Катализатор для очистки технологических газов от кислорода Советский патент 1993 года по МПК B01J21/18 B01J23/72 B01J23/74 

Изобретение относится к катализаторам для очистки газов от примеси кислорода и может найти применение в области каталитической очистки различных технологических газов - инертных, водорода, эндо- и экзогенераторных, защитных атмосфер на предприятиях химической, металлургической, машиностроительной, приборостроительной и др. отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение активности катализатора.

Кроме того, целью изобретения является снижение насыпной плотности катализатора и концентрации активного компонента на единицу объема катализатора.

Указанная цель достигается тем, что ка- ализатор для очистки технологических газов от кислорода, включающий оксид активного металла на носителе, содержит в

качестве активного металла оксид никеля или оксид меди и в качестве носителя. - оксид графита при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид никеля или оксид меди - 10,0-50,0, оксид графита - остальное..

Отличительными признаками настоящего изобретения является использование в качестве носителя оксида графита, в качестве активного металла только одного окси- да активного металла никеля или меди, новое соотношение компонентов в катализаторе.

Оксид графита (ОГ) имеет оптимальную структуру, которая обеспечивает равномерное распределение активного металла и доступность активных центров к реагентам, что, в свою очередь, достигается за счет распределения по функциональным груп

00

о о о о ел

со

пам носителя аммиакатов металла и внедрения их в межслоевое пространство носителя. Это приводит к практически полному участию активного металла в реакции гидрирования кислорода. Доступность активных центров позволяет не только количественно уменьшить содержание активного металла в единице объема катализатора, но и использовать только один из активных металлов Mi или Си. Одновременное использование никеля и меди нецелесообразно, так как не приводит к образованию никельмедного сплава на оксиде графита.

Новый состав катализатора в сравнении с известным обладает более высокой активностью в процессе гидрирования кислорода, достигающей 1..49-5.00 г Ог ч КТ (0,08-0,09Ю2 ч- КТ у прототипа), низкой насыпной плотностью, составляющей 60- 120 г/л (1100-1300 г/л у прототипа), меньшим содержанием активного металла на единицу объема катализатора - 4-60 г/л (375 г/л у прототипа).

Активность катализатора в реакции гидрирования кислорода определяют в проточной системе на стационарном сло.е катализатора. В реактор загружают образец катализатора. Подают водород с объемной скоростью 1000-200 , линейно поднимают температуру до значения, соответствующего максимальному выделению воды (продукта реакции восстановления металлов), и осуществляют изотермическую выдержку при температуре, соответствующей максимальному выделению воды до прекращения ее выделения. Реактор охлаждают до комнатной температуры, подают в него реакционную газовую смесь, содержащую 0,4 об.% 02, 4,0 об.% На, остальное Аг и N2. Линейно поднимают температуру до значения, соответствующего 100%-ной степени конверсии кислорода при объемной скорости 7500 , Температуру устанавливают 250°С и варьируют объемную скорость реакционной газовой смеси таким образом, чтобы она обеспечивала 50%-ную степень конверсии кислорода. Рассчитывают активность катализатора по количеству перерабатываемого им кислорода с единицы его объема (1 см или массы (1Г) в единицу времени (ч).П р и м е р 1. Катализатор готовят из расчета на следующий состав, мас.%: 50 СиО и 50 ОГ.

Для приготовления катализатора смешивают нитрат меди (безводную или гидра- тированную соль) с оксидом графита в водно-аммиачной среде в количествах, соответствующих указанному составу и обеспечивающих образование аммиаката меди (предпочтительная концентрация водного раствора аммиака 15-20 мас.%). Затем го5 могенную массу прокаливают при температуре 250°С. .

