CS240539B1 - Spós&b katalytického spalovaniaplynných zmesi azalcbo odpadných priemyslových plymov ebsahujúcich vodík - Google Patents

Description

240539

Vynález sa týká spósobu katalytickéhospalovania plynných zmesí a/alebo odpad-ných priemyselných plynov obsahujúcichako hlavnú oxidovatelnú zložku vodík usku-tečňovaného v dvoch stupňoch pri účelnomusporiadaní koncentrácie kyslíka v obochstupňoch.

Plynné zmesi a/alebo odpadně priemys-lov'é plyny obsahujúce oxidovatelné látky vnízkých koncentráciach sa z ekologickýchdovodov katalyticky spalujú na konečné o-xidačné produkty, oxid uhličitý a vodu. Pro-ces sa vačšinou uskutočňuje v jednom stup-ni pri nadstechiometrickej koncentrácii kys-líka, aby sa zaistilo dokonalé spálenie. Akokatalyzátory sa najčastejšie používajú pla-tina alebo paládium nanesené v malýchmnožstvách na nosič z alumíny, keramikyalebo kovu (Kirk-Othmer Encycl. Chem.Technol., 3. ed., 9, 1980, str. 511). Nevýho-dou týchto postupov je používáme deficit-ných a drahých vzácných kovov ako kata-lyzátorov. V snahe o znižovanie spotřeby vzácnýchkovov sa katalyzátory ná ich báze nahrádza-jú lačnějšími oxidovými katalyzátormi. Cias-točná náhrada drahého kovu sa dosahujekombinovaným katalyzátorom obsahujúcimoxid všeobecného vzorca XOy, kde y je 1 až3 a jeden alebo viac vzácných kovov (Brit.pat. 1 558 167). lnou možnosťou čiastočnejnáhrady vzácných kovov je použitie dvoj-vrstvového katalyzátora, ktorého prvá vrst-va obsahuje oxidy Mn a Cu a druhá odděle-ná vrstva, katalyzátor zo vzácného kovu(NSR pat. 3 042 843). Často sa ako katalyzátory katalytickéhospalovania používajú samotné oxidy. Zná-me je použitie katalyzátora obsahujúcehooxidy médi a chrómu (ZSSR pat. 386 667),oxid chrómu a chromit médi (ZSSR pat. č.882 592), oxid kobaltu s prídavkami jednéhoalebo viacerých kovov III. A skupiny (NSRpat. 2 641 317), zmesné oxidy Ag-Co-Mn (U.S. pat. 4 302 360). Nevýhodou oxidových ka-talyzátorov je ich relativné nízká katalytic-ká aktivita v porovnaní s kovmi platinovejskupiny, čo si vynucuje velký objem kataly-zátora v spalovacom reaktore. To má za ná-sledok vyššie tlakové straty pri prietoku ply-nov vrstvou takéhoto katalyzátora, čím saznačné zvýšia prevádzkové náklady procesu.

Pri katalytickom spalovaní plynných zme-sí s vyšším obsahom oxidovatelných zložieksa uvolní značné množstvo tepla, ktoréhovyužitie je ekonomicky výhodné. Časté sútiež také případy zloženia plynných zmesí,že koncentrácie škodlivin v nich přítomnýchsú nízké a sú buď pod hodnotou povolenouzdravotnickými predpismi, alebo len o málavyššie. Katalytické spalovanie takýchto plyn-ných zmesí nie je vtedy motivované len eko-logickými požiadavkami, ale hlavně snahouo využitie ich potenciálneho energetickéhoobsahu. U týchto zmesí je často hlavnou oxi-dovatelnou zložkou vodík. Okrem něho sútiež přítomné, vačšinou v nižších koncentrá- ciach, oxid uholnatý, alifatické alkoholy, na-příklad metanol, etanol, alifatické aldehy-dy, například formaldehyd, acetaldehyd aniektoré ďalšie látky.

