CN106770889A - 一种水解氟利昂的催化剂筛选装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水解氟利昂的催化剂筛选装置及方法，其特点主要在于，可快速更换及回收催化剂，解决了催化剂易被反应气体带出的难题，如图所示，氟利昂气体依次通过水蒸气发生器、催化反应床（床内以0.5~2mm石英砂作为催化剂填充载体，石英纤维为填充层挡板。）、尾气冷凝管、气液分离器、尾气吸收管和尾气干燥管装置后采样，通过CG/MS分析氟利昂降解率评估不同催化剂对氟利昂的催化性能，筛选出较高催化活性的催化剂。
Description
技术领域
本发明属废气净化技术领域，主要涉及一种水解氟利昂的催化剂筛选装置及方法，该装置可用于催化剂筛选筛也可作为催化低浓度氟利昂水解的装置。
背景技术
氟利昂（CFCs）以其优良的物理化学性质被广泛用于清洁溶剂、制冷剂、保温材料、发泡剂等领域中，在其使用过程中往往直接排放到大气中，因其较强的稳定性最终进入平流层，在紫外光的照射下导致臭氧层破坏，且氟利昂的温室效应潜能值（GWP）远高于CO2，因此氟利昂被列为是高危害的大气污染物之一，虽然在世界范围内限制了氟利昂的生产与使用，但在已废弃的相关设备及生产工厂中仍存有大量的氟利昂，如这些气体直接排放那么将会给生态系统造成严重的危害，因此氟利昂在排放前必须经过净化处理。
目前氟利昂无害化处理技术主要有化学反应法、焚烧法、水泥窖法、催化反应法、诱导等离子体法、超临界水法和光催化法。催化反应法主要是将氟利昂与水蒸气一起通过催化剂通过加热使氟利昂水解，其主要反应式为：
（1）
该法因其较温和的反应条件成为了分解氟利昂的高效方法，目前所用的催化剂主要有固体酸和固体碱两大类，但其数量繁多，催化效率及催化选择性能各异，因此筛选出高效的催化剂成为加热催化法必不可少环节之一。
氟利昂在常温常压下较为稳定，但在加热条件下很容易与一些氧化物发生反应，且在反应时为增大接触面积大部分催化剂通常为小于0.15mm粉末态颗粒，反应过程中难免会被反应气体带出，该装置选取0.5~2mm石英砂为催化剂填充载体，以石英纤维为填料层挡板，在反应气体流速低于20mL/min时能有效避免填料载体的干扰及催化剂被反应气体带出问题， 在回收催化剂时选用120目以上的筛子筛分即可，为氟利昂催化水解的催化剂筛选提供了一个较为理想的装置与可行的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水解氟利昂的催化剂筛选装置及方法。
本发明中一种水解氟利昂的催化剂筛选装置，按氟利昂流动方向依次通过水蒸气发生器、催化反应床、尾气冷凝管、气液分离器、尾气吸收管、尾气干燥管。
本发明中一种水解氟利昂的催化剂筛选方法其实现的具体步骤为：
将石英砂洗净烘干后过80目筛除去颗粒小于0.5mm的石英颗粒，取1g制备好的催化剂与石英砂装入催化反应床中混合均匀，石英砂与催化剂的质量比为200:1，控制氟利昂流量为1mL/min，调节水蒸气发生器加热功率选择氟利昂与水蒸气体积比为1:3~6，反应气体与水蒸气依次通过装填催化剂的催化反应床，床温度控制为100~500℃，反应完成后尾气进入冷凝管使之冷却至80℃以下后进入气液分离器使气液分离，之后气体通过装有KOH或NaOH溶液的尾气吸收瓶除去HF和HCl，最终气体进入装有无水氯化钙的干燥管除去水分后采样，使用GC/MS检测氟利昂降解率来评估所用催化剂对氟利昂的催化活性，从而筛选出较高催化活性的催化剂。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标记为：1、水蒸气发生器，2、密封塞，3、催化反应床，4、填料层挡板，5、催化剂填料层，6、加热装置，7、温度调控器，8、尾气冷凝管，9、气液分离器/防倒吸装置，10、液面调节阀，11、尾气吸收瓶，12、尾气干燥管。
具体实施方式