Получают катализатор, имеющий насыпную плотность 120 г/л и 60 г СиО на 1 л КТ. Активность катализатора составляет

10 0,199 г 02 : см3 КТ или 1.66Ю2. ч 1/гКТ в условиях процесса гидрирования кислорода в реакционной газовой смеси, содержащей, об.%: 0,4 02, 4,0 На, остальное Аг и Na, при температуре 250°С. При этом 50%-ная сте15 пень конверсии кислорода обеспечивается при объемной скорости газового потока, равной .69500 ч .:

П р и м е р 2. Катализатор состава, мас.%: 30 СиО и 70 ОГ готовят по примеру 1

0 с изменением только соотношения исходных компонентов. :

Получают катализатор, имеющий насыпную плотность 80 г/л и 24 г СиО на 1 л

. кт. ; , . ; , ; : :

5 Активность катализатора составляет 0,205 г 02 4 VcM3KT или 2,57 г 02 КТ в условиях процесса, аналогичных примеру 1. При этом 50%-ная конверсия кислорода

обеспечивается объемной скоростью 72000

0 ч 1. , . .;;...; -,

П р и м е р 3. Катализатор состава, мае. %: 15 СиО и 85 ОГ готовят по примеру 1 с изменением соотношения исходных компонентов и температуры прокаливания

5 200°С..

Получают катализатор, имеющий насыпную плотность 95 г/л и 14 г СиО на 1 л КТ. Активность катализатора составляет 0,180г02-ч 1/см3КТили1,90г02

40 в условиях процесса, как в примере 1; 50%- ная конверсия кислорода достигается при объемной скорости 63000 ч .

П р и м е р 4. Катализатор состава, мас.%: 10 СиО и 90 ОГ готовят, как в приме45 ре 3. с изменением соотношения исходных компонентов.

Получают катализатор, имеющий насыпную плотность 85 г/л и 9 г СиО на 1 л КТ. Активность катализатора равна 0,156 г

50 Oaw VcM3 КТ или 1,83 г 02-4 Vr КТ в условиях процесса, как в примере 1; 50%-ная конверсия кислорода обеспечивается при объемной скорости 54500 .

П р и м е р 5. Катализатор состава,

55 мае. %: 5 СиО и 95 ОГ готовят, как в примере 3, с изменением соотношения исходных компонентов.

Получают катализатор, имеющий насыпную плотность 60 г/л и 4 г СиО на 1 л КТ.

Активность катализатора равна-0,054 г 02х версия кислорода достигается при обьем- Хч 1/см3КТ или 0,05 г КТ в условиях ной скорости, равной 20500 ч ,

процесса по примеру 1; 50%-ная конверсия кислорода достигается.при объемной скорости 21000 .

П р и м е р 6. Катализатор готовят из расчета на следующий состав, мас.% 50 NiO и 50 ОГ.

Для приготовления катализатора смешивают нитрат никеля (безводную или гид- ратированную соль) с оксидом графита в водноаммиачной среде в количествах, соответствующих указанному составу и обеспечивающих образование аммиаката никеля (предпочтительная концентрация водного раствора аммиака 20-25 мас.%). Затем полученную гомогенную массу прокаливают при350°С.

Получают катализатор, имеющий насыпную плотность 50 г/л и 25 г NiO на 1 л КТ. Активность этого контакта составляет 0,250 г 02-ч 1/см3 КТ или 5,00 г КТ в

Пример 10 (по прототипу). Катализатор НКО-2, содержащий, мас.%: 10 СиО, 25

5 NiO, 50 АЬОз, 12 СаСОз., выпускают в соответствии с ТУ 113-03-31 -49-90 и технологическим регламентом (Т прокаливания 400°С). Катализатор имеет насыпную плотность 1100 г/л, 110 г СиО и 265 г NiO на 1 л

10 КТ.

Катализатор исследован в условиях процесса гидрирования кислорода по примеру 1. Активность катализатора НКО-2 указанного оптимального состава равна 0,086 г 02

КТ или 0,08 г КТ. При этом 50%-ная конверсия кислорода достигается при объемной скорости газового потока, равной 30000 .

20 В таблице представлены данные по примерам, отражающие влияние состава катализатора на активность и другие свойства катализаторов в заданных условиях проведения процесса гидрирования кисло20 В таблице представлены данные по примерам, отражающие влияние состава катализатора на активность и другие свойства катализаторов в заданных условиях проведения процесса гидрирования кислоусловиях процесса гидрирования кислорода по примеру 1.50%-ная конверсия кислорода достигается при объемной скорости 25 рода.

