PL168776B1

PL168776B1 - Sposób usuwania gazowych zanieczyszczeń organicznych i tlenku węgla

Info

Publication number: PL168776B1
Application number: PL92294259A
Authority: PL
Inventors: Boguslaw Nowicki; Anna Masiarz; Sabina Zawadzka; Danuta Gniady; Wladyslaw Jaglarz
Original assignee: Inst Ciezkiej Syntezy Orga
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1996-04-30
Also published as: PL294259A1

Abstract

Sposób usuwania gazowych zanieczyszczeń organicznych i tlenku węgla z przemysłowych gazów odlotowych i gazów spalinowych poprzez całkowite utlenianie na katalizatorze nośnikowym zawierającym platynę w temperaturze powyżej 150°C i przy obciążeniu do 50 Nm3 gazów/kg katalizatora i godzinę, znamienny tym, że proces spalania prowadzi się na katalizatorze zawierającym 0,02 do 0,05% wagowych platyny oraz dodatek cynku, przy czym stosunek masowy platyny do cynku wynosi 4-1:1 a nośnikiem katalizatora jest aktywny tlenek glinu y - A1203.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania gazowych zanieczyszczeń organicznych i tlenku węgla z przemysłowych gazów odlotowych i gazów spalinowych poprzez całkowite utlenianie zanieczyszczeń gazowych i tlenku węgla na katalizatorze.

Głównymi źródłami emisji zanieczyszczeń gazowych do atmosfery są zakłady należące do przemysłu chemicznego, petrochemicznego, rafineryjnego, maszynowego a także farmaceutycznego i przetwórczego.

Drugą ważną przyczyną wzrostu trujących zanieczyszczeń powietrza jest gwałtowny rozwój motoryzacji. Silniki spalinowe, oprócz dwutlenku węgla i wody, emitują do atmosfery produkty niecałkowitego spalania głównie tlenek węgla, węglowodory, aldehydy, związki siarki i tlenki azotu. W przypadku pojazdów mechanicznych najlepszym sposobem zmniejszenia emisji toksycznych składników spalin jest zastosowanie spalania katalitycznego. Dotyczy to również przemysłowych gazów odlotowych.

Obecność katalizatora przyspiesza i ułatwia spalanie zawartych w gazach resztek związków organicznych i tlenku węgla.

Produktami spalania są nieszkodliwe dla organizmów żywych związki: woda i dwutlenek węgla. Jako katalizatory stosowane są powszechnie metale szlachetne osadzone na nośnikach ceramicznych lub metalicznych. Stosuje się też tlenki metali nieszlachetnych takich jak chrom, miedź, kobalt, nikiel, mangan i inne.

Wiadomo, że najbardziej efektywnymi katalizatorami dopalania zanieczyszczeń z gazów spalinowych i przemysłowych gazów odlotowych są katalizatory oparte na metalach szlachetnych. Przeszkodą stojącą na drodze ich pełnego upowszechnienia jest jednak wysoka cena tych metali. Stąd liczne próby prowadzące do zastąpienia platynowców metalami nieszlachetnymi bądź też obniżenia udziału platyny czy palladu w katalizatorze poprzez zastąpienie części metalu szlachetnego metalem nieszlachetnym (polski opis patentowy 145736).

Z opisu patentowego NRD 132924 znany jest katalizator składający się z 0,001 do 0,2% wagowych platyny i/lub palladu, 0,7-0,8% wagowych tlenku glinu oraz 0,01 do 0,3% wagowych tlenku berylu i 0,4-1,5% wagowego dodatku cementującego. Otrzymywanie katalizatora polega na pokrywaniu warstewką katalityczną nieporowatego nośnika w postaci spirali metalowej.

W opisie patentowym Wielkiej Brytanii 2070959 przedstawiony jest katalizator do usuwania tlenku węgla i węglowodorów z gazów odlotowych. Nośnikiem katalizatora jest glinian wapnia z dwutlenkiem tytanu w postaci wytłoczek. Komponentem katalitycznym jest metal z grupy platynowców w ilości od 0,1 do 1,0% wagowego nośnika (zwykle platyna). Dodatkiem jest tlenek metalu z grupy Mn, Fe, Co, Ni, Cr, Mo, Sn, Pb, Cu, Ag, La, Zn, Cd, V lub mieszanina tlenków tych metali. Znany z opisu patentowego amerykańskiego nr 4154705 katalizator do dopalania gazów spalinowych z silników ma postać siatki z drutów stopu platyny z glinem, niklem lub cynkiem w ilości od 0,5 do 10% wagowych masy platyny.

