Uprawniony z patentu: Johnson Matthey and Co, Limited, Londyn (Wielka Brytania) Sposób utleniania gazowych zwiazków wegla Przedmiotem wynalazku jest sposób utleniania gazowych zwiazków wegla. Dotyczy on szczególnie katalitycznego utleniania w fazie gazowej takich zwiazków organicznych, jak nizsze weglowodory np. metan i etan.Z uwagi na stosunkowo niska ocene metanu oraz jego wystepowanie w gazie ziemnym z Morza Pólnocnego i z innych okolic, nabiera on coraz wiekszego znaczenia, jako paliwo o wlasnosciach redukujacych. Moze on byc utleniany w wielu waznych dla przemyslu procesach.Niespalooe weglowodory i tlenek wegla w gazach spalinowych z silników oraz innych zwiazków organicz¬ nych, powstajacych w dobrze znanych chemicznych procesach przemyslowych, stwarzaja powazny problem zanieczyszczania atmosfery. Problem ten stwarzaja równiez scieki z róznego rodzaju maszyn, przemyslowych pieców lakierniczych, pras drukarskich, emalierni i oczyszczalni chemicznych, zbiorników do przechowywania rozpuszczalników, jak równiez z takich procesów chemicznych, jak np. produkcja etylenu czy tlenku etylenu.Wsród tlenków azotu zawartych w gazach spalinowych z silnika Diesla przewaza zdecydowanie tlenek azotu NO. Powstaje on podczas spalania paliwa w komorze spalania silników Diesla za pomoca mieszaniny azotu i tlenu w wysokich temperaturach, pod duzymi cisnieniami. Obecnosc tlenku azotu w gazach spalinowych jest szczegól¬ nie niebezpieczna w przypadku, gdy silnik pracuje w pomieszczeniu zamknietym.Kazdy parametr pracy silnika, wplywajacy na obnizenie temperatury spalania, bedzie obnizal stezenie - tlenku azotu. Np. zwalnianie pracy silnika, zwiekszanie stezenia paliwa, obnizanie stopnia sprezania, obnizanie maksymalnej mocy silnika czy zawracanie gazów spalinowych prowadzi do obnizenia zawartosci tlenku azotu w tych gazach. Modyfikacje te, obnizajace stezenie tlenku azotu, zwiekszaja jednak zawartosc CO i weglowodo¬ rów w gazach spalinowych i nie moga byc niestety, stosowane bez urzadzenia oczyszczajacego te gazy.Katalityczne spalanie jest szeroko stosowana metoda usuwania wielu skladników z gazów spalinowych silnika Diesla. Katalizatory sprzyjaja spalaniu tlenku wegla, weglowodorów, aldehydów itp., zawartych w gazach spalinowych, za pomoca tlenu. Produktami tej reakcji sa dwutlenek wegla i woda, które — oczywiscie — sa bezwonne i nietrujace. W przeciwienstwie do silników benzynowych, gazy spalinowe w silniku Diesla moga zawierac 20-procentowy nadmiar powietrza, stanowiacy zródlo dostatecznej do spalania ilosci tlenu. A zatem, aby oczyscic gazy spalinowe z silnika Diesla, wystarczy na ich drodze zainstalowac komore z katalizatorem.2 81040 Poojewaz ze wzrostem temperatury gazów wzrasta wydajnosc katalitycznej reakcji spalania, zatem urzadzenie oczyszczajace nalezy zainstalowac jak najblizej rury wydechowej silnika. Uzycie katalizatora do reakcji utleniania obniza jej temperature w stosunku do temperatury spalania bezposredniego; poniewaz jest to reakqa powierz¬ chniowa, zatem jest takze mniej czula na stezenie reagentów.Ze wzgledów bezpieczenstwa stezenie substancji palnych w strumieniach powietrza instalaqi przemyslo¬ wych nie przekracza 25% dolnej granicy wybuchu, co uniemozliwia zaplon mieszaniny. W zagadnieniach, dotyczacych zanieczyszczania atmosfery mamy do czynienia ze stezeniami par od 1 do 1000 ppm; zeby zapalic taka mieszanine, trzeba ja ogrzac do temperatury samozpalonu. Temperatura ta zalezy od skladu