Катализатор для очистки газовых выбросов от оксидов азота

 

Изобретение относится к средствам защиты окружающей среды от токсичных промышленных выбросов, точнее к катализаторам для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от оксидов азота. Описывается катализатор для очистки газовых выбросов от оксидов азота, содержащий носитель на основе диоксида кремния в виде высокодисперсного синтетического материала - аэросил со средним размером частиц (5-20)10^-12 мм, а соотношение нанесенных на него компонентов в пересчете на сухое вещество составляет: оксид никеля 5,3-6,6%, оксид хрома 7-10%. Такой катализатор имеет существенные преимущества и более высокую активность и длительность работы без потери активности по сравнению с известными. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к средствам защиты окружающей среды от токсичных промышленных выбросов, а именно к катализаторам для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от оксидов азота.

Известен катализатор для нейтрализации оксидов азота, представляющий собой фаянсовый носитель, на который нанесены оксиды никеля и хрома при следующем соотношении компонентов, в мас.%: Оксид никеля - 5,5-8,3 Оксид хрома - 10,4 - 15,2 Фаянс - Остальное (SU 1447393 A1, 30.12.88).

Этот катализатор работает при температуре 400^oC, объемной скорости газового потока 100.000 ч^-1, а степень очистки газа от окислов азота в этих условиях составляет 98%, длительность работы катализатора не более 100 часов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является катализатор для очистки газовых выбросов от оксидов азота, включающий оксиды кремния, хрома и никеля, содержащий дополнительно оксиды бария, железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксид хрома - 16,0-18,0 Оксид никеля - 0,5 - 5,1 Оксид бария - 0,05 - 0,15 Оксид железа - 0,03-0,25 Оксид кремния - Остальное
(RU 2068732 C1, 10.11.96).

Этот катализатор содержит оксиды бария и железа дополнительно к вышеуказанному соотношению компонентов и использует в качестве носителя оксид кремния.

Катализатор характеризуется повышенной активностью, особенно при применении в качестве восстановителя водного раствора мочевины.

Однако сложный технологический процесс получения носителя осаждением метасиликата натрия серной кислотой требует дополнительных затрат на удаление воды, натриевой соли серной кислоты.

Необходим контроль за содержанием натрия и серы, как отравляющих катализатор веществ.

Пропитка силикагеля каталитической массой осуществляется при большем содержании солей никеля (15-30%) и хрома (60-76%), а концентрация осажденных оксидов никеля и хрома на носителе из силикагеля остается низкой, что ведет к увеличению расхода каталитической массы.

Авторами предлагается катализатор для очистки газовых выбросов от оксидов азота, содержащий носитель на основе диоксида кремния, являющийся высокодисперсным синтетическим материалом -аэросилом со средним размером частиц (5 - 20)10^-12 мм, а соотношение нанесенных на него компонентов в пересчете на сухое вещество составляет: оксид никеля 5,3 - 6,6%, оксид хрома - 7 - 10%.

Отличительными признаками изобретения являются использование в качестве носителя высокодисперсного синтетического материала-аэросила со средним размером частиц (5 - 20)10^-12 мм и соотношение нанесенных на него компонентов в пересчете на сухое вещество, которое составляет: оксид никеля 5,3 - 6,6%, оксид хрома 7-10%.

Катализатор работает в присутствии восстановителя - водного раствора аммиака при температуре 310-350^oC и объемной скорости 1510³ ч^-1 при меньшем содержании солей никеля и хрома в пропитываемом составе.

Аэросила - высокодисперсный синтетический диоксид кремния марки А-300. Средний размер частиц аэросила (5-20)10^-12 мм, влажность не более 4%. Содержание оксидов Fe₂O₃, TiO₂, Al₂O₃ ~0,1%.

Пример 1. Готовят носитель из аэросила и поливинилацетатной дисперсии (в соотношении 1:10). Из полученной массы формуют гранулы сферической формы диаметром 4 мм, сушат их при температуре 205^oC 24 часа и прокаливают при температуре 900^oC в течение 30 минут. Полученный носитель обрабатывают водяным паром в течение 1 часа до насыщения и пропитывают поочередно растворами солей: 10%-ным нитратом никеля Ni (NO₃)₂; 25%-ным нитратом хрома Cr(NO₃)₃. Катализатор сушат в течение 24 часов при температуре 205^oС и прокаливают при температуре 550^oC в течение 2,5 часов.

Полученный катализатор имеет состав в мас. %:
NiO 6,1; Cr₂O₃ 7,8; диоксид кремния остальное.