168 776

Opisane wyżej katalizatory platynowe mają skomplikowaną procedurę wytwarzania. Złożona procedura podwyższa koszty produkcji katalizatora, utrudnia również standaryzację. Miernikiem efektywności stosowanych katalizatorów jest zarówno skuteczność działania jak i koszt ich wytwarzania. Obniżenie kosztu wytwarzania katalizatorów osiąga się poprzez zmniejszenie udziału metali szlachetnych bez zmniejszenia jego aktywności. Okazało się to możliwe dzięki zastąpieniu części metalu szlachetnego dodatkami metali nieszlachetnych.

Istotą wynalazku jest sposób usuwania gazowych zanieczyszczeń organicznych i tlenku węgla z przemysłowych gazów odlotowych i gazów spalinowych poprzez całkowite utlenianie na katalizatorze nośnikowym zawierającym platynę, w temperaturze powyżej 150°C i przy obciążeniu do 50 Nm³ gazów/kg katalizatora i godzinę, który to sposób polega na tym, że proces spalania prowadzi się na katalizatorze zawierającym 0,02 do 0,05% wagowych platyny oraz dodatek cynku, przy czym stosunek masowy platyny do cynku wynosi 4-1:1 a nośnikiem katalizatora jest aktywny tlenek glinu y - AI2O3. Okazało się bowiem, że dodatek cynku do katalizatora platynowego podwyższa jego aktywność co przejawia się obniżeniem temperatury skutecznego dopalania zanieczyszczeń. Równocześnie obniżeniu ulega koszt produkcji katalizatora i to zarówno przez „zastąpienie części platyny w katalizatorze metalem nieszlachetnym, a więc tańszym i łatwiej dostępnym, jak i poprzez zwiększenie wykorzystania platyny w trakcie preparacji katalizatora na drodze nasycania nośnika roztworem kwasu chloroplatynowego z dodatkiem soli cynku. Sposobem według wynalazku poddaje się oczyszczaniu gazy zawierające toksyczne zanieczyszczenia organiczne takie jak benzen, aceton, heksan, tlenek węgla i inne. Katalizator przygotowano poprzez nasycenie 20 g aktywnego tlenku glinu y - AhO3 wodnym roztworem kwasu chloroplatynowego i azotanu cynku. Nasycony nośnik suszono w temperaturze 130°C przez 2 godziny i następnie redukowano katalizator przepuszczając w temperaturze 600°C spaliny z gazu koksowniczego, zawierające ~1% tlenku węgla.

Otrzymane próbki katalizatorów testowano w sposób następujący: mieszaninę gazową zawierającą około 0,2% objętościowych związku organicznego lub 0,5% objętościowych tlenku węgla w powietrzu, przepuszczano przez złoże katalizatora umieszczonego w szklanym reaktorze, w którym znajdowało się 10 g badanego katalizatora.

Natężenie przepływu gazu przez reaktor wynosiło 150 l/h. Aktywność katalizatorów będących przedmiotem wynalazku oznaczano w procesie spalania następujących związków: etylenu, tlenku węgla, acetonu, heksanu i benzenu.

Dla etylenu i tlenku węgla wyznaczono temperatury 10%, 50% i 90% konwersji, natomiast dla acetonu, heksanu i benzenu temperatury zapoczątkowania reakcji spalania. Zawartość tlenku węgla określono przy pomocy analizatora Ultramat 21 (firma Siemens), a zawartość etylenu metodą termoróżnicową. Tempertury początku reakcji acetonu, heksanu i benzenu wyznaczono metodą termograficzną, na podstawie efektu cieplnego w złożu katalizatora.

Przykład I. Katalizator do procesu spalania zanieczyszczeń organicznych i tlenku węgla przygotowywano w następujący sposób:

— do naczynia szklanego o pojemności 100 ml wlewa się 30 ml wodnego roztworu kwasu chloroplatynowego zawierającego 0,004 g platyny a następnie dodaje się 20 g aktywnego tlenku glinu, w postaci kulek.

Proces nasycania nośnika roztworem prowadzono w temperaturze 45°C w czasie 2 godzin.

Nasycony nośnik wysuszono w temperaturze 130°C i następnie zredukowano w temperaturze 600°C, w spalinach gazu koksowniczego w czasie 2 godzin. Zawartość tlenku węgla w gazie redukującym wynosiła -1 % objętościowych. Otrzymane wyniki aktywności katalizatora podano w tabeli.

Przykład II. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I przez impregnację 20 g tlenku glinu roztworem zawierającym 0,004 g platyny i 0,004 g cynku. Wyniki oznaczeń aktywności otrzymanego katalizatora według odpowiednich testów podano w tabeli.

Przykład III. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I przez impregnację 20g tlenku glinu roztworem, w którym znajdowało się 0,004 g platyny w formie kwasu chloroplatynowego i 0,01 g cynku w formie azotanu. Uzyskane wyniki testów podano w tabeli.

