RU2071817C1 - Method of purifying gases from nitrogen(i) oxide - Google Patents

Method of purifying gases from nitrogen(i) oxide Download PDF

Info

Publication number
RU2071817C1
RU2071817C1 SU5025641A RU2071817C1 RU 2071817 C1 RU2071817 C1 RU 2071817C1 SU 5025641 A SU5025641 A SU 5025641A RU 2071817 C1 RU2071817 C1 RU 2071817C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nitric oxide
sio
catalyst
contact time
silicate
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Соболев
Т.П. Воскресенская
А.С. Харитонов
Л.В. Пирютко
В.Н. Пармон
Г.И. Панов
Original Assignee
Институт катализа СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт катализа СО РАН filed Critical Институт катализа СО РАН
Priority to SU5025641 priority Critical patent/RU2071817C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2071817C1 publication Critical patent/RU2071817C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Abstract

FIELD: gas purification. SUBSTANCE: invention relates to purification of exhaust gases from N2O in relatively mild conditions (moderate temperatures, small contact time) with no noxious side products' formation. Gas is freed from N2O by way of its breakdown in presence of a silicate catalyst at 250-800 C and contact time 0.05- 10 s. As silicate catalysts, high-silica zeolite of general formula yEI2On•x•Fe2O3•SiO2 are employed, where y = 10-5-5•10-2, x = 10-5-2•10-2, EI is at least one element from 2,3,4, and 5 period, and n is valency of element. Also employed may be iron-silicates of general formula xFe2O3•SiO2 where x = 10-5-2•10-2. EFFECT: avoided noxious side products' formation.

Description

Настоящее изобретение относится к способу очистки отходящих газов промышленных производств от оксида азота (I) методом каталитического разложения N2 с использованием в качестве катализаторов кристаллических силикатов со структурой высококремнеземистых цеолитов.The present invention relates to a method for purifying industrial exhaust gas from nitric oxide (I) by catalytic decomposition of N 2 using crystalline silicates with a high silica zeolite structure as catalysts.

Оксид азота (I) является экологически вредным неорганическим соединением. Присутствие N2О в атмосфере приводит к разрушению озонового слоя Земли и способствует возникновению парникового эффекта.Nitric oxide (I) is an environmentally harmful inorganic compound. The presence of N 2 O in the atmosphere leads to the destruction of the ozone layer of the Earth and contributes to the greenhouse effect.

Ежегодный прирост концентрации N2О в атмосфере составляет 0,2% Основными источниками загрязнения окружающей среды оксидом азота (I) являются сжигание природного топлива и процессы горения биомассы. Кроме того, оксид азота (I) в значительных количествах содержится в выбросах таких крупнотоннажных производств, как получение азотной кислоты, азида натрия, пропилена, искусственного шелка и др.The annual increase in the concentration of N 2 O in the atmosphere is 0.2%. The main sources of environmental pollution by nitric oxide (I) are the burning of natural fuels and the combustion of biomass. In addition, nitric oxide (I) in significant quantities is contained in emissions from large-scale industries such as the production of nitric acid, sodium azide, propylene, rayon, etc.

Учитывая приведенные выше данные, встает вопрос об удалении оксида азота (I) из отходящих газов несмотря на сравнительно низкое его содержание в промышленных выбросах (5% и ниже). Наиболее доступен и прост метод каталитического разложения N2О до азота и кислорода.Considering the above data, the question arises of the removal of nitric oxide (I) from the exhaust gases despite its relatively low content in industrial emissions (5% and below). The most accessible and simplest method is the catalytic decomposition of N 2 O to nitrogen and oxygen.

