Способ получения катализатора окисления оксида углерода

Способ получения катализатора окисления оксида углерода

Реферат

 

Изобретение относится к области очистки газов от вредных примесей и может быть использовано, в частности, для приготовления катализатора, применяемого для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей. Описывается способ получения катализатора окисления оксида углерода, включающий смешение диоксида марганца и оксида меди со связующим бентонитовой глиной (компоненты отработанного катализатора окисления оксида углерода) в водной среде, содержащей свободную серную кислоту в количестве 5-15 мас. % и перманганат калия в количестве 0,5-2,0 мас. %, формование гранул, сушку, дробление и термообработку. Предложенный способ позволяет значительно снизить долю затрат на сырье в производстве катализатора при сохранении на высоком уровне каталитической активности в окислении оксида углерода. 1 табл.

Изобретение относится к области очистки газов от вредных примесей и может быть использовано, в частности, для приготовления катализатора, применяемого для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен способ получения катализатора для очистки газовых смесей от токсичных примесей, в частности от оксида углерода, включающий добавление к виброизмельченному порошку активной окиси алюминия марки А-1 раствора нитрата меди, формование гранул в шнек-грануляторе с диаметром фильеры 2,0 - 2,5 мм, термообработку полученных гранул при температуре 280 - 300^oC в течение 3 - 4 часов с последующей пропиткой раствором нитрата марганца и повторную термообработку (А.с. СССР N 986482 от 31.03.80 г., кл. B 01 J 23/84, B 01 D 53/36).

Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса приготовления катализатора, обусловленная необходимостью пропитки термообработанных гранул катализатора раствором нитрата марганца и последующей термообработкой.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения катализатора окисления оксида углерода, включающий смешение диоксида марганца и оксида меди в водной суспензии со связующим бентонитовой глиной, формованием гранул, сушку, дробление и термообработку в кипящем слое при отношении объема гранул катализатора к объему подаваемого воздуха 1 : (3000 - 15000) (Пат. РФ N 2054322 от 01.03.93 , кл. B 01 J 37/04, 23/84).

Недостатком указанного способа является высокая доля затрат на сырье в производстве катализатора.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи - снижение доли затрат на сырье в производстве катализатора при сохранении на высоком уровне каталитической активности в окислении оксида углерода, что достигается предложенным способом, включающим смешение исходного сырья с водой, формование гранул, сушку, дробление и термообработку.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в качестве исходного сырья берут отработанный катализатор окисления оксида углерода на основе диоксида марганца, оксида меди, связующего - бентонитовой глины, и смешение ведут с водой, содержащей свободную серную кислоту в количестве 5 - 15 мас.% и перманганат калия в количестве 0,5 - 2,0 мас.%.

Способ осуществляется следующим образом.

В смеситель с водой, содержащей свободную серную кислоту в количестве 5 - 15 мас.% и перманганат калия в количестве 0,5 - 2,0 мас.%, загружают отработанный катализатор окисления оксида углерода и ведут перемешивание в течение 2 - 4 ч, осуществляя непрерывный воздушный барботаж. Полученную суспензию фильтруют, отмывают водой от сульфат-ионов, загружают в лопастной смеситель с паровой рубашкой и ведут процесс пластификации пасты в течение 10 - 20 мин. Полученную пасту формуют на шнек-грануляторе при давлении 35 - 45 атм. и температуре 100 - 102^oC. Сформованные гранулы сушат при температуре 20 - 50^oC, дробят, отсеивают фракцию 1 - 3 мм и проводят термообработку при температуре 250 - 350^oC. Полученный катализатор имеет следующий состав: диоксид марганца - 60 мас.%, оксид меди - 18 мас.%, бентонитовая глина - 10 мас.%, примеси - остальное. Доля затрат на сырье в производстве катализатора составила 0,36 - 0,80, каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 0,91 - 0,98.

Пример 1.

В смеситель, содержащий 4,5 л воды, добавляют 500 г свободной серной кислоты и 50 г перманганата калия. Включив перемешивающее устройство, добавляют 1 кг отработанного катализатора окисления оксида углерода и ведут перемешивание в течение 3 ч, осуществляя непрерывный воздушный барботаж. Полученную суспензию фильтруют, отмывают водой от сульфат-ионов, загружают в лопастной смеситель с паровой рубашкой и ведут процесс пластификации пасты в течение 10 минут. Полученную пасту формуют на шнек-грануляторе при давлении 40 атм, и температуре 110^oC. Сформованные гранулы сушат при температуре 20^oC, дробят, отсеивают фракцию 1 - 3 мм и проводят термообработку при температуре 300^oC. Доля затрат на сырье в производстве катализатора составила 0,49, каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 0,97.

