DE2458888B2 - Verfahren zur reduktiven Zerstörung von Stickoxyden in Abgasen - Google Patents

Verfahren zur reduktiven Zerstörung von Stickoxyden in Abgasen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur reduktiven Zerstörung von Stickoxiden in Abgasen.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur reduktiven Zerstörung von Stickoxiden (NOx), die beispielsweise in den Abgasen von Verbrennungsmaschinen, beispielsweise verschiedenen Innenverbren- nungsmotoren oder Kraftwerkboilern und Anlagen zur Behandlung von Salpetersäure und Nitraten oder aus Eisenhüttenwerken enthalten sind, um diese in Stickstoff zu überführen.
Die Verbrennungsgase und Abfallgase enthalten v) verschiedene Formen von Stickoxiden, beispielsweise NO, N2O3, NO2, N2O4 und N2Os die insgesamt unter den Begriff Stickoxide fallen.
Es sind bereits eine Anzahl von Katalysatoren für die reduktive Zerstörung von Stickoxiden bekannt. Beispie- -,-, Ie sind kupferhaltige Katalysatoren, wie Kupferoxid-Aluminiumoxid, Kupferoxid-Kieselsäure und Kupferchromit, platinmetallhaltige Katalysatoren, wie Platin-Aluminiumoxid und Seltene Erdelemente enthaltende Katalysatoren, wie Cer und Lanthan enthaltende m) Katalysatoren. Diese bekannten Katalysatoren sind jedoch hinsichtlich Gebrauchsdauer, Aktivität und Kosten nicht zufriedenstellend. Die Gebrauchsdauer der meisten der bekannten Katalysatoren, wird bereits durch eine geringe Menge schwefelhaltiger Verbindungen, wie Schwefeldioxid, das insbesondere in Verbrennungsgasen enthalten ist, nachteilig beeinflußt Es war daher bis jetzt noch kein zufriedenstellender Katalysator für den praktischen Gebrauch zur reduktiven Zerstörung von Stickoxiden vorhanden.
Die vorstehend beschriebenen Verbrennungsgase und Abgase enthalten neben anderen Gasen wie Sauerstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickstoff, Wasserdampf und verschiedene Schwefeloxide, die Stickoxide gegebenenfalls in geringen Mengen und es ist erwünscht, solche kleinen Mengen an Stickoxiden in unschädliche Gase, beispielsweise Stickstoff, mit hoher Selektivität und hohem Umwandlungsgrad umzuwandeln, was jedoch im allgemeinen sehr schwierig zu erzielen ist
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines neuen Verfahrens zur reduktiven Zerstörung von Stickoxiden, in Abgasen sowie von hierfür geeigneten Katalysatoren, die zur Reduktion von Stickoxiden zu Stickstoff mit hoher Selektivität und b^i hohem Umwandlungsgrad fähig sind, die billig sina und leicht gehandhabt werden können, wobei das Verfahren gemäß der Erfindung nicht nur auf Gasgemische, welche die Stickoxide in relativ hohen Konzentrationen enthalten, anwendbar ist, sondern auch auf solche, die sehr geringe Mengen an Stickoxiden enthalten, wie Rauchgas, anwendbar ist
Insbesondere sollen die erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren zur Behandlung verschiedener Abgase, die nicht nur Stickoxide, sondern auch Schwefeldioxide enthalten, unter Beibehaltung einer hohen Aktivität während langer Zeitdauer fähig sein. Ferner so!! für die praktische Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung lediglich eine Vorrichtung von minimaler Größe erforderlich sein, wodurch die Ausrüstungskosten verringert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die Schaffung eines Verfahrens zur reduktiven Zerstörung von Stickoxyden in Abgasen, das dadurch gekennzeichnet ist daß man ein Gasgemisch, welches Stickstoffoxyde und molekularen Sauerstoff und Ammoniak enthält, bei einer Temperatur von 150 bis 550° C und bei einer Raumströmungsgeschwindigkeit von 300 bis 100 000 Stunden-1 mit einer Katalysatorzusammensetzung in Berührung bringt die aus einer innigen Mischung der Komponenten
(A) Titan in Form von Oxiden
(B) wenigstens ein Metall aus der Gruppe
B-I Eisen und Vanadium in Form von Oxyden und/oder Sulfaten, und/oder der Gruppe
B-2 Molybdän, Wolfram, Nickel Kobalt Kupfer, Chrom und Uran in Form von Oxyden,
(C) Zinn in Form von Oxyden
(D) Metalle auf der Gruppe Silber, Beryllium, Magnesium, Zink, Bor. Aluminium, Yttrium, seltene Erdenelemente, Silicium, Niob, Antimon, Wismut und Mangan in Form von Oxyden,
besteht wobei die Komponenten in den Atomverhältnissen
A:B:C:D= I : 0,01 bis 10 :0 bis 0.2 :0 bis 0,15
vorhanden sind.
Der gemäß der Erfindung verwendete Katalysator ist sehr billig und hat eine ausgezeichnete Säurebeständigkeit Insbesondere zeigt die Komponente B eine ausgezeichnete Aktivität und Säurebeständigkeit in Kombination mit Titan (Komponente A).
Üblicherweise enthalten die Verbrennungsgase mehr als einige 10 Mol Sauerstoff, bezogen auf die Menge der
Stickoxide und bei der reduktiven Zerstörung der Stickoxide wird das Reduktionsmittel zunächst durch den vorhandenen Sauerstoff verbraucht Bei Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel wird jedoch der Verlust an Reduktionsmittel stark verringert s
Die bekannten Katalysatoren, wie Platin oder Kupfer, direkt getragen auf einem inerten Träger, wie Aluminiumoxid, zeigen eine starke Oxidationsaktivität gegenüber Ammoniak und sie leiten bei erhöhten Reaktionstemperaturen die Bildung von Stickoxiden ι ο ein, die aus Ammoniak gebildet werden. Dadurch nimmt die Entfernungswirksamkeit für Stickoxide rapide ab. Aus diesem Grund ist unter Anwendung der üblichen Katalysatoren der anwendbare Temperaturbereich, innerhalb dessen die Entfernung der Stickoxide durch Reduktion mit Ammoniak praktisch bewirkt wird, äußerst eng und die Reaktionstemperatur muß daher äußerst scharf gesteuert: werden, wodurch das Verfahren unnötig kompliziert wird.
Im Gegensatz hierzu ist bei Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in Gegenwart der erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren der anwendbare Reaktionstemperaturbereich sehr breit nämlich 150 bis 550° C, wobei gleichbleibend eine ausgezeichnete Entfernung der Stickoxide erzielt wird. Dabei zeigen die Katalysatoren gemäß der Erfindung eine äußerst hohe Dauerhaftigkeit und eröffnen einen Weg für ein großtechnisch äußerst vorteilhaftes Verfahren zur Entfernung der Stickoxide in Rauchgasen bei Anwendung als reduzierendes Mittel
(1) Gemäß der Erfindung verwendete Katalysatormasse
Spezifische Kombinationen von zwei oder drei der als Komponente B verwendbaren MetaUe zeigen gelegentlich eine zufriedenstellend hohe kaustische Fähigkeit in Kombination mit Titan (Komponente A) bei relativ niedrigen Temperaturen, wie 180 bis 3000C
Die gemäß der Erfindung verwendeten Katalysatormassen enthalten die Komponente (A) und die Komponente (B) in einem Atomverhältnis von 1 :0,1 bis 10, insbesondere 1 :0,01 bis 1. Bei dem Titan-Eisen-Katalysatorsystem wird eine ausgezeichnete katalytische Aktivität innerhalb eines weit variierbaren Atomverhältnisses erreicht, d. h. auf 1 Teil Titan kann die Menge an Eisen von 0,05 bis 10 variieren. Falls hingegen Vanadium oder Uran als Komponente B verwendet werden, kann das Atomverhältriis des Metalls so niedrig wie 0,01 auf 1 Teil Titan sein» wobei sich in gleicher Weise eine zufriedenstellende Aktivität zeigt
Bei den anderen Metallen der Komponente B außer so Eisen, Vanadium und Uran liegt das optimale Atomverhältnis von A : B im Bereich von 1 :0,05 bis 1.
Von den als Komponente B in den Katalysatormassen brauchbaren Metallen werden Molybdän, Wolfram, Eisen und Vanadium besonders bevorzugt Bei der Kombination dieser Metalle als Komponente B mit Titan können Katalysatormassen von noch höherer Aktivität und längerer Lebensdauer erhalten werden.
Von den binären Katalysatoren sind solche vom Typ Titan-Eisen besonders wertvoll, da die Ausgangsmate-Hallen billig sind, sie keine sekundäre Verunreinigung verursachen und eine hohe Aktivität und lange Lebensdauer zeigen.
Femer können bei der Kombination von zwei Metallen der Komponente B mit Titan (Komponente A) Katalysatoren von noch höherer Wirksamkeit und längerer Lebensdauer erhalten werden. Beispielsweise zeigen (1) eine Katalysatormasse, die als Hauptbestandteile ein inniges Gemisch aus Titan als Komponente A, Wolfram als erste Komponente B und mindestens ein Metall aus der Gruppe von Vanadium, Molybdän, Eisen und Uran als zweite Komponente B
in Form ihrer Oxide enthält und weiterhin (2) eine Masse, die hauptsächlich aus einem innigen Gemisch von
Titan als Komponente A, Molybdän als erste Komponente B und mindestens ein Metall aus der Gruppe von Vanadium und Eisen
in Form ihrer Oxide aufgebaut ist eine ausgezeichnete kitalytische Aktivität
Gemäß der Erfindung wurde weiterhin gefunden, daß die Katalysatorlebensdauer drastisch verbessert werden kann, insbesondere unter relativ niedrigen Temperaturen, beispielsweise nicht höher als 3000C, wenn Zinn als Komponente C zusammen mit den Komponenten A und B kombiniert wird.
Von diesen ternären Katalysatormassen ist insbesondere diejenige, welche als Hauptkomponente mindestens die drei Metalle von Titan als Komponente A, Vanadium als Komponente B und Zinn als Komponente C
in Form ihrer Oxide enthält vorteilhaft da sie eine hohe Aktivität während eines langen Zeitraumes stabil bei relativ niedrigen Temperaturen wie 180 bis 300°C beibehält Dieser Katalysator zeigt auch eine ausgezeichnete Aktivität und eine lange Lebensdauer bei hohen Temperaturen, die 3000C überschreiten.
Falls Zinn als Komponente C verwendet wird, liegt das vorteilhafte Atomverhältnis von Titan zu Zinn im Katalysator im Bereich von 1 :0,0005 bis 0,2, vorzugsweise ! : 0,003 bis 0,2.
Eine Katalysatormasse, welche als Hauptkomponente ein inniges Gemisch von mindestens vier Metallen aus Titan als Komponente A, Vanadium als erste Komponente B, Wolfram und/oder Molybdän als zweite Komponente B und
Zinn als Komponente C
in Form ihrer Oxide enthält wird gleichfalls aufgrund der hohen Aktivität und langen Lebensdauer bei den vorstehend angegebenen relativ niedrigen Temperaturen bevorzugt. Da dieser Katalysator eine hohe Aktivität bei solch relativ niedrigen Temperaturen von 180 bis 300° C oder 200 bis 2800C besitzt können die Stickoxide enthaltenden Abgase bei diesen niedrigen Temperaturen behandelt werden, wobei die Stickoxide zu Stickstoff bei hoher Umwandlung reduziert werden, Bei Verwendung dieser Katalysatormassen ist das Verfahren gemäß der Erfindung für die großtechnische Ausführung äußerst vorteilhaft
Wie vorstehend angegeben, kann Eisen und/oder Vanadium nicht nur in Form des Oxides, sondern auch des Sulfates verwendet werden.
Insbesondere zeigen Katalysatormassen, welche Eisen als Komponente B aufweisen, beispielsweise das Titan-Eisen-Katalysatorsystem, das Titan-Eisen-Molybdän-Katalysatorsystem und dergleichen überraschenderweise eine höhere Aktivität, wenn das Eisen in der Form des Sulfates anstelle des Oxides vorliegt.
Derartige Eisensulfat und/oder Vanadylsulfat enthaltende Katalysatoren können erhalten werden, indem als Ausgangsmaterialien für diese Katalysatoren beispiels-
weise Eisensulfat oder Vanadylsulfat verwendet werden.
Die vorstehenden Katalysatormassen können auch mit inerten festen Trägern, wie Kieselsäure, Aluminiumoxid, Kieselsäure-Aluminiumoxid, Diatomeenerde, saurer Terra alba, Aktivton, verschiedenen PorzelJanmaterialien und Zeolithen gestreckt werden oder können auf solche inerten festen Trägern beispielsweise durch Trommelgranulierung getragen werden. Beispielsweise hat handelsübliches Titanoxid vom Rutil- oder Anatastyp eine äußerst niedrige katalytische Wirkung nach den vorliegenden Versuchen, ist jedoch aJs festes Streckmittel, wie vorstehend aufgeführt brauchbar. Die spezifischen festen Verdünnungsmittel können es bis zu etwa 50% oder sogar noch mehr bezogen auf die Gesamtmenge des Katalysatorsystems ausmachen.
(2) Herstellung der Katalysatoren
Die Katalysatoren können nach jedem der an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, vorausgesetzt, daß die Komponenten A und B und gegebenenfalls C als inniges Gemisch in Form ihrer Oxide erhalten werden können. Typische Beispiele für Verfahrew zur Herstellung der Katalysatoren sind nachfolgend angegeben.
1-a: Homogenes Lösungsverfahren
Eine homogen vermischte Lösung der Komponenten A, B und gegebenenfalls C wird konzentriert, getrocknet und dann in das innige Gemisch der Oxide dar verwendeten Komponenten beispielsweise durch Pyrolyse, überführt.
1 -b: Copräzipitierungsverfahren
Beispielsweise werden Ammoniakwasser, Ätzalkalien, Alkalicarbonate oder dergleichen zu der homogen gemischten Lösung der Komponenten zur Bildung von Mischniederschlägen der Verbindungen der angewandten Komponenten zugesetzt, welche leicht in die entsprechenden Oxide durch Pyrolyse überführbar sind, beispielsweise Hydroxyde, Carbonate und Bicarbonate. Anschließend wird der Niederschlag erhitzt und in das innige Gemisch der Oxide der eingesetzten Komponenten überführt.
2. Gleichzeitige Anwendung von Lösungs- und
Präzipitationsverfahren
Ein Teil dei Komponentei., beispielsweise die Komponente A allein, wird aus ihrer Lösung vorhergehend in Form beispielsweise des Hydroxides ausgefällt und hierzu eine Lösung der anderen Komponente oder Komponenten mit anschließendem gründlichen Rühren und Vermischen zugesetzt. Erforderlichenfalls kann ein Ausfällungsmittel, wie Ammoniakwasser oder Alkalien, dem erhaltenen Gemisch zur Bildung eines Niederschlages zugefügt werden und das System kann erneut mechanisch gewünschtenfalls vermischt werden. Dann wird das System getrocknet und in das innige Gemisch der Oxide der eingesetzten Komponenten, beispielsweise durch Pyrolyse, überführt.
3. Präzipitat-Misch-Verfahren.
Das Präzipitat jeder einzelnen Komponente in einer in das Oxid durch Pyrolyse relativ leicht überführbaren Form, beispielsweise als Hydroxid, wird aus der jeweiligen Einzelkomponentenlösung gebildet. Die Präzipitate werden dann so innig als möglich vermischt, getrocknet und in das innige Gemisch der Oxide de" eingesetzten Kompor jnten durch Pyrolyse überführt. Die Vorläufer der kritischen Komponenten A und B oder diejenigen der Komponenten A, B und C werden als Lösungen und/oder Präzipitate, beispielsweise von Hydroxiden, z. B. wasserhaltigem Gel, unter Bildung einer innigen Mischung vermischt und dann getrocknet und einer Calcinierbehandlung, wie nachfolgend angegeben, unterzogen. Dabei werden die Vorläufer pyrolysiert und bilden ein inniges Gemisch der Oxide der kritischen Komponenten.
ίο Das innige Gemisch der Oxide der Komponenten A und B oder von A, B und C, das nach irgendeinem der vorstehend angegebenen Verfahren zur Katalysatorherstellung erhaJten wurde, wird als Katalysator entweder so wie es ist oder nach der Formung zur gewünschten Größe und Gestalt verwendet
Die Formung kann nach beliebigen an sich bekannten Maßnahmen erfolgen, beispielsweise Extrudierformung, Tablettierung, Trommelgranulierung und dergleichen.
Die abschließende Calcinierbehandlung wird normalenveise bei einer geeigneten Temperatur innerhalb des Bereiches von 300 bis 8000C vorzugsweise 400 bis 7001C durchgeführt. Faiis die C Jciniertemperatur unterhalb 4000C, insbesondere unterhalb 3000C liegt kann ein inniges Gemisch der Oxide nicht in zufriedenstellender Weise geformt werden und infolgedessen können die aktiven Katalysatoren nicht erhalten werden. Falls hingegen die Calciniertemperatur höher als die vorstehend angegebene obere Grenze ist findet eine Sinterung statt und verursacht einen Verlust der jo wirksamen Oberfläche des Katalysators oder eine teilweise Zersetzung und Verflüchtigung der Katalysatorkomponenten, so daß sich eine Verringerung der katalytischen Aktivität einstellt
Aus diesen Gründen wird eine Calciniertemperatur von 440 bis 6000C bevorzugt falls beispielsweise Vanadium als Komponente B verwendet wird, und eine Temperatur von 400 bis 6500C wird bevorzugt falls Molybdän als Komponente B gewählt wird.
Die Formen der Ausgangsmateriulien für die Komponenten A, B und gegebenenfalls C, welche zur Herstellung der Katalysatormassen verwendet werden, ;nd nicht kritisch und können beliebig eingesetzt
werden, sofern sie zur Bildung des innigen Gemisches der Vorläufer derartiger Komponenten in den bisher beschriebenen Verfahren zur Katalysatorherstellung fähig sind.
