RU2802012C1 - Method for cleaning air from ethanol - Google Patents
Method for cleaning air from ethanol Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802012C1 RU2802012C1 RU2023108406A RU2023108406A RU2802012C1 RU 2802012 C1 RU2802012 C1 RU 2802012C1 RU 2023108406 A RU2023108406 A RU 2023108406A RU 2023108406 A RU2023108406 A RU 2023108406A RU 2802012 C1 RU2802012 C1 RU 2802012C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ethanol
- air
- catalyst
- temperature
- carrier
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способу очистки воздуха от летучих органических соединений (ЛОС), в частности спиртов, конкретно, способу очистки воздуха от этанола.The invention relates to the field of chemical technology, and in particular to a method for cleaning air from volatile organic compounds (VOC), in particular alcohols, specifically, a method for cleaning air from ethanol.
Летучие органические соединения (ЛОС), в частности спирты, являются умеренно опасными (3 класс опасности) веществами в воздухе рабочей зоны (ГН 2.2.5.3532-18 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны). В качестве модельной молекулы взят этанол, поскольку он обладает схожими химическими свойствами со своими гомологами и при этом является малоопасным (4 класс опасности) в соответствии с ГН 2.2.5.3532-18 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.Volatile organic compounds (VOCs), in particular alcohols, are moderately hazardous (hazard class 3) substances in the air of the working area (GN 2.2.5.3532-18 Maximum Permissible Concentrations (MAC) of harmful substances in the air of the working area). Ethanol was taken as a model molecule, since it has similar chemical properties with its homologues and, at the same time, is low-hazard (hazard class 4) in accordance with GN 2.2.5.3532-18 Maximum Permissible Concentrations (MAC) of harmful substances in the air of the working area.
Летучие органические спирты представляют собой категорию ЛОС. Они находят широкое применение в химической отрасли, а также в качестве высокооктановых компонентов моторных топлив. Так, этанол широко используют в качестве экологически чистого компонента биотоплива. Однако при неполном сгорании этанола в автомобильных двигателях образуются значительные количества формальдегида и ацетальдегида, которые являются канцерогенами и способствуют образованию тропосферного озона. Таким образом, проблема очистки воздуха от летучих органических спиртов, в частности этанола, путем полного окисления с образованием менее опасных для человека СО2 и Н2О является актуальной задачей.Volatile organic alcohols are a category of VOCs. They are widely used in the chemical industry, as well as high-octane components of motor fuels. Thus, ethanol is widely used as an environmentally friendly component of biofuels. However, incomplete combustion of ethanol in automobile engines produces significant amounts of formaldehyde and acetaldehyde, which are carcinogens and contribute to the formation of tropospheric ozone. Thus, the problem of air purification from volatile organic alcohols, in particular ethanol, by complete oxidation with the formation of less dangerous for humans CO 2 and H 2 O is an urgent task.
В качестве катализаторов процесса полного окисления спиртов традиционно используют системы на основе благородных металлов. К недостаткам этих систем следует отнести отравление активных центров, высокие температуры полного окисления и себестоимость из-за использования дорогостоящих благородных металлов. Исходя из этого, важно разрабатывать новые подходы как к синтезу катализаторов полного окисления спиртов, так и к технологии дожигания этих субстратов.As catalysts for the complete oxidation of alcohols, systems based on noble metals are traditionally used. The disadvantages of these systems include the poisoning of active centers, high temperatures of complete oxidation, and the cost due to the use of expensive noble metals. Based on this, it is important to develop new approaches both to the synthesis of catalysts for the complete oxidation of alcohols and to the technology of afterburning these substrates.
В литературе описаны способы очистки воздуха от спиртов, в частности, от этанола, на катализаторах, не содержащих благородные металлы, при внешнем термическом нагреве слоя катализатора.The literature describes methods for purifying air from alcohols, in particular, from ethanol, on catalysts that do not contain noble metals, with external thermal heating of the catalyst layer.
