Способ получения катализатора для глубокого окисления органических веществ Советский патент 1980 года по МПК B01J23/75 B01J21/12 

1

Изобретение относится к области производства катализаторов глубокого окисления органических веществ,йапример для сжигания органической части газовых выбросов, в частности к производств катализаторов глубокого окисления, состоящих из окислов металов переменной валентности и носителя.

Известен способ получения катализатора для проведения высокоэффективной очистки выхлопных газов от окисей углерода и азота fl. Катализатор получают при смешивании гидроокисей кобальта и алюминия в соотношении 1:0,8 и последующем прокаливании в течение 2-5 ч при 500-800 С. Получение катализатора по данному способу имеет существенный недостаток - использование высокого отношения гидроо-киси кобальта к гидроокиси алюминия, что значительно повышает стоимость катализатора.

Известен также способ полученйя катализатора для глубокого окисления, содержащего окись кобальта и носитель f2..Катализатор получают нагреванием смеси соединений кобальта, разлагающихся при нагревании с образованием о.киси кобальта,

нитрата алюминия и нитрата кальция до первой температуры (250-300 С) , при которой образуется окись кобальта, но не разлагается нитрат каль.ция.Затем формуют частицы катализатора и нагревают до второй температуры (650-980 С) , при которой нитрат кальция реагирует с соединениями алюминия в течеятТё времени, достаточного для завершения реакции между ними, причем вторая температура не превышает температуры, при которой дезактивируется окись кобальта. Использование нитратов алюминия и кальция в процессе получе- ния катализатора удорожает его стоимость и увеличивает количество газовых выбросов в виде окислов азота при прокаливании катализатора.

Описан способ получения катализатора для очистки отработанных газов 3. Катализатор получают нагреэанием смеси порошка двуокиси кремния, порошка соли кобальта и отверждающей полимерной композиции. В качестве двуокиси кремния используют инфузорную землю, каолин, тальк или бентонит, в качестве соли кобальта ацетат и/или нитрат кобальта, а в качестве полимерной композиции, -

композицию, которая имеет температуру разложения ниже, чем температура каталитической реакции, и которая может оГверждаться при действии 6твердителей или тепла. Нагревание сме си при температуре менее вызывает отверждение полимерной смолы, разложение соли металла и кальцинирование катализатора. В этом способе получения катализатора отличительной чертой йвляется использование полимерной композиции. Использование органических веществ (ацетата кобальта и полимерной композиции), с одной стороны, увеличивает стоимость катализатора, а сдругой - не позволяет получить высокоактивный катализатор. Из известных способов получения катализатора глубокого окислёния органических веществ по количеству операций и их последовательности наиболее близким техническим решением явлгяется. способ получениякатализатора 4, состоящий в том, что смеши, вают азотнокислый кобальт с носителем - окисью алюминия, добавляют достаточное количество воды, чтобы полностью растворить нитрат кобальта, затем испаряют воду, нанося таким ,

Температура в зоне реакции, С

Степень превращения метанола,%

Удельная скоростьокисления метанола, г метанола/кг катализатора .Ч Цель предлагаемого изобретения получение катализатора для глубоког окисления органических веществ, обладающегб высокой каталитической активностью и невысокой себестоимос Поставленная цель достигается те что в предлагаемом способе, включаю щем смещивание раствора азотнокисло кобальта с носителем,последующее уп ривание суспензии, cyiiiKy пасты и прокаливание каталйзаторной массы, в качестве носителя используют золу сгорания каменных углей состава, вес. %: - - - , SiOz ,43-55 AiEj Oj16-22 Fe Oj12-18 CaO 5-12 MgOi-3 CuO0,05-0,7 Продукты неполного сгорания угля (потери после прокали-, вания) (п.п.п.) , .а смешивание водорастворимых соединений кобальта с золой проводят при начальном рН. суспензии, равном 0,54

o6pa3ON известное количество кобальта на окись алюминия. Сушку катализатора проводят при 100с, а прокаливание при 400-1300с в течение не менее 30 мин. При прокаливании образуется алюминат кобальта со структурой шпинели синего цвета.

Недостатком описанного способа является то, что при получении катализатора используют синтетическую окись

алюминия, катализатор быстро теряет свою активность при окислении окиси углерода в двуокись, в связи с чем его необходимо част регенерировать. Все это увеличивает стоимость как

5 самого катализатора, так и процесса очистки с его использованием. Кроме того, катализа1;ор, полученный по этом способу, недостаточно активен. Для сравнения был приготовлен катализатор с содержаниемкобальта

13, вес.% и определена его активность в реакции глубокого окисления метанола. Для этого в реактор загрузили 0,1 г катализатора и пропустили

5 паровоздушную смесь, содержащую

1,2 об.% метанола. Результаты представлены в табл.1.