chemicznego substancji palnych w mieszaninie z powietrzem. Rzadko kiedy bywaoria nizsza od 500°C, a pelne spalanie uzyskuje sie czasem dopiero przy 1000°C.Koszt paliwa potrzebnego do osiagniecia tych temperatur moze byc w pewnych przypadkach wyzszy od kosztów samego procesu, powodujacego zanieczyszczenie atmosfery. Wynika stad, ze chociaz spalanie jest atrakcyjna metoda niszczenia zanieczyszczen organicznych z uwagi na jej ciaglosc i brak pozostalosci, to jednak potrzebne sa sposoby obnizenia temperatury reakcji, aby caly proces stal sie bardziej ekonomiczny.W przypadku weglowodorów takich, jak metan czy etan oraz innych organicznych skladników gazów spalinowych, powstajacych w silnikach Diesla, przy srednim lub duzym obciazeniu, omawiana reakcja zaczyna sie dopiero przy stosunkowo wysokiej temperaturze katalizatora. Gdyby wiec udalo sie wynalezc katalizator, który dla metanu i nizszych weglowodorów obnizalby znacznie temperatury tych reakcji, to nowa metoda zyskalaby duza przewage nad dotad istniejacymi procesami. Sam katalizator powinien jednak odznaczac sie dostatecznie duza (750—800°C) odpornoscia temperaturowa. Analogiczne problemy zwiazane sa z wykorzystaniem gazu ziemnego, (który sklada sie glównie z metanu, zawiera jednak pewna ilosc H2).Niska temperatura zaplonu posiada nastepujace wazne zalety: wieksza wydajnosc spalania paliwa i nizsze koszty operacyjne (w przypadku, gdy pozostalosci organiczne wykorzystuje sie jako paliwo); usuwanie wiekszego procentu szkodliwych gazów, uchodzacych do atmosfery; mozliwosc uzycia mniejszych wymieniaczy ciepla i tanszej aparatury oraz mozliwosc zastosowania pojedynczej warstwy katalizatora zamiast podwójnego lub bardziej zlozonego, ukladu.Przedmiotem wynalazku jest nowy sposób, w którym zaplon zanieczyszczen organicznych moze nastapic w niskiej temperaturze, co umozliwia dokladniejsze ich usuniecie z gazu odpadowego, uchodzacego do atmosfe¬ ry.Ochrona powietrza przed zanieczyszczeniem poprzez spalanie katalityczne narzuca szereg ograniczen co do rodzaju uzytego katalizatora. Poza aktywnoscia w niskich temepraturach, powinien on takze odznaczac sie trwaloscia zarówno w warunkach utleniania, jak i redukcji. Katalizator w reaktorze powinien dawac maly spadek cisnienia na danej grubosci warstwy, powinien tez odznaczac sie wytrzymaloscia temperaturowa, odpornoscia na scieranie i zatykanie czasteczkami pylu.Platyna byla dotad katalizatorem najchetniej uzywanym do ochrony powietrza przed zanieczyszczeniem.Na konwencjonalnych nosnikach jest ona aktywniejsza od najlepszych katalizatorów, opartych na metalach alkalicznych, jest trwala co najmniej do 750°C i nie ulega trujacemu dzialaniu wiekszosci pierwiastków, prócz olowiu i fosforu. Platyna na nosniku, tak jak i metale alkaliczne, byla uzywana w postaci pastylek ,ale spadek cisnienia na katalizatorze oraz scieranie sie pastylek narzucaly scisle rygory przy projektowaniu reaktora z katalizatorem.Waznym czynnikiem jest równiez stezenie zwiazków organicznych w gazach odlotowych. W wiekszosci przypadków stezenie to nie wplywa w widocznym stopniu na temperature zaplonu. Jedynym i bardzo wyraznym wyjatkiem jest metan. Stezenie gazów odlotowych oraz ich sklad okreslaja oczywiscie ilosc tlenu potrzebnego do spalania, jak równiez wzrost temperatury na katalizatorze. Wielkosci te mozna obliczyc i wyniki obliczen wykorzystac przy projektowaniu odpowiednich urzadzen. Tam, gdzie wydziela sie znaczna Mosc ciepla, mozna je