Als Ausgangsmaterial für Titan als Komponente A können beispielsweise verschiedene Titansäuren, Titanhydroxid und verschiedene Titansalze, wie Halogenide, z. B. Tetrachlorid und Trichlorid, Titansulfat Titanylsulfat und dergleichen zur Anwendung gelangen.
Diese Titansalze können leicht in das Hydroxid umgewandelt werden, wenn beispielsweise Ammoniakwasser, Alkali, Alkalicarbonate und dergleichen, verwendet werden.
Titanoxid in der calcinierten Rutil- oder Anatasform kann nicht als katalytische Komponente gemäß der Erfindung so wie es ist verwendet werden, jedoch kann, wenn es beispielsweise mit heißer konzentrierter bo Schwefelsäure behandelt wird, ein Teil oder die Gesamtmenge hiervon in Titansuifat überführt werden, welches als Ausgangsmaterial brauchbar ist
Auch organische Verbindungen des Titans, beispielsweise Titanalkoxide, z. B. Titanisopropoxid, können als Ausgangsmaterial für das Titan gemäß der Erfindung entweder so wie vie sind oder nach zunächst erfolgter Umwandlung in das Hydroxid durch Hydrolyse verwendet werden, ledoch werden ÄÜeernein ά\&
anorganischen Titanverbindungen, wie die vorstehenden Titansake, -hydroxide und Titansäuren bevorzugt, da sie leichter zu handhaben und billiger sind.
Beispiele Für geeignete Ausgangsmaterialien für die Komponenten B und C sind die folgenden Verbindungen:
1) Nitrate, Sulfate, Carbonate, verschiedene Halogenide und organische Säuresalze und Hydroxide von Kupfer, Nickel, Kobalt, Eisen, Chrom und Uran;
2) Halogenide von Chrom, Molybdän, Wolfram und
Vanadium oder Oxysäuren, wie Molybdänsäure. Wolframsäure und Vanadinsäure oder Oxysäuresal-ZC wie Ammoniumsalze und Alkalisalze derartiger Sauren:
3) Sulfate, verschiedene Halogenide und Hydroxide von Zinn. Salze von Zinnsäure, organische Säuresalze von Zinn.wie Zinnoxalat;
4) Oxysalze von Vanadium und Uran.wie Vanadylsulfat. uiaiiyiniiriii, Vanadyiuxaiai, Uraiiyiaccidi, Ui'äilylchlorid und Vanadylchlorid;
5) Heteropolysäuren und Salze hiervon von Molybdän und Wolfram, wie Silicowolframsäure, Silicomolybdänsäure, Phosphomolybdänsäure, deren Ammoniumsalze, Alkalisalze und dgl.
Die Herstellung eines Katalysators, welcher Wolfram allein als Komponente B enthält, wird nachfolgend beispielsweise geschildert.
Aus einer bestimmten Menge einer wäßrigen Titantetrachloridlösung wird Titanhydrochlorid durch Zusatz von Ammoniakwasser ausgefällt und das Hydroxid gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen. Zu dem Hydroxid wird dann eine bestimmte Menge einer wäßrigen Lösung eines Wolframausgangsmaterials. beispielsweise Ammoniumparawolframat zugesetzt und gründlich vermischt. Das Gemisch wird cxtnidiergeformt und getrocknet oder so wie es ist getrocknet und tablettiert. Bei der Formungsstufe kann ein Teil oder die Gesamtmenge des Katalysatorgemisches vorhergehend zur Umwandlung in ein Gemisch der entsprechenden Oxide vor der Extrudier- oder TabWttierstufe pyrolysiert werden. Das geformte Produkt wird schließlich bei Temperaturen von 300 bis 800°C. vorzugsweise 400 bis 700° C, während etwa 1 bis 10 Stunden calciniert und zur Reduzierbehandlung verwendet.
Der Zusatz von Zinn als Komponente C trägt häufig zur weiteren Verbesserung der Katalysatorlebensdauer bei relativ niedrigen Temperaturen, beispielsweise etwa 180 bis 300° C. bei.
Wie vorstehend angegeben, können die Katalysatormassen neben den Komponenten A und B und gegebenenfalls C auch noch kleinere Mengen an Metallen in Form von Oxiden als Komponente D enthalten, die keinen nachteiligen Einfluß auf die Katalysatoreigenschaften ausüben.
Deshalb können die Katalysatoren auch aus solchen Ausgangsmaterialien für d.e Komponenten A, B und C hergestellt werden, die auch als Nebenkomponente oder Verunreinigung Metalle oder Metallverbindungen der Komponente D enthalten und daher lassen sich die Katalysatoren äußerst billig herstellen.
Es ist normalerweise günstig, daß die Gesamtmenge der dritten Komponente im Katalysator einen Wert von 0,15, zu Titan als !, ausgedrückt als Atomverhältnis, nicht überschreitet
Gemäß der Erfindung werden insbesondere binäre Katalysatoren vom Typ Titan-Molybdän, Titan-Wolfram und Titan-Eisen oder ternäre oder Mehrkomponenten-Katalysatoren, die die vorstehenden zwei Komponenten als Hauptbestandteile enthalten, bevorzugt.
Die Katalysatoren vom Ti-Mo- und Ti-Fe-Typ zeigen eine äußerst hohe Aktivität bei Temperaturen von etwa 300 bis 450°C. Insbesondere zeigen die Katalysatoren vom Ti-Fe-Typ, die aus billigen Ausgangsmaterialien hergestellt werden, eine hohe Zersetzungsaktivität für das nach der Reduktion der Stickoxide verbliebene überschüssige Ammoniak und sind für den Menschen kaum schädlich.
Auch Katalysatoren vom Ti-W-Typ zeigen eine besonders hohe Aktivität bei relativ hohen Temperaturen, beispielsweise 330 bis 550°C und halten vorteilhafterweise den hohen Aktivitätswert während sehr langen Zeiträumen bei der Behandlung insbesondere von Abgasen mit relativ hohen Schwefeloxidkonzentrationen (SO,) bei. Auch diese Katalysatoren sind für den Menschen kaum schädlich.
Außer den vorstehenden zeigen ternäre Katalysatoren oder Multi-Komponenten-Katalysatoren mit Vanadium als Komponente B eine hohe Aktivität nicht nur bei relativ hohen Temperaturen, sondern auch bei relativ niedrigen Temperaturen, beispielsweise 180 bis -'' 300°C, besitzen eine hohe Zersetzungsaktivität für das überschüssige Ammoniak und stellen deshalb ausgezeichnete Katalysatormassen dar.
\j) Reduktion der Stickoxide (NO,)
S" Die gemäß der Erfindung zu reduzierenden Stickoxide umfassen die verschiedenen Stickstoffoxide, die normalerweise mit NO, wiedergegeben werden können, wie z. B. NO, N2Oj, NO2, N2O4 und N2O5, wobei der größte Teil der in den Rauchgasen enthaltenen
i"i Stickoxide aus Stickoxid (NO) besteht.
Es wurde gefunden, daß die Anwesenheit von Sauerstoff äußerst wertvoll zur Begünstigung der Reduktion von Stickoxid (NO) unter Anwendung von Ammoniak als reduzierendes Mittel ist. Vorzugsweise
-40 soll nicht weniger als 1A Mol Sauerstoff je Mol Stickoxid (NO) vorhanden sein. Andererseits ist für die Reduktion der Stickoxide höherer Wertigkeit als Stickoxid (NO) die gleichzeitige Anwesenheit von Sauerstoff nicht unbedingt erforderlich.
*'i Bei der Behandlung von Stickoxiden enthaltenden Gasgemischen gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft. Ammoniak in der etwa 0,5- bis lOfachen molaren Menge der Stickoxide in dem Abgas, vorzugsweise von der äquimolaren bis zu der 3fachen molaren Menge, insbesondere in etwa äquimolaren Mengen, zuzusetzen. Das Gasgemisch wird über den Katalysator mit eir r Raumgeschwindigkeit von 300 bis 100 000 h-'. vorzugsweise 300 bis 40000 h-1 geführt, wobei die Raumgeschwindigkeit (SV) unter der Annahme bestimmt wird, daß die das Katalysatorbett enthaltende Kolonne bei 0°C und 1 atm vorliegt d. h. der Normalzustand (NTP) ist die leere Kolonne.
Die geeignete Reaktionstemperatur Hegt im Bereich von etwa 150 bis 5500C, vorzugsweise 200 bis 5000C.
Der Druck kann Atmosphärendruck bis etwa 10 kg/cm2 oder noch höher sein. Falls die Reaktionstemperatur unterhalb 1500C liegt ist die Reaktionsgeschwindigkeit zu niedrig für praktische Zwecke, während, falls sie höher als 5500C liegt die Umwandlung von Ammoniak in Stickoxide zunimmt, so daß die gesamte Reduktionsreaktion wirkungslos wird.
Zur praktischen Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung können grundsätzlich die üblichen
24 58 typischen 5 Beispielen 888 10 Ti-Mo (2) Calcinierbedin- Il-l H2O IH-I II I IV-I Ti-W
9 Katalysatorzusammensetzungen, Katalysatorherstel Anwendung dieser Katalysatormassen Ti-Fe gungen Ti-W Ti-Fe IV Ti-V Ti-V
Festbetireaktoren, Reaktoren mit bewegtem Bett oder lungsbedingungen, Reaktionsbedingungen und Ergeb- In den Tabellen bedeutet »CT« die Kontrolle. Die io Ti-Ni Temp. ( C)/Zeit 500/4 (9:1) (9:1) VI (9,5 :0,5) Ti-Co
Reaktoren mit Wirbelschichtbett verwendet werden. niv-i der Umsetzungen bei den folgenden ί römischen Ziffern stehen für die folgent'en Katalysator I Ti-Cu tStd.) VIII Ti-Cr
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung im angegeben. massen und die Beispiele für die Reaktion unter III Ti-U 3. Rcaktionsbedingungen X Ti-W-V
einzelnen. Tabelle I-(l) V Ti-W-Mo (1) Zusammensetzung TiCI4 TiCI4 XII TiCl4 Ti-W-Fe
In der nachfolgenden Tabelle I sind die VH Ti-W-U des Reaktionsgases 5(NH4)2O FeSO4 · XIV NH4 ■ VO3 Ti-V-Mo
IX Ti-V-Fe NO (ppm) 180-220 12WO3 · 5 7H2O XVI Ti-W-Mo-V
Xi Ti-V-Sn NH3 (ppm) 240-260 XVIII Ti-Mo-V-Sn
XIII Ti-W-V-Sr SO2 (ppm) 450-550
XV O2(%) 2-4 500/5 500/4 500/5
XVII Typische Beispiele für titanhaltige Mehrkomponenten-Katalysatormassen CO2 (%) 12,5
XIX Beispiele H2O (%) 15
1-1 N2 (%) Rest V-I
1. Zusammensetzung Ti-Mo (2) S.V. (Stunde1) 10000 Ti-Ni
(Atomverhältnis) (9:1) 4. Ergebnisse der Um 700-900 190-210 700 (8:2)
2. Bedingungen der setzung 850-1100 240-260 700-800
Katalysatorherstellung Reduktionsverhältnis - 240-550 482
(1) Rohmaterial TiCI4 von NOx (%) 4 2-4 4 TiCl4
(NH4J6Mo7O24 · Reaktionstemperatur - 12,5 - Ni(NO3)26H2O
4H2O ( C) - 15 7,14
200 90,0 Rest Rest Rest
250 97,0 59 000 10000 50000
300 99,3 500/5
350 100
400 100
450 99,0
500 94,5
550 89,0 190-210
91 85,0 240-260
48,3 98 97,0 450-550
83,7 100 ca. 100 2-4
91,2 100 ca. 100 12,5
92,3 100 ca. 100 15
92,1 99 98 Rest
90,2 96 87,0 11800
- 88 -
81
91
96
97
97
94
-
-
Teilchengröße 1,5 mm Durchmesser, die anderen Massen hatten eine Teilchengröße entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 (10-20 Tyler)
12
Tabelle I-(2)
Typische Beispiele für titanhaltige Mehrkomponente-Katalysatormassen
Beispiele VHl VHI-I XIl XII-I IXl CT-I
VI-I Ti-Cu Ti-Cr Tr-U Pt-Al2O3
1. Zusammensetzung Ti-Co (8:2) (9:1) (9:1) (0,5 Gew.-%)
(Atomverhältnis) (8:2)
2. Bedingungen bei
Katalysatorherstellung TiCU TiCU TiCU H2PtCI6
(1) Rohmaterial TiCl4 Cr(NOj)2 • 3 H2O Cr(NOj)3 · UO2(NO3J2
Co(NOj)2 9H2O 6H2O
6H2O
(2) Calcinierbedin-
gungen 500/5 500/4 500/5 450/3
Temp. ("CyZeit 500/5
(Stunde)
3. Zusammensetzung
des Reaktionsgases 190-210 290-310 700 180-220
NO (ppm) 190-210 240-260 290-310 700-800 240-260
NH3 (ppm) 240-260 450-550 450-550 450 450-550
SO2 (ppm) 450-550 2-4 2-4 4 2-4
O2 (%) 2-4 12,5 10-13 - 12,5
CO2 (%) 12,5 15 12-16 6-4 15
H2O (%) 15 Rest Rest Rest Rest
N2 (%) Rest 11800 10 000 30000 11800
(2) S.V. (Stunde"1) 11800
4. Ergebnisse der Reak
tion lOO'C 68
Reduktionsverhältnis 150X 97
an NOx (%)
Reaktionstemperatur
(C) 84 88 88,2 91,5
200 77 93 96,5 98,1 65
250 89 98 99 100 24
300 97 100 100 100 0
350 99 99 100 100 -
400 97 94 98,6 100 -
450 97 82 93,5 100 -
500 - - - 96,6 -
550 -
Tabelle I-(3) Typische Beispiele für titanhaltige Mehrkomponente-Katalysatormassen
XIIIl XIV-I
Beispiele
X-I
1. Zusammensetzung
(Atomverhältnis)
2. Bedingungen der
Katalysatorherstellung
(1) Rohmaterial
(2) Calcinierbedingungen, Temp. (0C)/
Zeit (Std.)
Ti-W-V (9:0,5:0,5)
TiCU ■ NH4VO3
Ti-W-Mo (9:0,4:0,5)
TiCU
Ti-W-U (8,5:0,5:1)
TiCU
12WO3 · 5H2O 12WOj5H2O
500/5
4H2O 500/5
Ti-W-Fe
(8:1:1)
TiCU
5 (NH4^O ·
12WO35H2O WWO2SH2O
FeSO47H2O UO2(NOj)2-6H2O
500/5 500/5
Ti-V-Mo (9:0,5:0,5)
TiO(OH)2 NH4VO3
(NH4)SMo7O24
4H2O
500/2
13
Fortsetzung
Beispiele X-I
XIl
XIII-I
AlV-I
3. Reaktionsbedingungen 700
(1) Zusammensetzung 700-800
des Reaktionsgases 482
NO (ppm) 4
NH3 (ppm) -
SC2 (ppm) 7,14
Oj (%) Rest
CO2 (%) 50000
H2O (%)
N2 (7o)
(2); V. (Stunde"1)
4. Ergebnisse der Reak
tion
Reduktionsverhältnis
an NOr (%) 98,3
Reaktionstemperatur 99,7
(C) ca. 100
200 ca. 100
250 ca. 100
300 98,6
350 90,0
400
450
500
550
700
700-800
482
4
7,14
Rest
50000
97,1
94,8
ca. 100
ca. 100
ca. 100
98,9
89,8
700 600 280-320
700-800 800 280-320
482 500 450-550
4 4 2-4
- - 10-13
7,14 6 -
Rest Resl Kest
50 000 30 000 10000
89.9 87.5
99,1 95.0
100 99.0
100 100
100 1(X)
100 95.5
100 85
100 -
Tabelle I-(4)
Typische Beispiele für titanhaltige Mehrkomponenten-Katalysatormassen
Beispiele XVI-I XVII-I XVHI-I XlX-I
XV-I Ti-W-Mo-V Ti-V-Sn Ti-Mo-V-Sn Ti-W-V-Sn
1. Zusammensetzung Ti-V-Fe (8,5:0,5:0,5) (9,45:0,5: (8,95 :0,5 : (8,95 :0,5 :
(Atomverhältnis) (9:0,5:0,5) 0,05) 0,5 :0.05) 0.5 :0.05)
TiCl4 TiCl4 TiCl4
2. Bedingungen der
Katalysatorherstellung 5(NH,)2O ■ TiCI4 (NH4J6Mo7 5(NH4)ZO-
(1) Rohmaterial TiO(OH)2 12WO3 -5H2O O224H2O 12WO35H2O
(NHU)6Mo7O24 NH4VO3 NH4VO3 NH4VO,
NH4VO3 4H2O
NH4VO3 SnSO4 SnSO4 SnCl4S H2O
FeS047H2O 500/5 500/5 500/5 500/5
(J.) uaiemieroeain- 500/2
gungen, Temp. (0Q/
Zeit (Std.)