168 776

Przykład IV. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I przez impregnację 20 g tlenku glinu roztworem, w którym znajdowało się 0,004 g platyny, w formie roztworu kwasu chloroplatynowego i 0,016 g cynku w formie azotanu. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład V. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I przez impregnację 20 g tlenku glinu roztworem, w którym znajdowało się 0,004 g platyny w formie kwasu chloroplatynowego oraz 0,2 g cynku, w formie azotanu. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład VI. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I przez impregnację 20g tlenku glinu roztworem, w którym znajdowało się 0,007 g platyny, w formie kwasu chloroplatynowego. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład VII. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I przez impregnację 20g tlenku glinu roztworem, w którym znajdowało się 0,007 g platyny, w formie kwasu chloroplatynowego oraz 0,004 g cynku, w formie azotanu. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład VIII. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I przez impregnację 20 g tlenku glinu roztworem, w którym znajdowało się 0,007 g platyny, w formie kwasu chloroplatynowego oraz 0,01 g cynku w formie azotanu. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład IX. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I, przez impregnację 20g tlenku glinu roztworem, w którym znajdowało się 0,007 g platyny, w formie kwasu chloroplatynowego oraz 0,016 g cynku, w formie azotanu. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład X. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I, przez impregnację 20 g tlenku glinu roztworem, w którym znajdowało się 0,01 g platyny w formie kwasu chloroplatynowego. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład XI. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I, przez impregnację 20g tlenku glinu roztworem, w którym znajdowało się 0,01 g platyny w formie kwasu chloroplatynowego oraz 0,004 g cynku w formie azotanu. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład XII. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I, przez impregnację 20 g tlenku glinu roztworem, zawierającym 0,01 g platyny, w formie kwasu chloroplatynowego oraz 0,01 g cynku, w formie azotanu. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład XIII. Katalizator otrzymano jak w przykładzie I, przez impregnację 20 g tlenku glinu roztworem zawierającym 0,01 g platyny w formie kwasu chloroplatynowego oraz 0,016 g cynku, w formie azotanu. Otrzymane wyniki testów podano w tabeli.

Przykład XIV. W procesie dopalania tlenku węgla badano katalizator na aktywnym tlenku glinu zawierającym 0,05% platyny. Jako surowiec zastosowano gazy odlotowe pochodzące z niepełnego spalania gazu koksowniczego, zawierające 0,7% objętościowych tlenku węgla. Gaz ten przepuszczano przez złoże badanego katalizatora 20 g podgrzanego do temperatury procesu spalania. Na podstawie analizy chromatograficznej tlenku węgla stwierdzono, że 95% stopień usunięcia tlenku węgla następuje w temperaturze 205°C. Obciążenie katalizatora fazą gazową wynosiło 0 l/g kat.h.

Przykład XV. W warunkach identycznych jak w przykładzie XIV badano w procesie dopalania tlenku węgla katalizator zawierający 0,02% platyny. Skład gazu oraz sposób postępowania był identyczny z przykładem XIV. Stwierdzono, że 95% stopień oczyszczenia tod tlenku węgla następuje w temperaturze 230°C.

Przykład XVI. W warunkach identycznych z przykładem XIV badano w procesie dopalania tlenku węgla katalizator zawierający 0,05% platyny i 0,05% cynku. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia tlenku węgla uzyskuje się w temperaturze 192°C.

Przykład XVII. W warunkach identycznych z przykładem XIV badano w procesie dopalania tlenku węgla katalizator zawierający 0,02% platyny i 0,02 cynku. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia tlenku węgla uzyskuje się w temperaturze 220°C.

Przykład XVIII. W procesie dopalania benzenu badano katalizator, na nośniku aktywnym tlenku glinu, zawierający 0,05% platyny. Jako surowiec zastosowano powietrze zawierające 1 g/m³benzenu. Gaz ten przepuszczano przez złoże katalizatora podgrzanego do temperatury procesu. Na

168 776 podstawie analizy chromatograficznej zawartości benzenu stwierdzono, że jego usunięcie w stopniu 95% następuje w temperaturze 275°C. Obciążenie katalizatora fazą gazową wynosiło 30 l/g kat.h.

Przykład XIX. W warunkach identycznych jak w przykładzie XVIII badano w procesie dopalania benzenu katalizator zawierający 0,02% platyny. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia benzenu z powietrza następuje w temperaturze 300°C.

Przykład XX. W warunkach identycznych z przykładem XVIII badano w procesie dopalania benzenu katalizator zawierający 0,05% platyny i 0,05% cynku. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia benzenu z powietrza, następuje w temperaturze 250°C.

Przykład XXI. W warunkach identycznych z przykładem XVIII badano w procesie dopalania benzenu katalizator zawierający 0,02% platyny i 0,02% cynku. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia benzenu z powietrza następuje w temperaturze 280°C.