Predmetom tohoto vynálezu je spósob ka-talytického spalovania plynných zmesi a/a-lebo odpadných priemyslových plynov obsa-hujúcich hlavně vodík a tiež oxid uhofnatý,alifatické alkoholy, alifatické aldehydy aniektoré ďalšie látky, ktorý je charakteris-tický tým, že katalytické spafovanie sa u-skutočňuje v dvoch stupňoch, pričom v pr-vom, v smere prúdenia plynnej zmesi, zara-denom stupni proces prebieha pri podste-chiometrických koncentráciach kyslíka nakovových katalyzátoroch a v druhom stupnipo přidaní kyslíka alebo plynu obsahujúce-ho kyslík pri nadstechiometrických kon-centráciach kyslíka.

Hlavná výhoda dvojstupňového katalytic-kého spalovania s podstechiometrickou kon-centráciou kyslíka v prvom stupni postupompodlá tohoto vynálezu spočívá v tom, že pod-statná časť oxidovatelných zložiek, hlavněvodíka, sa katalyticky spáli v prvom stupnina kovových katalyzátoroch, na ktorých jereakčná rýchlosť oxidácie značné vyššia nežu katalyzátorov na báze oxidov kovov. Ná-zorné to možno vidiet, například, z poměrupočiatočných reakčných rýchlostí oxidácievodíka u plynných zmesí obsahujúcich 14percent obj. vodíka a 5 % obj. kyslíka najednej straně a plynnej zmesi obsahujúcej4 % obj. Vodíka a 5 °/o obj. kyslíka na stra-ně druhej. Pri teplote 250 °C je poměr po-čiatočných reakčných rýchlostí na kovověja oxidovej formě toho istého měděného ka-talyzátora na nosiči 8,8. Postupom podlá to-hoto vynálezu sa umožní dosahovanie vyš-ších měrných zaťažení katalyzátora, čím sajednak znižuje jeho spotřeba, jednak sa zni-žujú prevádzkové náklady na přepravu ply-nov. Ako katalyzátory prvého stupňa sa mů-žu použit lubovolné kovy, výhodné je použi-tie lačnějších katalyzátorov na báze médi,kobaltu, niklu a železa. Zvlášť výhodné jepoužitie médi nanesenej v koncentráciach10 až 50 % hmot. na vhodný nosič. V druhom stupni sa můžu použit bud ka-talyzátory z oxidov kovov, alebo katalyzáto-ry s aktívnou zložkou zo vzácného kovu.Vzhladom k tomu, že v druhom stupni sakatalyticky spaluje menšia část oxidovatel-ných látok, potřeba katalyzátora v tomtostupni je poměrně malá. Výhodnou variantou postupu podlá toho-to vynálezu je použitie jedného·, komerčnědostupného katalyzátora na báze dxidov voboch stupňoch. V prvom stupni sa takýtokatalyzátor po predchádzajúcej redukcii po-užije ako kovový katalyzátor, v druhom stup-ni v povodnej oxidovanej formě. Rýchlosť reakcie vodíka s kyslíkom je nakovových katalyzátoroch dostatočne vysokáuž pri teplote 200 až 300 °C, pri ktorej jemožné spalovanie previesť v trubkovom re-

Claims (2)