Так, известен способ очистки воздуха от этанола путем полного окисления этанола на катализаторе, состоящем из оксидов меди, никеля и марганца, описанный в статье (Jirátová K., Kovanda F., Ludvíková J., Balabánová J., Klempa J. Total oxidation of ethanol over layered double hydroxide-related mixed oxide catalysts: Effect of cation composition // Catal. Today. - 2016. - Vol. 277. - P. 61-67). Процесс ведут в температурном интервале от 80 до 400°С, с использованием внешнего термического нагрева, при концентрации этанола в воздухе 0,075% (750 ppm) и удельном расходе сырья 20 м3/(кг⋅ч). Лучшего результата, степени удаления этанола из воздуха, равной 90%, удалось достичь при температуре 154°С.Thus, there is a known method of air purification from ethanol by complete oxidation of ethanol on a catalyst consisting of oxides of copper, nickel and manganese, described in the article (Jirátová K., Kovanda F., Ludvíková J., Balabánová J., Klempa J. Total oxidation of ethanol over layered double hydroxide-related mixed oxide catalysts: Effect of cation composition // Catal. Today - 2016. - Vol. 277. - P. 61-67). The process is carried out in the temperature range from 80 to 400°C, using external thermal heating, at an ethanol concentration in air of 0.075% (750 ppm) and a specific feedstock consumption of 20 m 3 /(kg⋅h). The best result, the degree of removal of ethanol from the air, equal to 90%, was achieved at a temperature of 154°C.
Недостатками данного способа являются высокая температура процесса и неполное удаление этанола из воздуха.The disadvantages of this method are the high temperature of the process and the incomplete removal of ethanol from the air.
Известен также способ очистки воздуха от этанола путем полного окисления этанола на катализаторе, состоящем из оксидов марганца и кобальта, описанный в статье (Kovanda F., Jirátová K., Ludvíková J., Raabová H. Co-Mn-Al mixed oxides on anodized aluminum supports and their use as catalysts in the total oxidation of ethanol // Appl. Catal., A. - 2013. - Vol. 464-465. - P. 181-190). Процесс ведут в температурном интервале от 100 до 400°С, с использованием внешнего термического нагрева, при концентрации этанола в воздухе 0,077% (770 ррт) и удельном расходе сырья 20 м3/(кг⋅ч). Степени удаления этанола из воздуха, равной 50%, удалось достичь при температуре 123°С.There is also a known method of air purification from ethanol by complete oxidation of ethanol on a catalyst consisting of oxides of manganese and cobalt, described in the article (Kovanda F., Jirátová K., Ludvíková J., Raabová H. Co-Mn-Al mixed oxides on anodized aluminum supports and their use as catalysts in the total oxidation of ethanol // Appl Catal., A. - 2013. - Vol. 464-465. - P. 181-190). The process is carried out in the temperature range from 100 to 400°C, using external thermal heating, at an ethanol concentration in air of 0.077% (770 ppm) and a specific feedstock consumption of 20 m 3 /(kg⋅h). The degree of removal of ethanol from the air, equal to 50%, was achieved at a temperature of 123°C.
Недостатками данного способа являются высокая температура процесса и неполное удаление этанола из воздуха.The disadvantages of this method are the high temperature of the process and the incomplete removal of ethanol from the air.
Известен также способ очистки воздуха от этанола путем полного окисления этанола на катализаторе, состоящем из оксидов марганца, кобальта и алюминия, нанесенных на оксид титана, описанный в статье (Ludvíková J., Jirátová K., Klempa J., Boehmová V., Obalová L. Titania supported Co-Mn-Al oxide catalysts in total oxidation of ethanol // Catal. Today. - 2012. - Vol. 179. - P. 164-169). Процесс ведут в температурном интервале от 100 до 400°С, с использованием внешнего термического нагрева, при концентрации этанола в воздухе 0,068% (1,4 г/м3) и удельном расходе сырья 20 м3/(кг⋅ч). Степени удаления этанола из воздуха, равной 50%, удалось достичь при температуре 130°С в случае, когда суммарное содержание оксидов марганца и кобальта равно 20 мас. %.There is also a known method of air purification from ethanol by complete oxidation of ethanol on a catalyst consisting of oxides of manganese, cobalt and aluminum deposited on titanium oxide, described in the article (Ludvíková J., Jirátová K., Klempa J., Boehmová V., Obalová L Titania supported Co-Mn-Al oxide catalysts in total oxidation of ethanol // Catal. Today - 2012. - Vol. 179. - P. 164-169). The process is carried out in the temperature range from 100 to 400°C, using external thermal heating, at an ethanol concentration in air of 0.068% (1.4 g/m 3 ) and a specific feedstock consumption of 20 m 3 /(kg⋅h). The degree of removal of ethanol from the air, equal to 50%, was achieved at a temperature of 130°C in the case when the total content of manganese and cobalt oxides is 20 wt. %.
