Способ регенерации окисномедного катализатора Советский патент 1993 года по МПК B01D53/36 B01J23/94 B01J38/02 

Изобретение относится к очистке газов от вредных органических веществ, а именно к способам каталитической очистки газов путем окисления органических веществ на гетерогенных катализаторах кислородом до безвредных продуктов - углекислого газа и воды и может быть использован для очистки вредных воздушных быбросов промышленных предприятий и выхлопных газов автомобильного транспорта.

.. Способы очистки газов путем контактирования с гетерогенными катализаторами нашли широкое распространение в самых различных отраслях промышленности. Эти процессы протекают при сравнительно низких температурах (300 - 500° С) и больших

объемных скоростях 10-100 тыс. . Степень очистки от вредных органических веществ достигает 100%. В качестве катализаторов обычно используют контактные системы на основе благородных металлов либо оксидов переходных металлов (меди, хрома, марганца, никеля и т. д.). Последние получили большое распространение, так как менее дефицитны и имеют меньшую стоимость.

Недостатком процессов очистки газов при использовании оксидных катализаторов является вредное воздействие каталитических ядов, часто содержащихся в газах, а именно соединений хлора, серы, фосфора, мышьяка и др. Наличие этих веществ в газе

х| о о о

00

ь.

приводит к частичной и даже полной дезактивации катализатора.

Чаще всего в отходящих газах присутствуют окислы серы, сероводород и меркапта- ны. При очистке газов от вредных органических веществ в присутствии сер- нисных соединений на поверхности оксид- ных катализаторов образуются неактивные сульфиды, что приводит к необратимой деактиваций Kefёлизатора.

Изве стен crtb do6 бч истки газов от органических вещёбТвТгЙе регенерацию катализатора проводят продувкой воздухом при температуре свыше 500° С. В случае деактивации катализатора сернистыми соединениями такая регенерация не эффективна.

Наиболее близким к заявляемому является способ очистки газов. Указанный способ включает контактирование газов с оксидным катализатором. Дезактивированный сернистыми соединениями катализаторрегенерируют продувкой восстановительным газом/содержащим водород, метан, окись углерода при температурах 300 . - 400° С, При продувке катализатора восстановительным газом происходит разрушение неактивных сульфатов меди до сернистого ангидрида и элементарной меди. После продувки воздухом восстановленного катализатора последний приобретает первоначальную активность.

.Недостатком известного способа является сложность процесса, связанная с необ- ходимостьюсистем подачи восстановительного и инерционного газов, а также контроля и автоматизации процесса регенерации катализатора, значительные капитальные затраты и эксплуатационные затраты для процесса регенераций катализатора, наличие в процессе регенерации взрывоопасных газов (водород, метан и др.) требует специальных мер безопасности.

Целью изобретения является упрощение, удешевление и повышение безопасности процесса регенерации.

Указанная цель достигается тем. что в известном способе, включающем высокотемпературное контактирование отходящих газов, содержащих органические вещества и сернистые соединения с оксидным катализатором и последующую регенерацию катализатора, согласно изобретению, регенерацию катализатора проводят путем контактирования отходящих газов с катализатором при комнатной температуре до проскока органических веществ с последующим нагреванием катализатора в отсутствии кислорода до начальной температуры.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: воздушные выбросы, содержащие органические вещества и сернистые соединения, подвергают глубокому каталитическому окислению на оксид- ных катализаторах, содержащих оксиды меди.

При 350 - 500° С и объемных скоростях 10-20 тыс.ч происходит окисление органических веществ до углекислого газа и воды. Сернистые соединения окисляются до двуокиси серы, которая вступает в реакцию с окисью меди, образуя сульфат меди - неактивный в реакции каталитического окисления. Это приводит к падению активности катализатора, Для восстановления активности катализатора проводят его регенерацию, Было замечено, что если снизить температуру катализатора до комнатной

(20-30° С), то скорость образования углекислого газа падает практически до нуля, в тоже

время проскок органических веществ повышается незначительно. Это говорите протекании активированной адсорбции

органических веществ на поверхности катализатора. После насыщения поверхности количество органических веществ на выходе из реактора резко возрастает, В этот мо- мент прекращают подачу газа на

катализатор и повышают температуру до рабочей температуры 350-500° С очистки отходящих газов. При повышении температуры катализатора в отсутствии кислорода происходит окисление адсорбированных органических веществ кислородом катализатора. При этом сульфат меди восстанавливается до меди и выделяется диоксид серы. Последняя удаляется из реактора с выделяющимися при нагревании газами,

либо лю.бым инертным газом. При достижении рабочей температуры процесс каталитического дожигания продолжают.

Предлагаемый способ включает следующие операции:

Каталитическое дожигание вредных органических веществ, содержащихся в отхо- дящих газах, на оксидных катализаторах при температуре 350-500° С. Степень дожигания не менее 90%.

После падения активности ниже 90% проводят регенерацию катализатора. Для регенерации температуру катализатора снижают до комнатной, продолжая подавать отходящие газы на катализатор. Время

снижения температуры обычно составляет от 1 до 2-х часов. При пониженных температурах катализатор работает как адсорбент, После появления полного проскока органических веществ прекращают подачу очищаемого газа и резко поднимают температуру катализатора (в течение 0,5 - 1 часа) в отсутствии кислорода и в потоке инертного, газа до 400-500° С. Выделяющийся в этом случае диоксид серы следует улавливать водой или известью.