为了更好的说明和实施，下面结合流程图和具体实施实例对本发明做详细说明。
该方法实施中使用图1所示的反应装置，以目前常用的氟利昂22（CHF2Cl，R22）为例，反应流程按图1中所示的氟利昂流通方向运行，R22通入水蒸发生器中带出水蒸气后进入装有催化剂的催化反应床催化R22水解，反应完成后尾气通过冷凝管冷却进入气液分离器使气液分离，气体进入装有KOH或NaOH溶液的吸收瓶除去HF及HCl后最终通过装有无水氯化钙的干燥管干燥后采样分析。
实施例1
称取经处理的石英砂200g和 1.00g在一定条件下制备的MoO3催化剂，装入催化反应床中混合均匀后以2~5cm厚度的石英纤维挡住填料层，控制R22流量为1.00mL /min，调节水蒸气发生器加热功率使R22与水蒸气的体积比为1:6，反应床温度为500℃条件下进行R22的催化水解反应，反应1.5h后采样，经GC/MS 分析表明R22降解率为42.32%，说明MoO3催化剂对R22的催化活性较差。
实施例2
称取经处理的石英砂200g和 1.00g在一定条件下制备的ZrO2-TiO2催化剂，装入催化反应床中混合均匀后以2~5cm厚度的石英纤维挡住填料层，控制R22流量为1.00mL /min，调节水蒸气发生器加热功率使R22与水蒸气的体积比为1:6，反应床温度为380 ℃进行R22的催化水解反应，反应1.5h后采样，经GC/MS 分析表明R22降解率为94.54%，说明ZrO2-TiO2催化剂对R22有一定的催化活性。
]实施例3
称取经处理的石英砂200g和 1.00g在一定条件下制备的MoO3/ZrO2-TiO2催化剂装入催化反应床中混合均匀，控制R22流量为1.00 mL
/min，调节水蒸气加热功率使R22与水蒸气的体积比为1:6，反应床温度为320℃条件下进行R22的催化水解反应，反应1.5h采样经GC/MS 分析表明R22降解率为96.47%，说明MoO3/ZrO2-TiO2催化剂对R22有较高的催化活性。
本发明提供了一种水解氟利昂的催化剂筛选装置及方法，该装置结构简单，运行费用低，不仅可用于催化剂筛选也可作为催化氟利昂水解装置。
Claims (6)
1.一种水解氟利昂的催化剂筛选装置，装置主要包含水蒸气发生器（1）、密封塞（2）、催化反应床（3）、填料层挡板（4）、催化剂填料层（5）、加热装置（6）、温度调控器（7）、尾气冷凝管（8）、气液分离器/防倒吸装置（9）、液面调节阀（10）、尾气吸收瓶（11）、尾气干燥管（12），氟利昂通入口与水蒸气发生器底部相连。
2.根据权利要求1所述的一种水解氟利昂的催化剂筛选装置，其特征在于水蒸气发生器（1）直接利用固定流量的氟利昂通入水中带出水蒸气，通过调节水蒸气发生器的加热功率来控制水蒸气含量。
3.根据权利要求1所述的一种水解氟利昂的催化剂筛选装置，其特征主要体现在，所述的反应床（3）为石英管Φ35×700mm，填料层挡板（4）为石英纤维厚度2~5cm。
4. 根据权利要求1的一种水解氟利昂的催化剂筛选装置，所述的气液分离器/防倒吸装置（9）上的液面调节阀（10），反应时使液面高于该阀2~4cm，当液面高于出气口时手动打开此阀调节液面高度。
5.根据权利要求1所述的一种水解氟利昂的催化剂筛选装置，其特征在于，该装置使用压力控制为0.1~0.3Mpa，反应气体总流速为1~20mL/min，温度控制为100~500℃。
6.一种水解氟利昂的催化剂筛选方法其特征主要体现在，催化剂填料层采用石英砂（SiO2≥99%）为所用催化剂填料载体，催化剂与石英砂质量比为1:200填充后占催化反应床60%体积，反应尾气通过尾气冷凝管及气液分离器后使气液分离，反应产生的HF和HCl用装有KOH或NaOH溶液尾气吸收瓶吸收，最终尾气通过装有无水氯化钙的干燥管干燥后采样，采用GC/MS分析氟利昂降解率来评估所用催化剂的催化性能。
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