Способ приготовления катализатора для очистки отходящих газов от толуола

(51) 01 37/02 (2006.01) 01 23/70 (2006.01) 01 23/10 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ТОЛУОЛА(57) Изобретение относится к способу приготовления катализатора для очистки отходящих газов от толуола. Предложенный катализатор включает медь, никель, хром, церия и оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.медь - 7,31 никель - 2,43 хром -0,24 церий - 2,0 оксид алюминия - остальное. Предлагаемый никель-медно-хромовый катализатор на 2 Се/-А 2 Оз после высокотемпературного прокаливания в реакции глубокого окисления толуола в оптимальных условиях не снижают свою активность(72) Тунгатарова Светлана Александровна Жексенбаева Зауреш Тапаевна Абдухалыков Дамир Бакытович Байжуманова Толкын Сапарбековна(73) Акционерное общество Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского 29818 Изобретение относится к способам приготовления катализатора на носителе для обезвреживания отходящих газов промышленных предприятий. Очистка воздуха, загрязняемого выхлопными газами автотранспорта и промышленных предприятий, является наиболее актуальным в охране окружающей среды. Основными загрязнителями городов являются вредные выбросы промышленных предприятий(лакокрасочный,мебельный,кабельный,фармацевтический,полиграфический и др.) и автотранспорта. К вредным токсичным выбросам промышленных предприятий относятся многие химические соединения (толуол, ксилол, стирол, фенол,трикрезол, уайт-спирит, оксид углерода - СО и др.),которые отрицательно воздействуют на живой организм и флору. Известен способ приготовления оксидногокатализатора для окисления метана, а также очистки инертных газов и кислорода от следов углеводородов Алтынбекова К.А., Попова Н.М.,Соколова Л Разработка-С-С/А 2 О 3 катализаторов очистки газов //Закономерности глубокого окисления веществ на твердых катализаторах Науч. Конф., г.Новосибирск, 22 мая оог./Новосибирск, 2000. .242-247., получают методом капиллярной пропитки носителя по влагоемкости водными растворами азотнокислых солей металлов с последующей сушкой 453-473 К 4-5 ч., прогревом на воздухе при 873 К 1-1,5 ч. Соотношение элементов в катализаторе (в атомном соотношении) составляет 130,1.катализатор на -А 23 обеспечивает при 973 К 95100 степень превращения СН 4 при скорости подачи газа 10 тыс.ч-1. При прокаливании до 1473 К катализатор теряет активность до 60. Катализатор не выдерживает высоких температур сжигания выбросных газов от вредных веществ, поэтому не пригоден для использования для обезвреживания отходящих газов промышленных предприятий. При высоких температурах идут процессы взаимодействия активной фазы с носителем и нежелательные фазовые превращения. Одним из близких по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ приготовления катализатора для очистки отходящих промышленных газов от вредных примесей метана, сжигания углеводородных топлив,для получения высокопотенциального пара из низкокалорийных газов в нестационарном режиме,,, ,,-//2001. .198, .164-171., имеющий состав, моль-15 носитель -А 2 395. Удельная поверхность катализатора составляет 15 м 2 г. Катализатор получают взаимодействием гидроксида алюминия с азотнокислым марганцем с последующей сушкой и прогревом при 1223 К. Катализатор обладает высокой активностью в 2 реакциях глубокого окисления бутана и оксида углерода. Его активность в реакции глубокого окисления бутана (300 С, Стек.0,05 об.) составляет(20-30)10-4 см 3/гс. Катализатор, полученный известным способом применяющийся для сжигания углеводородных топлив, обезвреживания отходящих газов от вредных веществ, не выдерживает высоких температур происходят фазовые превращения и снижения активности катализаторов. Он отличается высокой эффективностью в сжигании алканов при температурах до 1273 К, затем при дальнейшем возрастании температуры его активность резко падает до 80. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ приготовления катализатора, содержащего,вес.0,30,7/2 Се/(,)А 2 О 3( ,К.,, /,//. - 2010. - 504. - 349352.). Известный катализатор готовят последовательной пропиткой -А 23 (частицы размером 40-50 мкм) водными растворами солей(3)362, 3, и 26-62 с последующим прогревом на воздухе при 873 К в течение 3 часов. Исходная реакционная смесь (СН 4 2 А 1,6 об.0,8 об.97,6 об.) подают в реактор с фиксированным слоем катализатора. Анализ продуктов реакции осуществляют в режиме на хроматографе 6890 на колонках с использованием детекторов по теплопроводности и пламенно-ионизационным детектором. Катализатор используют в процессе СКО в реакторе проточного типа (внутренний диаметр 4,5 