Недостатками данного способа являются высокая температура процесса и неполное удаление этанола из воздуха.The disadvantages of this method are the high temperature of the process and the incomplete removal of ethanol from the air.
Известен также способ очистки воздуха от этанола путем полного окисления этанола на катализаторах на основе оксидов марганца, описанный в статье (Bastos S.S.T., Orfao J.J.M., Freitas М.М.А., Pereira M.F.R., Figueiredo J.L. Manganese oxide catalysts synthesized by exotemplating for the total oxidation of ethanol // Appl. Catal., B. - 2009. - Vol. 93. - P. 30-37). Процесс ведут в температурном интервале от 160 до 400°С, с использованием внешнего термического нагрева, при концентрации этанола в воздухе 0,093% (930 ppm) и объемной скорости подачи сырья 53,05 ч-1. Степени удаления этанола из воздуха, равной 100%, удалось добиться при 240°С при использовании в качестве катализаторов двух образцов: первый - Mn5O8; второй - KMn8O6 в смеси с Mn3O4 (содержание KMn8O6 в смеси - 60%, Mn3O4 - 40%). Недостатком данного способа является высокая температура процесса. Известен также способ очистки воздуха от этанола путем полного окисления этанола на катализаторе на основе оксидов марганца и кобальта, описанный в статье (Aguilera D., Perez A., Molina R., Moreno S. Mn, Mn-Cu and Mn-Co mixed oxides as catalysts synthesized from hydrotalcite type precursors for the total oxidation of ethanol // Stud. Surf. Sci. Catal. - 2010. - Vol. 175. - P. 513-516). Процесс ведут в температурном интервале от 50 до 375°С, с использованием внешнего термического нагрева, при концентрации этанола в воздухе 0,1% (1000 ppm) и удельном расходе сырья 60 м3/(кг⋅ч) (200 см3/мин при массе катализатора 0,2 г). Степени удаления этанола из воздуха, равной 100%, удалось добиться при 300°С.There is also a known method of air purification from ethanol by complete oxidation of ethanol on catalysts based on manganese oxides, described in the article (Bastos SST, Orfao JJM, Freitas M.M.A., Pereira MFR, Figueiredo JL Manganese oxide catalysts synthesized by exotemplating for the total oxidation of ethanol // Appl Catal., B. - 2009. - Vol. 93. - P. 30-37). The process is carried out in the temperature range from 160 to 400°C, using external thermal heating, at an ethanol concentration in the air of 0.093% (930 ppm) and a feed space velocity of 53.05 h -1 . The degree of removal of ethanol from the air, equal to 100%, was achieved at 240°C using two samples as catalysts: the first - Mn 5 O 8 ; the second - KMn 8 O 6 in a mixture with Mn 3 O 4 (the content of KMn 8 O 6 in the mixture is 60%, Mn 3 O 4 - 40%). The disadvantage of this method is the high temperature of the process. There is also a known method of air purification from ethanol by complete oxidation of ethanol on a catalyst based on manganese and cobalt oxides, described in the article (Aguilera D., Perez A., Molina R., Moreno S. Mn, Mn-Cu and Mn-Co mixed oxides as catalysts synthesized from hydrotalcite type precursors for the total oxidation of ethanol // Stud. Surf. Sci. Catal. - 2010. - Vol. 175. - P. 513-516). The process is carried out in the temperature range from 50 to 375°C, using external thermal heating, at an ethanol concentration in air of 0.1% (1000 ppm) and a specific feedstock consumption of 60 m 3 /(kg⋅h) (200 cm 3 /min with a catalyst weight of 0.2 g). The degree of removal of ethanol from the air, equal to 100%, was achieved at 300°C.
