PL149165B1

PL149165B1 - Method of catalytically purifying gases of low concentration of pollutants

Info

Publication number: PL149165B1
Application number: PL1985256965A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Wojciechowski
Original assignee: Polska Akademia Nauk Instytut
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1990-01-31
Also published as: NO865002L; YU215586A; PL256965A1; EP0226203A3; RO97054A2; BR8606469A; NO865002D0; RO97054B1; EP0226203A2; JPS62225229A

Description

ZANIECZYSZCZEŃ

Przedmiotem wynalazku jest sposób katalitycznego oczyszczania gazów, zwłaszcza przemysłowych od niepożądanych zanieczyszczeń, zwłaszcza gdy ich stężenie jest wzzlędnie niskie. Procesy kataliyycznego oczyszczania gazów zachodzę w temppraturze pomiędzy 200 a 400°C. Chcęc w praktyce zastosować znane metody kataliyycznego oczyszczania gazów należy więc oczyszczone gazy podgrzewać do tej temppratury. Dla obniżenia energochłonności, instalacje kataliyycznego oczyszczania gazów zaopatruje się w przeponowe wyyiemnki ciepła, regenerujęce część ciepła· Zużycie ciepła w tych procesach jednak średnio około 50 kcal na 1 m² oczyszczonego gazu.

Weeług nowych rozwięzań procesowych, na przykład według opisu patenoowego PRL nr 126861, gazy można oczyszczać metodę rewersyjnę. W procesie tym kierunek gazu płynęcego przez reaktor zmienia się cyklicznie na odwrotny, złoże katalizatora umieszczone jest pomiędzy dwiema warstwami wyyprnienia ceramicznego, a ciepło potrzebne do podgrzania katalizatora doprowadza się do środkowej części złoża katalizatora· W meeodzie tej zużycie ciepła potrzebnego do podgrzania złoża katalizatora obniżyło się średnio do około 5-10 kcal/m , co było dużym postępem w stosunku do poprzednich mmeod.

W pewnych warunkach nawet tak niskie zużycie energii jest zbyt duże i kosztowne. Dzżeje się tak w przypadku oczyszczania dużych objętości gazów o niskim stężeniu zanieczyszczeń. Wyytępuje to np· przy usuwaniu etylenu z komór ρrcechowalneyzych płodów ogrodniczych, przy oczyszczaniu gazów z resztek rozpuszczalników z komór lakierniczych lub przy dezodosyyzcj i powiiO^a w halach fabrycznych. Wprowaddzeie elementów grzejnych bezpośrednio do złoża katalitycznϋgo jest znane na przykład z opisu patensowego PRL nr 123101. Praktyka wy^aala jednak, że na styku cząstek katalizatora playynowego lub tlenku i goręcej powierzchni elementu grzejnego tworzę się miejscowe ogniwa powc^oJujące

149 165

149 165 przepalanie się grzałek· Zjawisko to w praktyce ^li^ml^nowało konstrukcje komór katalitycznych z grzałkami umieszczonymi bezpośrednio w złożu katalizatora· Nieoczekiwanie stwierdzono, że zjawisko powstania miejscowych ogniw można wyeliminować stosując sposób według wynalazku·

Sposobem według niniejszego wynalazku można oczyszczać gazy przy jeszcze mniejszym zużyćiu energii niż stosując wyżej opisane metody· Sposób ten stanowi dalsze usprawnienie metody rewersyjnej·

Sposób kataHy cennego oczyszczania gazów o niskim' stężeniu zanieczyszczeń na drodze katalijycziej'. destrukcji. zanieczyszczeń na zło-żu katalizatora umieszczonego pomiędzy dwoma warstwami wP^nimia ceramicznego, przy cyklicznych zmianach kierunku przepływu oczyszczanego gazu na odwrotny, polega według wnalazku na tym, że gaz zanieczyszczony związkami ulegającymi kataliyycznej konwerrji przepuszcza się przez złoże katalizatora nagrzewając je do temperatury inicjowania reakcji za pomocą zanurzonych w złożu granulowanego katalizatora, stosowanego w procesach dopalania gazów, elektrycznych elementów grzejnych pokrytych warstwą ceramiczną, zwłaszcza tlenkami krzemu, przez impregnację powierzchni wodnym roztworem krzemianu sodu lub ^potaJu^, ^suszenie i wyprażenie w temperaturze 400 - 500°C i ewennualn^ po schodzeniu zaimpregnowanie poweJałej warstwy ceramicznej wodnym roztworem kwasu jhloroρlajynowego, korzystnie o stężeniu 0,1%·