мм) путем пропускания реакционной смеси, об. СН 4 1,6 2 - 0,8 А - остальное, через слой 10 мг катализатора, смешанного с 430 мг кварца при температуре реакции 1173 К. Этот катализатор обеспечивает конверсию метана до 100,селективность по моноксиду углерода и водорода 100 при времени контакта 4,0 мс. Недостатком известного катализатора является не полное окисление отходящих газов промышленных предприятий,для процесса сжигания углеводородов с воздухом селективно до С 2 и Н 2. Технической задачей заявляемого изобретения является разработка способа, позволяющего получить катализатор с повышенной термической устойчивостью и активностью для процесса очистки отходящих газов промышленных предприятий(толуола,ксилола,стирола,формальдегида,этилацетата, СО и др). Для получения катализаторов используются новые подходы к синтезу полиоксидных контактов на основе элементов переменной валентности (,С, С), нанесенных из растворов нитратов на гранулы стабилизированного 2 Се/-А 2 О 3 29818 взаимодействия элементов переменной валентности(, С, С) с А 23, в качестве носителя применяются гранулы -23(100 м 2/г),модифицированного 2 Се,образующего поверхностный перовскит СеА 3, устойчивый до 1373 К. Использование метода дериватографии позволяет сделать заключение, что формирование катализаторов протекает в 2 стадии взаимодействие исходных компонентов с образованием комплексов гидратированных соединений с поверхностью А 23 с последующей дегидратацией и разложением нитратов металлов. При Т 353-373 К происходит удаление физически адсорбированной Н 2, при 443463 К дегидратация (эндоэффект), при 560-623 К(экзоэффект) - разложение нитратов переходных металлов, а при 783-873 К - разложение нитратов РЗЭ (Се) с образованием их оксидов. В соответствии с этим выбирают условия термообработки катализаторов сушка при 453-473 К 4-5 ч, прогрев в токе сухого воздуха при 873 К 1-1,5 ч. Варьирование компонентов в составе смеси элементов позволяет оптимизировать химический состав и соотношение элементов в смешанном катализаторе (в атомном соотношении 130,1). Состав катализаторов соответствует стехиометрии оксидов в структуре перовскитов. Благодаря этому полученный катализатор обладает повышенной термостабильностью и активностью в процессе очистки отходящих газов промышленных предприятий(толуола,ксилола,стирола,формальдегида, этилацетата, СО и др). Глубокое окисление толуола, проводится на проточной установке, которая состоит из реактора,изготовленного из кварцевого стекла, снабженной с наружи электропечью и питающейся от сети 220 В,а также из контрольно-измерительных приборов. Толуол подается путем жидкостного шприцадозатора, а воздух с помощью вентиля тонкой регулировки в смеситель снабженный с наружи электропечью и питающийся от сети 220 В. Затем смесь воздуха и толуола с определенной скоростью поступает в реактор с катализатором. Температура измеряется до и после катализатора, а также в слое катализатора с помощью хромель-алюмелевых термопар на приборе -4500. Регулировку температуры осуществляют с помощью прибора типа ЛАТР и КСП-3. Отбор пробы проводят до и после катализатора с помощью газового шприца. Содержание толуола до и после реакции анализируется на хроматографе Кристалл - 2000 м с пламенно-ионизационном детектором (24,91 Гц) с капиллярной колонкой длиною 50 м и диаметром 0,20 мм,заполненной сорбентом завода изготовителя. Температура колонки 160 С,испарителя 240 С, расход водорода составляет 25 мл/мин, воздуха 250,0 мл/мин. Концентрацию С 2 определяют на приборе Газохром -3101. Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом приготовления катализатора для обезвреживания отходящих газов промышленных предприятий путем нанесения активных компонентов на носитель, в качестве носителя используют гранулы из -оксида алюминия. Нанесения активных компонентов проводят путем пропитки его по влагоемкости водным раствором азотнокислого церия при массовом соотношении -оксида алюминия и водными растворами азотнокислых солей меди,никеля и хрома, при следующем соотношении компонентов, мас. -оксид алюминия. В дальнейшем промотирование -оксида алюминия церием проводят путем пропитки его по влагоемкости водным раствором азотнокислого церия при массовом соотношении -оксида алюминия к церию, равном 491, с последующей сушкой при 453-473 К и прокаливанием при 873 К, а активацию промотированного церием -оксида алюминия проводят путем пропитки его по влагоемкости водными растворами азотнокислых солей меди, никеля, хрома и церия, при следующем соотношении компонентов раствора, мас. азотнокислый медь -7,31 азотнокислый никель 2,43 азотнокислый хром - 0,24 азотнокислый