Файл: Кузнецов И.Е. Защита атмосферного воздуха от загрязнения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.07.2024
Просмотров: 121
Скачиваний: 0
лишены указанных недостатков. По одному из методов получение катализаторов производят следующим образом. Смесь, состоящую из одного, двух или трех компонентов солей или окислов меди, марганца, железа, хрома, ко бальта и других соединений, взятых в определенной про порции, тщательно перемешивают в аммиачной воде. От дельно без доступа воздуха нагревают кокс до темпера
туры |
400—1000° С. |
Раскаленный |
кокс |
затем погружают, |
|
в приготовленный |
раствор, после |
чего |
извлекают |
из ван |
|
ны и |
сушат до полного выделения газообразных |
продук |
тов. Полученный таким образом катализатор дешев и прост в изготовлении.
В тех случаях, когда каталитически активные вещест ва трудно перевести в раствор, их внесение может быть осуществлено непосредственно в угольную шихту, идущую
на коксование. |
Формирование |
катализатора |
в этом слу |
чае. происходит |
одновременно |
с коксованием |
угля. |
Третий способ приготовления катализаторов заклю чается в том, что в смесь каталитически активных компо нентов добавляют металлический алюминий, цемент и ам миачную воду. Полученную смесь тщательно перемеши вают, после чего она затвердевает в пористую массу. Вместо цемента могут быть использованы другие вяжу щие вещества—глина с различными присадками. Формиро вание катализатора в этом случае осуществляется путем спекания каталитически активной массы с различными присадками при температуре 1000°С. Катализатор полу чается в виде керамических фильтров.
Достоинством последних двух способов получения ка
тализаторов является то, что они могут быть |
выполнены |
||
в виде |
пористых унифицированных фильтров, форма и |
||
размер |
которых отвечают форме контактного |
аппарата. |
|
Это обеспечивает равномерное движение |
газа через ката |
||
лизатор |
и 'упрощает процесс загрузки и |
выгрузки его. |
Благодаря дешевизне и простоте изготовления произ водство, больших партий катализаторов по вышеупомяну тым способам не представляет трудности. Такие катали заторы эффективно могут быть использованы для сани тарной очистки больших количеств отходящих газов в различных отраслях промышленности: химической, метал лургической, теплоэнергетики.
Ввиду того, что в настоящее время не существует об щей обоснованной теории подбора катализаторов, их фор мирование осуществляется эмпирическим путем. Важно было установить состав и количественные соотношения
Рис. 22. Схема экспериментальной установки для изучения процесса каталитического окисления окиси углерода: /—реактор; 2—электро спираль; 3—кольцевой зазор для подогрева газа; 4—футеровка; 5—штуцер; 6—кварцевая трубка; 7—термопара; 8—милливольтметр; 9—тройник; 10—вольтметр; //—трансформатор; 12—катализатор; 13—напорный бачок; 14—газодувка; 15, 17, 20—реометры; 16— смеситель; 18—баллон с окисью углерода: 19—баллон с сернистым
ангидридом.
между каталитически активными компонентами, а также последовательность и технологический режим отдельных стадий процесса. Предварительные испытания показали высокую эффективность катализаторов, получаемых нами на основе нового носителя-кокса, меди и марганца. В ка
честве источников марганца испытывались соли МпС03 , |
|||
КМп0 4 , |
Mn(N0 3 )2, М п 0 2 (пиролюзит), в качестве |
источ |
|
ника меди — соли |
Cu(N0 3 ) 2 , [Cu(NH 3 ) 4 ] (ОН) 2 ) |
CuC03 , |
|
Cu(OH)2 |
(малахит). |
Формирование катализатора |
осуще |
ствлялось при различных температурах, при различной комбинации и процентном содержании каталитически ак тивных веществ.
Схема установки для исследования каталитической ак
тивности катализаторов |
показана на |
рис. 22. Она состоит |
|
из кварцевого реактора |
1, обогреваемого спиралью 2, сме |
||
сителя 16, источника |
воздуха 14, S0 2 |
— 19 и окиси угле |
|
рода /5. Температура |
в |
реакторе контролировалась с по |
|
мощью термопар 7, а расход газовых |
компонентов—с по |
мощью реометров 15, 17, 20. Изменение температуры в реакторе осуществлялось с помощью автотрансформато ра 11. Концентрация окиси углерода на входе и на выходе из реактора определялась с помощью прибора ВТИ и хро матографа ХЛ-69.
Окись углерода получали путем сернокислотного раз ложения муравьиной кислоты либо путем восстановления двуокиси углерода на активированном угле при темпера туре 800—1000° С. Газовая смесь из смесителя 16 по шту церу поступает в межтрубное пространство реактора 3, подогревается и далее через радиальные отверстия и съем ную решетку 13 направляется в реакционную зону, где в
присутствии катализатора |
12 протекает |
реакция окисления |
|||
окиси углерода: |
|
|
|
|
|
|
2СО + |
0 2 |
= 2 С 0 2 |
+ |
Q |
Исследования проводились при следующих значениях |
|||||
независимых |
переменных: |
|
|
|
|
объем катализатора |
|
|
|
0,02н- 0,1 л |
|
температура |
|
|
|
|
100—300°С |
концентрация |
СО |
|
|
|
0—10% |
концентрация |
0 2 |
|
|
|
0—20% |
объемная скорость газа |
|
|
|
500—20 000 ч а с - 1 . |
|
На рис. 23 показана |
активность |
различных групп мар- |
ганцево-медных катализаторов, полученных по вышеопи санной технологии и отличающихся друг от друга видом используемого сырья и технологией приготовления.
Рис. 23. Каталитическая активность углерод-медь-марганцевых кате» лизаторов различного состава.