wykorzystac do podtrzymywania utleniania lub do podgrzewania gazu przed reakcja.Temperatura strumienia gazu, zawierajacego zanieczyszczenia, w duzym stopniu okresla charakter projektu urzadzenia lub usuwania tych zanieczyszczen. Gdy temperatura ta przewyzsza temperature, potrzebna do zaplonu, wtedy katalizator mozna umiescic bezposrednio w strumieniu gazu. Przykladem tego rodzaju konstruk¬ cji sa piece do pokrywania emalia, suszarnie do farb, urzadzenia grzejne w oczyszczalniach chemicznych oraz urzadzenia do usuwania gazów spalinowych z silników Diesla i silnikówspalinowych.^ Wynalazek dotyczy procesu usuwania zwiazku organicznego z gazu, zawierajacego równiez tlen, przez przepuszczanie tego gazu, w podwyzszonej temperaturze, przez katalizator, na nosniku tj. przez obojetny pod wzgledem chemicznym material impregnowany lub pokryty mieszanina lub stopem platyny i rodu, o zawartosci 20—50% wagowych rodu w stosunku do calej ilosci metali.81040 3 Obojetny pod wzgledem chemicznym material jest najkorzystniej sztywna, porowata, ogniotrwala konstrukcja o strukturze plastrowej. Jest równiez korzystne, gdy material ten pokryty jest ogniotrwala warstwa tlenku metalu, która z kolei jest zaimpregnowana lub pokryta wspomniana mieszanina kib stopem metalicznej platyny i metalicznego rodu. Najlepsze wyniki osiaga He gdy zawartosc rodu wynosi 30 do 40% wagowych (najkorzystniej 35% wagowych) calej ilosci metali w mieszaninie lub stopie.Obojetna chemicznie, sztywna, porowata, ogniotrwala konstrukcja o strukturze plastrowej, moze byc wykonana z materialu ceramicznego. Odpowiednimi materialami ceramicznymi sa: cyrkon-mulit, tlenek glinowy a, mulit, sylimanit, krzemiany magnezowe, cyrkon, petalit, spodumen, kordieryt \ niektóre glinokrzemiany.Z materialów opatentowanych nadaje sie tu "Torvex" (Registered Trade Mark) firmy F.l. Du Pont de Nemours and Co. Mozna stosowac „Torvex"tzw. „straight through" tub „cross fIow".Opisane nastepnie szczególy technologiczne zdaly egzamin przy praktycznych próbach wynalazku, ale nie sa to z pewnoscia jedyne rozwiazania, warunkujace prawidlowy przebieg procesu.Zastosowana w wynalazku, obojetna chemicznie konstrukcja, pokryta ogniotrwala warstwa tlenku metalu, jest jednolita konstrukcja sieciowa o strukturze plastrowej lub blok odpowiedniego materialu, posiadajacy duza ilosc otworów, czy tez kpnalów wewnetrznych,.o kierunku zgodnym z kierunkiem przeplywu gazu. Konstrukcja ta zajmuje zwykle prawie cala powierzchnie przekroju strefy reakcyjnej, a uszczelnienia pomiedzy konstrukcja a scianami reaktora uniemozliwiaja ominiecie jej przez czesc przeplywajacego gazu. W przypadku przekrojów o duzej powierzchni, rzedu szesciu cali lub wiekszych, wygodnie jest wypelnic taka powierzchnie kilkoma, dokladnie dopasowanymi do siebie blokami. Moze sie tez okazac, ze w celu lepszego oczyszczenia gazów, nalaly lprzepuszczac je przez kilka kolejnych bloków. W tym przypadku niewielkie przeciwcisnienie miedzy warstwami kolejnych bloków mozna zmniejszyc przez wykonanie plytkich, równoleglych rowków na koncu bloku, majacych na celu poszerzenie polaczen miedzy kanalami. Calej, jednolitej konstrukcji powinno sie nadac taki ksztalt, aby pasowala ona, a nawet scisle pasowala, do strefy reakcyjnej reaktora, w którym ma byc umieszczona..BLoki odpowiednio uformowanej konstrukcji sieciowej do podtrzymywania katalizatora umieszcza sie w reaktorze w taki sposób, aby ogólny kierunek kanalików przeplywowych odpowiadal