Наиболее близким к заявляемому способу по техническим признакам и достигаемому эффекту является метод удаления оксида азота (I) из анестезирующих газов путем разложения N2О на каталитических контактах, основу которых составляют оксиды Fe, Сr, Со, Mn. По этому способу оксид азота (I), содержащийся в анестезирующем газе после его использования, пропускают над катализатором, состоящим из одного или более вышеперечисленных оксидов, нанесенных на носитель, в качестве которого используют оксиды Al, Si либо Тi. Полное превращение N2О происходит при температурах 480 560oC и временах контакта не менее 8 секунд. Недостатками этого способа являются: проведение процесса при высокой концентрации оксида азота (I) в исходном газе: 50 70 об. что неприемлемо для подавляющего большинства промышленных выбросов; большие времена контакта (8 сек.), требуемые для полного разложения N2О; наличие в продуктах реакции оксидов азота NO и NO2 (5-10 ppm).Closest to the claimed method according to technical features and the achieved effect is the method of removal of nitric oxide (I) from anesthetizing gases by decomposition of N 2 O on catalytic contacts, the basis of which are oxides Fe, Cr, Co, Mn. According to this method, the nitric oxide (I) contained in the anesthetic gas after its use is passed over a catalyst consisting of one or more of the above oxides supported on a carrier, using Al, Si or Ti oxides. Complete conversion of N 2 O occurs at temperatures of 480 560 o C and contact times of at least 8 seconds. The disadvantages of this method are: the process at a high concentration of nitric oxide (I) in the source gas: 50 to 70 vol. which is unacceptable for the vast majority of industrial emissions; large contact times (8 sec.) required for the complete decomposition of N 2 O; the presence in the reaction products of nitrogen oxides NO and NO 2 (5-10 ppm).

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа очистки отходящих газов от оксида азота (I), который позволил бы добиться полной утилизации N2О (независимо от концентрации N2О в исходной смеси) в относительно мягких условиях (умеренные температуры, небольшие времена контакта) без образования вредных побочных продуктов, таких как оксиды азота NO и NO2.The basis of the present invention is the creation of such a method of purification of exhaust gases from nitric oxide (I), which would achieve complete utilization of N 2 O (regardless of the concentration of N 2 O in the initial mixture) under relatively mild conditions (moderate temperatures, short contact times ) without the formation of harmful by-products, such as nitrogen oxides NO and NO 2 .

Эта задача решается тем, что предлагается способ удаления N2О из отходящих газов путем разложения оксида (I) в присутствии силикатного катализатора со структурой высококремнеземистых цеолитов. Согласно изобретению процесс разложения ведут при температуре 250 800oC, времени контакта реакционной смеси с катализатором 0,05 10 сек, и при использовании в качестве катализатора кристаллических силикатов со структурой высококремнеземистых цеолитов состава: у•El2On•x•Fe2O3 •SiO2, где y 10-5 5•10-2, х 10-5 2•10-2, El - по крайней мере один из элементов 2, 3, 4, 5 периода Периодической системы, n валентность элемента, либо железосиликатов состава х•Fe2O3•SiO2, где х 10-5 2 •10-2. Если в силикат введено более одного элемента, то "у" представляет собой сумму мольных коэффициентов соответствующих оксидов элементов, введенных в силикат.This problem is solved in that a method is proposed for removing N 2 O from exhaust gases by decomposing oxide (I) in the presence of a silicate catalyst with a structure of high siliceous zeolites. According to the invention, the decomposition process is carried out at a temperature of 250 800 o C, the contact time of the reaction mixture with the catalyst of 0.05 10 sec, and when using crystalline silicates with a structure of high siliceous zeolites of the composition: • El 2 O n • x • Fe 2 O 3 • SiO 2 , where y 10 -5 5 • 10 -2 , x 10 -5 2 • 10 -2 , El - at least one of the elements 2, 3, 4, 5 of the period of the Periodic system, n is the valency of the element, or iron silicates of the composition x • Fe 2 O 3 • SiO 2 , where x 10 -5 2 • 10 -2 . If more than one element is introduced into the silicate, then "y" is the sum of the molar coefficients of the corresponding oxides of the elements introduced into the silicate.

