Способ получения катализатора для очистки выхлопных газов от оксидов азота

 

Изобретение относится к средствам защиты окружающей среды от токсичных промышленных выбросов, а именно к способам получения катализаторов для очистки выхлопных газов от вредных веществ. Целью работы является повышение активности катализатора при повышенных температурах. Предлагается способ получения катализатора для очистки выхлопных газов от оксидов азота, согласно которому силикагель предварительно обрабатывают водным раствором фтористого аммония концентрации 0,54 - 2,7 моль/л при температуре 20 - 80^oC в течение 3 - 4 ч, а затем пропитывают водными растворами солей металлов из шестой и восьмой групп, сушат и прокаливают. 1 табл.

Изобретение относится к средствам защиты окружающей среды от токсичных промышленных выбросов, а именно к способам получения катализаторов для нейтрализации оксидов азота в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ получения катализатора, заключающийся в пропитке силикагеля раствором соли ванадия с последующей термообработкой в присутствии водяного пара (Дзисько В.А., Основы методов приготовления катализаторов, Новосибирск, Наука, 1983).

Однако данный способ не позволяет получить на поверхности силикагеля монослой оксида ванадия, химически связанного с носителем - диоксидом кремния. Вследствие этого снижается ресурс работы катализатора и эффективность его действия во времени.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения катализатора для очистки газов от оксидов азота, содержащего оксиды никеля и хрома, нанесенные на фаянсовый носитель с удельной поверхностью 60 - 128 м²/г и объемом пор 0,34 - 0,46 см²/г при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксид никеля - 5,5 - 8,3 Оксид хрома - 10,4 - 15,2 Фаянсовый носитель - Остальное (см. авт.св. N 1447393, кл. B 01 J 23/26, 23/36, 1988, БИ N 48, 1988).

Такой катализатор не обеспечивает требуемую степень восстановления оксидов азота, а следовательно и низка степень очистки отходящих газов от оксидов азота этим катализатором.

Авторами предлагается способ получения катализатора для очистки выхлопных газов от оксидов азота, включающий пропитывание кремнийдиоксидсодержащего носителя водными растворами солей металлов шестой и восьмой групп, сушку, прокаливание, согласно которому используют в качестве носителя диоксид кремния, предварительно обработанный водным раствором фтористого аммония, концентрации 0,54 - 2,7 моль/л при температуре 20 - 80^oC в течение 3 - 24 ч.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что в качестве кремнийдиоксидсодержащего носителя используют силикагель (диоксид кремния), который предварительно обрабатывают водным раствором фтористого аммония концентрации 0,54 - 2,7 моль/л при температуре 20 - 80^oC в течение 3 - 24 ч.

Применение для обработки силикагеля водного раствора фтористого аммония позволяет осуществить ряд физико-химических превращений на поверхности диоксида кремния. В частности, возникают активные центры, способствующие физико-химическим взаимодействиям оксидов никеля, хрома, промотирующих добавок с диоксидом кремния. Происходит образование зародышей новой фазы. В результате монохимического процесса новые фазы прочно закрепляются на развитой поверхности диоксида кремния. В результате этого катализатор приобретает большую стабильность к действию высоких температур, уменьшается вероятность рекристаллизации и спекания каталитической массы.

Пример 1. Кремнийдиоксидсодержащий носитель в виде силикагеля марки KCCN₃ со средним диаметром частиц 2,0 мм помещают в герметичную емкость и заливают пятикратным по объему водным раствором фтористого аммония концентрации 0,54 моль/л. Силикагель обрабатывают в растворе фтористого аммония при температуре 20^oC в течение 24 ч. После обработки силикагель высушивают при температуре 100^oC в течение 3 ч. 100 г Обработанного таким образом силикагеля пропитывают водным раствором смеси солей никеля, хрома, железа. Водный раствор для пропитки содержит 27 г нитрата никеля, 70 г нитрата хрома и 8,5 г нитрата железа. Пропитанный нитратами никеля, хрома и железа силикагель сушат на воздухе в течение 3 ч при температуре 120^oC и прокаливают при 550^oC в течение 4 ч. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас.%: Ni 3,5; Cr₂O₃ 16,0; Fe₂O₃ 0,03; оксид кварца остальное. Через катализатор пропускают продукты сгорания дизельного топлива при коэффициенте избытка воздуха . Продукты сгорания имеют следующий состав (в пересчете на сухой газ): вода 20%; CO₂ 12,4%; O₂ 4,1%; CO - 10 ррт; NO_x - 250 ррт; остальное молекулярный азот. Испытания проводят при атмосферном давлении, температуре 300 - 400^oC, объемной скорости газового потока 10000 - 12000 ч^-1. В качестве восстановителя применяют 10 - 11%-ный раствор аммиака, который вводят в реактор, предварительно нагретый совместно с продуктами сгорания до температуры 340^oC. Рабочую температуру в реакторе поддерживают в пределах 340 - 400^oC. При температуре 340^oC и объемной скорости газового потока 10000 ч^-1 степень восстановления оксида азота составляет 83%, при температуре 400^oC - 0,88%.