Fortsetzung Beispiele 24 58 888 aus Titan als 16 ;ur = 3500C XlX-I Komponente 9:1 betrug NH3 = 900 ppm Katalysator·) Material der zweiten während 5 Stunden durchgeführt. O2 = = 4% 909 521/246
XV-I einer zweiten (Metallatomverhältnis), durchgeführt wurden. 45 SO2 = 450 ppm Komponente H2O = = 63%
15 außerhalb des Bereiches der vorliegenden Tabelle II Ti-Zr Zr(SO4) -4H2O N2 = = Rest
3. ReaktionsbediEgungen XVIII-I Versuch Ti-Sn SnSO4
(I) Zusammensetzung XVI-I XVII-I 540 \ Nr. Ti-Mn MnSO ■ 4H2O Reduktions
des Reaktionsgases 280-320 670 T CT- 1 Ti-Th Th(SO4)2nH2O verhältnis ar NO,
NO (ppm) 280-320 400 2 Ti-Li LiSO4 · H2O 13,3
NH3 (ppm) 450-550 700 4 3 Ti-Mg MgSO4 · 7 H2O 32,5
SO2 (ppm) 2-4 700 630 1000 - 4 Ti-Zn ZnSO4 -4H2O 28,9
O2 (%) - 700-800 920 440 6,25 5 Ti-Al AJ2(SO4), 10,0
CO2 (%) 482 370 4 Rest 6 Ti-Tl TI2SO4 3,9
H2O (%) Rest 4 4 - 50000 7 Ti-Ir. In2(SO4)3 · 9H2O 5,8
N2 (%) 50000 - 6,7 8 Ti-Bi Bi2(SO4J3 3,4
(2) S.V. (Stunde"1) 7,14 6,4 Rest 9 *) Das Verfahren der Katalysatorherstellung war das gleiche wie in Beispiel II- 13,4
4. Ergebnisse der Reak Rest Rest 50000 10 wurde bei 500X 2,2
tion 50 000 50 000 11 8,5
Reduktionsverhältnis 4,3
an NOx (%) und die Calcinierung
Reaktionstemperatur 95,7
(C) 80 99,6
200 95 100
250 99 91,7 100
300 99 91 90,3 100 100
350 98 99,7 100 100 100
400 92 ca. 100 100 100 92,6
450 78 ca. 100 100 100 -
500 - ca. 100 100 100
550 ca. 100 100 93,1
70,0 97,9 -
-
Tabelle Il zeigt die Ergebnisse von Reaktionen, die Reaktionsbedingungen Anwendung SV = 20 000 Stund--' Erfindung in Zusammensetzung des Beschickungsgases:
unter den folgenden Bedingungen unter Komponente 40 Reaktionstemnera einem solchen Verhältnis bestand, daß das Verhältnis NO = 600 ppm
einer Katalysatormasse, die Komponente KedKuonsiernpera von Titan zu der zweiten
A gemäß der Erfindung und
Es ergibt sich aus den Werten der Tabelle II, daß diese Vergleichskatalysatoren nur äußerst niedrige Aktivitäten hatten und Reduktionsverhältnisse von NOx von weniger als 50% ergaben.
In der folgenden Tabelle III sind die Ergebnisse von Reduktionen von Stickstoffoxiden enthaltenden Gasen unter Anwendung von Katalysatormassen, die aus den Katalysatorkomponenten A und B gemäß der Erfindung und eine geringe Menge einer dritten metallischen Komponente außer der erfindungsgemäß eingesetzten to Komponente C bestanden, angegeben.
Die Rohmaterialien für die dritte Komponente, die Reaktionstemperatur und das Reaktionsausmaß an NOx sind in Tabelle III angegeben. Aus diesen Werten der Reaktionsausmaße an NOx zeigt es sich, daß Silber, is Beryllium, Magnesium, Zink, Yttrium, Mangan, Niob, Cer, Thorium, Bor, Aluminium, Zirkon, Wismut und Antimon, falls sie in geringen Mengen als dritte Komponente verwendet werden, kaum die katalytischen Aktivitäten beeinflussen und deshalb zu den Katalysatormassen gemäß der Erfindung zugesetzt werden können. Andererseits ergibt der Zusatz eines Alkalimetalls selbst in einer Menge von etwa 6 MoI-%, bezogen auf Titan, eine beträchtliche Verringerung der katalytischen Aktivität
Sämtliche in Tabelle III aufgeführten Versuche wurden bei einer Raumgeschwindigkeit (SV) von 20 000 Stunden-' unter Anwendung eines Gasbeschikkungsgemisches durchgeführt, welches aus 600 ppm NO, 900 ppm NH3,450 ppm SO2,6,3%H2O,4% O2, Rest N2, bestand.
Tabeiie ; II Zusammensetzung des Material für die Reaktions Reduktionsausmaß
Versuch- Katalysators dritte Komponente temperatur an NOx
Nr. (0O (%)
Ti-W-Na NaNO3 350 86,6
Versuch 1 8,9 1 0,1
Ti-W-Na NaNO3 350 11,0
CT-12 8,5 I 0,5
Ti-W-K KNO3 350 7,2
13 8,6 0,93 0,47
Ti-W-Ag AgNO3 350 97,8
Versuch 2 8,9 1 0,1
Ti-W-Be Be(NO3)2 3H2O 350 96,5
3 8,9 1 0,1
Ti-W-Mg Mg(NO3J2 · 6H2O 350 90,4
4 8,9 1 0,1
Ti-W-Zn Zn(NOj)2 ■ 6 H2O 350 93,1
5 8,9 1 0,1
Ti-W-Y YCi, 350 93,8
6 8,9 1 0,1
Ti-W-Mn Mn(NO,), ■ 6H2O 350 98,9
7 8,9 1 0,1
Ti-W-Ce
0 I I
Ce(NO1)? ■ 6H2O 350 «7,8
8 Oll
Ti-W-Nb
Nb(OH)n 350 96,8
9 8,9 1 0,1
Ti-W-Th Th(NO), · 4 H2O 350 96,6
10 8,9 1 0,1
Ti-W-B H1BO, 350 97,3
Il 8,9 1 0.1
Ti-W-Al AI(NO1), · 9H2O 350 96,2
12 8,9 I 0,1
Ti-W-Zr ZrO(NO1)J ■ 2 H2O 350 96,1
!3 8,9 1 0,1
Ti-W-Bi Bi(NO.,)., ■ 5 H2O 350 92,3
14 8,9 1 0,1
Ti-W-Sb SbCl3 350 95,5
15 8,9 1 0,1
Ti-U-Nb Nb(OH)n 300 99,7
16 9 0.5 0.5
Fortsetzung Versuch- Zusammensetzung des Nr. Katalysators
Material für die dritte Komponente
Reaktions
temperatur
(Q
RedulctionsausmaB
an NOx
(%)
300 99,9
250 94,7
350 87,5
Versuch 17 18 19
Ti-U-Mn 9 0,5 0,5
Ti-V-Mn 9 0,5 0,5
Ti-Fe-Sb 5 5 6,5
Mn(NO3)JOH3O Mn(NO3)26H2O SbCl3
Die folgende Tabelle IV zeigt die Notwendigkeit, Titan als Komponente A zu verwenden, wenn Kombinationen der Komponente B mit anderen Elementen als d*r Komponente A oder Kombinationen der Komponente B — Elemente miteinander verwendet werden. Sie zeigt auch die Bedeutung des gründlichen Vermischens von Titan mit der Komponente B, wobei als Beispiel ein handelsübliches Titanoxid von Pigmentqualität als Rohmaterial verwendet wurde. Die in Tabelle IV aufgeführten Katalysatoren wurden nach den folgenden Verfahren hergestellt.
(CTiI-I)(AI-W-KaIaIySaIOr) 2814 g Aluminiumnitrat
JAI(NOs)3 · 9 H2O]
wurden in 500 ml Wasser gelöst < .nd die Lösung mit 3 n-Ammoniakwasser zur Bildung eines Niederschlages von Aluminiumhydroxid neutralisiert Oer Niederschlag wurde gründlich gewaschen und dann gründlich mit einer Lösung von 21,8 g Ammonium-p-wolframat
[5(NH4J2O · 12 WO3 · 5 H2O]
in 600 ml Wasser vermischt. Unter Rühren wurde das Gemisch abgedampft und konzentriert. Dann wurden 1 Gew.-% Polyäthylenoxid zugesetzt und das Gemisch im feuchten Zustand vermählen und zu Pellets mit einem Durchmesser von 1,5 mm extrudiert Die erhaltenen Pellets wurden bei 5000C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert.
(CT Π-2) (Zr- W-Katalysator) 133,6gZirkonylnitrat
[ZrO(NO3J2 ■ 2 H2O]
wurden in 500 ml Wasser gelöst und die Lösung auf pH 3 mit 3 n-Ammoniakwasser eingestellt. Der erhaltene Niederschlag wurde gewaschen und abfiltriert Dann wurde eine Lösung von 14,5 g Ammonium-p-wolframat
[5(NH4J2O · 12WO3- 5H2O]
in 300 ml Wasser zugesetzt. Das Gemisch wurde dann in der gleichen Weise wie bei der Herstellung des Katalysators CT 11-1 behandelt.
(CT IV-I)(AI-V-Katalysator)
Eine Lösung von 7,0 g Ammoniummetavandat (NH4VO3) in 400 ml Wasser wurde zu 73,3 g Aluminiumhydroxid [AI(OH)3] zugesetzt. Das Gemisch wurde in der gleichen Weise wie bei der Herstellung des Katalysators CT II-1 behandelt und verarbeitet.
(CT I-1) (Al - Mo- Katalysator)
Eine Lösung von 17,7 g Ammonium-p-molybdat [(NH4J6MoO34 · 4 H2O]
in 200 ml heißem Wasser wurden zu 70,2 g Aluminiumhydroxid [Al(OH)3] zugesetzt Die Lösung wurde in der gleichen Weise wie bei der Herstellung des Katalysators CT II-l behandelt und verarbeitet
(CT II-3)(Ni-W-Katalysator)
Eine wäßrige 1 η-Lösung von Kaliumhydroxid wurde zu einer Lösung von 290,8 g Nickelnitrat
[Ni(NO3)2 · 6 H2O]
in 500 ml destilliertem Wasser zugegeben und der Niederschlag bei einem pH-Wert von 9 gebildet Der Niederschlag wurde abfiltriert und gründlich gewaschen. Eine Lösung von 29 g Ammonium-p-wolframat
[5(NH4J2O- 12 WO3 -5 H2O]
in 700 ml destilliertem Wasser wurde zu dem erhaltenen Kuchen zugesetzt und das Gemisch in der gleichen Weise wie bei der Herstellung des Katalysators CT II-l behandelt und verarbeitet
(CT 11-4J(Ti-W-Katalysator, Verwendung von Titanoxid vom Anatastyp)
Eine Lösung von 23,2 g Ammonium-p-wolframat [5(NH4J2O-12 WO3-5 H2O]
in 500 ml destilliertem Wasser wurde zu 64 g Titanoxid (TiO2, Anatastyp) zugesetzt Dann wurde gründlich unter Rühren vermischt und zur Bildung einer extrudierbaren Paste konzentriert Die Paste wurde zu Pellets mit einem Durchmesser von 1,5 mm extrudiert, getrocknet und dann bei 50O0C während 5 Stunden calciniert.
(CT II-5)(Ti-W-Katalysator, Verwendung von Titanoxid vom Rutiltyp)
Das gleiche Verfahren wie bei der Herstellung des Katalysator CT 11-4 wurde wiederholt, jedoch handelsübliches Titanoxid (TiO2, Rutiltyp) verwendet. Bei Anv/endung jedes der vorstehenden Katalysato ren wurde eine Beschickung in Form eines Gasgemi sches aus 700 bis 900 ppm NO, 850 bis 1100 ppm NH3, 4% O2, Rest N2, bei einer Raumgeschwindigkeit (SV) von 59 000 Stunde-' umgesetzt. Zum Vergleich wurde die vorstehende Umsetzung auch unter Anwendung des Katalysators nach Beispiel II-l (typisches Beispiel für einen Ti —W-Katalysator gemäß der Erfindung) durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefaßt.
Tabelle IV
Versuch
Nr.
Katalysator
Zusamm ensetzung
(Metallalomverhältnis)
Reduktioiisausmaß
an NO r (%)
350 C 400 C
1 Beispiel II-l Ti: W = 9: 91,2
2 CT-H-I Al: W = 9: I 4,0
3 CT-II-2 Zr: W = 9: I 14,2
4 CT-IV-I AkV = 9,4:( ),6 13
5 CT-I-I Al: Mo= 9: 19
6 CT-H-3 Ni:W = 9: I 7,0
7 CT-IM Ti: W = 9: 26,0
8 CT-H-5 Ti: W = 9: 9,3
Es ergibt sich aus den Werten der Tabelle IV, daß, selbst wenn andere Elemente außer Titan, die häufig als Träger verwendet werden, w>e Aluminiumoxid oder Zirkonoxid, kombiniert werden, gute Ergebnisse nicht erhalten werden können. Es ergibt sich Hieraus klar, daß das Titan nicht lediglich als Träger wiikt, sondern in Zusammenwirkung mit der Komponente B katalytische Aktivität zeigt Weiterhin ergibt sich klar aus den Versuchen CT 11-4 und CT11-5, daß handelsübliche Titanoxide von Pigmentqualität als solche höchstens eine niedrige Aktivität zeigen. Sowohl das Titanoxid von Anatastyp als auch das Titanoxid vom Rutiltyp, die bei diesen Kontrollen verwendet wurden, waren von Pigmentqualität und bestanden aus gut gewachsenen Kristallen, da sie bei Temperaturen in der Höhe von etwa 800° C calciniert wurden. Selbst wenn ein Wolframat mit einem derartigen Titanoxid vermischt wird, kann das erfindungsgemäße Gemisch aus Titan und Wolfram nicht erhalten werden. Dies ergibt sich aus der Rönigenanalyse dieser Katalysatoren. Beim Katalysator von Beispiel H-I sind die Kristalle des Titanoxids vom Anatastyp nicht im gewachsenen Zustand und kein den kristallen von Wolframoxid zuzuschreibender Gipfel tritt auf. Andererseits sind in den Katalysatoren gemäß CTII-4 und CT11-5 das Titanoxid vom Anatastyp und das Titanoxid vom Rutiltyp beträchtlich kristallisiert und ein den Kristallen von Wolframoxid zuzuschreibender Gipfel tritt markant auf. Daraus ergibt sich klar, daß das Titan getrennt vom Wolfram vorliegt
Da dieser Katalysator eine niedrige Aktivität hat, ergibt sich eindeutig, daß das innige Vermischen von Titan mit der Komponente B von äußerster Bedeutung ist.
I. Katalysatoren vom Typ Ti-Mo
Beispiel ί-1
500 g Titantetrachlorid (TiCU) wurden in etwa 1 I destilliertem Wasser gelöst und die erhaltene Lösung mit etwa 2 Liter an wäßrigem, 5 η-Ammoniak zur Bildung eines Niederschlages neutralisiert. Der erhaltene Niederschlag wurde gründlich durch Dekantieren gewaschen und dann filtriert. Eine Lösung von 54 g Ammonium-p-molybdat in 500 ml heißem Wasser wurde zu dem Niederschlag zugesetzt und gründlich in einem Mischer vermischt. Die erhaltene Aufschläm-92,3
5,0
40,1
18
26
8,1
49,0
11,0
mung wurde getrocknet und dann gründlich mit etwa 5 g Graphit vermischt Das erhaltene Gemisch wurde zu Tabletten jeweils eines DurcL-Tiessers von 6 mm und einer Höhe von 6 mm geformt Die geformten Tabletten wurden bei 50O0C während 4 Stunden in einem Muffelofen calciniert Der erhaltene Katalysator enthielt Titan und Molybdän als Oxide in einem A 'omverhältnis von Ti: Mo von 9:1. Der Katalysator wurde pulverisiert und Teilchen mit einer Teilchengröße entsprechend einer Maschenzahl von 16—49 wurden gesammelt und zur Reaktion verwendet
Um das Verhalten dieses Katalysators mit dem allgemein als Katalysator zur Entfernung von NO, verwendeten Katalysatoren vom Platintyp zu vergleichen, wurde der folgende Vergleichskatalysator hergestellt:
5 ml einer wäßrigen Lösung von Hexachlorplatinsäure(10gPt/100 ml) wurden in Wasser zur Einstellung der Gesamtmenge der Lösung auf 7C ml verdünnt. Die erhaltene Lösung wurde in 100 g eines Trägers aus aktivem Aluminiumoxid imprägniert auf ei-je Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert und bei 120° während 5 Stunden getrocknet. Das getrocknete Produkt wurde in einem Wasserstoffstrom bei 450°C während 3 Stunden reduziert. Dieser Katalysator enthielt 0.5 Gew.-% Platin.
Ein aus Quarzglas gefertigtes Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 20 mm, der ein Thermoelementschutzrohr aus Quarz mit einem Durchmesser von 5 mm enthielt, wurde in einem elektrischen Ofen erhitzt und die Temperatur durch das Thermoelement
so gemessen. Die vorstehenden Katalysatorteilchen wurden in den Mittelteil des Reaktionsrohres in einer Menge von etwa 4 ml eingepackt und über diesem Katalysator wurde NO1 mit Ammoniak reduziert. Das 5,;schickungsgas bestand aus 180 bis 220 ppm NO, 450 bis 550 ppm SO2, 240 bis 260 ppm NH3, 2 bis 4% O2. 124% CO2,15% Wasserdampf,der Res< N2.
Dieses Gas wurde durch die Katalysatorschictu mit einer Raumgeschwindigkeit (abgekürzt SV) von 10 000 Stunden-' geführt: und das Verhalten des Katalysators gemäß der Ei tindung mit demjenigen des Vergleichskatalysaiors verglichen, Die Ergebnisse sind in Tabeiie i enthalten.
Das Reduktionsausmaß an NO1 entspricht folgender Definition:
Redi'ktionsausmaß an NOr =
N Ojj im Austrittsgas (ppm)
NO1 im Beschickungsgas (ppm)
■— χ 100.
Wie sich aus Tabelle I ergibt, hatte der Vergleichskatalysator gemäß CT-! eine überlegene Aktivität bei niedrigen Temperaturen, jedoch erfolgte, falls die Temperatur 2000C überschritt. Oxidation von Ammoniak und das ReduktionsausmaB an NO, nahm rapid ab. Falls weiterhin die Temperatur 35OCC überschritt, wurde die Konzentration an NO, am Auslaß des Reaktionsrohres höher als dessen Konzentration am Einlaß. Um deshalb beispielsweise die ΝΟ,-Reduktion bei mehr als 90% zu halten, muß der Vergleichskatalysator bei einer Reaktionstemperatur innerhalb des engen Bereichs von 120 bis 19O0C verwendet werden. Andererseits ergibt der Katalysator gemäß der Erfindung ein NO»-Reduktionsausmaß von mehr als 90% bei Temperaturen von 200 bis 5000C. Dies ist für die Arbeit in Fabriken äußerst vorteilhaft.