Через полученный катализатор пропускают продукты сгорания дизельного топлива. В качестве восстановителя применяется аммиак, растворенный в воде. Испытания проводят при атмосферном давлении, температуре 310-350^oC, объемной скорости газового потока 15-1610³ ч^-1.

Степень очистки отходящих газов двигателя внутреннего сгорания от оксида азота составляет 90%.

Пример 2. Из аэросила и поливинилацетатной дисперсии готовят носитель по рецептуре примера 1.

Готовый носитель пропитывают водяным паром в течение 1 часа, затем водными растворами солей поочередно: 5%-ным нитрата никеля Ni(NO₃)₂ и 5%-ным нитрата хрома Cr(NO₃)₃. Катализатор сушат в течение 24 часов при температуре 205^oC и прокаливают при температуре 550^oC в течение 2,5 часов.

Полученный катализатор имеет состав в мас.%: NiО 1,6; Cr₂O₃ 4,6; остальное диоксид кремния.

Степень восстановления оксида азота в отходящих газах двигателя внутреннего сгорания - 80% при температуре газовоздушной смеси 310^oC, объемной скорости газового потока 15-1610³ч^-1, атмосферном давлении. В качестве восстановителя применяется аммиак, растворенный в воде.

Пример 3. Готовят носитель из аэросила и поливинилацетатной дисперсии по рецептуре примера 1. Пропитка носителя проводится водными растворами солей в следующей последовательности: нитрат хрома 5%-ный Cr(NO₃)₃; нитрат никеля - 5%-ный Ni(NO₃)₂, причем пропитка растворами солей проводится после насыщения носителя водяным паром. Носитель с нанесенной каталитической массой сушат 24 часа при температуре 205^oC и прокаливают при температуре 550^oC.

Полученный катализатор имеет состав в массовых профитах: NiO 2,8%; Cr₂O₃ 4,6%, остальное диоксид кремния.

При пропускании через катализатор продуктов сгорания дизельного топлива оксиды азота восстанавливаются на 80%. В качестве восстановителя применялась аммиачная вода, испытания проводились при температуре 310^oC, объемной скорости газового потока 15-1610³ ч^-1, атмосферном давлении.

Пример 4. Носитель, полученный по рецептуре примера 1, пропитывали растворами солей, смешанными в соотношении 1:1 по объему: нитрата никеля 10%-ный Ni(NO₃)₂; нитрата хрома 25%-ный Cr(NO₃)₃. Носитель с нанесенной на него каталитической массой сушат в течение 24 часов при температуре 205^oC и прокаливают при температуре 550^oC в течение 2,5 часов.

Полученный катализатор имеет состав в мас.%: NiО 6,6; Cr₂O₃ 10; остальное диоксид кремния. Через полученный катализатор пропускают продукты сгорания дизельного топлива, в качестве восстановителя используют аммиачную воду. При температуре 310^oC, объемной скорости газового потока 1510³ч^-1 и атмосферном давлении степень восстановления оксидов азота составляет 90%.

Как следует из таблицы, катализаторы, изготовленные в соответствии с предложенным авторами изобретением:
- не содержат дорогостоящих материалов и их соединений, так как основным материалом носителя является аэросил, широкоиспользуемый в разных отраслях промышленности;
- высокодисперсность сырья носителя-аэросила дает возможность получить большее количество активных компонентов - оксидов никеля и хрома на носителе при меньшем содержании солей никеля и хрома в каталитической массе по сравнению с известными;
- при изготовлении не требует сложных химико-технологических процессов (соосаждение, фильтрация, многостадийная промывка) и оборудования;
- обеспечивают степень очистки отходящих газов от оксидов азота в интервале 80-90% не менее 120 часов при температуре 310-350^oC без потери активности.

Следовательно, предложенный авторами катализатор имеет существенные преимущества и более высокую активность по сравнению с известными.

Источники информации
1. Авторское свидетельство N 1447393, М.кл. В 01 J 23/26, Катализатор для очистки газов от оксидов азота, опублик. Бюлл. N 48, 30.12.88 г.

2. Патент N 2068732 "Катализатор для очистки газовых выбросов от оксидов азота", М.кл. B 01 J 23/86, опублик. 10.11.1996, бюлл. N 31.

Формула изобретения

Катализатор для очистки газовых выбросов от оксидов азота, содержащий носитель на основе диоксида кремния, отличающийся тем, что в качестве носителя использован высокодисперсный синтетический материал - аэросил со средним размером частиц (520)10^-12 мм, а соотношение нанесенных на него компонентов в пересчете на сухое вещество составляет, мас.%:
Оксид никеля - 5,3 - 6,6
Оксид хрома - 7,0 - 10,0

РИСУНКИ

Рисунок 1