Способ разложения N2 с использованием в качестве катализатора кристаллических силикатов прост в технологическом исполнении и осуществляется следующим образом. Способ получения катализатора традиционен и основан на следующей технологии. Смесь, состоящую из источника кремния, источника железа, в необходимых случаях источника Еl, щелочи органических поверхностно-активных соединений гомогенизируют, затем помещают в автоклав, где в гидротермальных условиях ее выдерживают в течение 1-30 суток при температуре 80 200oC. После завершения кристаллизации осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и сушат. Полученные таким образом силикат отжигают при температуре 550 800oC для удаления органических включений и при необходимости проводят также декатионирование растворами NH4OН + NH4Cl или растворами неорганических кислот. В некоторых случаях необходимый элемент в силикатную матрицу вводят, используя методом ионного обмена, либо пропитки.The method of decomposition of N 2 using crystalline silicates as a catalyst is simple in technological design and is carried out as follows. The method of producing the catalyst is traditional and based on the following technology. The mixture consisting of a source of silicon, a source of iron, if necessary, a source of El, alkalis of organic surfactants are homogenized, then placed in an autoclave, where it is kept under hydrothermal conditions for 1-30 days at a temperature of 80 200 o C. After completion crystallization, the precipitate is filtered off, washed with distilled water and dried. The silicate thus obtained is annealed at a temperature of 550 800 ° C. to remove organic impurities and, if necessary, decationation is also carried out with solutions of NH 4 OH + NH 4 Cl or inorganic acid solutions. In some cases, the necessary element is introduced into the silicate matrix using the method of ion exchange or impregnation.

Катализатор, полученный таким способом, загружают в реактор с внутренним диаметром 7 мм. Объем катализатора 2 см3, фракционный состав 0,5 - 1,0 мм. На катализатор, нагретый до заданной температуры, подается в выбранной скоростью реакционная смесь, состоящая из оксида азота (I) и инертного газа, в качестве которого используют гелий. В некоторых случаях в реакционную смесь вводится также молекулярный кислород.The catalyst obtained in this way is loaded into a reactor with an inner diameter of 7 mm. The volume of catalyst is 2 cm 3 , the fractional composition is 0.5 - 1.0 mm. A reaction mixture consisting of nitric oxide (I) and an inert gas, which is used as helium, is fed to a catalyst heated to a predetermined temperature at a selected speed. In some cases, molecular oxygen is also introduced into the reaction mixture.

Cостав смеси до и после реактора определяется с помощью хроматографического анализа, на основании чего рассчитывают степень превращения оксида азота (I):
Х (Cн Cк)/Cн,
где Сн концентрация оксида азота (l) на входе в реактор, мольн.The composition of the mixture before and after the reactor is determined using chromatographic analysis, on the basis of which the degree of conversion of nitric oxide (I) is calculated:
X (C n C k ) / C n ,
where C n the concentration of nitric oxide (l) at the entrance to the reactor, mol.

Cк концентрация оксида азота (l) на выходе из реактора, мольн.C to the concentration of nitric oxide (l) at the outlet of the reactor, mol.

Отличительным признаком предлагаемого способа удаления оксида азота (l) из отходящих газов по сравнению с известным способом является то, что в качестве катализатора применяются кристаллические силикаты со структурой высококремнеземистых цеолитов. Использование таких катализаторов позволяет работать с меньшими концентрациями N2, проводить реакцию при более низких температурах и меньших временах контакта, что в свою очередь ведет к уменьшению загрузки катализатора и следовательно к уменьшению габаритов реактора. Кроме того, в предлагаемом способе не образуются побочные вредные продукты, такие как NO и NO2, что также является существенным преимуществом по сравнению с известным способом.A distinctive feature of the proposed method for the removal of nitric oxide (l) from the exhaust gases in comparison with the known method is that crystalline silicates with the structure of highly siliceous zeolites are used as a catalyst. The use of such catalysts makes it possible to work with lower concentrations of N 2 , to carry out the reaction at lower temperatures and shorter contact times, which in turn leads to a decrease in catalyst loading and, consequently, to a reduction in the dimensions of the reactor. In addition, in the proposed method does not form harmful by-products, such as NO and NO 2 , which is also a significant advantage compared to the known method.

Для лучшего понимания настоящего изобретения приводятся следующие конкретные примеры. For a better understanding of the present invention, the following specific examples are provided.

