Способ очистки отходящих газов от углеводородов Советский патент 1993 года по МПК B01D53/36 

Изобретение относится к области очистки отходящих газов от углеводородов, в том числе JOT полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), и может найти применение в системах очистки выхлопных газов транспортных средств и отходящих газов топли зно-энергетических систем.

Известны эффективные способы очистки отходящих газов с использованием пла- тинов ых катализаторов (нейтрализаторы фирмь Окси-Франс), и родиевых катали- заторрв (нейтрализаторы фирмы Vplvo и Saab) на носителе - керамике.

Данные катализаторы дефицитны и дорогостоящи из-за высокой стоимости благо- родных металлов и не обеспечивают очистку отработанных газов от ПАУ, в частности от сильного канцерогена- 3,4-бензпирена.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ каталитического дожита дымовых газов, включающий окисление отходящих газов на катализаторе М-2 (платина, нанесенная на нихром).

Степень очистки дымовых газов достигает 95%, однако содержание ПАУ превышает ПДК этих канцерогенов в 2-4 раза, так как при повышении температуры дожига выше 600°С происходит разрушение носителя.

Цель изобретения - повышение степени очистки отходящих газов от углеводородов, включая ПАУ.

Цель достигается за счет того, что в известном способе, включающем окисление на катализаторе, содержащем металл, нанесенный на металлическую основу, в качестве металла используют металл цериевой подгруппы и дополнительно окисел металла

--4

SQ

hO

ю

00

цериевой подгруппы при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Металл цериевой подгруппы 25-75

Окисел металла цериевой

подгруппы25-75 в качестве основы используют стальные сетки или решетки и процесс ведут при 300- 1200°С.

Использование в качестве активной компоненты пары: металл - окисел металла цериевой подгруппы обеспечивает широкий диапазон для каталитического окисления органических углеводородов и продуктов их неполного сгорания, включая СО и ПАУ, которые адсорбируются на поверхности каталитической системы.. Окисление органических веществ происходит в адсор- бированном слое, где в результате реакций адсорбированной молекулы с металлом цериевой подгруппы происходят активация первой вследствие образования донорно- акцепторного комплекса и окисление ее в составе этого комплекса адсорбированным кислородом. Наличие окисла металла цериевой подгруппы катализирует процесс окис- ления как за счет адсорбированного кислорода, так и за счет кислорода, входящего в состав окисла, В качестве каталитической пары можно использовать либо пару. металл-окисел металла одного вида (лантана, церия и другой), либо пару металл-. окисел другого металла (например, лантан-окись неодима). - .

Изобретение осуществляется следующим образом.

Подготовку катализаторов проводят следующим образом. В качестве металлической основы берут готовые стальные сетки с диаметром ячеек 10-25 мкм или объемную решетку толщиной 2 мм с тем же самым диаметром ячеек. Имплантацию металлов цериевой подгруппы и окислов металлов проводят путем обработки основы в плазме тлеющего разряда при следующих параметрах: плотность тока 0,5 А/см2, напряжение 450 В, давление газа в камере 5 мм рт.ст., содержание трисциклопентадиенила ланта- ноида в газовой среде 5 мас.%.;

Глубину имплантированного слоя контролируют согласно ОСТ 3-4704-80. Во всех случаях она составляет 0,1-0,3 мкм. Состав имплантированного слоя контролируют рентгенофазовым анализом на приборе ДРОН- ЗУМ. Составы слоев проведены в табл. 1.

Испытания прототипа проводят на готовом катализаторе М-2 согласно методике прототипа.

Испытания проводят в лабораторных условиях на модельных смесях, отвечающих составу выхлопных газов (смесь 1) и продуктам сгорания пропан-бутановой смеси (смесь 2), которые приведены в табл. 2. В смеси 1 дополнительно содержалась сажа в количестве 0,4 мг/м3 и 3,4-бензпирен в количестве 0,02 мг/м3, а в смеси 2 - 3,4-бензпирен в количестве 10 мг/м3. Во всех испытаниях скорость подачи газов составляла 50000 ,. .

Оценку содержания СО проводят по0 средством ИК-спёктроскопии, N02-xpoMa- тографически, сажи - гравиметрически и 3,4-бензпирена - методом квазилинейчатой люминесцентной спектроскопии. Эффективность катализатора (ЭК) оценивают по

5 каждой компоненте согласно формуле

5

0

5

0

0

5

ЭКг (1 CiP-Ci1С,°

)х 100,0,

где Ci° и Ci1 - концентрация 1-й компоненты 0 в смеси до и после прохождения через каталитическую систему,. . Определение влияния температуры до- жига отходящих газов на степень очистки 4 проводят на комплекте из трёх сеток с составом 3. Результаты приведены в табл. 3, из которой видно, что уже при температуре 300 -400°С для: сажи наблюдается максимальная конверсия всех компонент смеси 1. Влияние состава покрытия испытывают на комплектах из трех сеток с покрытиями, указанными в табл. 1, и на объемной сетке 21 при 400°С. Результаты испытаний в сравнении с прототипом для смеси 1 приведены

в табл. 4, а для смеси 2 - в табл, 5. Анализ полученных данных показывает, что вне диапазона концентраций в имплантирован- ном слое, мас.%::

Металл цериевой группы25-75

Окисел металла цериевой

подгруппы. 25-75 наблюдается падение эффективности каталитической системы.

Каталитическую активность катализатора определяют после обработки его отрав- 5 ляющими или абразивными материалами, для чего катализатор обрабатывают в течение 6 ч воздушной смесью, содержащей сернистые соединения, или соединения

свинца, или искусственный пылевидный кварц, при 1000°С. Эффективность катализатора из трех сеток с имплантированным слоем 3 и объемной решётки при 400°С для смеси 1 показана в табл. 6.

Реализация изобретения позволяет повысить степень очистки отходящих газов от углеводородов, включая ПАУ, до 99%. Предлагаемый катализатор проявляет повышенную стойкость к отравлению сернистыми и свинцовыми соединениями, к абразивному износу.

ормула изобретения

Способ очистки отходящих газов от углеводородов, включающий окисление на катализаторе, содержащем металл, нанесенный на металлическую основу, о т л и ч а- ю Щ И и с я тем, что, с целью повышения степени очистки, в качестве металла используют металл цериевой подгруппы и дополнительно окисел металла цериевой подгруппы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Металл цериевой подгруппы 25-75

Окисел металла цериевой

подгруппы25-75 в качестве основы используют стальные сетки или решетки и процесс ведут при 300- 1200°С.

Изобретение относится j области очистки отходящих газов от углеводородов, вклю2 чая полициклические ароматические углеводороды, и может быть использовано для очистки выхлопных газов транспортных средств, отходящих газов топливно-энергетических систем. С целью повышения степени очистки окисление отходящих тазов осуществляют при 300-1200°С на катализаторе, содержащем металл, нанесенный на металлическую основу - стальные сетки или решетки, В качестве металла используют металл цериевой подгруппы и окисел металла цериевой подгруппы при следующем соотношении компонентов, мас.%: металл цериевой подгруппы 25-75; окисел металла цериевой подгруппы 25-75. Обеспечивается степень очистки газов от углеводородов 99%. 6табл. .. . - .

.. Объемная решетка с диаметром ячеек 15-25 мкм и толщиной 2 мм.

Таблица 2

Таблица 1

Таблица 3

Таблица 4

Та блиц а 5

Продолжение табл. 5