Jeżeli taka ceramiczna warstwa dodatkowo impregnuje się substancją kataliyycznie aktywną, wówczas proces inijowania reakc^c i pełnego utleniania związków organicznych zachodzi szybciej i przy niższym poborze energii· Istotne jest również,by temperatura powierzchni elementu grzejnego nie była zbyt wysoka· co mogłoby spowodować destrukcje masy ceramicznej lub substancci katalijyczπrj naniesionej na poweθrzjhnir grzałki. Stwierdzono, że niebezpieczeństwo takie nie istnieje, jeżeli z po^^w^rzchni zewnętrznej grzałki elektrycznej w^ziela się ciepło w i-loścl. nie większej niż 2 W/hcm^·

Sposób według w^nal^azku można zrealioować w urządzeniu przedstawionym na rysunku. Składa się ono z cylindra metalowego 1, podzielonego perforowanymi blachami 2, 3, 4 i 5. Przegrody te tworzą zamknięcia poszczególnych komór. Przegrody 2 i 3 oraz 4 i 5 zamykają komory z wypełnieneem ceramicznym; przegrody 3 i 4 zamykają komorę kataliyyczną. W komorze katalijyczir j umieszczono typowy elektryczny element grzejny 6, składający się ze spirali elektrycznej i osłony meealowee, stanowiącej płaszcz ochronny. Poweerichiie zewnętrzną elementu grzejnego pokryto od strony zewnętrznej cienką warstwą tworzywa ceramicznego. Warstwę tę tworzył krzemian sodu lub potasu powesely przez zaimpregnowanie poweerichii zewnętrznej szkłem wodnym czyli wodnym roztworem krzemianu sodu lub potasu· PoweJałę warstwę zaimpregnowano wodnym roztworem kwasu chlo rcplay^ow^c, wysuszono 1 wyprażono. W komorze kataliyycznej po zamontowaniu elementu grzejnego z aktywną powłoką umieszczono typowy katalizator platynowy, stosowany w procesach kataHycznego dopalania gazów.

Króćce 7, 8, 9 służą do wsypywania i wysypywania wypeenienia ceramicznego i katalizatora·. Weenylatory 10 i 11 tłoczyły poweetrie do urządzenia na przemian cyklicznie w odwrotnym kierunku. Urządzenie otaczała warstwa izolacji termicznej.

Przykład I. Sposób według wynalazku sprawdzono praktycznie· średnica cylindra 1 wynoosła 200 mm. Wysokość komory z katalizajorim - 80 mm. Jako katalizator zastosowano typowy sferyczny katalizator platynowy o średnicy kul 6-7 mm. Wennylatory tłoczyły przez urz^zenie przemiennie w odwrotn^ych ki e ru n ka ch co 2^,5 minut^y 30 m³/godz. powi-etrza iaiirji^yJijij nego etyennem o stężeniu 0,0011%. W komarze kataliyycznej umieszczono elektryczny element grzejny, zwinięty w kształcie koła o średnicy 160 mm. Długość elementu eynojJła 120 mm, średnica zewnętrzna 8 ϋ Płaszcz zewnętrzny elementu grzejnego wykonany był ze stali żaroodpornee· Pobór mocy przez grzałkę regulowano poprzez zmianę przyłożonego napięcia elektyycznego. Termopary mierzyły temperaturę gazu na skrajnych warstwach złoza katalizatora.

W doświadczeniu stwierdzono, że jeżeli pobór mocy przez grzałkę wynossł 230 W, temperatura złoża katalizatora w skrajnych punktach ustaliła się w zakresie 230 - 240°C, przy czym stwierdzono, że stopień kjnwerrJi etylenu na złożu katalizatora wyπojJł 98,5. W temperaturach niższych konwersja ta eynojjła:

149 165

- w	temppraturze	220-233Oc	- 97%
- w	temppraturze	2I0-230°C	- 94%
- w	temperaturze	233-213°C	- 87%
- w	temppraturze	180-230°C	- 65%

Eksploatując konwerter w temperaturze 230-240°C przez 365 godzin stwierdzono, że spirala elektryczna ulega przepaleniu.

Przyk ł a d II. Doowiaddzenie'z przykładu I powtórzono z tym, żę płaszcz elementu grzejnego został'od 'Strony zewnętrznej pokryty warstwę ceramiczną. Warstwę tę naniesiono poprzez zanurzenie elementu grzejnego w I,C% roztworze krzemianu sodowego, a następnie wwsuuzenie w temppraturze 50 do I00°C i wppażeniu w temppraturze 400 do 500°C. Przebieg doświadczenia był podobny jak w przykładzie piewszym z tym, że element grzejny nawet po I000 godzinach pracy nie uległ przepaleniu.