Пример 1. Силикат состава 10-2•Al2O3•2.6•10-3 •Fe2O3•SiO2 cо структурой ZSM-5 в количестве 2 см3 загружают в реактор, прокаливают в токе гелия при температуре 550oC в течение двух часов, после чего опускают температуру до 400oC и со скоростью 1 см3/сек подают реакционную смесь состава: оксид азота (I) 5 мольн. остальное гелий. Состав реакционной смеси периодически анализируют с помощью хроматографа. В продуктах реакции присутствует только N2 и О2. Конверсия N2O cоставляет 100%
Примеры 2 16. Реакцию ведут аналогично примеру 1, за исключением того, что варьируют при этом температуру проведения реакции и время контакта реакционной смеси с катализатором. Результаты испытаний представлены в таблице 1.Example 1. A silicate of composition 10 -2 • Al 2 O 3 • 2.6 • 10 -3 • Fe 2 O 3 • SiO 2 with a ZSM-5 structure in an amount of 2 cm 3 is loaded into the reactor, calcined in a stream of helium at a temperature of 550 o C for two hours, after which they lower the temperature to 400 o C and at a speed of 1 cm 3 / s serves the reaction mixture of the composition: nitric oxide (I) 5 mol. the rest is helium. The composition of the reaction mixture is periodically analyzed using a chromatograph. Only N 2 and O 2 are present in the reaction products. The conversion of N 2 O is 100%
Examples 2 16. The reaction is carried out analogously to example 1, except that the temperature of the reaction and the contact time of the reaction mixture with the catalyst are varied. The test results are presented in table 1.

Пример 17. Реакцию проводят как в примере 1, за исключением того, что реакционная смесь имеет следующий состав: оксид азота (I) 0,1 мольн. остальное гелий. Конверсия N2О при этом составляет 100%
Пример 18. Реакцию проводят как в примере 1, за исключением того, что исходная смесь состоит только из оксида азота (l). Конверсия N2 при этом составляет 100%
Пример 19. Реакцию проводят как в примере 1, за исключением того, что в реакционную смесь, наряду с оксидом азота (l) (5 мольн.) и гелием, вводится молекулярный кислород (20 мольн.). Конверсия N2О при этом составляет 100%
Примеры 20 37. Реакцию проводят как в примере 1, за исключением того, что варьируют химических состав катализаторов и их структуру. Характеристики катализаторов и результаты испытаний представлены в таблице 2.Example 17. The reaction is carried out as in example 1, except that the reaction mixture has the following composition: nitric oxide (I) 0.1 mol. the rest is helium. The conversion of N 2 About in this case is 100%
Example 18. The reaction is carried out as in example 1, except that the initial mixture consists only of nitric oxide (l). The conversion of N 2 in this case is 100%
Example 19. The reaction is carried out as in example 1, except that molecular oxygen (20 mol.) Is introduced into the reaction mixture, along with nitric oxide (l) (5 mol.) And helium. The conversion of N 2 About in this case is 100%
Examples 20 to 37. The reaction is carried out as in example 1, except that vary the chemical composition of the catalysts and their structure. The characteristics of the catalysts and test results are presented in table 2.

Claims (1)

Способ очистки отходящих газов от оксида азота (I) методом каталитического разложения N2O при температуре 250 800oС и времени контакта 0,05 10 с, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве катализатора реакции разложения N2O используют кристаллические силикаты со структурой высококремнеземистых цеолитов состава
yEl2On•xFe2O3•SiO2,
где y 10-5 5•10-2;
x 10-5 2•10-2;
El по крайней мере один из элементов 2,3,4,5 групп Периодической системы элементов;
n валентность элемента,
либо железосиликаты состава
xFe2O3•SiO2,
где x 10-5 2•10-2.The method of purification of exhaust gases from nitric oxide (I) by the method of catalytic decomposition of N 2 O at a temperature of 250 800 o C and a contact time of 0.05 10 s, characterized in that, in order to simplify the process, a catalyst for the decomposition of N 2 O is used crystalline silicates with a structure of high siliceous zeolites composition
yEl 2 O n • xFe 2 O 3 • SiO 2 ,
where y 10 -5 5 • 10 -2 ;
x 10 -5 2 • 10 -2 ;
El is at least one of the elements of 2,3,4,5 groups of the Periodic system of elements;
n is the valency of the element,
either iron silicates
xFe 2 O 3 • SiO 2 ,
where x 10 -5 2 • 10 -2 .
SU5025641 1992-02-04 1992-02-04 Method of purifying gases from nitrogen(i) oxide RU2071817C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5025641 RU2071817C1 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Method of purifying gases from nitrogen(i) oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5025641 RU2071817C1 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Method of purifying gases from nitrogen(i) oxide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2071817C1 true RU2071817C1 (en) 1997-01-20