Устанавливают рабочую 350-500° С температуру и продолжают очистку газа.

Опыты проводили на лабораторной проточной установке с объемом катализатора 10 см . Окислению подвергали фенол. о-ксилол. стирол. Газовоздушные смеси готовили путем насыщения воздуха указанными веществами при постоянной температуре. Концентрация окисляемых веществ составляла от 0,5 до 10 г/см . В каче- стве сернистой добавки использовали сероводород и диоксид серы, которые подавали с концентраций 1-5 г/м . В опытах использовали промышленные образцы мед- ноокисных катализаторов: НИ И О ГА 3-5 Д. НИИОГАЗ-8Д, ИК-12-1. Катализаторы были приготовлены на основе оксида меди (20- 30%) на оксиде алюминия с промотирующи- ми добавками.

Пример 1. Обезвреживали газовоз- душную смесь, содержащую фенол с концентрацией 0,8 г/м и сероводород 4,2 г/м3. на катализаторе НИИОГАЗ-Е Д(фракция 2-3 мм). Температура катализатора в зоне реакции 390° С. Объемная скорость -12000ч 1. Степень превращения фенола до СОз и Н20 98%. Степень окисления сероводорода 100%. После 30 часов работы степень превращения фенола снизилась до 80%. Не прекращая подачи очищаемого газа в реак- тор, снижали температуру до 30° С в течение 0,5 часа и после полного проскока фенола прекращали поток газа через катализатор и резко (в течение 10 минут) нагревали катализатор до 400° С в токе азота. Устанавливали температуру в реакторе 390° С и подавали обезвреживаемый газ в реактор с объемной скоростью 12000 . Степень дожигания фенола составила 98%.

Пример 2. Воздух, содержащий стирол 1,8 г/м и 3,2 г/м сероводорода, пропускали через реактор, содержащий медноокисный катализатор НИИОГАЗ-8Д. Температура в зоне реакции 390° С. Объемная скорость обезвреживаемого газа 15000 ч . Степень дожигания стирола 92%. Степень окисления сероводорода 100%. Через 24 часа работы степень дожигания стирола составила 84%. Для регенерации катализатора снижали температуру до 25° С, не прекращая подачи обезвреживаемого газа. Через 2 часа концентрация стирола на выходе из реактора стала равной 1,6 г/м . Отключали подачу газа и проводили быстрый нагрев катализатора (в течение 10 минут) до 400° С, после чего продували дополнительно катализатор углекислым газом в течение 5 минут. Устанавливали температуру реактора 380° С и продолжали пропускать через реактор воздух с первоначальными параметрами. Степень дожигания стирола составила 93%.

Пример 3. Воздух, содержащий ксилол в количестве 4,5 г/м и диоксид серы 10,8 г/м3, пропускали через катализатор ИК- 12-1 при температуре 400° С и объемной скорости 15000 . Степень дожигания ксилола составляла 97%. Степень обезвреживания от диоксида серы 94%. После 20 часов работы степень дожигания ксилола снизилась до 78%. Для регенерации катализатора снижали температуру реактора до 30° С в течение 1 часа, пропуская при эуом обезвреживаемый воздух. Через 1,5 часа проскок ксилола достиг 100%. Отключали подачу воздуха и за 10 минут повышали температуру катализатора в отсутствии воздуха с 30 до 420° С. После установления температуры в реакторе 400° С вновь подавали воздух.на обезвреживание, сохраняя первоначальные параметры. Степень дожигания ксилола составила 97%.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ каталитической очистки газов позволяет обезвреживать отходящие газы, содержащие органические вещества в смеси с сероводородом и диоксидом серы.

Способ может быть использован как в коксо-нефтехимии, так и в целлюлозно-бумажной промышленности. Применение предлагаемого способа позволит обезвреживать и органические и сернистые соединения. Процесс можно сделать высокорентабельным, если дополнительно с очисткой получать серную кислоту путем окисления коцентрированного сернистого газа, выделяющегося при регенерации катализатора.

Упрощение, удешевление и повышение безопасности процесса обеспечивается в заявленном способе за счет исключения взрывоопасных восстановительных газов при повышенных температурах.

Формула изобретени.я

Способ регенерации окисномедного катализатора, дезактивированного соединениями серы в процессе очистки отходящих газов от органических веществ в присутствии сернистых соединений, включающий восстановительный нагрев катализатора, отличающийся тем, что, с целью упрощения, удешевления и повышения безопасности процесса регенерации, предварительно проводят абсорбцию

71790984 8

Ьрг ай1л ч к11: |& е1Цё&т(а а кт вйрЬв1а 1ч |1Ш ществ, а восстановительный нагрев катали катализатором при пропускании через Него Затора ведут а отсутствии кислорода до тед указанных отходящих газой при комнатной пературы 350-500° С, температуре дб проскока органических ве

Использование: очистка от органических веществ вредных воздушных выбросов промышленных предприятий и выхлопных газов автомобильного транспорта, содержащих также сернистые соединения. Сущность изобретения: отходящие газы, содержащие примеси органических и сернистых веществ, пропускают через окисно- медный катализатор. После дезактивации соединениями серы катализатор ренериру- ют. Пропускают очищаемый газ при комнатной температуре через дезактивированный катализатор до проскока органических веществ. Затем повышают температуру до 350-500° С в отсутствии кислорода. Происходит восстановление сернистых соединений органическими веществами, адсорбированными катализатором. (Л С