Пример 2. Кремнийдиоксидсодержащий носитель в виде силикагеля марки KCCN₃ обрабатывают водным раствором фтористого аммония концентрации 1,5 г/моль при температуре 80^oC в течение 3 ч. 100 г Обработанного силикагеля пропитывают водным раствором солей никеля, хрома и железа. Водный раствор для пропитки содержит 21 г нитрата никеля, 66 г нитрата хрома и 5 г нитрата железа. Пропитанный нитратами силикагель сушат на воздухе в течение 3 ч при температуре 120^oC и прокаливают при температуре 550^oC в течение 4 ч. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас.%: NiO 4,0; Cr₂O₃ 17,0; Fe₂O₃ 0,15; оксид кремния остальное.

Катализатор испытывают в условиях примера 1. При температуре 340^oC и объемной скорости газового потока 10000 ч^-1 степень восстановления оксидов азота составляет 92%, при температуре 400^oC - 0,3%.

Пример 3. Кремнийдиоксидсодержащий носитель в виде силикагеля марки KCCN₃ обрабатывают водным раствором фтористого аммония концентрации 1,5 г/моль при температуре 50^oC в течение 5 ч. 100 г Обработанного силикагеля пропитывают водными растворами нитрата никеля, хрома и железа в соответствии с примером 2. Катализатор испытывали при температуре реактора 340 - 400^oC и объемной скорости газового потока 10000 ч^-1. Степень восстановления оксидов азота при температуре 340^oC составляет 91%, при температуре 400^oC - 92%.

Пример 4. Кремнийдиоксидсодержащий носитель в виде силикагеля марки KCCN₃ обрабатывают фтористым аммонием концентрации 0,3 моль/л в течение 36 ч при температуре 18 и 20^oC. Обработанный силикагель пропитывают нитратами никеля, хрома и железа, сушат, прокаливают и испытывают в соответствии с условиями примера 1.

Проведение испытаний показали, что степень восстановления оксидов азота при температуре 340^oC составляет 90%, при температуре 400^oC - 88% соответственно.

Пример 5. Кремнийдиоксидсодержащий носитель в виде силикагеля марки KCCN₃ обрабатывают фтористым аммонием концентрации 3,0 моль/л при температуре 90^oC в течение 2 ч. Обработанный силикагель сушат, а затем пропитывают нитратами никеля, хрома, железа. После сушки и прокаливания при температуре 550^oC катализатор испытывают в соответствии с условиями примера 1. При температуре реактора 340^oC степень восстановления оксидов составила 93%, при температуре 400^oC - 94%. Однако при этом происходит снижение прочности катализатора с 4,8 МПа до 1,2 МПа. Видимо запредельная концентрация фтористого аммония и температуры обработки оказывают отрицательное действие на прочность силикагеля.

Результаты испытаний сведены в таблицу. В ней представлены различные значения параметров предложенного способа, а также значения, выходящие за пределы предлагаемых интервалов.

Как следует из таблицы, катализаторы, изготовленные в соответствии с предлагаемым авторами способом, имеют более высокую активность по сравнению с известными. Степень восстановления оксидов азота при повышенных температурах выше, чем у прототипа. Это свидетельствует о том, что предложенный способ позволяет значительно повысить термостойкость катализатора и тем самым увеличить срок службы, обеспечить надежность термокаталитических систем очистки выхлопных газов от оксидов азота.

Формула изобретения

Способ получения катализатора для очистки выхлопных газов от оксидов азота, включающий пропитывание кремнийдиоксидсодержащего носителя водными растворами солей металлов шестой и восьмой групп, сушку, прокаливание, отличающийся тем, что в качестве носителя используют силикагель, который предварительно обрабатывают водным раствором фтористого аммония, концентрации от 0,54 до 2,7 моль/л при температуре 20 - 80^oC в течение 3 - 24 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1