Недостатком данного способа является высокая температура процесса.The disadvantage of this method is the high temperature of the process.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ очистки воздуха от этанола путем полного окисления на катализаторе Со3О4/ZrO2, описанный в статье (Yao Y.-F.Y. Catalytic oxidation of ethanol at low concentrations // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. - 1984. - Vol. 23. - P. 60-67). Процесс ведут в температурном интервале от 200 до 400°С, с использованием внешнего термического нагрева, при концентрации этанола в воздухе 0,14% и объемной скорости подачи сырья 300000 ч-1. Степени удаления этанола из воздуха, равной 100%, удалось добиться при 345°С при составе катализатора, мас. %: Co3O4 - 4,4, носитель - остальное.The closest in technical essence and the achieved result to the present invention is a method of purifying air from ethanol by complete oxidation on a Co 3 O 4 /ZrO 2 catalyst, described in the article (Yao Y.-FY Catalytic oxidation of ethanol at low concentrations // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. - 1984. - Vol. 23. - P. 60-67). The process is carried out in the temperature range from 200 to 400°C, using external thermal heating, at an ethanol concentration in air of 0.14% and a feed space velocity of 300,000 h -1 . The degree of removal of ethanol from the air, equal to 100%, was achieved at 345°C with a catalyst composition, wt. %: Co 3 O 4 - 4.4, carrier - the rest.
Недостатком данного способа является высокая температура процесса. Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа очистки воздуха от этанола, характеризующегося полной (100%) очисткой воздуха от этанола при более низкой температуре проведения процесса. Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом очистки воздуха от этанола путем его адсорбции и полного окисления, включающий контактирование воздуха с катализатором на основе оксида кобальта формулы Co3O4, нанесенного на носитель - оксид циркония, при нагревании и, отличающийся тем, что в качестве носителя используют - оксид циркония, легированный лантаном, при соотношении компонентов катализатора, мас. %: Co3O4 - 20, носитель - остальное и контактирование воздуха, содержащего примеси этанола, с катализатором проводят при микроволновом нагреве слоя катализатора с мощностью и частотой излучения 50 Вт и 3,8 ГГц, соответственно, при температуре 50-160°С и объемной скорости подачи сырья 6000 ч-1.The disadvantage of this method is the high temperature of the process. The technical objective of the present invention is to develop a method for cleaning air from ethanol, characterized by complete (100%) purification of air from ethanol at a lower process temperature. The set technical problem is achieved by the proposed method of air purification from ethanol by its adsorption and complete oxidation, including contacting air with a catalyst based on cobalt oxide of the formula Co 3 O 4 deposited on a carrier - zirconium oxide, when heated and, characterized in that as a carrier use - zirconium oxide doped with lanthanum, with the ratio of catalyst components, wt. %: Co 3 O 4 - 20, the carrier - the rest and the contact of air containing ethanol impurities with the catalyst is carried out by microwave heating of the catalyst layer with a radiation power and frequency of 50 W and 3.8 GHz, respectively, at a temperature of 50-160 ° C and volumetric feed rate of raw materials 6000 h -1 .
В предлагаемом способе очистки воздуха от этанола последний контактирует в реакторе с предлагаемым катализатором состава Co3O4(20%)/ZrO2-La при микроволновом нагреве с частотой и мощностью микроволнового излучения 3,8 ГГц и 50 Вт, соответственно, объемной скорости подачи сырья 6000 ч-1. Контактирование производят при температурах 50-265°С. При этом катализатор одновременно выполняет роль адсорбента при температурах от 50 до 130°С. При температурах от 130 до 160°С происходит полное окисление адсорбированного этанола при сохранении той же степени удаления, равной 100%. В интервале от 130 до 160°С реализуется смешанный (адсорбционно-каталитический) механизм удаления этанола. Катализатор состоит из коммерческого носителя, оксида циркония, легированного лантаном, в отличие от прототипа, где использован чистый ZrO2, и активной фазы оксида кобальта Co3O4 в концентрации 20 мас. %, в отличие от прототипа, где концентрация активной фазы составляла 4,4 мас. %.In the proposed method of purifying air from ethanol, the latter contacts in the reactor with the proposed catalyst of the composition Co 3 O 4 (20%)/ZrO 2 -La under microwave heating with a frequency and power of microwave radiation of 3.8 GHz and 50 W, respectively, the volumetric feed rate raw materials 6000 h -1 . Contacting is carried out at temperatures of 50-265°C. In this case, the catalyst simultaneously acts as an adsorbent at temperatures from 50 to 130°C. At temperatures from 130 to 160°C, the adsorbed ethanol is completely oxidized while maintaining the same degree of removal, equal to 100%. In the range from 130 to 160°C, a mixed (adsorption-catalytic) mechanism for the removal of ethanol is realized. The catalyst consists of a commercial support, lanthanum-doped zirconium oxide, in contrast to the prototype, where pure ZrO 2 is used, and the active phase of cobalt oxide Co 3 O 4 at a concentration of 20 wt. %, in contrast to the prototype, where the concentration of the active phase was 4.4 wt. %.