Family

ID=21596067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5025641 RU2071817C1 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Method of purifying gases from nitrogen(i) oxide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2071817C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2773144A1 (en) * 1997-12-31 1999-07-02 Grande Paroisse Sa FERRIERITY / IRON-BASED CATALYST FOR THE CATALYTIC REDUCTION OF THE NITROGEN PROTOXIDE GAS CONTENT. ITS PROCESS FOR OBTAINING. APPLICATION TO THE TREATMENT OF INDUSTRIAL GASES
RU2237514C1 (en) * 2000-07-05 2004-10-10 Яра Интэрнэшнл Аса Nitrogen monoxide decomposition catalyst and a way of carrying out processes including formation of nitrogen oxide
RU2477177C2 (en) * 2011-06-17 2013-03-10 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Method of preparing catalyst for decomposing nitrous oxide and process of decontaminating gas emissions containing nitrous oxide

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент США N 42593О3, кл. В 01 D 3/36, 1981. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2773144A1 (en) * 1997-12-31 1999-07-02 Grande Paroisse Sa FERRIERITY / IRON-BASED CATALYST FOR THE CATALYTIC REDUCTION OF THE NITROGEN PROTOXIDE GAS CONTENT. ITS PROCESS FOR OBTAINING. APPLICATION TO THE TREATMENT OF INDUSTRIAL GASES
WO1999034901A1 (en) * 1997-12-31 1999-07-15 Grande-Paroisse S.A. Catalyst based on ferrierite/iron for catalytic reduction of nitrous oxide content in gases, method for obtaining same and application
HRP20000512B1 (en) * 1997-12-31 2009-03-31 Grande-Paroisse S.A. Catalyst based on ferrierite/iron for catalytic reduction of nitrous oxide content in gases, method for obtaining same and application
RU2237514C1 (en) * 2000-07-05 2004-10-10 Яра Интэрнэшнл Аса Nitrogen monoxide decomposition catalyst and a way of carrying out processes including formation of nitrogen oxide
RU2477177C2 (en) * 2011-06-17 2013-03-10 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Method of preparing catalyst for decomposing nitrous oxide and process of decontaminating gas emissions containing nitrous oxide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0136893B1 (en) Selective catalytic reduction of nitrogen oxide
Kikuchi et al. Selective reduction of nitric oxide with methane on gallium and indium containing H-ZSM-5 catalysts: formation of active sites by solid-state ion exchange
RU2264845C2 (en) Process of removing nox and n2o and apparatus for implementation thereof
US6682710B1 (en) Catalytic reduction of nitrous oxide content in gases
EA005631B1 (en) Method for reducing the content of n2o and no2 in glass
Sanchez-Escribano et al. Low temperature selective catalytic reduction of NOx by ammonia over H-ZSM-5: an IR study
US6143681A (en) NOx reduction catalyst
KR20020081252A (en) Removal of laughing gas in nitric acid production
FI88149C (en) FOERFARANDE FOER MINSKNING AV KVAEVEOXIDEMISSIONER
EP0652040B1 (en) Process and catalyst for reducing NOx in combustion exhaust gases
RU2071817C1 (en) Method of purifying gases from nitrogen(i) oxide
EP0600483A1 (en) Process for removing nitrogen oxides from oxygen rich exhaust gas
JP2691643B2 (en) Exhaust gas purification method
Muraki et al. Reduction of nitric oxide by carbon monoxide over alumina-supported palladium catalyst
JPH04363143A (en) Catalyst for decomposition of nitrous oxide and method for purifying exhaust gas containing nitrous oxide
EP0499087B1 (en) Process for purifying exhaust gas
KR0163096B1 (en) Method for removing nitrous oxide
JPH05154349A (en) Method and catalyst for removing nitrogen oxide in combustion exhaust gas
JPH03101836A (en) Catalyst for decomposition of nitrogen oxide
JPH06277522A (en) Nitrogen oxide removing catalyst and nitrogen oxide removing method using same
JP3257686B2 (en) Exhaust gas purification catalyst and exhaust gas purification method using the same
RU2072897C1 (en) Catalyst for removing nitrogen oxides from exhaust gases and method of preparation thereof
JPH04118030A (en) Method of removing nitrogen oxide
SU1369772A1 (en) Method of cleaning hydrogen-containing gases from nitrogen oxides
KR100345727B1 (en) A resolvable method of NOx