катализаторная загрузка реактора очистки отходящих газов от оксидов азота и способ очистки отходящих газов

Формула изобретения

1. Катализаторная загрузка реактора очистки отходящих газов от оксидов азота, включающая окислы хрома, меди, алюминия, отличающаяся тем, что она представляет собой механическую смесь промышленных окисных катализаторов: железохромового марки СТК и медь-цинк-никель-алюминиевого марки НТК-10-1, взятых в объемном соотношении 0,5 5,0 10 соответственно.

2. Способ очистки отходящих газов от оксидов азота путем смешивания отходящих газов с газом-восстановителем, в качестве которого используют горючие газы с последующим пропусканием полученной смеси газов через реактор с загрузкой катализатора при повышенной температуре, отличающийся тем, что отношение содержания газа восстановителя к содержанию кислорода в отходящих газах при смешивании составляет 0,06 0,80, в качестве катализатора используют механическую смесь промышленных окисных катализаторов: железохромового марки СТК и медь-цинк-никель-алюминиевого марки НТК-10-1, взятых в объемном соотношении 0,5 5,0 1,0, а температуру газовой смеси поддерживают в диапазоне 200 400^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к катализаторам и способам очистки газов от оксидов азота методом каталитического восстановления их горючими глазами и может быть широко использовано при каталитическом обезвреживании отходящих газов различных производств.

Известно, что горючие газы (Н₂, нефтяной и природный газы, пары керосина, индивидуальные углеводороды) относятся к "неселективным" восстановителям оксидов азота и в первую очередь взаимодействуют с присутствующим в очищаемом газе кислородом, при этом резко до 600 800^оС повышается температура газа. Только после того, как прореагирует основная масса кислорода, в реакцию с восстановителем вступают окислы азота. Газ-восстановитель необходимо подавать в количестве, превышающем стехиометрически необходимое на 10 20% т. е. процесс проводить в восстановительной среде (n CH₄/O₂ 0,5). Способ восстановления оксидов азота горючими газами нашел распространение только благодаря высокой производительности низкопроцентных катализаторов, содержащих благородные металлы [1]

Из научно-технической литературы известен способ восстановления оксидов азота метаном, в котором вместо палладиевого катализатора используется дешевый оксидный железо-медный катализатор, нанесенный на активную - Al₂O₃ [2] На этом катализаторе достигается 90%-ная степень восстановления NO метаном при объемной скорости газов 10.000 ч^-1, температурах 600 800^оС и при соотношении СH₄/O₂0,55 0,65. Однако данный способ очистки не обеспечивает полного восстановления оксидов азота.

Наиболее близким к изобретению по технологической сущности и получаемому результату является способ восстановления оксидов азота метаном с использованием двуслойного катализатора [3] Первый слой представляет собой палладиевый катализатор АПК-2 на носителе (Al₂O₃). Количество этого катализатора должно быть достаточно для связывания основного количества кислорода, присутствующего в очищаемом газе. Во втором слое катализатора происходит восстановление оксидов азота. Максимальная конверсия NO_x (100%) достигается на 25-х оксидных медном и медно-хромовом (1 3,8) катализаторах, нанесенных на - Al₂O₃.

Недостатками описанного способа являются: высокая температура процесса (700 730^оС), проведение процесса в две стадии, использование в первом слое катализатора, содержащего 2% Pd, а также невозможность применения его для обезвреживания газов с содержанием кислорода выше 3 об.

Целью изобретения является создание способа, который позволил бы проводить процесс очистки кислородсодержащих газов от оксидов азота восстановлением их горючими газами в одну стадию на дешевом доступном катализаторе при достаточно низких температурах с высокой эффективностью.

Для достижения поставленной цели очищаемый газ вместе с восстановителем пропускают через слой катализатора при повышенной температуре. В процессе очистки применяется многокомпонентный оксидный катализатор, представляющий собой механическую смесь промышленных катализаторов ОТК и НТК-10-1, взятых в соотношении (0,5 5,0) 1 соответственно.

Катализатор СТК (ТУ-03-317-86) применяется в процессе среднетемпературной конверсии окиси углерода, в его состав входят 88 мас. Fe₂O₃ и 7 мас. Cr₂O₃. Катализатор НТК-10-1 (ТУ 113-01-31-44-87) применялся в производстве бутиловых спиртов, в его состав входят: CuO ( 40 мас.), ZnO ( 30 мас.), NiO ( 5 мас.) и Al₂O₃ ( 17 мас.).

Согласно предлагаемому способу на указанном катализаторе в одностадийном процессе очистки удается достичь практически 100%-ной конверсии оксидов азота при содержании их в очищаемом газе в количестве 0,04 0,14 об. в присутствии значительных количеств кислорода (до 20 об.) как в окислительном, так и в восстановительном режимах в интервале температур 200 400^оС. Оптимальным является отношение СH₄/O₂ 0,06 0,60.

В научно-технической и патентной литературе нет сообщений о катализаторе для очистки отходящих газов от оксидов азота и способе его использования с указанной совокупностью существенных признаков. В связи с этим заявленное решение соответствует критерию "новизна".

Предлагаемый катализатор отличается от катализатора-прототипа, во-первых, количественным содержанием окислов хрома, меди и алюминия, во-вторых, дополнительным присутствием окислов железа, цинка, никеля в таких количествах, чтобы соотношение катализаторов НТК-10-1 и СТК составило 1 (0,5 5,0). Именно эти признаки в совокупности приводят к тому, что полученный катализатор обладает высокой каталитической активностью в температурном диапазоне 200 400^оС. Способ использования катализатора отличается от прототипа проведением процесса очистки от оксидов азота восстановлением их горючими газами в одну стадию в присутствии до 20 об. кислорода при отношении СH₄/O₂ 0,06 0,80.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что не существует известных закономерностей и рекомендаций, согласно которым можно было бы с очевидностью предположить, что механическая смесь промышленных катализаторов СТК и НТК-10-1, взятых в соотношении (0,5 5,0) 1 соответственно, должна проявлять высокую каталитическую активность в процессе очистки газов от оксидов азота при низких температурах, а также возможность использования этого катализатора в одностадийном процессе как в восстановительном, так и в окислительном режимах. В соответствии с этим предложенное решение соответствует критерию "уровень техники".

П р и м е р 1. Использовали катализатор с соотношением компонентов СТК НТК-10-1 1,5 1. Состав газа на входе в каталитический реактор, об. O₂ 19,9; N₂ 78,62; CH₄ 1,4; NO_x 0,08. Объемная скорость газового потока 10 тыс. ч^-1, температура 210^оС, CH₄/O₂ 0,07. Конверсия NO_x 100%

П р и м е р 2. Использовали катализатор с соотношением компонентов СТК НТК-10-1 1 1. Состав газа на входе в каталитический реактор, об. O₂ 9,4; N₂ 84,62; CH₄ 5,8; NO_x 0,18. Объемная скорость газового потока 10 тыс. ч^-1, температура 400^оС, CH₄/O₂ 0,6. Конверсия NO_x 99,5%