Предлагаемое изобретение позволяет снизить температуру полного удаления (100%) этанола из воздуха до 50°С, что существенно ниже, по сравнению с прототипом. Механизм очистки заключается в том, что при 50°С катализатор полностью удаляет (100%) этанол из воздуха за счет адсорбции, а при дальнейшем повышении температуры происходит десорбция этанола с его мгновенным полным окислением, что обеспечивает не просто полное удаление (100%) этанола из воздуха, но и его превращение в менее опасные химические вещества.The present invention allows to reduce the temperature of complete removal (100%) of ethanol from the air to 50°C, which is significantly lower compared to the prototype. The purification mechanism is that at 50°C the catalyst completely removes (100%) ethanol from the air due to adsorption, and with a further increase in temperature, ethanol is desorbed with its instantaneous complete oxidation, which provides not only complete removal (100%) of ethanol from the air, but also its transformation into less hazardous chemicals.
Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
Кварцевый реактор, где предварительно размещали катализатор, помещали в цилиндрический металлический резонатор, соединенный с микроволновой установкой. Использование резонаторной схемы позволяет концентрировать СВЧ мощность в активной зоне реактора со слоем катализатора, что обеспечивает очень высокий КПД передачи энергии (до 98%). Усредненная температура в каталитическом слое измерялась с помощью тонкой внутренней термопары, погруженной в слой катализатора и соединенной с термоэлектрическим конвертором M5-78V. Микроволновый нагрев самой термопары в пустом реакторе был пренебрежимо мал. При регулировке температуры варьировали как мощность (до 50 Вт), так и частоту микроволнового излучения (2,56-4 ГГц). Каталитическое тестирование проводили при атмосферном давлении в токе газовой смеси (0,15-0,17% этанола в воздухе) при объемной скорости подачи 6000 ч-1. Пробы газа на выходе периодически анализировали с помощью газового хроматографа для определения содержания остаточного этанола.The quartz reactor, where the catalyst was preliminarily placed, was placed in a cylindrical metal resonator connected to a microwave unit. The use of a resonator circuit makes it possible to concentrate the microwave power in the active zone of the reactor with a catalyst bed, which ensures a very high energy transfer efficiency (up to 98%). The average temperature in the catalytic bed was measured using a thin internal thermocouple immersed in the catalyst bed and connected to an M5-78V thermoelectric converter. The microwave heating of the thermocouple itself in the empty reactor was negligible. When adjusting the temperature, both the power (up to 50 W) and the frequency of microwave radiation (2.56-4 GHz) were varied. Catalytic testing was carried out at atmospheric pressure in a gas mixture flow (0.15-0.17% ethanol in air) at a flow rate of 6000 h -1 . Outlet gas samples were periodically analyzed using a gas chromatograph to determine the content of residual ethanol.