Przykład XXII. W procesie dopalania acetonu badano katalizator, na nośniku aktywnym tlenku glinu, zawierający 0,05% platyny. Jako surowiec zastosowano powietrze zawierające 1 g/m3 acetonu. Gaz ten przepuszczano przez złoże katalizatora podgrzane do temperatury procesu spalania. Na podstawie analizy chromatograficznej zawartości acetonu stwierdzono, że 95% stopień usunięcia acetonu z powietrza następuje w temperaturze 350°C. Obciążenie katalizatora fazą gazową wynosiło 30 L/g kat.h.

Przykład XXIII. W warunkach identycznych z przykładem XXII badano w procesie dopalania acetonu katalizator zawierający 0,02% platyny. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia acetonu z powietrza następuje w temperaturze 380°C.

Przykład XXIV. W warunkach identycznych z przykładem XXII badano w procesie dopalania acetonu, katalizator zawierający 0,05% platyny i 0,05% cynku. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia acetonu z powietrza następuje w temperaturze 325°C.

Przykład XXV. W warunkach identycznych z przykładem XXII badano w procesie dopalania acetonu, katalizator zawierający 0,02% platyny i 0,02% cynku. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia acetonu z powietrza następuje w temperaturze 360°C.

Przykład XXVI. W procesie dopalania acetonu badano katalizator na nośniku aktywnym tlenku glinu, zawierający 0,05% platyny. Jako surowiec zastosowano powietrze zawierające 1 g/m³heksanu. Gaz przepuszczono przez złoże katalizatora (20 g) podgrzane do temperatury procesu dopalania. Na podstawie analizy chromatograficznej zawartości heksanu stwierdzono, że 95% stopień usunięcia heksanu następuje w temperaturze 425°C.

Przykład XXVII. W warunkach identycznych z przykładem XXVI badano, w procesie dopalania heksanu, katalizator zawierający 0,02% platyny. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia heksanu z powietrza następuje w temperaturze 455°C.

Przykład XXVIII. W warunkach identycznych z przykładem XXVI badano, w procesie dopalania heksanu, katalizator zawierający 0,05% platyny i 0,05%. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia acetonu z powietrza następuje w temperaturze 385°C.

Przykład XXIX. W warunkach identycznych z przykładem XXVI badano, w procesie dopalania heksanu, katalizator zawierający 0,05% platyny i 0,05% cynku. Stwierdzono, że 95% stopień usunięcia heksanu z powietrza występuje w temperaturze 440°C.

Przykład XXX. W procesie dopalania tlenku węgla badano katalizator na nośniku aktywnym tlenku glinu, zawierający 0,05% platyny i 0,05% cynku. Jako surowiec zastosowano gazy odlotowe pochodzące z niepełnego spalania gazu koksowniczego zawierające 0,7% objętościowych tlenku węgla. Gaz ten przepuszczano przez złoże badanego katalizatora (20 g) podgrzane do temperatury procesu spalania 210°C. Obciążenie katalizatora fazą gazową wynosiło 50 l/g kat.h.

168 776

Tabela

Zestawienie wyników

Nr Skład kata- Temperatura spalania Temp. spalania Temperatura przykł. lizatora etylenu tlenku inicjacji Uwagi węgla (°C) (°C)

	Pt	Zn	10%	50%	90%	10%	50%	90%	10%	50%	90%	Aceton	Heksan	Benzen
I	0,02	_	147	185	228	267	315	350	205	215	225	195	215	225
II	0,02	0,02	150	175	208	280	307	330
III	0,02	0,05	150	180	190	260	282	290
IV	0,02	0,08	135	153	175	260	280	290	202	208	216	180	200	215
V	0,02	0,10	130	151	172	255	276	285
VI	0,035	—	135	160	185	250	280	294	200	210	220	185	210	215
VII	0,035	0,02	135	157	172	247	272	282
VIII	0,035	0,05	130	145	165	230	250	255	192	195	212	170	190	205
IX	0,035	0,08	130	148	160	230	250	257
X	0,05	—	130	150	162	230	250	260	185	192	200	175	180	207
XI	0,05	0,02	122	145	155	223	245	255
XII	0,05	0,05	122	138	152	218	238	250	170	180	190	170	175	205
XIII	0,05	0,08	125	148	155	220	242	250

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób usuwania gazowych zanieczyszczeń organicznych i tlenku węgla z przemysłowych gazów odlotowych i gazów spalinowych poprzez całkowite utlenianie na katalizatorze nośnikowym zawierającym platynę w temperaturze powyżej 150°C i przy obciążeniu do 50 Nm³ gazów/kg katalizatora i godzinę, znamienny tym, że proces spalania prowadzi się na katalizatorze zawierającym 0,02 do 0,05% wagowych platyny oraz dodatek cynku, przy czym stosunek masowy platyny do cynku wynosi 4-1:1 a nośnikiem katalizatora jest aktywny tlenek glinu y - AI2O3.