Beispiel 1-2
Dieses Beispiel erläutert das Verhalten von Katalysatoren mit unterschiedlichen Verhältnissen Titan/Molybdän. Die gleiche Reaktion wie in Beispiel 1-1 wurde mit einer Raumgeschwindigkcil von 50 000 Stunden ' unter Anwendung von Katalysatoren durchgeführt, die
Tabelle I-1
nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel I-1 hergestellt worden waren, wobei jedoch das Molver hältnis von Titan zu Molybdän geändert wurde.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle Il aufgeführt.
tempcratur
200
250
300
350
400
■1^0
51 it)
\ersucn-iNT.
(T-I-:
Reduklionsausmaß an NO, (>)
Atonuerhältnis Ti : Md
1:9 .v *
60,0
66.3
65.7
62.1
57.0
43.2
28.9
i).L) 11.1
73.0 80.6 78.0 73.2 35.7
cSO. I 87,2 86,0 84,1 58.2
83,5 93.0 93.5 91.8 78.4
83.4 96.1 96.7 94,0 91.2
81.0 94,4 98.2 98.4 96.5
78.7 92,1 95,2 98,2 96.3
73,3 85.0 90,0 93.0 94.2
(CT 1-3)
Dieses Vergleichsbeispiel erläutert dir \nwendung von Titanoxid allein. Eine in der gleichen Weise wie ir, Beispiel 1-1 hergestelltes Titanhydroxid wurde getrocknet und dann mit Graphit vermischt. Das Gemisch wurde zu Tabletten mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Höhe von 6 mm geformt. Die geformten Tabletten wurden bei 500° C während 4 Stunden in einem Muffelofen calciniert. Unter Anwendung des erhaltenen Katalysators wurde die Reaktion unter den in Beispiel 1-2 angegebenen Bedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind nachfolgend zusammengefaßt.
Reaktionstemperatur
Reduktionsausmaß an NO,
200
250
300
350
400
450
500
2,5 6,4 19.3 40,0 80,3 93,3 95,2
Beispiel 1-3
gleichen Weise wie in Beispiel 1-1 hergestellt worden war, wobei jedoch die Calcinierungstemperaturen wie in Tabelle 1-2 angegeben geändert wurden.
Das gleiche Beschickungsgas wie in Beispiel I-1 wurde mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden-' über einen Katalysator geführt, der in der
Tabelle 1-2 Versuch-Nr. 2
Calciniertemperatur 1 600
400 (%)
Reduktionsausmaß an NO, 79,,
( C) 79,0 87,1
200 89,2 94,0
250 94,3 96,0
300 95,8 98,1
350 96,0 94,0
400 93,3 88,0
450 84,3
500
Beispiel 1-4
Eine Lösung von 54 g Ammonium-p-molybdat in 500 ml heißem Wasser wurde zu 220 g (als TiO2) einer Aufschlämmung von Metatitansäure [TiO(OH)2] zugesetzt und gründlich vermischt und das Gemisch getrocknet Zu dem erhaltenen Pulver wurde 1 Gew.-% Polyäthylenoxid und etwa 100 ml Wasser zugesetzt- Das Gemisch wurde im feuchten Zustand während 30 Minuten vermählen und dann zu Pellets mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert Das geformte
2ft
Produkt wurde bei 500°C während 4 Stunden ealciniert. Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis Ti: Mo von 9:1. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde ein Beschickungsgas mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel I-1 mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunde-1 umgesetzt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1-3 aufgeführt.
Beispiel 1-5
Dieses Beispiel erläutert die Anwendung von Titansulfat als Rohmaterial für Titan. 150 g Titansulfat mit einer Konzentration von 24 Gew.-% als Ti(SOi)) wurden mit destilliertem Wasser zu einer Menge von etwa 1 Liter verdünnt. Die erhaltene Lösung wurde tropfenweise zu wäßrigem Ammoniak zur Bildung eines Niederschlages zugesetzt. Der Niederschlag wurde gut mit Wasser gewaschen und dann filtriert. 15 g eines Pulvers von Molybdäns;iiue (H2MOO4 · HjO) wurde zu dem Niederschlag zugesetzt und dann während 5 Stunden in einem Mischer vermischt. Dann wurden etwa 2 Gew.-°/o Graphit zugefügt und mit dem erhaltenen Gemisch vermischt. Das Gemisch wurde zu Tabletten jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Hölie von 6 mm geformt. Das erhaltene geformte Produkt wurde bei 5000C während 4 Stunden calciniert. Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis Ti : Mo von 8 : 2. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde ein Gas mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1-1 mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden -' umgesetzt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1-3 enthalten.
Beispiel 1-6
Dieses Beispiel erläutert die Anwendung von Titanoxid (T1O2. Anatastyp) als Rohmaterial für Titan. 250 g einer 36 η-Schwefelsäure wurden zu 100 g Titanoxid zugesetzt und gründlich verrührt. Die erhaltene Aufschlämmung wurde auf etwa 200" C während 2 Stunden erhitzt. Die Lösung wurde abgekühlt und dann mit Ammoniak neutralisiert. Das Produkt wurde gut gewaschen und filtriert. Der erhaltene Kuchen wurde gründlich mit einer Lösung von 25 g Ammonium-p-molybdat in 25OmI heißem Wasser vermischt und dann wurde das Gemisch getrocknet. Das Gemisch wurde dann geformt und in der gleichen Weise wie in Beispiel 1-5 calciniert. Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis Ti : Mo von 9:1. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde ein Beschickungsgas mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1-1 mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden- ' umgesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1-3 enthalten.
Beispiel 1-7
Dieses Beispiel erläutert einen Katalysator, der aus Titan und Molybdän, getragen auf einem Träger, aufgebaut ist. 24 g Titantetrachlorid wurden in 50 ml Wasser gelöst und die Lösung mit einer Lösung von 2,6 g Ammonium-p-molybdat in 20 ml wäßrigem Wasserstoffperoxid vermischt. 30 g eines Kieselsäure-Alu- «1 miniumoxid-Trägers wurden mit der erhaltenen Mischlösung imprägniert und bei 300° C calciniert Dieses Verfahren wurde dreimal wiederholt und schließlich wurde das calcinierte Produkt bei 500°C während 4 Stunden calciniert Der erhaltene Katalysator enthielt Titan und Molybdän in einem Atomverhäitnis von 9 : i und das T1O2 betrug 25% des Gesamtgewichtes des Katalysators. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde ein Gas mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1-1 mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden ' umgesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1-3 enthalten.
Tabelle 1-3
Reaktions Beispieie-Nr. 1-5 77,1 1-6 1-7
temperatur 1-4 Reduktiomausmaß an 84,3 NO v .(%)
( C) 78,5 93,0 76,8 73,0
200 88,2 97,2 87,1 82,5
250 94,0 99,0 94,2 88,9
300 96,0 94,1 95,5 90,4
350 97,5 XX.2 96,2 92,7
400 96,8 94,0 92,7
450 y2 υ 85,y
5ου
Beispiel 1-8
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch die Raumgeschwindigkeit variiert wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1-4 aufgeführt.
Tabelle 1-4
Reaktions- Versuch-Nr.
temperatur
SV (Stunde
5 000 20 000
( C) Reduktionsausmaß an NO1 (%)
100 000
200 ca. 92,4 85,2 56,2
250 ca. 98,8 93,5 71.8
300 ca. 100 98,2 82,0
350 ca. 100 ca. 100 87,2
400 100 ca. 100 88,9
450 100 99 86,3
500 98,7 92.0 78,0
Beispiel 1-9
Dieses Beispiel erläutert die Beständigkeit der Katalysatoren gegenüber SO2 und SO3. Das verwendete SOj wurde durch Erhitzen und Abdampfen von verdünnter Schwefelsäure erhalten und deren Menge betrug das 10- bis lOOfache der Menge, mit der sie in den Boilerabgasen enthalten ist Ein Beschickungsgas der folgenden Zusammensetzung wurde bei einer Temperatur von 350°C und einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden-' unter Anwendung jeweils der Katalysatoren der Beispiele 1-1,1-4,1-5,1-6 und 1-7 umgesetzt
Zusammensetzung des Beschickungsgases
NO
SO2
NH3
SO3
O2
CO2
Wasserdampf
N2
180bis220ppam
450bis550ppam
240 bis 260 ppm
450 bis 550 ppm
3%
t ^ cn/.
15%
Rest
Ein Beständigkeitsversuch wurde unter Anwendung des vorstehenden dases ausgeführt; die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1-5 enthalten.
Tabelle 1-5
Reaktionszeit
Reaktions
zeit
Versuch-Nr.
12 3 4
Katalysator nach Beispiel
I-1 1-4 1-5 I-ft
5 (Stunden)
(Stunden) Reduktionsausinaß an NO, (%)
Anfänglich
50
!00
150
200
250
300
96,7
95,5
95 9
94~2
94,8
94,0
94,2
96,0
95,7
96 0
96\5
95,2
95,5
95,4
97,2
96,4
97 2
96^6
97,0
95,5
96,7
95,6
94,2
9Ί 3
93,9
94,8
94,6
94,5
1-7 500
1000
1250
π 1750
90,4 2000
89,5 89 6 90^2 '" 88,3 87,7 85,9
Versuch-Nr. 2 99,3
I 97,8
Katalysator Beispiel 1-6 95,0
Beispiel I-l Reduktionsausmaß an NO v (%) 94,3
99,5 94,8
95,7
96,2
95,2
95,0
II. Katalysatoren vom Typ Ti —W
Beispiel 1-10
Dieses Beispiel erläutert einen Katalysatorlebensdauertest für Katalysatoren, der während eines langen Zeitraumes unter Anwendung eines Abgases von einem Brennölboiler als Behandlungsgas durchgeführt wurde. Der verwendete Reaktor hatte einen Durchmesser von 150 mm und es wurden etwa 5 Liter jedes Katalysators \ erwendet. Die verwendeten Katalysatoren wurden in der gleichen Weise wie in den Beispielen 1-1 und 1-6 hergestellt und zu Pellets jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Höhe von 6 mm geformt. Ammoniak wurde zu dem Abgas von dem Brennölboiler mit der folgenden Zusammensetzung zugesetzt.
NHj 160 bis 260 ppm
SO2 1000 bis 1300 ppm
SO3 30 bis 70 ppam
H2O 8 bis 11 %
O2 3 bis 6%
CO2 11 bis 14%
Menge an Ruß 60 bis 90 mg/NmJ
N2 Rest
Dieses Gas wurde mit einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden-1 kontinuierlich während 2000 Stunden hindurchgeleitei. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1-6 aufgeführt.
Tabelle 1-6
Reaktionszeit Versuch-Nr.
1
2
Katalysator
Beispiel I-l
Beispiel 1-6
(Stunden) Reduktionsausmaß an NOr (%)
Beispiel II-1
142,3 g Titantetrachlorid (TiCI4) wurden in 500 ml Eiswasser gegossen und die Lösung mit 3 n-Ammoniakwasser neutralisiert. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen. Eine Lösung von 21,8 g Ammonium-p-wolframat
[5(NhU)2O12WO3 · 5 H2O]
in 530 ml destilliertem Wasser wurde gründlich mit dem erhaltenen Kuchen vermischt. Die erhaltene Aufschlämmung wurde getrocknet und 1 Gew.-% Polyäthylenoxid und eiwa 25 ml desiiiiiertes Wasser zugeselzi und dann im feuchten Zustand während 30 Minuten vermählen und zu Pellets mit einem Durchmesser von 1,5 mm extrudiert. Die geformten Pellets wurden getrocknet und bei 5000C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert. Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti : W von 9:1.
Das angewandte Reaktionsrohr bestand aus Quarz und hatte einen Innendurchmesser von 16,5 mm und enthielt darin ein Thermoelementschutzquarzrohr mit einem Außendurchmesser von 5 mm. Dieses Reaktionsrohr wurde in einem Elektroofen erhitzt und die Temperatur durch das Thermoelement gemessen. Ein Beschickungsgas aus 700 bis 900 ppm NO, 850 bis HOOpPmNH3, 4% O2, Rest N2, wurde mit einer Raumgeschwindigkeit von 58 000 bis 60 000 Stunden-' m bei variierenden Reaktionstemperaturen geführt Die Reduktionsausmaße an NOx sind in Tabelle I aufgeführt
Anfangsstufe
250
ca. 100
ca. 100
ca. 100
ca. 100
Beispiel II-2
Das Verfahren nach Beispiel H-I wurde in der gfeichen Weise wiederholt, jedoch wurde das Verhältnis von Titan zu Wolfram geändert Die Ergebnisse sind in Tabelle H-I aufgeführt
Tabelle II-1 Versuch-Nr. CT-II-7 I :9 1 2 3 4
Reaktions CT-II-6 Reduktionsausmaß an NOr (%) 57,2
temperatur Atomverhältnis Ti: W 66,6
0: 10 72,0 5:5 8:2 9.5 : 0,5 9,9:0,1
3,5 72,2 55.1 5,29 45.1 a:,\
( C) 10,0 69,9 69,6 82,0 78.3 t.9,0
250 28,5 hl f) 79,8 88,0 89.2 85.4
300 40,5 81,6 89.5 90.7 -W.5
350 51,0 79,7 85,4 90.2 90.0
400 S7 η 71 1 7S 7 s« .
450
Katalysatoren, die besonders hohe Aktivitäten zeigen, sind diejenigen, worin das Atomverhältnis Titan/Wolfram (Ti/W) den Wert 9.5 : 0,5 bis 8 : 2 besitzt. Dieser Bereich der Zusammensetzung ist jedoch nicht besonders kritisch und Katalysatoren mit einem weiteren Bereich der Zusammensetzung außerhalb dieses Bereiches zeigen gleichfalls ein ziemlich gutes Verhalten bei geeigneter Wahl der Reaktionsbedingungen.
Beispiel 11-3
Das Verfahren nach Beispiel H-I wurde wiederholt, jedoch wurde die Calciniertemperatur für die Katalysatoren geändert. Die Ergebnisse sind in Tabelle II-2 enthalten.
Tabelle II-2 l-Nr. 400 52,8 3 4 5
Reak- Versucl 2 Reduktionsausmaß an 84,5
tions- I 51,0 91,5 C)
tem- Calciniertemperatur ( 83,0 93,0 600 700 300
peratur 300 90,6 93,0 NO., (%)
91,1 88,1 50,1 45,2 25,8
( O 88,2 Beispiel 82,7 65,4 52,2
250 83,0 89,3 77,8 65.0
300 89,5 79,7 70,1
350 88,2 78,0 70,8
400 85,2 70,6 63,2
450 Π-4
500
1423 § Titantetrachlorid (TiCU) wurden sorgfältig in 500 ml Äthanol gelöst und die Lösung mit 3 n-Ammoniakwasser auf pH 7 unter Bildung eines Niederschlages eingeregelt Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und gewaschen. Eine Lösung von 21,8 g Ammonium-p-wolframat in 530 ml destilliertem Wasser wurde zu dem Niederschlag zugesetzt und gründlich vermischt Das Gemisch wurde bis zur Trockenheit abgedampft und zu dem erhaltenen Pulver wurde ! Gew.-Vo Polyäthylenoxid und etwa 25 ml destilliertes Wasser zugesetzt und das Gemisch im feuchten Zustand 30 Minuten vermählen. Dann wurde das Gemisch zu Pellets mit einem Durchmesser von 1.5 mm cxtrudicn. Das erhaltene geformte Produkt wurde in einen: Muffelofen bei 500°C wahrend 5 Stunden calcinieri Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis Ti : W _'i von 9 : 1. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel 11-1 durchgefü1"' Die Ergebnisse sind in Tabelle II- i enthalten.
Beispiel 11-5
in Eine wäßrige Losung mit 20 Gew.-% Titantnehlorid in einer Menge von 1000 p wurden mit konzentrierte;·;! Ammoniakwasser (15 n) zur Bildung eines Niederschlages neutralisiert. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und gewaschen und 139 g eines Kuchens
r> erhalten. Es wiirce festgestellt durch das Glühverlustverfahren, daß diese Kuchen Titan in einer Mensre entsprechend zu 0.55! Mo! enthielt. Eine Lösung \on 16.0 g Ammormmvp v-olframat in 310 ml destilüer'.e— Wasser wurde zu uem Kuchen zugesetzt. Unter
•in gründlichem Vermischen wurde zur Trockenheit eingedampft. Zu dem erhaltenen Pulver wurden 1 Gew.-0 Polyäthylenoxid unri etwa 30 ml destilliertes Wasser zugesetzt und das Gemisch während 30 ·Minuten im feuchten Zustand vermählen und zu Pellets jeweils mi!
einem Durchmesser von 1.5 mm extrudiert. Die erhaltenen Pellen wurden bei 500°C während 5 Stunde" in einem Muffelofen calcinie^t. Der erhaltene Katalysator hatte ein Ai.omverhältnis Ti : W von 9 : !. Unter Anwendung dicv-es Katalysators wurde die gleich.
Reaktion wie in Beispiel H-I ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle H-3 enthalten.
Beispiel 11-6
163,4 g (32,0 g, berechnet als TiO2) eines Titanhydro- xids, welches durch Zusatz von Ammoniakwasser zu
Titantetrachlorid hergestellt worden war, wurden
gründlich mit 32 g Titanoxid (TiO2 vom Anatastyp) in einem Mischer vermischt Eine Lösung von 23,2 g
Ammonium-p-wolframat in 500 ml reinem Wasser
wurde zu der erhaltenen Paste zugesetzt und dann konzentriert, während mit Rühren gut vermischt wurde, um eine extrudierbare Paste zu erhalten. Die Paste wurde zu Pellets mit einem Durchmesser von 1,5 mm extrudiert, getrocknet und bei 5000C während 5
Stunden calciniert Unter Anwendung des erhaltenen Katalysators wurde die gleiche Reaktion wie im Beispiel II-1 ausgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 11-3 aufgeführt
Beispiel 11-7
Dieses Beispiel erläutert einen auf Aluminiumoxid getragenen Katalysator.
