PL52631B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 20.1.1967 52631 KI. 12 i 21/04 MKP C 01 b UKD 661.938.07 Iftl s'Buotek, Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Jerzy Wojciechowski, mgr inz. Zbigniew Gortel 'lCdu Potenfo Wlasciciel patentu: Instytut Ciezkiej Syntezy Organicznej, Blachownia Slaska (Polska) Sposób oczyszczania z tlenu gazów obojetnych Dla szeregu procesów technologicznych wy¬ magana jest atmosfera gazu obojetnego o bar¬ dzo wysokim stopniu czystosci. Dla tych celów gazy techniczne jak azot, argon i inne podda¬ wane sa dodatkowemu procesowi oczyszczania dla usuniecia sladowych zanieczyszczen tlenem.Znane metody usuwania tlenu z gazów tech¬ nicznych mozna podzielic na dwie grupy. Do pierwszej grupy zalicza sie wszelkie metody po¬ legajace na katalitycznym przeprowadzeniu re¬ akcji wiazania tlenu z wodorem. W zaleznosci od aktywnosci katalizatora, jego obciazenia, temperatury, nadmiaru wodoru mozna osiagnac praktycznie calkowite usuniecie tlenu z gazu obojetnego. Do drugiej grupy naleza metody polegajace na przepuszczaniu gazu technicznego przez zloze zawierajace substancje energicznie wiazace tlen.Metody katalityczne maja te zalety, ze kata¬ lizator nie bioracy bezposrednio udzialu w reak¬ cji nie zuzywa sie, o ile nie zostanie zdezakty- wowany truciznami. Katalizatory zawierajace metale szlachetne jak Pd, Pt, lub Co, Ni moga pracowac w temperaturach niskich, ale stosun¬ kowo sa bardziej podatne na zatrucie niz ka¬ talizatory zelazowe, miedziane i inne, które jednak wymagaja stosowania temperatury kil¬ kuset stopni. Metody te maja ograniczony za¬ kres zastosowania w wypadkach gdy obok tle¬ nu niedopuszczalna jest równiez obecnosc wo- 10 15 20 25 30 doru w gazie czystym. Dla ilosciowego usunie¬ cia tlenu wymagane jest dozowanie wodoru z pewnym nadmiarem tym wiekszym im mniej precyzyjne sa urzadzenia dozujace. Dokladna automatyzacja dozowania w zaleznosci od zmiennego odbioru gazu czystego i zwykle od zmiennej zawartosci tlenu w gazie surowym jest zagadnieniem skomplikowanym pod wzgle¬ dem technicznym.Metody chemicznego wiazania tlenu, bez udzialu wodoru gazowego pozwalaja uzyskiwac gaz wolny od tlenu jak i wodoru. Metody te maja ograniczony zakres zastosowania ze wzgle¬ du na duze zuzycie substancji wiazacych tlen, lub koniecznosci czestego regenerowania ich przez redukcje wodorem.Znane jest stosowanie katalizatora skladajace¬ go sie z miedzi metalicznej w postaci wiórów lub z miedzi osadzonej na nosniku. W tempe¬ raturze okolo 400—500°C miedz utlenia sie do tlenku miedzi tlenem pobranym z przeplywa¬ jacego strumienia gazu technicznego. W osob¬ nych cyklach tlenek miedzi redukuje sie w strumieniu wodoru do miedzi metalicznej i powtarza sie cykl odtleniania gazu. Miedz me¬ taliczna ma równiez w pewnych warunkach wlasnosci przyspieszenia reakcji wiazania tlenu z wodorem, jednakze w stopniu znacznie mniej¬ szym niz znane katalizatory palladowe, platy- 52 63152 631 3 nowe, kobaltowe i inne zawierajace metale szlachetne. i Nieoczekiwanie stwierdzono, ze dzieki wpro¬ wadzeniu