Способ очистки выхлопных и промышленных газов Советский патент 1984 года по МПК B01D53/94 B01D53/62 B01D53/72 B01J23/42 B01J23/46 

е

О)

со

Изобретение относится к способам очистки отходящих промьшшенных газов и выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от примесей окиси углерода и органических соединеиий и может найти применение в производствах, связанных с эмалированием проводов, с окраской и сушкой деталей машин, в полиграфическом и других производствахj используияаих органические растворители, а также в химической промышленности при парофазном окислении органических соединений, в производстве этилеиа и окиси этилена, при работе промыт ленных печей и двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ очистки газов от органических веществ путем сжигания 1 .

Однако этот способ не всегда оправдан из-за необходимости одновременного сжигания топлива 1.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ очистки отходящих промышленных газов и выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, включающий пропускание их через катализатор, содержащий платину или палладий, или родий, или рутений и огнеупорный каталитически активный окисел металла (I -IX групп периодической системы элементов на инертном носителе 2.

Известно, что, например платиновые катализаторы, стабильны вплот до температур не менее 750°С и усточивы к отравлению большинстве ката литическйх ядов, исключая свинец и фосфор.

Начальная температура газового потока, подаваемого на каталитическую очистку, т.е. температура воспламенения, составляет по известном способу 230-480с, т.е. довольно высока.

Целью изобретения является снижние температуры воспламенения примесей в процессе очистки.

Поставленная цель достигается способом очистки выхлопных и промышленных газов от примесей окиси углерода и органических соединений путем пропускания их через катализатор, содержащий платину и огнеупорный каталитически активный окисел металла II - IX групп периодической системы элементов на инертном носителе, причем используют катализатор, содержащий платину в смеси с родием или в виде их сплава при концентрации родия 20-50 мае. от их общего содержания, а в качестве инертного носителя - керамический материал, выбранный из группы, включающей цирконмуллит, муллит, i-глинозем, силиманит, силикаты магния, циркон, петалит, сподумен, кордиерит и алюмосиликаты.

Катализатор на носителе, использye a lй по предложенному способу очистки газов, состоит из огнеупорного окисла, отложенного на инертном керамическсм материале, и каталитически активных металлов платины и родия.

Инертным носителем используемого катгшизатора является жесткий пористый сотовый огнеупорный керамический материгш, например, цир конмуллит, муллит, альфа-глинозем, силиманит, силикаты магния, циркон, петалит, сподумен, кордиерит и алюмосиликаты. Подходящим патентованным, продуктом является Торвекс, продаваемый фирмой Дюпон и представляющий собой огнеупорную сотовую структуру, сделанную из керамики ллит.

Огнеупорные каталитически активные окислы составляют 1-50%, предпочтительно 5-30% по отношению к полной массе катализатора на носителе . Эти окислы представляют собой один или несколько окислов металлов Н,П и fX периодов периодической системы элемеитов, имеющих атомные номера, не превышаюцие 40.

Платина и родий составляют 0,0510% по отнесению к полной массе катализатора на носителе, предпочтительно 0,5-2,0%.

Внешне катализатор представляет собой жесткую сотовую структуру или блоки со множеством отверстий или каналов. Соты обычно занимают почти все поперечное сечение каталитического реактора с уплотнением между ними и стенками для предотвращения байпасирования части газового поток Для реакторов с большой площадью поперечного сечеиия удобно использовать регулярно расположенные систе ш плотно соприкасающихся блоков или последовательно расположенные отдел ные блоки.

Катализаторные блоки помещают в реактор так, что общее направление ячеистых каналов совпадает с направлением газового потока через реактор. Блоки можно/располагать так, чтобы течение газа через реактор было радиальньах или поперечным по отношению к полному потоку .газа.

Лример 1. Для определения температур воспламенения, т.е. температур на входе, при которых реакции окисления примесей «становятся самоподдерживающимися, а также для определения температур на входе, 5 необходимых для 90%-ного окисления

примесей, используют катгилиэатор, состояний из сплава платины и родия с содержанием последнего 35 мас.% и активного глинозема на торвексе. Полученные результаты приведены в табл. 1.

Как следует из табл. 1, температура воспламенения примесей в очищаемом газе за исключением водорода составляет 150-425с, что ниже соответствующих величин известного способа (230-480 с). Для 90%-ного окисления примесей, наиболее часто встречающихся на практике, необходимы температуры 150-500°С.

Прим е- р 2. На очистку подают газ, содержащий, мае.%: метан 1,5, кислород 3, остальное - азот, с незначительным количеством окислов азота и аргона. Используют катализатор, как в примере 1, но с другим соотношением платины и родия. Температуры воспламенения определяют при содержании родия 0-100% от общего содержания металлов. Результаты приведены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что интервал cattoi низких температур воспламенения соответствует содержанию роди 20 - 50 мас.% (оптимально 30-40 ;. мас.%/, предельно низкое значение наблюдается при 35 мас.%.

Пример 3. Проводят испытания эффективности катализатора при очистке выхлопных газов лабораторного одноцилиндрового дизельного двигателя, работакшего в закрытом помещении. Рабочие характеристики двигателя приведены в табл. 3.

Испытания проводят в трех рабочих режимах - холостом, средней и высокой нагрх зки. Характеристика выхлопных соста вляюцих на этих режимах (средняя для 10-ти испытаний ) дана 5 в табл. 4

При использовании холостого режима температура выхлопного газа, составляющая 950°С, слишком низка для протекания каталитической реак0 ции.

Испытания показывают, -что катализатор становится эффектным при 170°С и его активность быстро возрастает с ростом температуры выхлопных га5зов.

Катализатор менее эффективен по отношению к очистке от частичек дъала, однако они непрерывно удаляются с катализатора во время его работы за счет каталитического окисления,

0 вследствие чего катализатор не теряет своей активности.

Пример 4. Через катализатор пропускают шлейфовый газ производ5 ства азотной кислоты при давлении 5,3 кг/см, содержащий 3 об.% кислорода и 2000 ч на млн. окислов азота, в который вводят 1,78 об.% метана или природного газа. Катализатор содержит 35% родия и 65% платины

0 на муллите (Торвекс ).

Температура воспламенения З25с, степень окисления метана- 90%.

Как следует из примеров, предлагаемый способ очистки газов обес5печивает снижение температуры воспламенения примесей до 150-425°С против 230-480 С по известному способу.

Таблица 1

Водород

Коноокись углерода

Бензол

Толуол

Ксилол

Альфа-пинен

Мезитилоксид

Этанол

н-Гептан

Метилизобутилкетон

Метилэтилкетон

20

150-200 250-300 250-300 250-300 250-300 250-300 250-300 250-300 300-350 300-350

ДО1метилформамид

Этилацетат

Метан (воздух)

Метан (3% Oj/ N5}

Тиофен

Пиридин

Хлорбутан

Сероводород

Сероуглерод Отношение Fh:Pt ..в«, 0:100 5:95 20:80 35:65 50:50 100:0 i J lМощность интенсив- Т испытаниятормоза, ность расл.с.хода топ лива, кг/ч

0,23

7,5

2,33 11,0

2,81

Продолжение табл. 1

350-400 400-450 400-450 400-450 400-450 400-450 450-500 400-425 375-400

33,9

600

96

54,0

1,190

487

52,6

1,170

597 Таблицей Температура воспламенения, с м.« (. 425 .410 330 315 325 400 ТаблицаЗ Расход 1 Температура воздуха, об/минвыхлопного кг/чгаза, С

Примечание. Концентрация дьма выражена в дымовых

единицах Картриджа.

Таблица 4