kierunkowi przeplywu gazów przez reaktor. W niektórych przypadkach bloki te ustawia sie w taki sposób, ze kierunek przeplywu gazu bedzie w nich promienisty lub poprzeczny w stosunku do ogólnego kierunku przeplywu strumienia gazowego.Konstrukcja podtrzymujaca wykonana jest z materialu o duzej odpornosci chemicznej, sztywnego, porowa¬ tego i ogniotrwalego, zdolnego do zachowania swego ksztaltu i wytrzymalosci o wysokich temperaturach, takich jak 1100°C i wyzsze. Ciezar nasypowy materialu ogniotrwalego powinien wynosic od 0,45 do 1,05 g/cm3, najlepiej od 0,5 do 0,9 g/cm3, sam material zas nie powinien miec szklistejpowierzchni. Objetosc dostepnych porów, nie liczac objetosci kanalów przeplywowych, powinna byc wieksza, nizD,10cm3/g najlepiej pomiedzy 0,20 a 0,30 cm3/g.Scianki kanalów w jednolitej konstrukcji nosnej, zastosowanej w sposobie wedlug wynalazku, zawieraja makropory, polaczone z tymi kanalami, co zwieksza dostepna powierzchnie katalizatora, nie zawieraja natomiast duzej ilosci malych porów, co stanowi o duzej odpornosci na wysokie temperatury i o wytrzymalosci materialu. Podczas gdy powierzchnia zewnetrzna tego rodzaju konstrukcji moze wynosic od 0,001 do 0,01 m2/g wraz z kanalami, to calkowita powierzchnia jest zazwyczaj setki razy wieksza, a zatem reakcja katalityczna przebiega glównie w duzych porach. Przy najkorzystniejszym rozkladzie wymiarów makroporów okolo 95% objetosci porów przypada na pory o srednicy wiekszej, niz 2000 A,a okolo 5% objetosci na pory o srednicy ponad 20000 A. W najkorzystniejszej postaci wynalazku ponad 50% objetosci porów przypada na pory o wymiarach ponad 20000 A.Wielkosc powierzchni zewnetrznej nosnika wraz ze sciankami kanalów przeplywowych zalezna jest od dopuszczalnego dla danego ukladu przeciwcisnienia. Powierzchnia ta wynosi zwykle od 0,5 do 6, najlepiej od 1 do 2,5 m2 na litr nosnika. Ksztalt i wymiary kanalów w jednolitej konstrukcji powinny zatem odpowiadac pozadanej powierzchni zewnetrznej nosnika/ wymiary te powinny byc dostatecznie duze, aby zapewnic swobodny przeplyw oczyszczonego gazu i zapobiec zatykaniu kanalów przez czastki substancji stalych, porwanych przez gaz. W jednej z postaci wynalazku równolegle kanaly przechodza przez konstrukcje nosna, tworzac po obu stronach otwory, ograniczone cienkimi sciankami* W innej postaci siec Kanalów przenika blok nosnika. Kanaly te nie stwarzaja, badz prawie nie stwarzaja oporów dla przeplywajacego gazu. W celu zapewnienia jak najlepszej wydajnosci procesu otwory wlotowe kanalów rozmieszcza sie dokladnie na calej powierzchni tej strony przekroju nosnika, która styka sie najpierw z oczyszczonym gazem. Najlepszymi nosnikami, stosowanymi w wynalazku sa: mulit i cyrkon-mulit, odznaczajace sie dobra wytrzymaloscia na zmiany temperatur, z uwagi na ich maly wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej, jakkolwiek mozna tez stosowac inne, podobne, obojetne pod wzgledem chemicznym ogniotrwale, krystaliczne materialy ceramiczne. Jako4 81040 przyklady innych materialów ogniotrwalych, nadajacych sie na nosniki, wymienic mozna tlenek glinowy a, sylimanit, krzemiany magnezowe, cyrkon, petalit, spodumen, kordieryt, niektóre glinokrzemiany itp.W przeciwienstwie do katalizatora pastyIkowanego, którego warstwa powinna byc prostopadla do kierunku przeplywajacego ku dolowi gazu, katalizator na nosniku ceramicznym nie wymaga specjalnego ustawienia w stosunku do kierunku gazu, przeplywajacego przez reaktor. Nosniki