100 g Titantetranhlorid wurden in Wasser gelöst und 182 g eines Pulvers von Aluminiumhydroxid zugesetzt. Unter Rühren wurde wäßriges 3 η-Ammoniak allmählich zur Neutralisation der Lösung und Abscheidung der Titansäure auf dem Aluminiumhydroxid zugesetzt Dieses Produkt wurde ausreichend gewaschen und filtriert. Eine wäßrige Lösung mit einem Gehalt von 16 g Ammonium-p-wolframat
[5(NH4J2O · 12 WO3 · 5 H2O]
wurde zu dem Filtrat zugesetzt und gründlich vermischt, worauf zur Trockenheit eingedampft wurde. Das getrocknete Produkt wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 11— 1 zur Herstellung des Katalysators behandelt. Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: W von 9 :1 und der Gehalt an Titanoxid betrug 25 Gew.-°/o, bezogen auf das Gesamtgewicht ties Katalysators.
Die gleiche Reaktion wie in Beispiel 11-1 wurde unter Anwendung dieses Katalysators durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 11-3 enthalten.
Tabelle II-3 Beispiel-Nr. H-5 50,2 II-6 11-7
Reakuons- IM ReduktionsausmaG 85,4 ! an NOx (%)
temperatur 59.0 92,2 47,9 45,2
( C) 88,0 93,2 82,3 76,1
250 92,6 92,9 90,9 88,2
300 92,0 89,8 92,0 88,8
350 88,4 91,8 87,9
400 68,6 89,9 81,3
450
500
Beispiel 11-8
Unter Anwendung des Katalysators nach Beispiel 11-1 wurde die Beziehung zwischen SV und NO-Umwandlung bei einer Reaktionstemperatur von 3500C unter spezifischen Bedingungen untersucht. Die gleiche Umsetzung wie in Beispiel 11-1 werde durchgeführt, wobei jedoch die Strömungsgeschwindigkeit des Beschickungsgases (SV) geändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 11-4 zusammengefaßt.
Tabelle IM Reduktionsausmaß
an NO
(%)
Raumgeschwindigkeit
(SV)
(Stunde"1)
99,2
96,2
92,2
76,2
10000
30000
50000
100000
Diese Ergebnisse zeigen, daß der Katalysator gemäß der Erfindung ausreichend brauchbare Aktivitäten zeigt, selbst wenn Raumgeschwindigkeiten von 100 000 Stunden -' angewandt werden.
Beispiel 11-9
Unter Anwendung des gleichen Katalysators wie im Beispiel II-l wurde ein Beschickungsgas aus 570 ppm NO, 940 ppm NH3, 530 ppm 3O2, 590 ppm SO3, 103% H2O, 4% O2, Rest N2, bei einer Temperatur von 3500C und einer Raumgeschwindigkeit von 11 800 Stunden -1 umgesetzt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 11-5 aufgeführt.
Tabelle II-5
Vergangene Zeit (Std.)
Reduktionsausmaß an NO
45
90
150
240
285
325
97,6 97,3 98,1 98,3 97,6 98,0
Die in Tabelle 11-5 aufgeführten Ergebnisse zeigen klar, daß kaum irgendeine Verringerung des NO-Reduktionsausmaßes stattfindet, selbst wenn eine gewisse Streuung in den gemessenen Werten vorliegt, und der Katalysator gemäß der Erfindung eine hohe Aktivität während langer Zeiträume beibehält.
Beispiel IMO
iOkg Titantetrachlorid wurden in 121 Eiswasser gelöst und wäßriges 5%iges Ammoniak zu der Lösung zur Neutralisation und zur Bildung eines Niederschlages zugesetzt. 19,6 kg dieses Niederschlages (40 kg, berechnet als TiO2, TiO2-GehaIt bestimmt nach dem Glühverlustverfahren betrug 20,4 Gew.-%) wurden unter Rühren mit einer Lösung von 1,452 kg Ammonium-pwolframat in 201 warmem Wasser unter Anwendung eines Kneters vermischt und gleichzeitig wurde das Gemisch konzentriert. Das erhaltene Hydrogel wurde bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 46% durch Peptisierung mit Oxalsäure bei einem pH-Wert von 3,5 konditioniert und dann wurde 1,1 Gew.-% Gelatine zugesetzt und zu Pellets mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert. Die erhaltenen Formkörper wurden getrocknet und bei 5500C während 5 Stunden calciniert. 5 Liter des erhaltenen Katalysators wurden in einem Reaktor mit einem Innendurchmesser von 150 mm gepackt. Ammoniak wurde zu einem Abgas aus einem Brennölboiler zur Herstellung eines Beschickungsgases der folgenden Zusammensetzung zugesetzt:
NO, 110 bis 300 ppm
NH3 110bis330ppm(H3N/NO = 1,0 bis 1,1
Molverhältnis)
SO2 IO bis 300 ppm
SO3 I bis 15 ppm
H2O 7 bis 20%
Ο; 3 bis 10%
RuB etwa 20 mg/Nm3
weitere Materialien wie CO2 oder Nj
Dieses Gas wurde durch die Katalysatorschicht kontinuierlich während 5000 Stunden bei einer Temperatur von 380°C und einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden-' geführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 11-6 aufgeführt.
909 S2I/246
Tabelle II-6
Vergangene Zeit
(Std.)
Reduktionsausmaß an NOx
Anfangsstufe
500
1000
2000
3000
4000
5000
95,0 97,2 97,5 96,0 99,1 98,2 98,2 99,0
III. Katalysatoren vomTypTi—Fe Beispiel UM
500 g Titantetrachlorid (TiCU) als Lösung wurden in etwa i i Wasser gelöst und 81 g Eisensulfat (FeSO4 ■ 7 H2O) zu dieser Lösung zugesetzt Die erhaltene Mischlösung wurde allmählich tropfenweise zu Ammoniakwasser zur Bildung eines Copräzipitates aus Eisen und Titan zugesetzt Zu diesem Zeitpunkt wurde in der erforderlichen Weise Ammoniakwasser zugegeben, so daß der pH-Wert der Ammoniaklösung nicht unterhalb 7 abfiel. Das erhaltene Copräzipitat wurde gut mit Wasser durch Dekantierung gewaschen, dann fiiiriert und bei etwa 120° C getrocknet. Zu dem getrockneten Copräzipitat wurden 3 Gew.-% Graphit zugesetzt und ausreichend verknetet Das verknetete Gemisch wurde zu Tabletten jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Stärke von 6 mm bei einem Formungsdruck von etwa 500 kg/cm2 geformt Die erhaltenen geformten Tabletten wurden bei 5000C während 4 Stunden calciniert Der dabei erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: Fe von 9:1.
Der Katalysator (4 ml) wurde in ein Quarzreaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 20 mm (die Katalysatoren in den Beispielen wurden sämtlich auf eine Teilchengröße entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 eingestellt) gepackt und ein Beschickungsgas, welches aus 190 bis 210 ppm NO, 450 bis 550 ppm SO2, 240 bis 260 ppm NH3, 2 bis 4% O2, 1^5% CO2,15% Wasserdampf, Rest N2, bestand, wurde durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden-' zur Umsetzung geführt Die Ergebnisse sind in Tabelle III-l enthalten.
Dieser Katalysator hatte eine so hohe A'::lvität, daß das Reduktionsverhältnis an NO» mehr als 90% bei einer Temperatur innerhalb des breiten Bereiches von 200 bis 500° C betrug.
Beispiel 111-2
Dieses Beispiel erläutert das Verhalten eines Katalysators, der bei variierenden Verhältnissen Titan/Eisen hergestellt wurde.
Unter Anwendung der in der gleichen Weise wie in Beispiel III-l hergestellten Katalysatoren, wobei jedoch das Verhältnis Titan/Eisen geändert wurde, wurde die gleiche Reaktion wie in Beispie! IiI-I durchgeführt, wobei jedoch die Raumgeschwindigkeit auf 50 000 Stunden-' geändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle III-l aufgeführt
Tabelle IH-I
Reaktionstemperatur
Versuch-Nr.
CT Uli I 2
Reduktionsausmaß an NOx (%)
Atomverhältnis Ti: Fe
0:10 0,9:9,8 1:9
5:5 8:2
9:1
9,5:0,5
9,9:0,1
200
250
300
350
400
450
500
13
35
52
60
62
61
59
78
88
93
95
94
91
83
80 90 94 95 95 91 82
80 89 93 95 95 91 84 81
89
93
95
94
91
86
73
86
93
95
96
92
86
71
85
92
95
97
96
94
36
58
78
92
97
96
94
Es ergibt sich aus den vorstehenden Werten, daß der Eisen in einem Atomprozentsatz von 5 bis 90% gegenüber Titan enthaltende Katalysator hohe Aktivitäten innerhalb eines weiten Temperaturbereiches zeigt. Katalysatoren mit einem hohen Eisengehalt, d. h. einem Verhältnis an Ti : Fe von I :9 und 0,2:9,8 besaßen gleichfalls hohe Aktivitäten und sind vorteilhaft vom Gesichtspunkt der Herstellungskosten.
Beispiel Il 1-3
Unter Anwendung eines in der gleichen Weise wie in Beispiel III-l hergestellten Katalysators, wobei jedoch die Calcinierungstemperaturen geändert wurden, wurde das gleiche Gas wie in Beispiel HIl durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden-1 geführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle III-2 enthalten.
Tabelle III-2 Versuch-Nr. 2 3 Calciniertemperatur ("Q 600 71 700 HI-4 4
Reaktions I 400 Reduktionsausmaß 84 ι an NOx (%)
temperatur 74 92 59 800
87 95 72
94 96 81 28
(Q 95 94 86 42
200 94 88 89 55
250 91 Beispiel 87 61
300 86 78 61
350 56
400 45
450
500
793 g (als TiO2/ einer Aufschlämmung an Metatitansäure [TiO(OH)2] wurden gründlich mit g wasserhaltigem Eisenoxid («-FeOOH) und Wasser zur Bildung einer Aufschlämmung vermischt, weiche dann getrocknet wurde. Zu dem erhaltenen Pulver wurden 1 Gew.-% Polyäthylenoxid und etwa 20 ml Wasser zugesetzt und dann während 30 Minuten im feuchten Zustand vermählen und dann zu Pellets mit einem Durchmesser von 4 mm extrudiert Die erhaltenen geformten Pellets wurden bei 5000C während 4 Stunden calciniert Der dabei erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: Fe von 9:1. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde ein Gas mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel IfI-I durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 50000Stunden-' geleitet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III-3 aufgeführt.
Beispiel 111-5
IO
15
20
25
30
35
40
Dieses Beispiel erläutert die Anwendung von Titansulfat als Rohmateria! für Titan.
350 g Titansulfat mit einem Gehalt von 24 Gew.-% Ti(SO4J2 wurden in 1 Liter destilliertem Wasser gelöst und 35,4 g Ferrinitrat
[Fe(NO3J3 · 9 H2O]
wurden in dieser Lösung gelöst. 3 n-Ammoniakwasser wurde tropfenweise zu der Lösung zugegeben und, falls so der pH-Wert der Lösung schließlich 8,0 erreichte, wurde die Zuführung von Ammoniakwasser unterbrochen. Der erhaltene Niederschlag wurde gründlich mit destillier-.tem Wasser gewaschen und wiederholt filtriert. Der Niederschlag wurde bei etwa 1200C während 5 Stunden getrocknet und bei 4000C während 5 Stunden vorcalciniert. Das calcinierte Produkt wurde gründlich mit 2 Gew.-% Graphit vermischt und zu Tabletten jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Stärke von 6 mm geformt. Das erhaltene Formprodukt ao wurde bei 5000C während 4 Stunden calciniert. Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: Fe von 8 :2. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde ein Gas mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel Hl-I durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 50000Stunden-' zur Umsetzung geführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 111-3 aufgeführt.
Beispiel III-6
Dieses Beispiel erläutert die Anwendung von Titanoxid (TiO2, Anatastyp) als Rohmaterial für Titan.
250 g konz. Schwefelsäure wurden zu 100 g Titanoxid zugesetzt und das Gemisch verrührt Die erhaltene Aufschlämmung wurde auf etwa 2000C während 2 Stunden erhitzt Die erhaltene Lösung wurde gründlich mit 38,7 g Ferrosulfat
(FeSO4 · 7 H2O)
vermischt 3 n-Ammoniakwasser wurden zu der Lösung zugesetzt bis der pH-Wert der Lösung schließlich 8,0 erreichte. Der Niederschlag wurde gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen und wiederholt filtriert. De; Niederschlag wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel III-5 zur Bildung des Katalysators behandelt Der auf diese Weise hergestellte Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: Fe von 9 :1. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde ein Gas mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel III-1 durch eine Kataiysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden-1 geführt Die Ergebnisse sind in Tabelle III-3 enthalten. Wie sich klar aus den Werten der Tabelle 111-3 ergibt, hat falls ein mit heißer konz. Schwefelsäure behandeltes Titanoxid als Rohmaterial für Titan verwendet wird, der erhaltene Katalysator die gleiche Aktivität wie die Katalysatoren der Beispiele III-I, III-4 und III-5.
Beispiel ΙΠ-7
Dieses Beispiel erläutert einen Katalysator, der aus Titan und Eisen, getragen auf einem Träger, aufgebaut ist
24 g Titantetrachlorid (TiCU) wurden in 50 ml Wasser gelöst und die erhaltene Lösung mit einer Lösung von 5,7 g Ferrinitrat
[Fe(NO3J3 · 9 H2O]
in 20 ml Wasser vermischt 33,7 g eines Kieselsäure-Aluminiumoxid-Trägers wurden mit der Mischlösung imprägniert bei 3000C vorcalciniert und dann bei 500° C während 4 Stunden calciniert Der erhaltene Katalysator enthielt Titan und Eisen in einem Atomverhältnis von Ti: Fe von 9 :1 und die Menge an TiO2 betrug 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde ein Gas mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 111-1 durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden-' zur Umsetzung geführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle ΠΙ-3 aufgeführt.
Tabelle 1II-3
Reaktionstemperatur
Beispiel-Nr. UM III-5
Reduktionsausmaß N0T I
111-6
200 79 78 77 72
250 89 87 86 81
300 95 93 93 86
350 96 97 96 90
400 97 98 97 92
450 95 95 94 91
500 91 88 92 86
Beispiel 111-8
Dieses Beispiel erläutert die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Katalysatoren gegenüber SO2 und SO3. Das verwendete SO3 wurde durch Erhitzen und Abdampfung von verdünnter Schwefelsäure erhalten und seine Menge wurde auf das 10- bis lOOfache der Menge eingestellt, mit der es in dem Abgas eines Boilers enthalten ist. Unter Anwendung jeweils der in den Beispielen HI-I, III-4, I1I-5, III-6 und III-7 erhaltenen Katalysatoren wurde ein Beschickungsgas der folgenden Zusammensetzung bei einer Temperatur von 350°C und einer Raumgeschwindigkeit von 50 000' Stunden -' 38
umgesetzt:
NO SO2 NH3 SO3 O2 CO2 Wasserdampf N2
190 bis 210 ppm 450 bis 550 ppm 240 bis 260 ppm 480 bis 520 ppm 2 bis 4% 12,5% 15% Rest
Die Ergebnisse des Beständigkeitstests unter Anwendung dieses Gases sind in Tabelle 111-4 aufgeführt
Tabelle III-4
Reaktionszeit Versuch-Nr. 2 ΙΠ-4 96 3 4 5
1 Katalysator nach Beispiel Reduktionsausmaß an NOx (%) 96
IM-I 97 95 IH-5 111-6 III?
96 96
(Std.) 95 96 VJ 96 90
Anfangsstufe 94 94 97 94 89
50 94 95 97 95 89
100 93 96 94 90
150 94 96 96 89
200 95 94 88
250 96 95 89
300
Es ergibt sich klar aus Tabelle 111-4, daß die Katalysatoren gemäß der Erfindung überlegene Beständigkeit gegenüber SO2 und SO3 haben.
Beispiel 111-9
Dieses Beispiel erläutert die Ergebnisse eines Katalysatorlebensdauertestes während längerer Zeiträume unter Anwendung eines Abgases von einem Brennölboiler als Behandlungsgas. Der verwendete Reaktor hatte einen Durchmesser von 150 mm und etwa 5 Liter jedes der in der gleichen Weise wie in den Beispielen IH-I und III-6 hergestellten Katalysatoren, die zu Pellets jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Stärke von 6 mm geformt waren, wurden verwendet Das Beixhickungsgas wurde durch Zusatz voii Ammoniak zu dem Abgas eines Brennölboilers hergestellt. Die Zusammensetzung des Beschickungsgases war folgende:
Tabelle III-5
NO1
NH3
SO2
SO3
H2O
O2
CO2
Ruß
N2
150bis210ppm
160 bis 260 ppm
1000 bis 1300 ppm
30 bis 70 ppm
8bir, !1%
3 bis 6%
11 bis 14%
60bis90mg/Nm3
Rest
Reaktionszeit
(Std.)
Anfangsstufe 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000
Katalysator räch Pcispiel
IfIl ΙΠ-6
Reduktionsausmaß an NO.r(%)
ca. 100 ca. 100
ca. 100 ca. 100
99 99
98 98
97 96
96 94
96 95
95 94
96 95
Es ergibt sich Tabelle III 5, daß die Katalysatoren gemäß der Erfindung sehr gute Beständigkeit gegenüber SO2 und SO3 zeigen.