do katalizatora miedziowego sklada¬ jacego sie z miedzi osadzonej w ilosci od 1 do 80% na obojetnym nosniku, cynku w ilosci 10j do 60°/o wagowych najkorzystniej 45 do 55% sumy metali, otrzymuje sie katalizator o zwiek¬ szonej aktywnosci tak w kierunku przyspiesza¬ nia reakcji wiazania wodoru z tlenem jak i dla reakcji chemicznej utleniania metalicznych sklad¬ ników katalizatora. Zwiekszenie aktywnosci przejawia sie obnizeniem dolnej granicy tem¬ peratury, przy której katalizator pracuje z do- wedlug zmiany koloru katalizatora z szarego na brunatny przesuwajacy sie w kierunku prze¬ plywu wodoru.Nastepnie w temperaturze 200°C przez reaktor 5 przepuszczono azot zawierajacy 1% objetoscio¬ wy tlenu z szybkoscia 500 1/godz. Przed wlotem do reaktora strumien azotu mieszano ze stru¬ mieniem wodoru o szybkosci przeplywu 10 1/godz. Stwierdzono calkowite przereagowanie io tlenu. W gazie wylotowym nie stwierdzono za¬ wartosci tlenu przy czulosci metody analitycz¬ nej do 5 ppm. Aktywnosc katalizatora prak¬ tycznie nie zmienia sie w czasie. W przykla¬ dzie próbe odtleniania prowadzono przez 1000 bra wydajnoscia do okolo 180°C oraz zwieksze- 15 godzin. niem wydajnosci wiazania tlenu z katalizatorem Tak przygotowany katalizator zdolny jest do odtleniania gazów w róznych ukladach.W przypadku dozowania wodoru lub innego gazu redukujacego do strumienia gazu przezna¬ czonego do odtleniania, w ilosci nie mniejszej niz stechiometrycznej calkowita ilosc tlenu ulega przereagowaniu wedlug równania 2 H2 + O2 - '-? 2 H2O.Przyklad II. Przez reaktor wypelniony katalizatorem zredukowanym jak w przykladzie I przepuszczano w temperaturze 200°C z szyb¬ koscia 500 l/h azot o zawartosci 0,l°/o objeto- 20 sciowych tlenu. W gazie wylotowym w ciagu pierwszych 80 minut nie stwierdzono obecnosci tlenu. Po tym czasie zawartosc tlenu stopnio¬ wo rosnie poczynajac od 10 ppm.Katalizator stopniowo zmienial kolor z kie- Przy prowadzeniu procesu odtleniania bez 25 runkiem przeplywu od brunatnego do szarosta- udzialu wodoru, calkowita ilosc tlenu zostaje zwiazana ze skladnikami metalicznymi kataliza¬ tora. Okresowe wprowadzenie wodoru do stru¬ mienia gazu przeplywajacego przez katalizator przywraca calkowicie jego zdolnosc do odtle¬ niania w nastepnym cyklu.Przy wprowadzaniu wodoru w ilosciach poni¬ zej ilosci stechiometrycznych dla wyzej wymie¬ nionej reakcji wodór calkowicie i bez reszty lowego. Czas odtleniania liczono od pojawienia sie tlenr w ilosci 10 ppm w gazie wylotowym Po cyklu odtleniania katalizator ponownie zre¬ dukowano w strumieniu wodoru i cykle odtle- 80 niania azotu powtarzano w tych samych wa¬ runkach. Ilosc zwiazanego przez katalizator tlenu w jednym cyklu wynosila okolo 6,5% lub 52 l/kg katalizatora. | Po wielokrotnym powtarzaniu cyklu redukcji spala sie kosztem tlenu zawartego w gazie su- 35 i utleniania katalizatora, aktywnosc jego prak- rowym, zas nadmiar tlenu wiaze sie calkowi¬ cie ze skladnikami metalicznymi katalizatora.Okresowe zwiekszenie ilosci wodoru powoduje redukcje utlenionego czesciowo katalizatora tycznie nie