ceramiczne posiadaja wysoki stosunek powierzchni do objetosci, a zatem pokryte metalami katalicznymi, daja katalizatory lepsze od pastylkowanych.Ich przestrzenna budowa powoduje maly spadek cisnienia na katalizatorze, wynoszacy 1/20 analogicznego spadku cisnienia na takiej samej warstwie pastylek. Omawiane nosniki odznaczaja sie takze wysoka odpornoscia temperaturowa i wytrzymaloscia mechaniczna, a ich wielka zaleta jest odpornosc na scieranie.Ogniotrwaly tlenek metalu osadza sie na nosniku w formie powloki ciaglej lub nieciagla, najlepiej w formie warstewki o grubosci od 0,01—0,025 mm.Tlenek ten jest wyprazonym, ogniotrwalym tlenkiem metalu, odznaczajacym sie porowata struktura, posiadajacym duza objetosc porów wewnetrznych oraz duza powierzchnie calkowita i okreslanym dlatego jako „aktywny" (tj. aktywny, jako katalizator) ogniotrwaly tlenek metdu. Wsród dajacych sie tu zastosowac ogniotrwalych tlenków metali, na wyróznienie zasluguje rodzina tlenków glinu gamma lub aktywnych, któr? mozna otrzymac np. przez stracenie uwodnionego zelu tlenku glinu, wysuszenie go i kalcynacje, w celu usuniecia zwiazanej wody i otrzymania aktywnego y Al203. Szczególnie aktywny, ogniotrwaly tlenek otrzymuje sie przez wysuszenie i kalcynacje, w temperaturze od 300°C dc 800°C, wyjsciowej mieszaniny uwodnionych postaci tlenku glinu, z przewaga krystalicznego trój hydratu, tj. zawierajacej ponad 50% wagowych w stosunku do calej mieszaniny hydratów tlenku glinu, najlepiej od 65% do 95% wagowych jednej lub wiecej postaci trójhydratu — gibsytu, bajerytu czy nordsztandytu, dajacych sie odróznic za pomoca analizy rentgenowskiej.Z innych dajacych sie tu zastosowac tlenków wymienic mozna kalcynowany tlenek berylowy, dwutlenek cyrkonowy, tlenek magnezowy lub dwutlenek krzemowy, a takze takie polaczenia tlenków metali, jak tlenek barowy — tlenek glinowy i tlenek krzemowy— tlenek glinowy. W najkorzystniejszym przypadku aktywny tlenek ogniotrwaly, sklada sie z glównie z tlenków jednego lub kilku metali z II, III i IV grupy ukladu okresowego o liczbach atomowych tiie przekraczajacych 40. Warstwa aktywnego tlenku ogniotrwalego moze stanowic od 1 do 50% wagowych jednolitego podloza, najlepiej od 5 do 30% wagowych. ' istnieje kilka metod osadzania aktywnego tlenku na nosniku. Jedna z nich polega na zanurzeniu nosnika w roztworze soli metalu i wyprazeniu go w celu rozlozenia soli do odpowiedniego tlenku. Inna, korzystna metoda jest zanurzanie nosnika w wodnej zawiesinie, emulsji lub papce samego tlenku, suszenie go i wyprazanie.Metoda ta, przy zastosowaniu zawiesin, zawierajacych 10% do 70% wagowych substancji stalej, pozwala na jednorazowe osadzenie odpowiedniej do reakcji ilosci tlenku na nosniku. W celu przygotowania katalizatora, zawierajacego 10% wagowych aktywnego tlenku glinowego na szkielecie z polaczenia cyrkon-mulit, nalezy przyrzadzic zawiesine o zawartosci 20 do 40% substancji stalych. Procentowosc substancji stalych oznacza sie w stosunku do masy przy zaplonie, w temperaturze 1100°C. Na szczególne wyróznienie zasluguje metoda, polegajaca na rozproszeniu substancji stalych w wodzie lub utworzeniu papki, tak jak to juz opisano oraz poddanie tej mieszaniny operacji rozdrabniania lub mielenia na mokro, przy czym tlenek metalu rozdrabnia sie i tworzy tiksotropowa ciekla mase o pozadanej konsystencji np. o zawartosci substancji stalych równej 10% i 70% wagowych. Nastepnie nosnik zanurza sie w cieklej masie suszy i podaje