Катализаторы |
группы «а» были |
приготовлены |
путем |
||||||||||
«гашения» нагретого кокса в растворах |
M n ( N 0 3 ) 2 |
и |
|||||||||||
Cu(N0 3 ) 2 . |
В |
образце |
1 |
вместо |
C u ( N 0 3 ) 2 |
|
был взят |
||||||
Со |
(N0 3 ) 2 , в образце 2 исключался |
марганец, в образцах 3 |
|||||||||||
и 4 |
«загашены» |
в совместном |
растворе |
C u ( N 0 3 ) 2 и |
|||||||||
M n ( N 0 3 ) 2 . |
Прокалка |
всех |
образцов |
проводилась |
при |
||||||||
t=:600° в течение |
1 часа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Катализаторы |
группы «б» отличались |
от |
группы |
«а» |
|||||||||
тем, что в качестве каталитически |
активных |
веществ ис |
|||||||||||
пользовались |
растворы |
К М п 0 4 и СиС03 - Си (ОН)2 . Образ |
|||||||||||
цы |
1 и 2 «гасили» сначала |
в растворе |
КМп0 4 , |
а |
затем в |
||||||||
CuC0 3 - Cu(0H) 2 , |
образцы |
3 и 4 — в |
обратной |
последо |
|||||||||
вательности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Катализаторы |
группы «в» получали |
на основе |
МпС0 3 |
||||||||||
и СиС03 - Си (ОН)2 . Образцы |
1 н 2 предварительно |
пропи |
тывали в аммиачном растворе CuC03 -Cu(OH)2 , а затем нагревали до 800° С и гасили в суспензии МпС0 3 . После этого прокаливали при 400° С. Образцы 3 и 4 приготов лены по этой же технологии, однако разогрев кокса про
изводили |
до 400° С, а |
прокалку при 300° С. |
|
|
|
||||||
На |
рис. 23-г приведены результаты исследований |
медь- |
|||||||||
марганцевых катализаторов, |
полученных |
путем |
коксова |
||||||||
ния угольной шихты совместно с каталитически |
активны |
||||||||||
ми компонентами |
(кривая |
4). |
Использовали |
в |
качестве |
||||||
отвердителя цемента |
(кривая |
3) и |
катализаторы, выпол |
||||||||
ненные в |
виде керамических |
фильтров |
(кривая |
2). |
На |
||||||
этом |
же |
графике |
для сравнения |
показана |
активность |
катализатора НТК-4, выпускаемого промышленностью для
очистки технологического газа от СО. |
|
|
||||
|
Анализируя |
приведенные результаты, |
можно |
видеть, |
||
что |
наибольшей |
активностью |
обладают |
катализаторы |
||
группы |
«в». При температуре |
250° С и объемной |
скоро |
|||
сти |
3000 |
ч а с . - 1 |
они обеспечивают 90—93% превращения |
|||
СО в С 0 2 . |
|
полученных |
путем |
испыта |
||
|
На основании результатов, |
ния 15 образцов различных катализаторов, удалось уста
новить оптимальный состав |
и технологию |
приготовления |
эффективного катализатора |
окисления СО |
в С 0 2 . Луч |
шим сырьем для приготовления таких |
катализаторов мож |
||
но считать соли M n ( N 0 3 ) 2 - 6 H 2 0 |
ГОСТ |
6203-52 |
и |
CuC03 -Cu(OH)2 (малахит) ГОСТ 6927-58. |
Каждую |
из |
этих солей необходимо растворить в водном 20%-ном рас творе аммиака либо карбоната аммония. Оптимальная температура нагрева кокса перед «гашением» должна со ставлять 400 — 600°С, а температура прокалки 400°С
в течение одного-двух часов. Количество солей, прочно удерживаемых на носителе при однократном «гашении»,
составляло |
10—30% при |
соотношении М " ° = 0,8 -г- 2,0. |
|
|
|
CuO |
|
Полученный |
катализатор |
имеет следующую |
характери |
стику: |
|
|
|
насыпной |
вес |
0,4—0,6 кг/л; |
|
механическая прочность |
> 200 |
кг/см2; |
|
поверхность |
120 м2/г; |
||
пористость |
49—53%; |
||
размер зерна |
3—40 мм; |
Катализаторы, получаемые путем спекания угольной шихты и с использованием в качестве отвердителя цемен та, показали меньшую активность.
Катализаторы, получаемые на керамической основе и путем пропитки кокса солями меди, хрома и цинка, име ют примерно такую же активность, как промышленный катализатор НТК-4.
В области температур 200—250° С при объемной ско рости 3000 ч а с . - 1 они обеспечивают степень окисления СО на 80—96%- С повышением температуры до 300° С их ак тивность увеличивается.
Исследование кинетики окисления СО
на медь-марганцевых и медь-цинк-хромовых катализаторах
Процесс окисления СО на катализаторах, получаемых методом «гашения» разогретого кокса в ам миачных растворах каталитически активных веществ, за висит от целого ряда факторов: температуры, объемной скорости газа, концентрации исходных веществ, наличия в газе посторонних примесей. Представляло интерес изу чить кинетику этого процесса применительно к условиям различных производств, отходящие газы которых отли чаются по количеству и составу.
Влияние |
температуры. |
Испытания |
синтезированных |
||||
медь-марганцевых и медь-цинк-хромовых |
катализаторов |
||||||
показали, |
что они начинают |
проявлять |
свою |
активность |
|||
при температуре |
200° С. С |
ростом |
температуры |
степень |
|||
окисления |
СО в |
СОг возрастает и |
достигает |
максимума |
|||
при 250° С. Дальнейшее увеличение |
температуры |
не при- |