CT'II-2 284pTetraisopropy!iiianai
[Ti[OCH(CH3)JW
Dieses Beschickungsgas wurde durch die Katalyse- wurden auf eine Verdampfungsplatte gegeben und in torschicht kontinuierlich während 2000 Stunden mit 65 der Atmosphäre während etwa 30 Stunden stehengelaseiner Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden-'
geführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 111-5
zusammengefaßt.
sen und dann bei etwa 1200C während 8 Stunden getrocknet und bei 550°C während 8 Stunden calciniert Das erhaltene calcinierte Produkt wurde gründlich mit
einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 44.5 g Ferrinitrat
[Fe(NOj)3 · 9 H2O]
vermischt. Das Gemisch wurde bei etwa 1200C während 3 Stunden getrocknet und dann bei 5000C während 1 Stunde calciniert. Das calcinierte Produkt wurde gründlich mit 3 Gew.-°/o Graphit vermischt und zu Tabletten jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Stärke von 6 mm bei einem Formungsdruck von etwa 500 kg/cm2 geformt. Die erhaltenen geformten Tabletten wurden bei 5000C während 3 Stunden calciniert. Der auf diese Weise hergestellte Katalysator hatte ein Aiomverhältnis Ti : Fe von 9:1. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel Hl-I ausgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 111-6 zusammengefaßt.
Tabelle Il 1-6 300 350 400 450 .'(I NO
NHj
Reaktionstemperatur UO2
( O 15.0 48.8 76,1 82.8 O2
Reduktionsausmaß H2O
;in NOV (%) N2
Die niedrige katalytisch^ Aktivität des vorstehend hergestellten Kontrollkatalysators ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß sich Titanoxid und Eisenoxid in zwei getrennte Phasen trennten und ein inniges Gemisch der Oxide nicht gebildet wurde im Gegensatz zu dem Katalysator gemäß der Erfindung, der in Beispiel IH-I angegeben ist.
IV. Katalysatoren vom Typ Ti-V
Beispiel IV-I
!89,7 g Titantetrachlorid (TiCU) wurden in 1000 ml Eiswasser gegossen und die Lösung mit 3 n-Ammoniakwasser neutralisiert. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen. 189 g des erhaltenen Kuchens (26,6 g als TiO2, entsprechend '/3 Mol) wurden ausreichend mit einer Lösung von 2,05 g Ammoniummetavanadat in 200 ml Wp.sser verknetet und dann wurde das Gemisch abgedampft. Der erhaltene Kuchen wurde getrocknet und dann zusammen mit etwa 25 ml destilliertem Wasser im feuchten Zustand während 30 Minuten in einem Mischer vermählen. Dann wurde das Gemisch zu Pellets jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert. Das geformte Produkt wurde getrocknet und
Tabelle IV-I
bei 500°C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert. Der dabei erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: V von 9,5 :0,5. Er wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 vor dem Gebrauch pulverisiert.
Das verwendete Reaktionsrohr bestand aus einem Quarzreaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 16,5 mm, welches ein Quarzrohr mit einem Außendurchmesser von 5 mm unter Einschluß eines Thermoelements enthielt, wobei der äußere Teil des Reaktionsrohres in einem Elektroofen erhitzt wurde. Ein Beschikkungsgas der folgenden Zusammensetzung wurde durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden-' bei variierenden Reaktionstem-
ij peraturen geführt. Die erhaltenen Reduktionsausmaße an NO, ergeben sich aus der Tabelle I.
700 ppm
700 bis 800 ppm
482 ppm
4%
7,14%
Rest
Beispiel IV-2
Unter Anwendung eines in der gleichen Weise wie in Beispiel IV-i hergestellten Katalysators, wobei jedoch
so das Atomverhältnis von Titan und Vanadium geändert wurde, wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel IV-I ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV-I enthalten.
Zum Vergleich wurde ein allein aus Vanadium
jj bestehender Katalysator in der folgenden Weise hergestellt:
58,5 g Ammoniummetavanadat wurden bei 330°C während 1 Stunde in einem Muffelofen zersetzt. Zu dem erhaltenen Pulver wurden 1 Gew.-°/o Polyäthylenoxid und eine kleine Menge destilliertes Wasser zugesetzt. Die Mischung wurde im feuchten Zustand vermählen und zu Pellets jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert. Das erhaltene Formprodukt wurde bei 50O0C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert. Der erhaltene Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert und bei der gleichen Reaktion wie in Beispiel IV-I eingesetzt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IV-I unter CT-IV-2 aufgeführt.
Reaktionstemperatur
Versuch-Nr.
1 2 3
Reduktionsausmaß an NO.r (%)
Atomverhältnis Ti:V
9,9:0,1 9,7:0,3 9:1
8,5:1,5
7:3
5:5
CT-IV-2
0:10
200 6,4 76,4 90,7 89,9 46,4 26,4 4,1
250 10,9 94,9 96,9 96,3 80,3 60,7 19,6
300 35,7 99,7 ca. 100 99,7 98,0 97,3 32,7
350 84,5 99,7 ca. 100 99,8 99,7 99,7 77,7
400 99,6 99,7 99,3 99,0 98,7 98,7 73,3
450 98,2 97,7 88,1 83,3 47,3 42,7 41,0
500 89.2 89.0 _ _ _
Beispiel IV-3
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel IV-I wurde durchgeführt, jedoch wurde die Temperatur zur Calcinierung des Katalysators geändert, wie aus Tabelle IV-2 ersichtlich. Das verwendete Beschickungsgas bestand aus 600 ppm NO, 600 ppm NH3, 500 ppm SO2, 5'^ppm SO3,4% O2 und 10% H2O. Die Raumgeschwin-
Tabelle IV-2
digkeit betrug 50 000 Stunden-'. Das SO3 wurde durch Luftoxidation von SO2 unter Anwendung eines Katalysators (V205-Diatomeenerde; Feinheit entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49) mit einer Raumgeschwindigkeit von 2300 Stunden-' und einer Reaktionstemperatur von 300°C hergestellt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IV-2 aufgeführt.
Reaklions- Versuch-Nr. 2 450 85,5 3 87,0 4 90,0 5 6
lemperatur I Calciniertempcralur ( C) ReduktionsausmaU an NO, (%) 97,6 95,0 95,6
400 70,0 ca. 100 500 ca. 100 550 ca. 100 600 700
94,0 ca. 100 ca. 100 ca. 100
( C) ca. 100 ca. 100 ca. 100 ca. 100 0 0
200 ca. 100 98,5 98,0 98,5 17,0 0
250 ca. 100 80,0 85,0 73,0 72,6 20.0
300 98,5 95,7 70,5
350 86,0 88,2 33,5
400 36,4 46.0
450 _
500
Beispiel IV-4
von
Dieses Beispiel erläutert die Anwendung
Metatitansäure als Rohmaterial für Titanoxid.
100 g einer Aufschlämmung aus Metatitansäure mit einem Gehalt von etwa 60% Wasser und 3,1 g Ammoniummetavanadat wurden mit 100 ml Wasser gut vermischt. Die erhaltene Aufschlämmung wurde bei 150'C getrocknet und mit etwa 1 g Graphit vermischt. Das Gemisch wurde zu zylindrischen Tabletten jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Höhe von 6 mm verformt. Die geformten Tabletten wurden bei 5000C während 2 Stunden calciniert und zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert. Dieser Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Titan zu Vanadium von 9,5 :0,5. Ein Beschikkungsgas von 300 ppm NO, 300 ppm NH3,500 ppm SO2, 12% CO2, 3% O2, 15% H2, Rest N2, wurde durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 59 000 Stunden-' bei verschiedenen Reaktionstemperaturen geführt. Die- Ergebnisse sind in Tabelle IV-3 enthalten.
Tabelle IV-3
Reaktionstemperatur (C)
Reduktionsausmaß an NO* 3 n-Ammoniakwasser wurde zu einer Lösung von
jo 189,7 g Titantetrachlorid in 1000 ml Eiswasser zugesetzt. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen. 183 g (26,6 g als TiO2, entsprechend '/3 Mol) des erhaltenen Kuchens wurden ausreichend mit einer Lösung von 9,45 g Vanadylsulfat in 100 ml Wasser verknetet und gleichzeitig wurde die Feuchtigkeit abgetrieben. Der erhaltene Kuchen wurde getrocknet und nach dem Zusatz von etwa 25 ml destilliertem Wasser während 30 Minuten in feuchtem Zustand vermählen, worauf zu Pellets mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiprt wurde. Das erhaltene geformte Produkt wurde getrocknet und dann bei 400°C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert. Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti : V von 9 :1. Da Vanadylsulfat eine Wärmezersetzungstemperatur in Luft von mindestens 4000C hat, enthielt der Katalysator Schwefelsäurereste. Der Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel IV-I bei unterschiedlichen Reaktionstemperaturen ausgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IV-4 aufgeführt
Tabelle IV-4
83
93
ca. 100
ca. 100
ca. 100
Reaktionstemperatur
Reduktionsausmaß an NOx
60 (Q
200 250 300
Beispiel lV-5
Dieses Beispiel erläutert die Anwendung von 65 Vanadylsulfat
als Material für Vanadium.
500 82,1 95,0 99,6 ca. 100 ca. 100 97,6 80.0
Beispiel IV-6
Dieses Beispiel erläutert einen Lebensdauerversuch während längerer Zeit unter Anwendung eines Abgases aus einem Brennölboiler als Behandlungsgas.
Das verwendete Reaktionsrohr hatte einen Durchmesser von 150 mm und etwa 5 Liter Katalysator wurden eingepackt. Der Katalysator wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel IV-) hergestellt und zu Pellets mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge von 6 mm geformt. Ammoniak wurde zu dem Abgas aus dem Schwerölboiler zur Bildung eines Beschickungsgases mit der folgenden Zusammensetzungzugesetzt:
NO,
NH,
SO2
SO.
H2O
O2
CO2
Ruß
N2
150 ppm
160 bis 220 ppm
1000 bis 1300 ppm
10 his 70 ppm
8bisll%rr
3 bis 6%
11 bis 14%
60bis90mg/Nm3
Rest
Das Beschickungsgas wurde durch die Katalysatorschicht kontinuierlich während 2000 Stunden bei einer Reaktionstemperatur von 3000C und einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden-1 geführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind aus Tabelle IV-5 ersichtlich.
Tabelle IV-5
Reaktionszeit
(Ski.)
Reduktionsausmaß an NOt
6 ca. 100
250 99,7
500 98,5
1000 97,7
1250 96,8
1500 96,5
1750 96,7
2000 96,8
V. Katalysatoren vom Typ Ti-Ni
Beispiel V-I
Ein Beschickunfsgas aus 190 bis 210 ppm NO, 240 bis 260 ppm NH3,450 bis 550 ppm SO2,2 bis 4% O2, 12,5% CO2, 15% Wasserdampf, Rest N2, wurde durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von r> 11 800 Stunden-' geführt und die Beziehung zwischen Reaktionstemperatur und Reduktionsausmaß an NO, wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I enthalten.
ίο Vl. Katalysatoren vom Typ Ti —Co
Beispiel VI-I
95 g Titantetrachlorid (TiCU) wurden in etwa 1000 ml destilliertem Wasser gelöst und 5 n-Ainmoniakwasser r> zu der Lösung zugesetzt, bis der pH-Wert der Lösung 7,5 erreichte. Der erhaltene Niederschlag wurde gründlich gewaschen, filtriert und vollständig mit einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 36,4 g Kobaitnitrat
:" [Co(NOj)2 · 6 H2O]
verknetet. Dann wurde das Gemisch in der gleichen Weise wie in Beispiel V-I zur Herstellung eines Katalysators mit einem Atomverhältnis Ti : Co von 8 : 2 behandelt.
Der erhaltene Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert und bei der Umsetzung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel V-I unter Anwendung der
in gleichen Apparatur verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle I enthalten.
Beispiel VI-2
Ein Katalysator mit einem Atomverhältnis r> Ti : Co : Ni von 8:1:1 wurde unter Anwendung der in den Beispielen V-I und VI-I eingesetzten Rohmaterialien nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel V-I hergestellt.
Der erhaltene Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert und bei der Reaktion unter den gleichen Bedingungen und unter Anwendung der gleichen Apparatur wie in Beispiel V-I verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI-I enthalten.
4> Tabelle VI-I
Reaktionstemperatur
[Ni(NO3J2-OH2O]
verknetet Das Gemisch wurde gründlich mit 3 Gew. % Graphit verknetet und zu Tabletten mit einem Durchmesser von 6 mm bei einem Formungsdruck von 3^t geformt Die geformten Tabletten wurden bei 5000C während 5 Stunden calciniert Der dabei erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: Ni von 8 :2. Der Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert und in einer Menge von 4 ml in ein Quarzjeaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 17 mm eingepackt
Reduktionsausmaß an NOx
95 g Titantetrachlorid (TiCI4) wurden in etwa 1000 ml 50 ( C)
destilliertes Wasser destilliert und 5 n-Ammoniakwas-
ser zu der Lösung zugesetzt, bis der pH-Wert der Lösung 7,5 erreichte. Der erhaltene Niederschlag wurde gründlich mit einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 36,4 g Nickelnitrat
200 250 300 350 400 450 80 90 97 97 96 92
60 CT-VI-I
Es wurde ein Vergleichskatalysator in der gleichen Weise wie in Beispiel VI-I hergestellt
Unter Anwendung dieses Katalysators wurde das gleiche Beschickungsgas wie in Beispiel V-I mit einer Räumgeschwindigkeit von 59 000 Stunden-' und bei einer Reaktionstemperatur von 3500C in der gleichen Apparatur wie in Beispiel V-I umgesetzt. Die Ergebnisse sind aus Tabelle VI-2 ersichtlich.
Tabelle VI-2
Versuch-Nr. Atomverhältnis Reduktionsai/.smaß
Ti :Co an NOt
CT VI-I
0:10
40,0
VIl. Katalysatoren vom Typ Ti - Cu Beispiel VIM
Ein Katalysator gemäß der Erfindung wurde in folgender Weise hergestellt:
95 g Titantetrachlorid (TiCl4) wurden in 1000 ml destilliertem Wasser gelöst und die Lösung mit 5 n-Ammoniakwasser zur Einstellung des pH-Wertes auf 7,5 neutralisiert. Der erhaltene Niederschlag wurde gründlich gewaschen und filtriert. Eine wäßrige Lösung iliii cificm Grhäli von 30.2 g K.upfeniiirai
[Cu(NOi)2 -3 H2O]
wurde zu dem Niederschlag zugesetzt und gut damit verknetet. Das erhaltene Gemisch wurde bei etwa 120°C während 5 Stunden getrocknet und bei 400°C während 3 Stunden vorcalciniert. Das vorcalcinierte Produkt wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel V-1 zur Herstellung eines Katalysators mit einem Atomverhältnis von Ti : Cu von 8 : 2 behandelt.
Unter Anwendung dieses Katalysators wurde dessen Reduktionsausmaß für NO, unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel V-I und VI-I gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle I enthalten.
CT-VII-I
Ein Vergleichskatalysator wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel VIM hergestellt.
Unter Anwendung dieses Katalysators wurde die gleiche Umsetzung wie in Beispiel V-2 ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII-I aufgeführt.
Tabelle VII-I
Versuch-Nr.
Atomverhältnis Ti: Cu
Reduktionsausmaß an NOx
CT VII-I
0:10
53,5
VIII. Katalysatoren vom Typ Ti-Cr Beispiel VIII-I
Ein erfindungsgemäßer Katalysator wurde in folgender Weise hergestellt:
500 g einer Lösung von Titantetrachlorid (TiCI4) wurden in etwa 1 I Wasser gelöst Zu dieser Lösung wurden 116 g Chrosnnitrat
[Cr(NO3J3 -9 H2O]
zugesetzt. Das Gemisch wurde allmählich tropfenweise zu Ammoniakwasser zur Bildung eines Copräzipitats aus Titan und Chrom zugesetzt In diesem Fall wurde in der erforderlichen Weise Ammoniakwasser zugefügt, so daß der pH-Wert der Lösung nicht unterhalb 8 abfiel. Das erhaltene Copräzipitat wurde gut mit Wasser gewaschen, filtriert und bei etwa 1200C getrocknet Das getrocknete Copräzipitat wurde gut mit 3 Gew.-% Graphit verknetet und bei einem Formungsdruck von etwa 500 kg/cm2 zu Tabletten jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Höhe von 6 mm geformt. Das erhaltene Formungsprodukt wurde bei 500°C während 4 Stunden unter Bildung eines Katalysators mit einem Atomverhältnis Ti: Cr von 9 :1 calciniert.
4 ml des erhaltenen Katalysators wurden in ein Quarzreaktionsrohr mit einem innendurchmesser von 20 mm (nach der Einstellung der Größe des Katalysators entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49) gepackt. Unter Anwendung dieses Katalysators wurde ein Gas aus 290 bis 310 ppm NO. 450 bis 550 ppm SO2. 290 bis 310 ppm NH3, 2 bis 4% O2, 10 bis 13% CO2, 12 bis 16% Wasserdampf, Rest N2. durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden^1 geführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I enthalten.
Wie sich aus Tabelle I ergibt, zeigte der Katalysator gemäß der Erfindung eine hohe Aktivität innerhalb eines breiten Temperaturbereiches von 2uü bis MXTÜ was sieh durch ein Reduktionsausmaß an NO, von 90% zeigt.
Beispiel VIII-2
Dieses Beispiel erläutert die Herstellung von auf Aluminiumoxid getragenen Katalysatoren.
Jeder Katalysator wurde so hergestellt, daß das Atomverhältnis von Ti : Cr 9:1 betrug, indem der Gehalt der aktiven Katalysatorbestandteile variiert wurde.
Eine wäßrige Lösung mit einem Gehalt bestimmter Mengen an Titantetrachlorid und Chromnitrat wurde mit einer wäßrigen Lösung, welche eine bestimmte Menge an Aluminiumnitrat enthielt, vermischt und 6 n-Ammoniakwasser wurde unter Rühren zu der wäßrigen Mischlösung zugesetzt, bis der pH-Wert der Lösung schließlich 8,0 erreichte. Der erhaltene Niederschlag wurde gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen und dann durch filtration abgetrennt. Das erhaltene Copräzipitat ν \irde bei etwa 12O0C getrocknet. Das getrocknete Copräzipitat wurde gründlich mit 3 Gew.-% Graphit verknetet und das Gemisch bei einem Formungsdruck von etwa 500 kg/cm2 zu Tabletten jeweils mit einem Durchmesser vop S mm und einer Höhe von 6 mm verformt. Das geformte Produkt wurde bei 5C0° C während 4 Stunden calciniert.