kalcynacji. Kalcynacje przeprowa¬ dza sie najczesciej w temperaturze od 150°C do 800°C. Dobre wyniki daje kalcynacja w strumieniu suchego powietrza lub w zetknieciu z innymi gazami, takimi jak tlen, azot, gazy spalinowe lub tez pod zmniejszonym cisnieniem. Ogniotrwaly tlenek osadza sie na powierzchniach konstrukcji nosnikowej, nie wylaczajac powierz¬ chni kanalików oraz polaczonych z nimi makroporów, pod postacia cienkich powlok w stosunku wagowym od 1% do 50%, najlepiej zas od 5% do 30% w stosunku do wagi calego bloku.Przed osadzeniem stlenku na konstrukcji nosnikowej mozna ja zwilzyc. W jednym ze sposobów zastosowa¬ nia wynalazku, konstrukcje nosnikowa z polaczenia cyrkon-mulit zanurza sie w wodnej zawiesinie o pozadanym stezeniu wagowym uwodnionego tlenku. Okazalo sie, ze konstrukcja ta, z uwagi na swa porowatosc, latwo absorbuje zawiesine. Z kolei katalizator suszy sie i kalcynuje w temperaturze od 400°C do 800°C, najlepiej od 450°C do 550°C. Blok z cyrkonu-mulitu o objetosci 0,0035 m3 absorbuje w przyblizeniu od 0,25 do 1 litra zawiesiny.Katalizator na nosniku, stosowany w sposobie wedlug wynalazku, posiada powloke katalitycznie aktywne¬ go metalu na warstwie ogniotrwalego tlenku, osadzonej na obojetnej chemicznie konstrukcji ceramicznej.Pokrywanie mieszanina lub stopem platyny i rodu mozna przeprowadzic wedlug znanych metod osadzania katalizatorów metalicznych na nosnikach. Na przyklad ceramiczna konstrukcje o charakterze plastrowym z osadzonym na niej aktywowanym tlenkiem glinowym, zanurza sie do roztworu rozpuszczalnych w wodzie nieorganicznych soli (lub jednej soli) platyny i rodu, takich, jak kwas chloroplatynowy czy trójchlorek rodu,81040 5 mieszanine wstrzasa sie, aby zapewnic równomierne osadzenie i wytraca metale przez chemiczna lub termiczna redukcje lub tez powoduje sie ich osadzenie na nosniku w formie chemicznie zwiazanej. Metal poddaje sie aktywacji w zwykly sposób.Po pokryciu platyna i rodem korzystnie jest poddac katalizator dzialaniu siarkowodoru, w celu utrwalenia stopu lub mieszaniny Pt—Rh w powloce aktywnego tlenku ogniotrwalego pod postacia siarczku, co zwieksza aktywnosc i uzytecznosc katalizatora przez zapewnienie dobrej dyspersji metali, które w formie siarczków nie ulegaja niepozadanej migraqi w trakcie suszenia i kalcynacji. Mozna tez dzialaniu siarkowodoru poddac wodny roztwór soli platyny i rodu, co prowadzi do powstania zolu, który z kolei osadza sie na warstewce aktywnego, ogniotrwalego tlenku metalu. Po przeprowadzeniu tych operacji katalizator nadaje sie juz do kalcynacji przy temperaturze od 150°C do 800°C w warunkach podanych uprzednio.Jest rzecza pozadana, aby gotowy katalizator posiadal warstwe ogniotrwala tlenku metalu wstanie zaktywowanym lub kalcynowanym. Aktywacje tej warstwy mozna przeprowadzic przed lub po osadzeniu jej na nosniku, a nawet po etapie powlekania Pt i Rh. Material taki poddaje sie zwykle kalcynacji lub czesciowej' kalcynacji przed nalozeniem na nosnik, a takze po nalozeniu — przed osadzeniem metali z grupy platyny.Katalizator, zawierajacy mieszanine metali Pt—Rh mozna zredukowac wodorem czasteczkowym w podwyzszo¬ nych temperaturach, przed, w trakcie, lub po kalcynacji.Potrzebna ilosc platyny i rodu zmieniac sie bedzie w zaleznosci od wybranego wzajemnego ich stosunku.W kazdym jednak przypadku ilosc dodanego zwiazku platyny i rodu bedzie taka, aby mogla stac sie zródlem niewielkiej, lecz wykazujacej dzialanie katalityczne, ilosci metalu w gotowym katalizatorze do procesu usuwania zanieczyszczen z gazów. Calkowita ilosc platyny i rodu wynosic moze od 0,05 do 10% wagowych, najlepiej od 0,5 do 2,0% wagowych (w stosunku do calosci katalizatora na nosniku).W czasie prób dobre wyniki otrzymano dla stezen 0,9% wagowych i 1,8% wagowych.Przyklad I. Zastosowano tu katalizator, zawierajacy stop 35% Rh i 65% Pt, osadzony na nosniku „Torvex" (produkcji F.l. Du Pont de Nemours and Co. Inc.).