церий- 2,0 вода - 34,02. Процесс протекает при массовом соотношении промотированного церием 0-оксида алюминия к раствору, равном 10,5 с последующей сушкой при 453-473 К и прокаливанием при 873 К после каждой из пропиток. Известный катализатор /2/-23 при температурах 723-773 К,объемной скорости 5103 ч-1 и концентрации толуола в исходной смеси с воздухом равной 100-570 мг/м 3 обеспечивает степени превращения толуола до 98,-98,8. При использовании предлагаемого катализатора в процессе очистки отходящих газов промышленных предприятий достигается высокий технический результат степень превращения толуола составляет 98,0-98,8, при объемной скорости 5000 ч-1. Катализатор испытывают на термическую устойчивость. Для этого его прокаливают при температуре 1373 К в течение 2 ч и вновь после высокотемпературного прокаливания испытывают в процессе окисления толуола в воздухе при скорости подачи газа 5103 ч-1. Предложенный никельмедно-хромовый катализатор на 2 Се/-А 23 после высокотемпературного прокаливания в реакции глубокого окисления толуола в оптимальных условиях не снижают свою активность. Результаты испытаний представляются в таблице 1, (стр.8). Таким образом,предлагаемый состав катализатора, содержащий небольшую добавку редкоземельного элемента церия и оптимальное количество металлов меди, никеля и хрома обеспечивает полное обезвреживание очистки толуола до 98,0-98,8. Предлагаемый катализатор для очистки отходящих газов готовят последовательным нанесением на носитель - оксид алюминия - сначала церия, с последующей сушкой и прокалкой с продувкой воздуха, а затем меди, никеля и хрома из 29818 водных растворов соответствующих солей металлов методом капиллярной пропитки по влагоемкости. Изготовление и использование предлагаемого катализатора в процессе обезвреживания отходящих газов промышленных предприятий иллюстрируется следующим примером. Пример Готовят водный раствор азотнокислого церия,которым затем пропитывают по влагоемкости-оксид алюминия. Для этого берут 6,25 мл раствора азотнокислого церия с титром по церию Т 0,32,добавляют в него 41,75 мл дистиллированной воды,в результате получают раствор, содержащий в пересчете на церий- 2 г церия. В полученный раствор быстро высыпают 98 г-оксида алюминия,перемешивают до воздушно-сухого состояния,затем сушат в печи при 453-473 К в течении 4-5 часов, затем прокаливают при 873 К в течении 1,01,5 часов. В результате получают- оксид алюминия, промотированный церием, в котором массовое соотношение выше указанных компонентов относится как 491, соответственно. Затем готовят пропиточный раствор,содержащий 8,00 мл водного раствора соли никеля с титром по никелю 0,32 г/мл 31,96 мл водного раствора соли меди с титром по меди 0,26 г/мл 2,19 мл водного раствора соли хрома с титром по хрому 0,103 г/мл и 5,84 мл дистиллированной воды. Пропиточный раствор содержит в пересчете на соответствующие металлы 2,56 г никеля, 8,309 г меди и 0,22 г хрома. Затем в пропиточный раствор добавляют оксид алюминия с нанесенным на него церием до воздушно - сухого состояния, по методу капиллярной пропитки, с последующим прогревом на воздухе при 873 К в течение 3 часов. В результате получают катализатор содержащий,вес.никель-2,43 медь - 7,31 хром - 0,24 оксид алюминия с церием - 90,02. Активность катализатора определяют в процессе обезвреживания очистки выбросных газов промышленных предприятий, при оптимальных условиях при температурах 723-773 К, объемной скорости 5103 ч-1 и концентрации толуола в исходной смеси с воздухом равной 100-570 мг/м 3 глубокого превращения толуола на оксидных , С и С содержащих катализаторах, нанесенных на 2 Се/-А 2 О 3. Результаты испытаний катализатора в процессе обезвреживания очистки выбросных газов промышленных предприятий представляются в таблице 1. Таблица 1 Таблица 1. Окисление толуола в воздухе на оксидных катализаторах, полученных по предлагаемому способу при скорости подачи газа 5103 ч-1. Катализатор Степень окисления толуола при различных температурах,К,573 623 673 773 73 84 90 99,0 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ приготовления катализатора для очистки отходящих газов от толуола, включающего медь,никель, хром, церия и оксидно-алюминиевый носитель, отличающийся тем, что готовят последовательным нанесением на носитель - оксид алюминия - сначала церия, с последующей сушкой и прокалкой с продувкой воздуха, а затем меди,никеля и хрома из водных растворов соответствующих солей металлов методом капиллярной пропитки по влагоемкости при следующем соотношении компонентов, мас . медь - 7,31 никель - 2,43 хром - 0,24 церий -2,0 оксид алюминия - остальное.