RU2105606C1 - Катализатор окисления оксида углерода - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области очистки газов от вредных примесей и может быть использовано для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания, очистки выбросов промышленных предприятий, очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей. Предложен катализатор окисления оксида углерода, состоящий из диоксида марганца, оксида меди, бентонитовой глины, содержащий входящие в его состав компоненты в следующем соотношении, мас.%: диоксид марганца 50 - 90, оксид меди 2 - 14, бентонитовая глина 5 - 15, примеси - остальное. Предложенный катализатор значительно превосходит известные по каталитической активности в окислении оксида углерода и затраты на его производство существенно ниже, что делает его более доступным для широкого круга потребителей. 1 табл.

Description

Изобретение относится к области очистки газов от вредных примесей и может быть использовано для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания, очистки выбросов промышленных предприятий, очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен катализатор окисления оксида углерода из выхлопных газов автомобиля, который готовят следующим образом: 23 кг сформированного экструзией оксида алюминия с размерами частиц 3х3 мм, удельной поверхностью 250 м²/г, объемом пор (по воде) 1,0 см³/г и насыпным весом 0,5 г/см³ пропитывают 23 л водного раствора нитрата марганца с концентрацией диоксида марганца 70 г/л.

Сушат не менее 4 ч при температуре 150^oC и прокаливают 4 ч при температуре 970^oC. Прокаленный продукт пропитывают 2,3 л раствора, содержащего 0,114 г оксида меди и 0,108 г оксида хрома в 1 мл, а также содержащего карбонат аммония и гидроксид аммония.

Сушат не менее 4 ч при температуре 150^oC и пропитывают 6,8 л раствора нитрата палладия с концентрацией 0,8 г/л. Сушат 4 ч при температуре 120^oC и прокаливают 2 ч при температуре 760^oC. Полученный катализатор имеет следующий состав мас. диоксид марганца 6,0, оксид меди 5,1,оксид хрома 4,9. палладий 0,02, остальное носитель гранулированный оксид алюминия [1]
Недостатком известного катализатора является сложность технологического процесса его приготовления, обусловленная необходимость проведения ряда последовательных операций пропитки носителя, сушки и прокаливания.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является катализатор окисления оксида углерода, состоящий из диоксида марганца, оксида меди, бентонитовой глины, примесей следующего соотношения мас. диоксид марганца 55-65; оксид меди 15-26; бентонитовая глина 12-15; примеси 5-7 [2]
Недостатком указанного катализатора является высокая доля затрат на сырье в производстве катализатора и его недостаточно высокая активность в окислении оксида углерода.

Целью изобретения является снижение доли затрат на сырье в производстве катализатора при сохранении на высоком уровне его каталитической активности в окислении оксида углерода.

Поставленная цель достигается предложенным катализатором, состоящим из диоксида марганца, оксида меди, бентонитовой глины.

Отличие предложенного катализатора от известного заключается в том, что он содержит входящие в его состав компоненты в следующем соотношении, мас. диоксид марганца 50-90; оксид меди 2-14; бентонитовая глина 5-15; примеси - остальное.

Катализатор приготавливают следующим образом.

В воду при непрерывном перемешивании добавляют пасту диоксида марганца до образования равномерной суспензии. Не прекращая перемешивания, в полученную суспензию добавляют едкий натрий. После растворения едкого натрия в суспензию добавляют медный купорос. После проведения реакции осаждения оксида меди суспензию фильтруют и отмывают пасту смеси диоксида натрия и оксида меди от ионов SO $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2-}}{\text{4}}$ Полученную пасту смешивают бентонитовой глиной, пластифицируют и формуют гранулы на шнек-грануляторе. Сформированные гранулы сушат, дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термообработку в кипящем слое. Состав полученного катализатора, мас. диоксид марганца 50-90; оксид меди 2-14; бентонитовая глина 5-15; примеси остальное.

Пример 1. В смеситель, снабженный подогревающем и перемешивающими устройствами, заливают 3 л воды, включают перемешивающее устройство и загружают 3 кг пасты диоксида марганца с влажностью 50% Перемешивание ведут в течение 20 мин до образования однородной водной суспензии диоксида марганца. Затем в смеситель добавляют 0,42 кг едкого натрия и продолжают перемешивание в течение 20 мин. После растворения едкого натрия, установив в смесителе температуру 70^oC и не прекращая перемешивания, в смеситель постепенно, в течение 10 мин добавляют 2,1 л раствора медного купороса с концентрацией сульфата меди 200 г/дм³. После добавления медного купороса перемешивание продолжают в течение 0,5 ч, поддерживая при этом установленную температуру. После окончания перемешивания пасту смеси диоксида марганца и оксида меди фильтруют и отмывают от ионов SO $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2-}}{\text{4}}$
Полученную пасту с влажностью 50% в количестве 3,8 кг загружают в лопастной смеситель, снабженный паровой рубашкой, добавляют 0,45 кг бентонитовой глины и ведут процесс пластификации пасты в течение 1 ч до влажности 30% На шнек-грануляторе через фильтры с диаметром отверстий 1,1 мм формуют гранулы при давлении 35 атм и температуре 05^oC. Сформованные гранулы сушат при температуре 75^oC в течение 12 ч. Высушенные гранулы дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термообработку воздухом в кипящем слое при температуре 300^oC.

Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. диоксид марганца 50; оксид меди 14; бентонитовая глина 15; примеси остальное. Затраты на сырье по сравнению с известным катализатором составляют 75,1% каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 1,72 ммоль/г.

Пример 2.

Приготовление катализатора как в примере 1 за исключением количества добавленного едкого натрия, которое составило 0,3 кг, количества добавленного раствора медного купороса, которое составило 1,5 л и количества бентонитовой глины, которое составило 0,21 кг. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. диоксид марганца 70; оксид меди 14; бентонитовая глина 10; примеси остальное. Затраты на сырье по сравнению с известным катализатором составляют 90,0% каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 1,83 ммоль/г.

Пример 3. Приготовление катализатора как в примере 1 за исключением количества добавленного едкого натра, которое составило 0,03 кг, количества добавленного раствора медного купороса, которое составило 0,17 л, и количества бентонитовой глины, которое составило 0,1 кг. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. диоксид марганца 90; оксид меди 2; бентонитовая глина 6; примеси 0 остальное. Затраты на сырье по сравнению с известным катализатором составляют 70,9% каталитическая активность в окислении оксида углерода составили 1,80 ммоль/г.

Результаты использования влияния состава катализатора на долю затрата на сырье при его производстве и каталитическую активность в окислении оксида углерода приведены в таблице. Примечание: I каталитическую активность (А) расчитывали по формуле:

где
U удельная скорость газовоздушного потока, 0,32 л (мин•см²);
τ время появления за слоем катализатора оксида углерода с концентрацией 0,1 C₀;
C₀ исходная концентрация оксида углерода, 6,2 мг/л;
s сечение слоя катализатора, 3,14 см²;
m навеска катализатора, 7,85 г;
M молекулярная масса оксида углерода, 28 г/моль.

2. Каталитическая активность в окислении оксида углерода не была измерена ввиду того, что при содержании связующего 2 и 4 мас. не удалось приготовить катализатор с достаточной механической прочностью.

Как следует из данных, произведенных в таблице, наибольшее снижение доли затрат на сырье при производстве катализатора при сохранении на высоком уровне его каталитической активности в окислении оксида углерода наблюдается при следующем соотношении компонентов, мас. диоксид марганца 50-90; оксид меди 2-14; бентонитовая глина 5-15; примеси остальное. При соотношении компонентов катализатора, выходящем за указанные пределы, доля затрат на сырье увеличивается, либо (как в случае снижения содержания оксида меди менее 2 мас.) не обеспечивается достаточная каталитическая активность катализатора в окислении оксида углерода.

Снижение доли затрат на сырье при производстве предлагаемого катализатора обусловлено тем, что содержание в нем оксида меди составляет 2-14 мас. тогда как в известном катализаторе эта величина составляет 15-26 мас. При сложившемся уровне цен на сырье затраты на компоненты (едкий натрий и медный купорос), требуемые для приготовления оксида меди, составляют в среднем 55,9% для известного катализатора, для предлагаемого катализатора эти затраты составляют в среднем 29,9% что и является причиной снижения общих затрат на сырье при производстве предлагаемого катализатора в среднем на 27,0%
Сохранение достаточно высокой каталитической активности предлагаемого катализатора в окислении оксида углерода при значительном снижении содержания одного из его компонентов (в среднем на 61,0%) обеспечивается тем, что при производстве предлагаемого катализатора реакция осаждения оксида меди проводится в водной суспензии диоксида марганца. Тогда как при производстве известного катализатора приготовление диоксида марганца и оксида меди проводится в отдельных технологических линиях с последующим смешением указанных компонентов. Это приводит к тому, что в процессе неизбежной технологической операции отмывки оксида меди от ионов SO $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2-}}{\text{4}}$ продолжительность которой составляет десятки часов, происходит снижение дисперсности частиц свежеосажденного оксида меди вследствие укрупнения их размеров в результате слипания под действием адгезионных взаимодействий. А поскольку активными каталитическими центрами в окислении оксида углерода являются локальные поверхностные участки взаимных контактов частиц диоксида марганца и оксида меди, то для образования достаточного количества активных центров при смешении отдельно приготовленных диоксида марганца и оксида меди требуется не менее 15 мас. оксида меди. В случае же проведения реакции осаждения оксида меди в водной суспензии диоксида марганца при производстве предлагаемого катализатора образование локальных поверхностных участков взаимных контактов частиц диоксида марганца и оксида меди, которые являются активными каталитическими центрами в окислении оксида углерода, происходит практически в момент осаждения мелкодисперсных частиц оксида меди, когда снижение их дисперсности в результате укрупнения размеров еще не произошло, и поэтому для создания достаточного количества активных центров требуется и меньшее количество оксида меди.

Таким образом, производство предложенного катализатора позволит значительно снизить долю затрат на сырье, а следовательно, и его стоимость. Это сделает предлагаемый катализатор доступным для более широкого круга потребителей, существенно расширит его применение в процессах очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания, очистки выбросов промышленных предприятий, очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно на снижение доли затрат на сырье в производстве катализатора при сохранении на высоком уровне его каталитической активности в окислении оксида углерода, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Claims (1)

1. Катализатор окисления оксида углерода, состоящий из диоксида марганца, оксида меди, бентонитовой глины, примесей, отличающийся тем, что он содержит входящие в его состав компоненты в следующем соотношении, мас.

   Диоксид марганца 50 90
   Оксид меди 2 14
   Бентонитовая глина 5 15
   Примеси Остальноея

Images