„Torvex" jest obojetnym chemicznie, sztywnym, ogniotrwalym materialem ceramicznym o strukturze plastrowej, wykonanym z mulitu („Mulitte"). Pokryty on jest warstwa ogniotrwalego tlenku metalu, którym jest aktywny tlenek glinowy; na tej warstwie osadzono w znany sposób stop 35% Rh i 65% Pt Przy uzyciu tego katalizatora oznaczono temperatury zaplonu dla wielu czasteczek organicznych, wystepujacych zwykle w gazach zanieczyszczajacych powietrze. Wyniki zestawiono w tablicy 1.W drugiej kolumnie podano temperature strumienia gazu, doplywajacego do katalizatora niezbedna do 90% przemiany danego czynnika zanieczyszczajacego. Temperatury te sa znacznie nizsze od temperatur cytowanych dla katalitycznego utleniania odpowiednichzwiazków. - Przyklad II. Stosujac katalizator opisany w przykladzie I (lecz dla róznych stosunków Rh—Pt) oznaczono temperature zaplonu gazu, skladajacego sie glównie z azotu i zawierajacego ponadto 1,5% wagowych metanu, 3% wagowych tlenu, nieco tlenków azotu i gazów szlachetnych w rodzaju argonu. Oznaczenie przeprowadzono dla wartosci Rh/Pt od 0 Rh - 100 Pt do 100 Rh- 0 Pt. Otrzymano nastepujace wyniki, podane w tablicy 2. * Zebrane wyniki wskazuja wyraznie na to, ze zakres najnizszych temperatur zaplonu, a zatem najwyzszych wydajnosci usuwania zanieczyszczen, odpowiada stosunkom Rh/Pt od 20 :80 do 50 :50, przy czym optimum wystepuje tu w zakresie od 30 : 70 do 40 :60, a wartosc ekstremalna odpowiada wartosci 35% Rh/Pt.Przyklad III. Oczyszczanie gazów wylotowych z silnika spalinowego. Stezenie substancji zanieczysz¬ czajacych powietrze jest rózne dla róznych egzemplarzy silników, zalezy takze od typu silnika. Dla celów porównawczych w tablicy 3 podano liczby charakterystyczne dla silników dwóch róznych systemów.Próby przeprowadzono na jednocylindrowym silniku laboratoryjnym Gardner 112 zaopatrzonym w hamulec hydrauliczny i przystosowanym do wytwarzania gazów spalinowych, typowych dla silników Diesla, pracujacych w przestrzeniach zamknietych. Dane dotyczace pracy tego silnika podano w tablicy 4.Komore spalania, która zastosowano zgodnie z wynalazkiem w opisanych próbach, laczono z rura wyde¬ chowa za pomoca krótkiego przewodu z nierdzewnej stali. Po przejsciu przez katalizator gazy spalinowe uchodzily do atmosfery poprzez normalny tlumik. Spadek cisnienia na katalizatorze wynosil 0,4 cala slupa I wody.Ilosci wydzielonych spalin oraz stezenia aldehydów alifatycznych przed Iza katalizatorem mierzono znanymi metodami. Tlenek wegla i tlenek azotu oznaczono stosujac analize w podczerwieni. Stezenia weglowo¬ dorów oznaczono na drodze chromatografii gazowej próbek zebranych w urzadzeniach Haldena. Stezenie dymu w gazach odlotowych mierzono aparatem Hartridgea.Próby wydajnosci katalizatora przeprowadzono przy trzech rodzajach pracy silnika: podczas biegu jalowego, przy srednim i przy duzym obciazeniu. Wykonywano pomiary i pobierano próbki przed i za katalizatorem, po 10 razy dla kazdego rodzaju pracy silnika. Okreslono srednie, a na ustalenie sie nowych