газового потока, равной 87500 ч .Из данных, представленных в таблице Пример. Катализатор состава, следует, что при снижении содержания ак- мас.%: 20 N10 и 80 ОГ готовят, как в примере . тивного компонента в катализаторе (ниже б, С изменением соотношения исходных минимального предела, как в примерах 5 и компонентов и температуры прокаливания 30 9) происходит значительное снижение акверсия кислорода достигается при обьем- ной скорости, равной 20500 ч ,

Пример 10 (по прототипу). Катализатор НКО-2, содержащий, мас.%: 10 СиО, 25

NiO, 50 АЬОз, 12 СаСОз., выпускают в соответствии с ТУ 113-03-31 -49-90 и технологическим регламентом (Т прокаливания 400°С). Катализатор имеет насыпную плотность 1100 г/л, 110 г СиО и 265 г NiO на 1 л

КТ.

Катализатор исследован в условиях процесса гидрирования кислорода по примеру 1. Активность катализатора НКО-2 указанного оптимального состава равна 0,086 г 02

КТ или 0,08 г КТ. При этом 50%-ная конверсия кислорода достигается при объемной скорости газового потока, равной 30000 .

В таблице представлены данные по примерам, отражающие влияние состава катализатора на активность и другие свойства катализаторов в заданных условиях проведения процесса гидрирования кислорода.

Сущность изобретения: катализатор для очистки технологических газов от кислорода содержит оксид никеля или оксид меди - 10-50%, оксид графита - остальное. 1 табл. ел С

200°С.

Получают катализатор, имеющий насыпную плотность 95 г/ли 19 г NiO на 1л

КТ. Активность этого образца катализато- 35 ном случае повышается незначительно, ,-1 /„..з

тивности катализатора. Повышение содержания активного компонента в катализаторе (выше максимального предела) нецелесообразно, т.к. активность в данра равна 0,261 г КТ или 2,61 г 02 КТ в условиях процесса по примеру 1. 50%-ная конверсия кислорода обеспечи- , вается при объемной скорости 91500 .

Примере. Катализатор состава. мас.%: 10 N10 и 90 ОГ готовят, как в примере 7 с изменением только соотношения исходных компонентов.

Получают катализатор, имеющий насыпную плотность 90 г/л и 9 г NiO на 1 л КТ. Активность катализатора 0,134 г Оа ч 1/см3 КТ или 1,49 г 02 ч /г КТ в условиях процесса, как в примере 1.50%-ная конверсия кислорода достигается при объемной скорости 47000ч 1.

П р и м е р 9. Катализатор состава, мас.%: 5 N10 и 95 ОГ готовят по примеру 7 с изменением соотношения исходных компонентов.

находясь примерно высоком уровне.

на одном достаточно

40

45

50

Таким образом, предлагаемый катализатор, содержащий на единицу его объема значительно меньшее количество активного компонента (В 4-50 раз меньше), чем в известном и, кроме того, имеющий более чем в 10 раз меньшую насыпную плотность, имеет при этом более высокую активность - в 1,5-3 раза на единицу объема и в 40-50 раз большую на единицу массы катализатора.

Кроме того, предлагаемый катализатор позволяет проводить процесс очистки газа при более высоких объемных скоростях, обеспечивая при этом высокую степень очистки технологических газов от кислорода.

формула изобретения

Получают катализатор, имеющий насыпную плотность 76 г/л и 4 г Nip на 1 л КТ. Активность катализатора равна 0,048 г Оз ч 1/см3 КТ или 0,05 г 02 ч /г КТ в усло- . виях процесса по примеру 1.50%-ная контивности катализатора. Повышение содержания активного компонента в катализаторе (выше максимального предела) нецелесообразно, т.к. активность в данном случае повышается незначительно,

находясь примерно высоком уровне.

на одном достаточно

Таким образом, предлагаемый катализатор, содержащий на единицу его объема значительно меньшее количество активного компонента (В 4-50 раз меньше), чем в известном и, кроме того, имеющий более чем в 10 раз меньшую насыпную плотность, имеет при этом более высокую активность - в 1,5-3 раза на единицу объема и в 40-50 раз большую на единицу массы катализатора.

Кроме того, предлагаемый катализатор позволяет проводить процесс очистки газа при более высоких объемных скоростях, обеспечивая при этом высокую степень очистки технологических газов от кислорода.

формула изобретения

.Катализатор для очистки технологических газов от кислорода, включающий оксид активного металла на носителе, о т л и ч a torn, и и с я тем, что. с целью повышения активности катализатора, он содержит в ка