Przykład III. ’DoOwtadczθnie z przykładu II powtórzono z tym, że element grzejny z naniesioną warstwą ceramiczną dodatkowo zaimpregnowano 0,1% roztworem wodnym kwasu chloΓoplaSynowego, wysuszono i wyprażono w temppraturze 450-550°C. Przebieg doświadczenia był następujący. Przy poborze mocy 230 W temppratura złoża katalizatora ustaliła się w zakresie 230 do 240°C. W podobnych walonkach jak w przykładzie I, stopień konwwersi etylenu w temperaturze 230 do 240 C wyyiósł 99,0%. W temperaturzr niższej stopień konw^^i etylenu w^^nssi::

- w tempeaturze 220-330°C - 99,%

- w tempeaaurze 2102300^ - 98,5%

- w tempprrtuΓze 200-2I0°C - -980% #

- w temp^ro^ rze I802300°C - 96>%

Gdy temperatura złoża katalizatora osiągnęła wartość I80 do 200°C, pobór mocy w^^noi-ł I25 W. Doowiadczenie kontynuowano przy poborze mocy I65 W, temppeatura złoża katalizatora wahała się w granicach I80 do 233°C. V ciągu I333 godzin eksploatacji stopień konwirrji etylenu wahał się od 95 do 97,5%. Nie stwierdzono przepalania się grzałki elektrycznej .

Powyższe doświadczenia wySkaały, że pokrycie cienką powłoką ceramiczną zewnntrznego płaszcza grzałki elektrycznej przeciwdziała tworzeniu się ogniw niszczących grzałki, jeżeli grzałka umieszczona jest w złożu katalizatora platynowego. Podobny był wynik doświadczenia, w którym grzałkę wprowadzono do złoża katalizatora miedziowo-cynkowego. Dodatkowe nałożenie powłoki katalitycznie aktywnej na warstwę ceramiczną obniża znacznie pobór mocy potrzebnej do przeprowadzenia katalisycznej przemiany etylenu, przy jednoczesnym zachowaniu odporności grzałki na tworzenie się destuukswwnpch ogniw. Podobne wyniki uzyskano, gdy zamiast po^Woki krzemionkowej nałożono powłokę wykonaną z tlenku glinu.

Przykład IV. Podobne do opisanych wyżej wysiki uzyskano, zastępując etylen zawarty w powietrzu poddawanym oczyszczeniu acetonem. Gdy powietrze zanieczyszczone było ksyle3 nem o stężeniu 0,3 g/m , wysiki uzyskane w warunkach rkseerpmenialnych takich jak w przykładzie I /gdy grzałka nie była zaimpregnowana/ były następujące:

- koi^^sja ksylenu w temperaturze 223-233°C - 0%

- 230-250°C - 15%

- “ “ 2S02830Cc - 75%

- 280-300°C - 88%

- “ 30^330% - 95%

Grzałka przepaliła się po 275 godzinach pracy. W warunkach przykładu III, a więc gdy grzałka elektryczna pokryta była warstwą ceramiczną oraz zaimpregnowana 0,1% roztworem kwasu chlorsplasynowego, konw^e^a ksylenu była następująca:

- w temppraturze 220-230°C - 25%

- 230-250Cc - Q%%

- 250-270CC - 96%

149 165

Sposób prowadzenia procesu według wynalazku umożliwia, jak wynika z opisanych doświadczeń, oczyszczanie gazów przy bardzo oałyo poborze energii, rzędu 3-4 W na oetr sześcienny o

oczyszczanego gazu, tj· 2,6 do 3,5 kcal/o, a więc dużo oniejszyo nil w innych metodach· Sposób dopalania gazów według wynalazku ooże być szczególnie przydatny do usuwania etylenu z przechowalni owoców i do dezodoryzacji pomieszczeń i hal fabrycznych·

Claims

1· Sposób katalitycnnego oczyszczania gazów o niskio stężeniu zanieczyszczeń na drodze katalitycznej destrukturyzacci zanieczyszczeń na złożu katalizatora uoieszyconego pomiędzy dwieoa warstwaoi wypełnienia ceraoicznego, przy cyklicznych zoianach kierunku przepływu oczyszczanego gazu na odwrotny, znaoienny tym, że gaz zanieczyszczony związkaoi ulegającyoi katalitycznej konwerrj i, przepuszcza się przez z ł o że katalizatora nagrzewając je do teoperatury inicjowania reakcji za pooccą zanurzonych w złożu granulowanego katalizatora, stosowanego w procesach dopalania gazów, elektyycznych eleoentów grzejnych pokrytych warstwą yrraoiyzną, zwłaszcza tlenkaoi krzemu, przez iopregnację powwerzchni wodnyo roztworeo krzeoianu sodu lub potasu, wysuszenie i wyprażenie w teoperaturze 400-500°C i ewentualnie ^po schłodzeniu zaiopregnowanie powejałej warstwy yeraiiyznej wodnyo roztworern kwasu yhlżΓżplatyżowegż, korzystnie o stężeniu 0,1%·

2· Sposób według zastrz.l, znarnienny tym, że nagrzewanie prowadzi się tak, t o aby ilość ciepła wydzielana przez rleieni grzejny nie była większa niż 1,5 W/co · godz·, licząc na zewnętrzną powierzchnię eleirniu grzejnego zanurzonego w złożu katalizatora·