов при температуре 455-600°С через слой из механической смеси никельхромоксидного промышленного катализатора и медь-цинк-никелевого оксидного промышленного катализатора, взятых в объемном соотношении от 1:1 до 20:1 соответственно.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что никельхромоксидный промышленный катализатор содержит NiO в количестве не менее 48 мас.% и Cr2О3 в количестве не менее 27 мас.%, а медь-цинк-никелевый оксидный промышленный катализатор содержит CuO 38-42 мас.%; ZnO 28-32 мас.%; NiO 4-6 мас.% и Al2О3 не менее 17 мас.%.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в отходящие газы перед пропусканием через слой катализатора добавляют метан до объемного соотношения СН42 0,07-0,15.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2325949C2

КАТАЛИЗАТОР КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА И УГЛЕРОДА 1992
  • Бурдейная Т.Н.
  • Давыдова М.Н.
  • Сиверцева Н.С.
  • Гольдберг Ю.М.
  • Екжанов А.И.
RU2041737C1
КАТАЛИЗАТОРНАЯ ЗАГРУЗКА РЕАКТОРА ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА И СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ 1992
  • Бурдейная Т.Н.
  • Давыдова М.Н.
  • Загвоздкин В.К.
  • Лунин А.Ф.
  • Сиверцева Н.С.
RU2050191C1

RU 2 325 949 C2

Авторы

Третьяков Валентин Филиппович

Бурдейная Татьяна Николаевна

Гольдберг Юрий Максимович

Дунаева Юлия Николаевна

Георгиева Надежда Николаевна

Даты

2008-06-10Публикация

2006-03-27Подача