Таблица

280

270

300

70

87

57

2400 2980

1955 ИспоИьзование предлагаемого способа получения катализатора позволяет не только увеличить активность окиснокобальтового катализатора глубокого окисления органических веществ в 1,2-1,4 раза, но и снизить себестоимость 1 т катализатора по CIiaвнeнию с себестоимостью катализатора, полученного по прототипу и имеющего такое же весовое отношение активного компонента к носителю, на 300-400 руб. а также частично утилизировать отходы при сгорании каменных углей на ТЭЦ. Каталитическую активность полученных катализаторов по настоящему способу определяли на проточно-циркуляционной установке в реакции глубокого окисления метанола и оценивали по удельной скорости окисления, выраженной в г метанола/кг катализатора ч. Пример 1. В термостойкий стакан заливают 60 мл дистиллированной воды и растворяют в ней при перемешивании 4,93 г азотнокислого кобальта Со {NOg)2-6Н20, затем в раствор добавляют 10 г золы сгорания каменных углей состава, вес.%: SiOg 46,9;. ACnOj 18,2; 15,6; Саб 11,8; MgO 2,0; CuO 0,48; п.п.п. 5.1.. После перемешивания в течение 10 мин рй суспензии доводят до 1,0 добавлением к суспензии необходимого количества 10-30%-ного раствора азотной кислоты и упаривают суспензию при бО-ЭО С, затем сушат пасту при lOO-llOC в течение 8 ч и прокаливают катализатор

Температура в зоне реакции,

Степень превращения метанола, %

Удельная скорость окисления метанола, г метанола/кг катализатора ч

Пример 2. В термостойкий стакан заливают 60 мл дистиллированной воды и растворяют в ней 3,45 г азотнокислого кобальта, добавляют 10 г золы сгорания кеменных углей состава,вес.%: SiO 43,2; 16,4s

при в течение 4 ч. Получают окиснокобальтовый катализатор на носителе, содержащий 10 вес.% кобальта на золе сгорания каменных уг- . лей. в реактор загружают 0,1 г полученного катализатора и пропускают паровоздушную смесь, содержащую 1,2 об.% метанола, с объемной скоростью 20 л/ч. Результаты приведены в табл.2.

Таблица 2

280

270

300

79,0 91,0

100

3120

2710

3430

, 16,4; CaO 11,6; MgO 2,6; CuO 0,7; П.П.П. 7,5. Остальные операции, как в примере 1. Получают катализатор, содержащий 7 вёс.%

кобальта на золе сгорания каменных углей. Результаты при:ведены в табл.3, Таблица 3

Удельная скорость окисления, метанола, г метанол/кг катализатора-ч

Пример 3. В термостойкий стакан заливают 60 мл дистиллированной воды и растворяют в ней при перемешивании 6,4 г азотнокислого кобальта, добавляют 10 г золы сгорания камен- 5 яых углей состава, вес.%: SiO2 54,7;

Температура в зоне реакции,С270

Степень превращения метанола, %83,2

Удельная скорость окисления метанола, г метанола/кг-катализатора -ч2850

П р и м е р 4. Получают окиснокобальтовый катализатор, содержсиций 10 вес.% кобальта на золе сгорания каменных углей, как в примере 1/ но при разном начальном рН суспензии.

2360 2720

3300

.Оз 20f3; Fe-jOj 12,1; CaO 5,8; MgO 1,9; CuO О,; п.п.п. 2,46.Остальные операции, как в примере 1. Получают катализатор, содержащий 13 вес.% кобальта на золе сгорания каменных углей. Результаты приведены в табл.4.

Таблица 4

280 300 94,5 100

3240 3430

Результаты по определению активности, образцов одного и того же состава в зависимости от начального рН суспензии при температуре 280С при65 .ведены в табл.5.

рН суспензий

Степень преврашеIretKi МётайЬЖ при 280С,%

УдельЙая icitopec-Tb окисления метанола при 280/С, г метанола/кг катализатора ч 3140

Формула. . изобретения 1. Способ получения катализатора для глубокого окисления органических веществ, включающий емешйванйе раствора азотнокислого кобальта с носителем, последующёе упаривание суспензии, сушку пасты и прокаливание катализаторной массы, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью получения катализатора с повышенной активностью, а также его себестоимости, в качестве носителя используют золу сгорания каменных углей, а смешивание проводят при начальном рН суспензии, равном 0,5- 1,0, причем зола сгорания каменных углей имеет следующий состав,вес.%: SiO243-55

АЕгОз16-22

Таблица 5 1,0 2,0 3,0

0,5

91,0 . 82,4 76,1

91,5

3120 2820 2510

FegOj12-18

СаО5-12

5 МдО1-3

СиО0,05-0,7

Продукты неполного

сгорания угля1-8.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2 Патент Великобритании 1310969, кл. В I Е, 1973.

4.Заявка Франции 2228032, 0 кл. В 01 .J, 1973 (прототип).