Пример 2.

Ведение процесса, как в примере 1, за исключением количества добавленного перманганата калия, которое составило 25 г. Доля затрат на сырье в производстве катализатора составила 0,36, каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 0,91.

Пример 3.

Ведение процесса, как в примере 1, за исключением количества добавленного перманганата калия, которое составило 100 г. Доля затрат на сырье в производстве катализатора составила 0,80, каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 0,98.

Результаты исследования влияния содержания свободной серной кислоты и перманганата калия на долю затрат на сырье в производстве катализатора и каталитическую активность в окислении оксида углерода приведены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшее снижение доли затрат на сырье в производстве катализатора при сохранении на высоком уровне каталитической активности в окислении оксида углерода наблюдается при смешении диоксида марганца и оксида меди со связующим бентонитовой глиной в водной среде, содержащей свободную серную кислоту в количестве 5 - 15 мас.% и перманганата калия в количестве 0,5 - 2,0 мас.% Уменьшение содержания свободной серной кислоты менее 5 мас.% и перманганата калия менее 0,5 мас.% приводит к заметному снижению каталитической активности; увеличение содержания свободной серной кислоты более 15 мас.% не приводит к изменению каталитический активности, а увеличение содержания перманганата калия более 2 мас.% приводит к заметному увеличению доли затрат на сырье.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Снижение доли затрат на сырье в производстве катализатора обусловлено тем, что в качестве исходного сырья берут отработанный катализатор окисления оксида углерода, что исключает необходимость приготовления диоксида марганца и оксида меди с использованием дорогостоящих исходных веществ. Сохранение при этом на высоком уровне каталитической активности в окислении оксида углерода обусловлено, вероятно, следующими причинами. После длительной отработки катализатора окисления оксида углерода изменяется структура его активных каталитических центров - под воздействием субстрата происходит восстановление диоксида марганца до низших оксидов, а также восстановление оксида двухвалентной меди до оксида одновалентной меди, что является причиной существенного ослабления каталитических свойств. При этом, например, обычная термообработка не приводит к восстановлению исходной активности катализатора. Однако проведение обработки компонентов отработанного катализатора в водной среде, содержащей свободную серную кислоту в количестве 5 - 15 мас.% и перманганат калия в количестве 0,5 - 2,0 мас.% при непрерывном воздушном барботаже приводит к практически полному восстановлению исходной активности катализатора. Вероятно, это происходит вследствие окисления кислородом воздуха низших оксидов марганца и оксида одновалентной меди до оксиды двухвалентной меди в присутствии перманганата калия в кислой среде как катализатора этого процесса. При этом низкая концентрация (менее 0,5 мас.%) перманганата калия не обеспечивает достаточной степени окисления, вследствие чего исходная активность катализатора не восстанавливается, а увеличение концентрации перманганата калия более 2,0 мас.% нецелесообразно по экономическим причинам. Уменьшение концентрации свободной серной кислоты менее 5 мас.% также не обеспечивает восстановления исходной активности катализатора, а увеличение концентрации свободной серной кислоты более 15 мас.% не приводит к изменению каталитической активности в окислении оксида углерода.

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно снизить долю затрат на сырье в производстве катализатора при сохранении на высоком уровне каталитической активности в окислении оксида углерода, а следовательно, и стоимость катализатора. Это сделает катализатор доступным для более широкого круга потребителей, существенно расширит его применение в процессах очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания, выбросах промышленных предприятий, очистке выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а именно: снижение доли затрат на сырье в производстве катализатора при сохранении на высоком уровне каталитической активности в окислении оксида углерода, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Формула изобретения

Способ получения катализатора окисления оксида углерода на основе диоксида марганца, оксида меди, связующего - бентонитовой глины, включающий смешение исходного сырья с водой, формование гранул, сушку, дробление и термообработку, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья берут отработанный катализатор окисления оксида углерода на основе диоксида марганца, оксида меди, связующего - бентонитовой глины и смешение ведут с водой, содержащей свободную серную кислоту в количестве 5 - 15 мас.% и перманганат калия в количестве 0,5 - 2,0 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1