Экология

Кузнецов С.И.

Херсонский национальный университет, Украина

 

Синтез катализаторов для доокисления монооксида углерода

 

Сегодня кардинально не решен вопрос санитарной очистки газов теплоэнергетических предприятий от монооксида углерода. Он присутствует в продуктах сгорания любого топлива, которые, как правило, без очистки выбрасываются в атмосферу, а большие объемы отходящих газов и наличие в их составе пыли усложняют процесс очистки. Это не позволяет использовать существующие методы для доокисления монооксида углерода.

Известно, что наиболее активными являются катализаторы, включающие в свой состав Zn, Cu, Cr, Fe, Mn, Pt, Ag, Содержание каталитически-активных веществ в катализаторе составляет от 5 до 60%. Их получают методом пропитки пористого носителя либо путем осаждения солей активных веществ с добавлением наполнителя, выпарки, сушки и таблетирования полученной смеси. Катализаторы, получаемые по описанной технологии, имеют высокую стоимость и ограниченные объёмы выпуска.

Катализаторы для санитарной очистки газов должны обладать большой производительностью, высокой активностью и избирательностью, иметь высокую механическую прочность и термическую устойчивость, отличаться малой отравляемостью и низким гидравлическим сопротивлением.

Автором разработан но­вый катализатор, обладающий этими достоинствами при производстве которого, используется дешевое и доступное сырье.

Способ изготовления катализатора заключается в том, что в смесь каталитически активных веществ (ZnO, CuO, Cr2O3) добавляют алюминиевую пудру, цемент и аммиачную воду. Полученную композицию перемешивают, сушат при  и прокаливают при . После отвердения она образует пористую массу - пемзобетон. Пористая структура катализатора формируется за счет интенсив­но протекающей реакции взаимодействия аммиачной воды с металлическим алюминием (пудрой) и каталитически активными веществами, приводящей к вспениванию реагирующих веществ с отвердением пористой контактной массы под действием цемента. Катализа­тор получают путем нанесения пастообразной, еще не отвердев­шей массы, на внутреннюю поверхность труб (трубчатые контакты).

Наиболее высокую активность показали катализаторы, имеющие состав: (Zn - 2%; - 6%; CuO – 8%). Соотношение между массой каталитически активных веществ, алюминиевой пудрой и цементом со­ставляло 1:2.5:3.

Исследования катализаторов при различных температурах, объёмных скоростях, и составах газа показали, что они по активности и механизму действия аналогичны медь-марганцевым катализаторам, которые получают на основе кокса. В то же время они имеют и ряд преимуществ: более устойчиво работают в присутствии водяного пара в безкислородных, газах, не склонны к самовозгоранию при повышенных температурах, хорошо формуются, имеют достаточно высокую механическую прочность.

Экспериментальные данные показывают, что катализатор начинает проявлять активность при температуре t=1500C. С ростом температуры степень превращения увеличивается, достигая максимального значения при . Для объёмных скоростей газа  составляет 86-96%.

Если в очищаемых газах присутствует пыль, то она способна снижать его активность. Для предотвращения этого явления требуется предварительная очистка газов от пыли. Ааамивтором предложено проводить окисление СО в трубчатых реакторах, не  требующих предварительной очистки газов от пыли. Трубчатый реактор состоит из труб, смонтированных на трубных решётках и заключённых в общий кожух (рис.1.). На внутреннюю поверхность труб нанесён слой катализатора толщиной 3-5мм.

Рис. 1. Трубчатый реактор: 1-корпус; 2-крышка; 3-трубки с катализатором; 4-трубная решетка; 5-днище.

С помощью пуансона, который состоит из конусной головки 3, корпуса 4, направляющих ребер 5 и сменной калибровочной юбки 6 катализатор в пастообразном состоянии наносят на внутреннюю поверхность труб. Перемещая пуансон с по­мощью штанги 8, за ним формируется плотный слой катализатора 7, толщина которого регулируется юбкой 6.

Объёмная скорость газа в этих исследованиях составляла , содержание СО–2%, отно­шение пар:газ = 2, длина трубки 400 мм.

Рис. 2. Схема приспособления для нанесения катали­затора на внутреннюю поверхность труб: 1-труба; 2-катализаторная масса; 3-головка пуансона; 4-корпус пуансона; 5-направляющие ребра; 6-калибровочная юбка; 7-нанесенный слой катализатора; 8-штанга.

         Степень превращения угарного газа в углекислый показана в табл. 1.

 

 

Таблица 1

Степень превращения СО в трубчатых реакторах, %

Температура,
Диаметр трубки, мм

10

15

20

30

150

20

18

15

7

200

48

36

21

12

250

86

80

78

75

300

98

96

92

85

 

Рассчитана активность исследованных катализаторов, отнесенная к единице объёма (ОКА), к единице массы (МКА) и к удельной поверхности катализатора (УКА). Определение этих величин осуществлялась по формулам:

;                                       

;                                                     

,                                     

где - масса окисленного СО, кг; - объём катализатора, ; - масса катализатора, кг; - поверхность катализатора, ; - время реакции, ч; - объёмная скорость газа, ; - концентрация СО на входе в реактор, % об.; М – молекулярная масса СО;  - степень превращения СО.

Благодаря простоте изготовления и дешевизне производство больших партий катализаторов вышеупомянутым способом не представляет трудности, и они могут быть использованы для санитарной очистки больших объемов отходящих газов в теплоэнергетике и других отраслях промышленности.

 

Литература

1. Пат. UA 62855А Україна, МПК 7 В01D47/00, C10K1/00. Спосіб очищення відхідних газів котельних від оксиду вуглецю та пристрій для його реалізації / Кузнєцов С.І. (Україна); Заявл.04.09.03; Опубл. 15.12.03, Бюл. №12, 2003.