Der Titangehalt dieser Katalysatoren wurde so eingestellt, daß die Menge an TiO2 2. 10 und 70 Gew.-% betrug.
Unter Anwendung dieser Katalysatoren wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel VIII-I ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VIII-I enthalten.
Tabelle VlII-I 60 (Q Versuch-Nr. 2 73 3
Reaktions 250 1 87
temperatur 300 TiO2 (Gew.-%) 10 92 70
65 350 2 95
400 Reduktionsausmaß an NO1 (%) 92
450 48 90 84
500 55 93
63 97
69 98
78 95
75 92
Beispiel VIIl-3
Dieses Beispiel erläutert einen Lebensdauerversuch der Katalysatoren gemäß der Erfindung während längerer Zeiträume unter Anwendung des Abgases aus einem Brennölboiler.
Der Katalysator (Tabletten von 6 mm Durchmesser und 6 mm Höhe) nach Beispiel VIII-I wurde in einer Menge von 5 Liter in einen Reaktor mit einem Innendurchmesser von 150 mm gepackt 160 bis 250 ppm NH3 wurden zu dem Abgas aus einem Brennölboiler zugesetzt, weiches aus 160 bis 250 ppm NOx, 1000 bis 1200 ppm SO2, 30 bis 60 ppm SO3, 8 bis 10% Wasserdampf, 3 bis 5% O2,11 bis 14% CO2 und 60 b's 9Omg/Nm3 Ruß bestand. Das erhaltene Beschikkungsgas wurde durch die Katalysatorschicht bei einer Reaktionstemperatur von 350 ± 10° C bei einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden-' zur Durchführung der Reduktionsreaktion von NOx geführt Die nach einem kontinuierlichen Lebensdauertest von 1500 Stunden erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle VIII-2 aufgeführt.
Tabelle VIII-2
Vergangene Zeit (Std.)
Reduktionsausmaß
an NOt
Anr'angsstufe
800
1000
1200
1400
1500
99,2
98,5
98,0
98,0
98,2
97,6
97,0
97,5
97,0
Es ergibt sich aus Tabelle VIII-2, daß der Katalysator gemäß der Erfindung nicht durch Schwefeloxide oder andere in den Abgasen enthaltene Gase vergiftet wird und eine gute Beständigkeit besitzt.
IX. Katalysatoren vom Typ Ti-U
Beispiel 1X1
189,7 g Titantetrachlorid (T1CI4) wurden in 1000 ml Eiswasser gegossen und 3 n-Arrmoniakwasser zur Neutralisation der Lösung zugesetzt Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen. 182 g des erhaltenen Kuchens (32,0 g als TiO2, entsprechend 0,4 Mol) wurden gut mit einer Lösung von 223 g Uranylnitrat
[UO2(NOj)2-6 H2O]
in 100 ml destilliertem Wasser verknetet und gleichzeitig wurde die Feuchtigkeit abgetrieben. Der erhaltene Kuchen wurde getrocknet und dann nach Zusatz von etwa 30 ml destilliertem Wasser in feuchtem Zustand in einem Mischer vermählen. Das Gemisch wurde dann zu Pellets mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert Das erhaltene Produkt wurde getrocknet und dann bei 500°C wahrend 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: U von 9:1. Der Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 vor dem Gebrauch pulverisiert Der Reaktor bestand aus einem Quarzreaktionsrohi mit einem Innendurchmesser von 16,5 mm und enthiel ein Thermoelementschutzrohr aus Quarz mit einen· Außendurchmesser von 5 mm. Der äußere Teil de: Reaktors wurde in einem Elektroofen erhitzt Da: Beschickungsgas hatte die folgende Zusammensetzung:
NO
NH3
SO2
O2
H2O
N-,
700 ppm
700 bis 800 ppm
450 ppm
4%
6,4%
Rest
Dieses Gas wurde durch die Katalysatorschicht mil einer Raumgeschwindigkeit von 30 000 Stunden-' be variierenden Reaktionstemperaturen geführt Die erhal tenen Reduktionsausmaße für NOx sind in Tabelle I aufgeführt
Das Produkt wurde zu einer Größe entsprechen einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert Untei Anwendung dieses Katalysators wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel IX-i ausgeführt Die Ergebnisse sind in Tabelle IX-I angegeben.
Beispiel CTIX-I
Zu Vergleichszwecken wurden folgende Katalysatoren hergestellt:
375,1 g Aluminiumnitrat
[Al(NOj)3 - 9 H2O]
wurden in 400 ml destilliertem Wasser gelöst und 3 n-Ammoniakwasser zur Neutralisierung der Lösung zugesetzt Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltrieri und gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen 124 g (entsprechend 0,2 Mol als AI2Oj) des erhaltener Kuchens wurden mit einer Lösung von 223 g Uranylnitrat in 100 ml destilliertem Wasser vermischt und das Gemisch in der gleichen Weise wie in Beispiel IX-I zur Bildung eines Katalysators mit einem Atomverhältnis AI: U von 9 :1 behandelt Unter Anwendung dieses Katalysators wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel IX-I durchgeführt Die Ergebnisse sind in Tabelle IX-I angegeben.
Dieses Beispiel belegt daß der Katalysator gemäß der Erfindung sein überlegenes Verhalten lediglich in Gegenwart von Titan zeigt welches die erste Komponente der Katalysatoren gemäß der Erfindung darstellt.
Tabelle IX-I Reduktionsausmaß
Reaktionstemperatur an NOr
('/.)
(Q 14,6
200 17,7
250 22,5
300 29,4
350 37,0
400 43,2
450 47,1
500 49,3
550
Beispiel 1X-2
Ein Lebensdauerversuch während 1000 Stunden wurde unter den folgenden Reaktionsbedingungen bei Anwendung von 200 ml eines Katalysators mit der
909 521/246
Zusammensetzung von Ti: U = 8 :2 durchgeführt Die Ergebnisse sind in Tabelle IX-2 enthalten.
SV =10 000 Stunden-' Reaktionstemperatur = 3000C
Zusammensetzung des Beschickungsgases
NO 200 ppm
NH3 200 bis 220 ppm
502 300 ppm
503 5 bis 10 ppm O2 10,5% H2O 6,2%
N2 Rest
Katalysatorteilchendurchmesser = 6 mm Katalysatorhöhe = 4 bis 8 mm
Tabelle IX-2
10
15
Vergangene Zeit (Std.)
Reduktionsausmaß x an NO,
8 99,7
100 99,3
500 99,4
1000 99,5
X. Katalysatoren vorn Typ Ti-W- V Beispiel X-I
700 g Titantetrachlorid (TiCI4) wurden in 4000 ml Eiswasser gegossen und 3 n-Ammoniakwasser zur Neutralisierung der Lösung zugesetzt Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen. 1986 g des erhaltenen Kuchens (280 g als TiO2, entsprechend 3,504 Mol) wurden gut mit einer Lösung von 50,8 g Ammonium-pwolframat
[5(NH4J2O- 12WO3 5H2O] in 1500 ml destilliertem Wasser vermischt und eine
JO
40 Lösung von 22,8 g destilliertem Ammoniummetavanadat (NH4VO3) in 10 000 mi destilliertem Wasser zugesetzt, und gleichzeitig wurde die Feuchtigkeit abgetrieben. Der erhaltene Kuchen wurde getrocknet und nach Zugabe von destilliertem Wasser im feuchten Zustand während 30 Minuten vermählen. Dann wurde das Gemisch zu Pellets mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert Das erhaltene Formprodukt wurde getrocknet und dann bei 5000C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: W : V von 9 :0,5 :0,5. Der Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 vor dem Gebrauch pulverisiert
Der verwendete Reaktor bestand aus einem Quarzreaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 163 mm und enthielt ein Thermoelementschutzrohr aus Quarz mit einem Außendurchmesser von 5 mir. Der äußere Teil des Reaktionsrohres wurde in einem Elektroofen erhitzt Das Beschickungsgas hatte die folgende Zusammensetzung:
NO
SO2
O2
H2O
N2
700 ppm
700 bis 800 ppm
482 ppm
4%
7,14%
Rest
Dieses Beschickungsgas wurde durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden-' bei variierenden Reaktionstemperaturen geführt Das erhaltene Reduktionsausmaß an NO* ergibt sich aus Tabelle I.
Beispiel X-2
Unter Anwendung jeweils der in der gleichen Weise wie in Beispiel X-I hergestellten Katalysatoren, wobei jedoch das Atomverhältnis Titan zu Wolfram zu Vanadium geändert wurde, wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel X-I durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle X-laufgeführt.
Tabelle X-I Reaktionstemperatur ( C) 250 300 350 400 450 500 fi
Versuch- Atomverhältnis 200 95,7 99,7 99,8 99,8 98,8 89,2
Nr. Ti: W : V 56,5 99,4 100,0 100,0 99,7 98,6 89,7
1 9,6:0,2:0,2 88,6 99,6 99,8 99,8 99,4 99,4 83,1 ]
2 9,4:0,3:0,3 91,0 98,2 100,0 100,0 100,0 99,8 91,6
3 9:0,2:0,8 81,7 99,5 100,0 99,8 99,6 91,4 71,2 S1
4 9:0,8:0,2 93,3 40,3 74,7 87,0 72,8 36,3 - 3
5 8:1:1 11,7
6 7:1,5:1,5 i
Beispiel X-3
Unter Anwendung eines in der gleichen Weise wie in Beispiel X-I hergestellten Katalysators, wobei jedoch saurer Ton zum Zeitpunkt des Vermahlens in solcher Menge zugesetzt wurde, daß er 50 Gew.-% nach der Calcinierung betrug, um die Formbarkeit der Katalysatormasse zu verbessern und ihre Festigkeit zu erhöhen, wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel X-I ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle X-2 aufgeführt.
51 52
Tabelle X-2 Katalysator- Reaktionstemperatur ( C)
zusammensetzung m m m 35() m 450 500
Saurer Ton 50 Gew.-% Reduktionsausmaß an NOx Ti:W:V =
73,8 97,0 99,8 100,0 100,0 98,9 89,7
Beispiel X-4 Dieses Beispiel erläutert einen Lebensdauerversuch Dieses Beschickungsgas wurde durch die Katalysa-
während längerer Zeiträume unter Anwendung des torschicht bei einer Temperatur von 3000C und einer
Abgases aus einem Brennölboiler. 15 Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden-' kontinu- Der verwendete Reaktor hatte einen Durchmesser ierlich während 2000 Stunden geführt Die erhaltenen
von 150 mm, und die Menge des eingepackten Ergebnisse sind in Tabelle X-3 aufgeführt. Katalysators betrug etwa 5 Liter. Der Katalysator
wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel X-I Tabelle X-3
if hergestellt unH zu Tabletten mit einem Durchmesser 20
ii von 6 mm und einer Höhe von 6 mm geformt Vergangene Zeit Reduktionsausmaß
§ Ammoniak wurde dem Abgas zur Herstellung eines . an NOx
ff Beschickungsgases der folgenden Zusammensetzung .„ω. ,„.
P zugesetzt: I NOx 150 ppm Anfangsstufe ca. 100
I NH3 160 bis 220 ppm 250 99,8
3 SO2 1000 bis 1300 ppm 500 99,7
$ SO3 30 bis 70 ppm 750 99,8
i: H2O 8bisl1% ,n 1000 99,8
1 O2 3 bis 6% 1250 99,6
S CO2 11 bis 14% 1500 99,7
S Ruß 6^bis90mg/Nm3 1750 99,7
ρ N2 Rest 2000 99,7
t| XI. Katalysatoren vom Typ Ti-W-Mo
I Beispiel XI-I
ft Ein Katalysator mit einem Atomverhältnis von anstelle des Ammoniummetavanadat.s von Beispiel X-I
jf Ti: W : Mo von 9 :0,5 : 04 wurde in der gleichen Weise 40 verwendet wurden. Unter Anwendung dieses Katalysa-
Γ wie in Beispiel X-I hergestellt wobei jedoch 34.4 g tors wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel X-I
; Ammonium-p-molybdat ausgeführt Die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt
j| [(NH4J5Mo7O24 · 4 H2O]
| Beispiel XI-2
?1 Unter Anwendung jeweils der in der gleichen Weise Molybdän geändert wurde, wurde die gleiche Reaktion
I wie in Beispiel XI-I hergestellten Katalysatoren, wobei wie in Beispiel X-I ausgeführt Die Ergebnisse sind in
1 jedoch das Atomverhältnis von Titan zu Wolfram zu Tabelle XI-I enthalfen.
Tabelle XI-I 96,2
92,2
300
I an NOx
100
98,4
350 400 100
100
450 500
i
ι
I
Versuch-
Nr.
ca. ca. 100
ca. 100
ca.
ca.
98,3
98,0
89,8
89,7
fi 1
2
Reaktionstemperatur ("C)
Ti: W: Mo 200 250
ReduktionsausmaG
9:0,2:0,8 82,1
8:1:1 83,2
XII. Katalysatoren vom Typ Ti-W-Fe Beispiel XlI-I
163 g (26,6 g als TiO2, entsprechend Wi MuI) an 65 Wasser und einer Lösung von ll,58gFerrosulfat Titanhydroxid, erhalten in der gleichen Weise wie in ._ „n _ „ _.
Beispiel X-I, wurden vollständig mit einer Lösung von ^εί>Ο4 · 7 H2O)
10,88 g Ammonium-p-wolframat in 500 ml destilliertem in 100 ml destilliertem Wasser verknetet und eleichzei-
tig wurde die Feuchtigkeit abgetrieben. Der erhaltene Kuchen wurde getrocknet und nach Zusatz von destilliertem Wasser während 30 Minuten im feuchten Zustand vermählen, worauf er zu Pellets mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert wurde. Das erhaltene geformte Produkt wurde getrocknet und bei 500° C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: W : Fe von 8:1 :1. Der Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis
49 pulverisiert Unter Anwendung dieses Katalysators wurde die gleiche Reaktion wie in Beispie! X-I durchgeführt Die Ergebnisse sind in Tabelle I enthalten.
Beispiel XII-2
Unter Anwendung des in der gleichen Weise wie in Beispiel XII-I hergestellten Katalysators der nachstehend angegebenen Zusammensetzung wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel X-I durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XH-I enthalten.
Tabelle XII-I
Atomverhältnis Reaktionstemperatur ('Q 350 400 450 500
Ti:W:Fe 200 250 300
Reduktionsausmaß an NOx (%)
9:0,5:0,5
84,2
94,8
99,2 99,8
99,8
98,5
XIII. Katalysatoren vom Typ Ti — W — U
Beispiel XIIIl
189,7 g Titantetrachlorid (TiCl4) wurden in 1000 ml Eiswasser gegossen und 3 n-Ammoniakwasser zur Neutralisation der Lösung zugefügt Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen. 173,5 g (32,0 g als TiO2, entsprechend 0,4 Mol) des erhaltenen Kuchens wurden ausreichend mit einer Lösung von 6,14 g Ammonium-pwolframat
[5(NHj)2- 12WO3-SH2O]
in 200 ml destilliertem Wasser und einer Lösung von Uranylnitrat
[UO2(NOa)2 - 6 H2O]
in 50 ml destilliertem Wasser verknetet und gleichzeitig wurde die Feuchtigkeit abgedampft. Der erhaltene Kuchen wurde getrocknet und nach Zusatz von destilliertem Wasser im feuchten Zustand während 30 Minuten vermählen, worauf zu Pellets mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert wurde. Das erhaltene Formprodukt wurde getrocknet und bei 500° C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti: W : U von 8,5 :0,5 :1. Der Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert und bei der folgenden Umsetzung eingesetzt
Der verwendete Reaktor bestand aus einem Quarzreaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 16,5 mm, welches ein Thermoelementschutzrohr aus Quarz mit einem Außendurchmesser von 5 mm enthielt. Der äußere Teil des Reaktors wurde durch einen Elektroofen erhitzt Das verwendete Beschickungsgas hatte die folgende Zusammensetzung:
Dieses Beschickungsgas wurde durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 30 000 Stunden-' bei variierenden Reaktionstemperaturen geführt Die Ergebnisse sind in Tabelle I enthalten.
NO 600 ppm
NH3 800 ppm
SO2 500 ppm
O2 4%
H2O 6%
N2 Rest
XIV. Katalysatoren vom Typ Ti—V—Mo Beispiel XIVl
100 g einer Aufschlämmung mit einem Gehalt von 40 Gew.-% Metatitansäure wurden gut mit 33 g Ammoniummetavanadat und 43 g Ammoniummolybdat verknetet. Das Gemisch wurde bei 1200C während etwa 4 Stunden getrocknet und gut mit 3 Gew.-% Graphit vermischt Das Gemisch wurde bei einem Formungsdruck von etwa 0,5 t/cm2 zu Tabletten mit einer Höhe von 6 mm und einem Durchmesser von 6 snm verpreßt Der erhaltene Formgegenstand wurde bei 500cC während 2 Stunden calciniert. Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis Ti: V : Mo von 9 :03 :0,5.
Das Katalysatoraktivitätstestgerät war vom gewöhnlichen Strömungstyp, und das verwendete Reaktionsrohr bestand aus Quarz und enthielt ein Thermoelementschutzrohr aus Quarz mit einem AuUendurchmesser von 5 mm. Das Reaktionsrohr wurde in einem elektrischen Ofen erhitzt und die Reaktionstemperatur eingesieiit 4 mi des auf eine Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 eingestellten Katalysators wurden in das Reaktionsrohr gepackt und ein Beschickungsgas aus 280 bis 320 ppm NO, 280 bis 320 ppm NH3,450 bis 550 ppm SO2, 2 bis 4% O2, 10 bis !3% CO2, 12 bis 16% HA Rest N2, wurden durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden-' geführt Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt
Beispiel XIV-2
Unter Anwendung jeweils der in der gleichen Weise wie in Beispiel XIV-I hergestellten Katalysatoren, wobei jedoch das Atomverhältnis von Tits η zu Vanadium zu Molybdän geändert wurde, wurde das gleiche Beschickungsgas wie in Beispiel XIV-I durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 50000 Stunden-1 geführt Die Ergebnisse sind in Tabelle XIV-I enthalten.
