сорбционно-каталитический элемент для очистки отходящих газов производства азотной кислоты

Формула изобретения

Сорбционно-каталитический элемент для очистки отходящих газов производства азотной кислоты путем их восстановления метаном, содержащий гранулы палладированного оксида алюминия и гранулы активированного оксида алюминия, отличающийся тем, что он выполнен трехслойным, первый и третий слои содержат гранулы палладированного оксида алюминия, а второй слой представляет собой равномерную смесь из 50 67 об. гранул палладированного оксида алюминия и 33 50 об. гранул активированного оксида алюминия, при этом соотношение толщин первого, второго и третьего слоев составляет 0,06 0,55 1 0,6 0,12 соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сорбционно-каталитической очистке газов, в частности к производству азотной кислоты.

Известны каталитические элементы для очистки отходящих газов от оксида азота [1,2] в частности из установок азотной кислоты [2] первый из которых выполнен в виде слоя гранул из огнеупорного кремнезема и/или глинозема с нанесенным металлом платиновой группы, а второй содержит первый слой из смеси гранул оксидов алюминия и ванадия и второй слой гранул платинированного оксида алюминия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сорбционно-каталитический элемент, используемый для восстановления метаном оксидов азота в отходящем газе агрегата азотной кислоты, включающий два слоя, первый из которых содержит гранулы палладированного оксида алюминия и второй гранулы активированного оксида алюминия [3]

Недостатки известных каталитических элементов заключаются в необходимости применения в них значительных количеств металлов платиновой группы. Кроме того, для работы второго каталитического элемента необходимо применять достаточно дорогой газ аммиак в качестве газа-восстановителя, а третий элемент обладает пониженной стабильностью каталитической активности при переменных нагрузках по метану.

Задачей настоящего изобретения является создание элемента с высоким сроком службы и высокой эффективностью очистки отходящего газа от оксидов азота.

Поставленная задача решается описываемым сорбционно-каталитическим элементом для очистки отходящих газов производства азотной кислоты путем их восстановления метаном, который выполнен трехслойным, первый слой содержит гранулы палладированного оксида алюминия, второй слой представляет собой равномерную смесь из 50-67 об. гранул палладированного оксида алюминия и 33-50 об. гранул активированного оксида алюминия, третий слой содержит гранулы палладированного оксида алюминия, при соотношении толщины слоев первого, второго и третьего слоев, равном (0,06-0,55):1:(0,6-0,12) соответственно.

Конкретные численные значения конструктивных параметров предлагаемого каталитического элемента, в частности суммарная его толщина, и технологические параметры процесса не являются определяющими для каталитического элемента и выбираются преимущественно с целью оптимизации материально-энергетических показателей процесса для каждого конкретного агрегата азотной кислоты.

Пример. Промышленные испытания предлагаемого каталитического элемента проводят на агрегате неконцентрированной азотной кислоты под единым давлением 0,716 Мпа мощностью 355 т. HNO₃/сут [3]

В качестве ректора для каталитического восстановления метаном оксидов азота в отходящем газе используют вертикальный цилиндрический сосуд с внутренним диаметром 3,44 м. Внутри корпуса были размещены колосниковые решетки, отстоящие друг от друга на расстоянии 0,8 м. Во всех опытах на второй по ходу газа решетке размещался слой из гранул активированного оксида алюминия толщиной 0,3 м. Используемые в опытах гранулы активированного и палладированного оксида алюминия были выполнены в виде таблеток 12х12 мм. На первой решетке размещались следующие испытуемые сорбционно-каталитические элементы (все они имели толщину 0,3): элемент из смеси гранул палладированного оксида алюминия и активированного оксида алюминия с содержанием последнего 40 об. от общего количества гранул в слое (опыт N 1).

В опытах 2-6 каталитический элемент с толщинами верхнего и нижнего слоев из гранул палладированного оксида алюминия соответственно: в опыте N 2 0,06 и 0,6 от толщины среднего слоя; N3 0,55 и 0,12; N4 0,30 и 0,35; N5 0,05 и 0,66; N6 0,60 и 0,06.

Таким образом в опытах 2-4 используют предлагаемый элемент, а в опытах 5 и 6 элемент с толщинами верхнего и нижнего слоев ниже нижних и выше верхних из заявленных пределов их величин. В каталитических элементах, используемых в опытах 2-6,содержание гранул активированного оксида в среднем слое составляет 33-50 об. от общего количества гранул в этом слое. Поступающий на очистку со стадии абсорбции оксидов азота подогретый отходящий газ, имеющий абсолютное давление 6 кгс/см², температуру 500^oC и концентрацию кислорода и NO_x соответственно 2,2-2,4 об. и 0,095-0,110 об. смешивают с метаном, обеспечивая объемное соотношение CH₄ O₂ в интервале 0,52-0,54. В опытах измеряют концентрацию NO_x и CO в очищенном газе через различные промежутки времени с момента начала эксплуатации каждого каталитического элемента. Измерения производят с помощью газоанализатора TESTO 33 фирмы TESTOTEPM (Германия).

Полученные результаты приведены в таблице. Из сравнения результатов опытов 2-4 с результатами опыта 1 видно, что предлагаемый элемент обеспечивает регламентные концентрации в очищенном газе NO_x 0,005 и CO 0,14 об. в течение 3,5 лет с момента начала эксплуатации, в то время как подобные показатели обеспечиваются каталитическим элементом-прототипом не более чем 2 года. Подобная ситуация имеет место и в опытах 5 и 6 с каталитическими элементами, имеющими запредельные величины толщины верхнего и нижнего слоев.

Таким образом, предлагаемый каталитический элемент имеет больший срок эксплуатации с сохранением требуемых каталитической активности и эффективности очистки отходящих газов от оксидов азота.