ulega zmianom, j Przyklad III. Przez reaktor wypelniony katalizatorem redukowanym jak w przykladzie II przepuszczano w temperaturze 200°C z szyb- i przywraca jego aktywnosc. Dla unikniecia 40 koscia 500 l/h azot o zawartosci 0,5°/o objeto- przebicia nadmiaru wodoru do# gazu oczyszczo¬ nego pod koniec cyklu redukcji katalizatora gaz wylotowy kieruje sie do atmosfery.Sposób oczyszczania z tlenu gazów obojetnych wedlug wynalazku pozwala oczyszczac gazy za¬ wierajace od 21% tlenu do zawartosci tlenu w gazie ponizej 0,001°/o.Przyklad I. Katalizator przygotowano w nastepujacy sposób: 685 g azotanu cynku — Zn(N032 • 6 H2O oraz 571 g azotanu miedzi — Cu(NOs)2 • 3 H2O rozpuszczono w 675 ml wody.Do roztworu wsypano 810 g aktywnego AI2O3 i pozostawiono w naczyniu przez 24 godziny. Po tym okresie nadmiar roztworu zlano z naczy¬ nia i katalizator wysuszono w okolo 100°C. Po wysuszeniu powtórzono operacje nasycania w roztworze jak wyzej i katalizator ponownie wysuszono i nastepnie wyprazono w tempera¬ turze 200—300°C az do zakonczenia wydziela¬ nia brunatnych dymów tlenków azotu. 125 g katalizatora wsypano do ogrzanego ele¬ ktrycznie szklanego reaktora rurowego 0 15 mm.Katalizator zredukowano w strumieniu azotu w temperaturze 200°C. Koniec redukcji okreslono sciowych tlenu. Przed wlotem do reaktora stru¬ mien azotu mieszano ze strumieniem wodoru o szybkosci przeplywu 4 1/godz. Po pewnym czasie na skutek niedomiaru wodoru katalizator 45 utlenial sie, co objawialo sie stopniowa zmia¬ na jego koloru w kierunku przeplywu od bru¬ natnego do szarostalowego. Od tego czasu za¬ wartosc tlenu w gazie wylotowym stopniowo wzrastala powyzej 10 ppm i ten moment przyj¬ mowano jako koniec cyklu odtleniania. Katali¬ zator ponownie zredukowany w strumieniu wo¬ doru odzyskiwal pierwotne zdolnosci odtleniania w dalszych cyklach. W kolejnych próbach cykl odtleniania do 10 ppm utrzymywal sie w czasie okolo 80 minut a wyliczona srednia ilosc zwia¬ zanego przez katalizator tlenu wynosila okolo 6,5 1 w jednym cyklu. Aktywnosc katalizatora praktycznie nie zmieniala sie po wielokrotnie 60 powtarzanych cyklach pracy.Czas pracy katalizatora w cyklu odtleniania mozna przedluzyc w zaleznosci od dokladnosci dozowania wodoru i zblizania sie do ilosci ste¬ chiometrycznych w stosunku do tlenu zawarte- 65 go w gazie surowym. 50 5552 631 PL

Claims (1)

1. Zastrzezenia patentowe Sposób oczyszczania z tlenu gazów obojet¬ nych na drodze katalitycznego przyspieszania reakcji spalania wodoru tlenem stanowiacym zanieczyszczenia gazu surowego i (lub) che¬ micznego wiazania tlenu z aktywnymi skla¬ dnikami katalizatora, znamienny tym, ze jako katalizator stosuje sie miedz osadzona 6 w ilosci od 1 — 80% na nosniku obojetnym i aktywowana cynkiem w ilosci 10 do 60% najkorzystniej 45 do 55% w stosunku do su¬ my zawartosci metali w katalizatorze. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze proces odtleniania prowadzi sie z uzyciem wodoru w ilosci nizszej lub (i) nie przekra¬ czajacej ilosci stechiometrycznej w stosunku do tlenu obecnego w gazie surowym. PL