«55
Tabelle XIV-1
Reaktions Versuch-Nr. 2 8,9:0,1:1 82 3 4 5
temperatur I Atomverhältnis Ti: V: Mo Reduktionsausmaß an NOx (%) 91
9:0,5:0,5 83 97 8:0,5:1,5 7:1:2 6:1:3
94 >99
(C) >99 >99 82 82 75
200 >99 >99 93 92 83
250 >99 90 >99 96 87
300 >99 >99 96 87
350 85 >99 95 88
400 >99 90 85
450 92 80 75
500
Beispiel XIV-3
Dieses Beispiel erläutert einen Lebensdauerversuch während eines längeren Zeitraumes unter Anwendung eines Abgases aus einem Brennölboiler. Der verwendete Reaktor hatte einen Durchmesser von 150 mm, und etwa 5 Liter zylindrische Teilchen des Katalysators mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Höhe von 6 mm wurden in den Reaktor eingepackt. Ammoniak wurde zu dem Abgas zur Herstellung eines Beschikkungsgases mit der folgenden Zusammensetzung zugesetzt:
NO,
NH5
SO2
SO3
H2O
O2
CO2
Ruß
N2
150 bis 210 ppm 160 bis 200 ppm 1000 bis 1300 ppm 30 bis 70 ppm 8 bis 11% 3 bis 6% Il bis 14% 60bis90mg/Nm3 Rest
Vergangene Zeit
(Std.)
Reduktionsausmaß an NOx dem gleichen Verfahren wie in Beispiel XIV-I hergestellt worden war, wobei jedoch ein durch Zusatz von Ammoniakwasser tropfenweise zu einer Lösung von Ferrosulfat gebildeter Niederschlag von Eisenhydroxid anstelle von Ammoniummolybdat zugesetzt wurde und das Molybdän durch Eisen ersetzt wurde, wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel XIV-2 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I enthalten.
Beispiel XV-2
Unter Anwendung jeweils der in der gleichen Weise wie in Beispiel XV-I hergestellten Katalysatoren, wobei jedoch das Atomverhältnis von Ti : V : Fe variiert wurde, wurde die gleiche Umsetzung wie in Beispiel XIV-I durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XV-I aufgeführt.
Tabelle XV-I
Das vorstehende Beschickungsgas wurde bei einer Temperatur von 350±10°C und einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden-' kontinuierlich während 2000 Stunden umgesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIV-2 zusammengefaßt.
Tabelle XIV-2
Anfangsstufe
750
1000
1250
1500
2000
>99 >99 99 99 97 97 98 97
XV. Katalysatoren vom Typ Ti-V-Fe Beispiel XV-I
Unter Anwendung eines Katalysators mit einem Atomverhältnis von Ti: V : Fe von 9 :0,5 :0,5, der nach
Reaktions- Versuch-Nr 2 8:0.5 82 3 V: Fe 4
lemperatur 1 Atomverhältnis Ti: Reduktionsausmaß 96 :1,5 7:0.5:2,5
8,9:0,1:1 76 >99 an NOx (%) 6:1:3
93 >99 86
( C) >99 >99 95 86
200 >99 95 >99 94
250 >99 80 >99 >99
300 95 >99 >99
350 84 93 >or
400 77 94
450 74
500
XV-3
Beispiel
Dieses Beispiel erläutert einen Lebensdauerversuch während verlängerter Zeiträume unter Anwendung eines Abgases aus sinem Brennölboiler. Der verwende te Reaktor hatte einen Durchmesser von 150 mm, und etwa 5 Liter zylindrischer Katalysatorteilchen mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Höhe von 6 mm wurden in den Reaktor gepackt Ammoniak wurde zu dem Abgas zur Herstellung eines Beschik kungsgases der folgenden Zusammensetzung zugefügt:
NOx
NH3
150 bis 210 ppm 160 bis 200 ppm
SO2
SO3
H2O
O2
CO2
RuO
N2
1000 bis 1300 ppm
30 bis 70 ppm
8 bis 11%
3 bis 6%
11 bis 14%
60 bis 90 mg/Nm*
Rest
Dieses Beschickungsgas wurde durch die Katalysatorschicht bei einer Reaktionstemperatur von 35O±1OCC und einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden ' kontinuierlich während 2000 Stunden geführt. Der verwendete Katalysator war der gleiche wie in Beispiel XV-I; die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle XV-2 aufgeführt.
10
Tabelle XV-2
Vergangene Zeit
(Std.)
Anfangsstufe
250
500
750 1000 1250 1500 2000
Reduktionsausmaß an NOt
>99
>99
98
97 96 96 97 96
Tabelle V
In Tabelle V sind aus anderen Komponenten A und B aufgebaute Katalysatoren als bisher erwähnt wurden gezeigt. Diese Katalysatoren wurden in der gleichen
Reaktionsbedingungen SV =
NO =
Weise wie in Beispiel X-I hergestellt. Reaktionsbedingungen waren die folgenden:
und die
= 20 000 Stunden-1
= 600 ppm
Katalysatorteilchendurch
messer entsprechend einer 23
Maschenzahl/cm2 von 16
bis 49
NH3 =
SO3 =
O2 =
H2O =
N2 =
900 ppm
450 ppm
4%
6,3%
Rest
Reduktions
ausmaß an
NO,
Tabelle V 99,7
Versuch-Nr. Katalysatorzusammensetzung Reaktions
temperatur
( C)
96,5
1 Ti-WCu=8,9:l:0,l 350 97,3
2 Ti-W-Co = 8,9:1:0,1 350 96,3
3 Ti-W-Ni = 8,9:1:0,1 350 95,1
4 Ti-W-Cr = 8,9:1:0,1 350 100
5 Ti-W-Sn = 8,9:1:0,1 350 99,2
6 Ti-U-Mo = 9:0,5:0,5 300 100
7 Ti-U-Cu = 9:0,5:0,5 300 99,6
8 Ti - U - V = 9 :0,5 :0,5 300 98,0
9 Ti-U-Cr = 9:O,5:O,5 300
10 Ti-Mo-Fe = 9:0,5:0,5 300
XVI. Katalysatoren von; TypTi-W-Mo-V Beispiel XVIl
163 g (26,6 g als TiO2, entsprechend '/3 MoI) an Titanhydroxid, das in der gleichen Weise wie in Beispiel X-I hergestellt worden war, wurden gut mit einer Lösung von 5,1 g Ammonium-p-wolframat, 23 g Ammoniummetavanadat und 3,5 g Ammonium-p-molybdat in destilliertem Wasser vermischt und gleichzeitig die bo Feuchtigkeit abgetrieben. Der erhaltene Kuchen wurde getrocknet und in der gleichen Weise wie in Beispiel X-1 zur Herstellung eines Katalysators mit einem Atomverhältnis von Ti: W : Mo : V von 8,5 :0,5 :0,5 :0,5 behandelt Unter Anwendung dieses Katalysators wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel X-I durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I enthalten.
XVI}. Katalysatoren vom Typ Ti-V-Sn Beispiel XVIM
I kg 1 itantetrachiorid (1 icu) wurde in 1 i destilliertem Wasser gelöst und 3 n-Ammoniakwasser zur Neutralisation der Lösung zugesetzt Der erhaltene Niederschlag wurde mitteis einer Zentrifugaiabscheidung unter Anwendung eines Filtertuches mit 300 Maschen entwässert und viermal mit 5 ml destilliertem
Wasser gewaschen. 185,8 g des erhaltenen Titanhydroxids (31,96 g als TiO2, bestimmt nach dem Glühverlustverfahren) wurden mit einer Lösung von 2,5 g Ammoniummetavanadat (NH4VO3) in 200 ml destilliertem Wasser und einer Lösung von 0,45 g Zinnsulfat (SnSO4) in 10 ml einer 0,5 η-Schwefelsäure vermischt, wozu 4,5 ml wäßriges 3 η-Ammoniak zugesetzt wurden. Unter ausreichendem Rühren wurde die Lösung abgedampft und konzentriert. Der Rückstand wurde zu einer extrudierbaren Paste durch Vermählen im feuchten Zustand unter Anwendung eines Mischgerätes verarbeitet und zu Pellets mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert. Das erhaltene Formprodukt wurde getrocknet und bei 500°C während 5 Stunden calciniert. Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti : V : Sn von 9,45 : 0,5 : 0,5. Der Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert und bei der folgenden Umsetzung verwendet:
Reaktionsbedingungen
SV = 50 000 Stunden-'
NO = 630 ppm
NH3- 920 ppm
SO2 = 370 ppm
O2 = 4%
H2O = 6,4%
N2 = Rest
Reaktor
Innendurchmesser: 16,5 mm, aus Quarz unter Einschluß eines Thermoelementschutzrohres mit einem Außendurchmesser von 5 mm.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt.
XVIII. Katalysatoren vom Typ Ti-Mo-V-Sn
Beispiel XVIIIl
1 kg Titantetrachiorid (TiCU) wurden in i Liter destilliertem Wasser gelöst und 3 n-Ammoniakwasser zur Neutralisation der Lösung zugesetzt Der erhaltene Niederschlag wurde mittels einer Zentrifugalabscheidung unter Anwendung eines Filtertuches mit 300 Maschen entwässert und viermal mit 5 Liter destilliertem Wasser gewaschen. 185,8 g (31^6g als TiO2, bestimmt durch Glühverlustverfahren) wurden mit einer Lösung von 3,95 g Ammonium-p-molybdat
[(NH4J6Mo7O24-4 H2O]
und 2,61 g Ammoniummetavanadat (NH4VO3) in 200 ml destilliertem Wasser vermischt Weiterhin wurde eine durch Auflösung von 0,48 g Zinnsulfat (SnSO4) in 10 ml einer 0,5 η-Schwefelsäure erhaltene Suspension unter anschließendem Zusatz von 4,5 ml wäßrigem Ammoniak zugesetzt Das Gemisch wurde unter Rühren abgedampft und konzentriert und feucht mit einem Mischer zur Bildung einer extrudierbaren Paste vermählen. Die Paste wurde zu Pellets jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm extrudiert Das erhaltene Formprodukt wurde getrocknet und bei 500° C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert
Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis Ti: Mo : V : Sn von 935 :0,5 :0,5 :0,05. Der Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Maschenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert und bei der folgenden Umsetzung eingesetzt:
Peaktionsbedingungen
SV = 50 000 Stunden-1
NO = 700 ppm
NH3 = 1000 ppm
SO2 = 440 ppm
O2 = 4%
H2O = 6,7%
N2 = Rest
Reaktionsrohr
Innendurchmesser: 16,5 mm, aus Quarz, das ein Thermoelementschutzrohr mit einem Außendurchmesser von 5 mm enthält.
1' Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt.
XIX. Katalysatoren vom Typ Ti-W-V-Sn
Beispiel XIXl
2(i 800 g Titantetrachiorid wurden in 4000 ml Eiswasser gegossen. 3 n-Ammoniakwasser wurde zur Neutralisation der Lösung zugefügt. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und gründlich mit Wasser gewaschen. 1644 g (319,6 g als TiO2, entsprechend 4 Mol) des erhaltenen Kuchens wurden verwendet (Sol A).
58,34 g Ammonium-p-wolframat
[5(NH4J2O- 12 WO3-5 H2O]
und 26,14 g Ammoniummetavanadat (NH4VO3) wurden in in 800 ml destilliertem Wasser gelöst (Lösung B).
Wäßriges Ammoniak wurde zu einer wäßrigen Lösung von 7,83 g Zinnchlorid
(SnCI4 · 5 H2O)
j5 in 30 ml destilliertem Wasser zur Einstellung des pH-Wertes der Lösung auf 7 zugesetzt Der erhaltene Niederschlag wurde zu der Lösung B zugegeben, und das erhaltene Gemisch wurde unter Rühren zu dem Sol A zugesetzt.
Das Gemisch wurde zur Trockenheit konzentriert und nach Zusatz einer geringen Wassermenge im feuchten Zustand unter Anwendung eines Mischers zur Bildung einer extrudierbaren Paste vermählen. Die Paste wurde in Form von Maccaroni mit einem Außendurchmesser von 6 mm und einem Innendurchmesser von 3 mm extrudiert
Das erhaltene geformte Produkt wurde getrocknet und bei 500° C während 5 Stunden in einem Muffelofen calciniert.
Der erhaltene Katalysator hatte ein Atomverhältnis von Ti : W : V : Sn von 835 :0,5 :0,5 :0,05.
Der Katalysator wurde zu einer Größe entsprechend einer Masehenzahl/cm2 von 16 bis 49 pulverisiert und bei der folgenden Umsetzung eingesetzt
Das Reaktionsrohr bestand aus einem Quarzreaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 16,5 mm und enthielt ein Thermoelementschutzrohr aus Quarz mit einem Außendurchmesser von 5 mm. Der äußere Teil des Reaktionsrohres wurde mit einem Elektroofen erhitzt Das verwendete Beschickungsgas hatte die folgende Zusammensetzung:
NO 640 ppm
NH3 670 ppm
SO2 400 ppm
O2 4%
H2O 6,25%
N2 Rest
Das Beschickungsgas wurde durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Stunden-' geführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt.
Beispiel XIX-2
Der in Beispiel XIX-I hergestellte maccaroniförmige Katalysator wurde zu einer Länge von 4 bis 8 mm geschnitten und bei der folgenden Umsetzung verwendet.
Das verwendete Reaktionsrohr hatte einen Innendurchmesser von 35,7 mm und eine Länge von 420 mm und bestand aus rostfreiem Stahl. Als Mittelteil war ein Thernioehmentschutzrohr aus rostfreiem Stahl vorhanden. Der Außenteil des Reaktionsrohres wurde in einem Elektroofen erhitzt. 200 ml des Katalysators wurden in den Reaktor eingepackt.
Das Beschickungsgas wurde durch Zusatz von Stickstoffoxid, Ammoniak, Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid zu dem Abgas eines Boilers ehalten und hatte die folgende Zusammensetzung:
NO, 200 bis 230 ppm
502 300 ppm
NH3 210 bis 240 ppm
503 5 bis 10 ppm (erhalten durch Luftoxidation von SO2)
O2 11,5%
H2O 6,6%
CO2 4,7%
N2 Rest
Dieses Gas wurde durch die Katalysatorschicht mit einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 Stunden ' und bei einer Reaktionstemperatur von 250° C kontinuierlich während 2000 Stunden geführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle XIX-I aufgeführt.
CTXlXl
Unter Anwendung eines Katalysators mit einem Atomverhältnis von Ti : W : V von 9 :0,5 : 0,5. der in der gleichen Weise wie in Beispiel XIX-I hergestellt worden war, wobei jedoch kein Zinn verendet wurde, wurde die gleiche Reaktion wie in Beispiel XIX-i zum Vergleich ausgeführt. Die Ergebnisse sind gleichfalls in Tabelle XIX-I enthalten.
Tabelle XIX-I
Vergangene Zeil Beispiel-Nr.
XIX-2 CT-XIX-I
(SUi.) Reduktionsausmaß an NO, (%)
95,2
94,0
95,8
96,1
95,0
95,5
95,8
96,0
96,1 93.3 85,3
77,5 51.1
Beispiel XIX-3
Dieses Beispiel erläutert den Effekt der Menge des zugesetzten Sn.
Katalysatoren mit den in Tabelle XIX-2 angegebenen Zusammensetzungen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel XIX-I durch Erhöhung der Menge an Zinn. jedoch Abnahme der Menge an Titan hergestellt. Unter Anwendung dieser Katalysatoren wurde der gleiche Katalysatorlebensdauertest wie in Beispiel XIX-2 während 500 Stunden ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIX-2 enthalten.
Tabelle XIX-2
Versuch- Katalysatorzusammensetzung W ν Sn Vergangene Zeit (Std.) und 200 Reduktionsausmaßan NO, 400 (M
Nr. 0,5 0,5 0,5 91,3 93.0
Ti 0,5 0.5 0,25 100 96,0 300 95.3 500
1 8,5 0.5 0,5 0,1 93,3 95,7 92,8 94.1 93.0
2 8,75 0,5 0.5 0,01 96,6 93,3 94.8 90.3 94.8
3 8,9 95,5 93.8 94.4
4 8,99 96,3 91.2 88.6

Claims (2)

Patentansprüche;
1. Verfahren zur reduktiven Zerstörung von Stickoxiden in Abgasen, dadurch gekenn- s zeichnet, daß man ein Gasgemisch, welches Stickoxide und molekularen Sauerstoff und Ammoniak enthält, bei einer Temperatur von 150 bis 550° C und bei einer Raumströmungsgeschwindigkeit von 300 bis 100 000 Stunden-' mit einer tCatalysatorzu- ι ο sammensetzung in Berührung bringt, die aus einer innigen Mischung der Komponenten
(A) Titan in Form von Oxiden
(B) wenigstens ein Metall aus der Gruppe B-I Eisen und Vanadium in Form von Oxiden
und/oder Sulfaten, und/oder der Gruppe B-2 Molybdän, Wolfram, Nickel, Kobalt, Kupfer, Chrom und Uran in Form von Oxiden,
(C) Zinn in Form von Oxiden
(D) Metalle aus der Gruppe Silber, Beryllium, Magnesium, Zink, Bor, Aluminium, Yttrium, seltene Eidenelemente, Silicium, Niob, Antimon, Wismut und Mangan in Form von Oxiden, ^5
besteht, wobei die Komponenten in den Atomverhältnissen
A zu B zu C zu D =1 zu 0,01 — lOzuO—0,2 zu 0—0,15
vorhanden sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gasgemisch verwendet, in . welchem die Molarverhältnisse Stickoxid zu molekularem Sauerstoff zu Ammoniak 1 zu nicht weniger als 0,25 zu 0,5 — 10 betragen. J5
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