1. 240539 aktore chladeným vriacou vodou. Spalné tep-lo sa tak využije k výrobě páry v plášti re-aktora. Len zvyšok vodíka a eventuálně pří-tomné organické látky sa spália v druhomstupni v přebytku kyslíka. Druhý stupeň jevýhodné viesť pri vyššej teplote 300 až 1 000stupňov Celsia, čo sa docieli adiabatickýmrežimom. Pri práci s prebytkom vzduchu v celomobjeme katalytického reaktora sa do vzdu-chu móže přidat len tol'ko plynov, aby ne-vznikala výbušná zmes; obsah vodíka vovzduchu nesmie přesahovat 4 % obj. Pretosa spalovaný plyn obsahujúci vodík vo vyš-šej lwncentrácii, resp. i iné hořlavé látkymusí přidávat ku vzduchu postupné a reak-tor je potřebné dělit na viac vrstiev. Napří-klad odpadný plyn z výroby formaldehydu,obsahujúci 18 až 20 % obj. vodíka a malémnožstvo metanolu, formaldehydu a oxiduuholnatého je nutné spalovat na štyrochvrstvách. Takéto zariadenie je náročné nareguláciu. Výhodou vynálezu je preto i mož-nost spálit vačšinu vodíka v prvom stupni,pretože tu je možno přidat dostatok kyslíka.Například pri spalovaní odpadných plynovz výroby formaldehydu stačia dve vrstvy. Postup podlá tohoto vynálezu možno vý-hodné využit na katalytické spalovanie plyn-ných zmesí a/alebo odpadných priemyslo-vých odplynov, například z parného refor-mingu metánu, z koksárni a plynárni, z pro-cesov oxidačnej dehydrogenácie alkoholovna kovových katalyzátoroch, z různých che-mických a petrochemických prévádzok. Příklad Jedno z možných převedení postup podlávynálezu je znázorněné na obr. 1. Odpadný plyn z výroby formaldehydu A v množstve7 200 Nm3/h, obsahujúci 17,3 % obj vodíka,0,4 % obj. oxidu uholnatého, 0,05 % obj.formaldehydu, 0,2 % obj. metanolu, 0,1 °/oobj. kyslíka a zvyšok inertně zložky, sa dú-chadlom 1 cez výmenník tepla 3 privádza dotrubkového katalytického reaktora 5 napl-něného 1,4 m3 katalyzátore. Katalyzátoromje CuO na nesený na alumínu vo formě tab-liet o priemeru 5X5 mm. Pri teplote kúpe-l'a 200 °C sa póvodný oxid meďnatý vyredu-kuje odpadným plynom na kovovú meď. Po redukcii katalytickej náplně sa k od-padnému plynu A přidá před vstupom do re-aktora vzduch B v množstve 2 690 Nm3/h dú-chadlom 2 po predchádzajúcom zohriatí vovýmenníku tepla 4. Pri podstechiometrickejkoncentrácii kyslíka dochádza ku katalytic-kému spáleniu hlavnej časti vodíka přítom-ného v odpadnom plyne v reaktore 5. Spal-né teplo sa využije na výrobu 4 t/h vodnejpáry o tlaku 1,8 MPa C z vodného kondenzá-tu D privádzaného do plášťa trubkového re-aktora 5. K reakčným plynom z prvého stupňa oteplote 230 °C sa přidá 860 Nm3/h vzduchua vzniknutá zmes sa vedie do adiabatickypracujúceho druhého stupňa 6 s nadstechio-metrickou koncentráciou kyslíka. Na kata-lytické spálenie druhej časti oxidovatelnýchlátok v reaktore 6 sa použije 2 m3 toho isté-ho měděného katalyzátora ako v prvom stup-ni, s tým rozdielom, že je v povodnej, oxido-vanej formě. Spalné plyny z reaktora S o teplote 450 °Csa ochladzujú vo výmenníkoch tepla 3, 4a odvádzajú sa E do komína alebo sa využi-jú na vhodné účely niektorým zo známýchpostupov. Obsahujú 2 ppm formaldehydu, 8ppm metanolu a 22 ppm oxidu uholnatého. PREDMET

   1. Spósob katalytického spalovania plyn-ných zmesí a/alebo odpadných priemyslo-vých plynov obsahujúcich vodík a tiež oxiduholnatý, alifatické alkoholy a alifatické al-dehydy vyznačujúci sa tým, že katalytickéspalovanie sa uskutočňuje v dvoch stupňoch,pričom v prvom stupni proces prebieha pripodstechiometrických koncentráciach kyslí- VYNALEZU ka na kovových katalyzátoroch a v druhomstupni, po přidaní kyslíka alebo plynu obsa-hu júceho kyslík, pri nadstechlometrickýchkoncentráciach kyslíka.
2. 2. Sposob katalytického spalovania podlábodu 1, vyznačujúci sa tým, že ako katalyzá-tor prvého stupňa sa používá meď na nosi-čoch. 1 list výkresov