warunków pracy silnika pozostawiano okres 15 minut. Wyniki tych prób podano w tablicy 5.6 81040 * Oprócz podanych w tablicy stezen skladników gazów spalinowych, okreslano równiez zawartosc aldehy¬ dów alifatycznych i zapach tych gazów. Okazalo sie, ze przy uwazanych za stale warunkach pracy silnika stezenie aldehydów w gazach odlotowych bylo zmienne, w wyniku czego zdolnosc katalizatora do usuwania aldehydów zrpierzono jedynie w warunkach pelnego obciazenia. Przez pobieranie próbek jednoczesnie przed i za katalizatorem stwierdzono, ze stezenie aldehydów obnizalo sie do 60%. 95% przedzial ufnosci wynosi 41,3 do 78,5%. . V Za katalizatorem zapach gazów spalinowych byl znacznie lepszy.W warunkach biegu jalowego temperatura gazów, wynoszaca 95°C jest zbyt niska aby mogla tu zajsc reakcja katalityczna. Okreslono wplyw temperatury gazów odlotowych na usuwanie tlenku wegla przez katalizator (35% Rh/Pt na sztywnym, porowatym ogniotrwalym nosniku o strukturze plastrowej), a wyniki przedstawiono graficznie na zalaczonym rysunku. Wyniki te wskazuja na to, ze dzialanie katalizatora zaczyna sie przy 170°C, a jego aktywnosc rosnie szybko, wraz ze wzrostem temperatury gazów spalinowych.Stopien oczyszczenia gazów, okreslony w powyzszych tablicach jako róznica i wyrazony w procentach, mozna zwiekszyc az do teoretycznej wartosci 100%, przez zwiekszenie objetosci katalizatora w komorze spalania. Zwiekszenie ilosci katalizatora spowodowaloby równiez widoczna zmiane stezenia dymu przed i za katalizatorem, lecz w obecnym stadium prac nad tego rodzaju katalizatorem byloby to niekonomiczne z handlowego punktu widzenia. Mimo, ze omawiany katalizator jest mniej skuteczny w usuwaniu dymu, niz w usuwaniu innych skladników gazów spalinowych, to jednak czesci dymu nie osiadaja na jego powierzchni i nie dezaaktywuja go. Czastki te sa w sposób ciagly usuwane z katalizatora przez utlenienie w ciagu calego okresu pracy katalizatora.Przyklad IV. Dodajac 1,5% metanu lub gazu ziemnego, jako paliwa, do gazu resztkowego z urzadzen do produkcji kwasu azotowego, o typowej dla tego rodzaju gazu zawartosci NO, N02/ N20, 02 (3%) i gazów obojetnych takich jak N2 i Ar, pod zwyklym cisnieniem, z szybkoscia objetosciowa 100.000 godzin _1, otrzymano nastepujace temperatury zaplonu dla danych katalizatorów: Temperatura zaplonu Pd/nosnik ceramiczny 275-300°C Pt/Torvex 425-450° C 35% Rh 65% Pt na nosniku Tervex 300-325°C.Calkowite stezenie metalu w katalizatorze 35% Rh 65% Pt wynosilo 120g na 28,3 1 katalizatora (lub okolo 0,9%wagowych). ¦ Katalizatory Pt/Rh wedlug wynalazku powinny zachowywac swa aktywnosc przez co najmniej 2,5 lat.Mimo, ze katalizator Pd na nosniku ceramicznym o strukturze plastrowej wykasuje pozadane temperatury zaplonu, to jednak okazal sie on nietrwaly w tych temperaturach i zawodzil juz po uplywie jednego miesiaca.Podane wyniki prób wskazuja na to, ze katalizator 35% Rh 65% Pt stosowany w sposobie wedlug wynalazku daje korzystna w zastosowaniach, niska temperature zaplonu, a jednoczesnie jest katalizatorem trwalym w warunkach utleniajacych i w wysokich temperaturach.Przyklad V. Dodajac 1,78% obj. metanu lub gazu ziemnego do gazu resztkowego z produkcji kwasu azotowego, pod cisnieniem 5,25 kg/cm?, przy 3% zawartosci tlenu i 2000 ppm tlenków azotu, otrzymano nastepujace wyniki dla katalizatora 35% Rh 65% na mulicie („Torvex"): Temperaturazaplonu 325°C Wydajnosc przemiany metanu 90% Trwalosc katalizatora dobra PL PL PL PL PL PL PL