Используемый катализатор в предлагаемом способе очистки воздуха от этанола получают следующим образом. Первоначально готовят пропиточный раствор. Для этого нитрат кобальта растворяют в 10 мл дистиллированной воды. После полного растворения соли металла в полученный раствор добавляют глицин. При этом молярное отношение глицина и катиона Со2+ составляет 2,5:1. Нитрат кобальта и носитель берут в таких количествах, чтобы получить Co3O4 в концентрации 20 мас. % в расчете на массу готового катализатора. Далее носитель ZrO2-La пропитывают полученным раствором глицинового комплекса кобальта, сушат до полного удаления влаги и прокаливают в муфельной печи при 600°С 5 ч.The catalyst used in the proposed method for purifying air from ethanol is obtained as follows. Initially, an impregnating solution is prepared. For this, cobalt nitrate is dissolved in 10 ml of distilled water. After complete dissolution of the metal salt, glycine is added to the resulting solution. In this case, the molar ratio of glycine and the Co 2+ cation is 2.5:1. Cobalt nitrate and carrier are taken in such quantities to obtain Co 3 O 4 at a concentration of 20 wt. % based on the weight of the finished catalyst. Next, the ZrO 2 -La carrier is impregnated with the obtained solution of the cobalt glycine complex, dried until moisture is completely removed, and calcined in a muffle furnace at 600°C for 5 hours.
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение, но не ограничивающие его.The following are examples illustrating the invention, but not limiting it.
Пример 1.Example 1
Катализатор получают по методике, описанной выше. Для этого в плоскодонную колбу с магнитной мешалкой заливают 10 мл дистиллированной воды. Затем в нее при перемешивании добавляют 5,1733 г гексагидрата нитрата кобальта. После полного растворения нитрата в колбу добавляют 3,3333 г глицина. Эту смесь перемешивают 24 ч. Далее 3 мл полученного раствора глицинового комплекса пропитывают 1,6000 г коммерческого носителя ZrO2-La. После этого носитель сушат до полного удаления влаги при 120°С и затем прокаливают при 600°С в течение 5 ч в муфельной печи. Образующийся продукт - Co3O4(20%)/ZrO2-La.The catalyst is obtained according to the method described above. To do this, 10 ml of distilled water is poured into a flat-bottomed flask with a magnetic stirrer. Then, 5.1733 g of cobalt nitrate hexahydrate was added thereto with stirring. After complete dissolution of the nitrate, 3.3333 g of glycine is added to the flask. This mixture was stirred for 24 hours. Next, 3 ml of the obtained solution of the glycine complex was impregnated with 1.6000 g of a commercial carrier ZrO 2 -La. After that, the carrier is dried until complete removal of moisture at 120°C and then calcined at 600°C for 5 hours in a muffle furnace. The resulting product is Co 3 O 4 (20%)/ZrO 2 -La.
Процесс очистки воздуха от этанола на синтезированном катализаторе осуществляют по технологии, описанной выше, следующим образом.The process of air purification from ethanol on the synthesized catalyst is carried out according to the technology described above, as follows.
Кварцевый реактор, где предварительно размещали 0,24 г синтезированного катализатора, помещают в цилиндрический металлический резонатор, соединенный с микроволновой установкой. Усредненная температура в каталитическом слое измеряется с помощью тонкой внутренней термопары, погруженной в слой катализатора и соединенной с термоэлектрическим конвертором M5-78V. Каталитическое тестирование проводили при атмосферном давлении, температурах от 50 до 265°С, в токе газовой смеси (0,17% этанола в воздухе), при объемной скорости подачи 6000 ч-1, мощности и частоте микроволнового излучения 50 Вт и 3,8 ГГц, соответственно. Пробы газа на выходе периодически анализировали с помощью газового хроматографа для определения содержания остаточного этанола.The quartz reactor, where 0.24 g of the synthesized catalyst was previously placed, is placed in a cylindrical metal resonator connected to a microwave unit. The average temperature in the catalytic bed is measured using a thin internal thermocouple immersed in the catalyst bed and connected to an M5-78V thermoelectric converter. Catalytic testing was carried out at atmospheric pressure, temperatures from 50 to 265°C, in a gas mixture flow (0.17% ethanol in air), at a flow rate of 6000 h -1 , power and frequency of microwave radiation 50 W and 3.8 GHz , respectively. Outlet gas samples were periodically analyzed using a gas chromatograph to determine the content of residual ethanol.
Степень удаления этанола из воздуха составляет 100% уже при 50°С за счет адсорбции субстрата. При 160°С и выше этот показатель по-прежнему равен 100% за счет полного окисления этанола.The degree of removal of ethanol from the air is 100% already at 50°C due to the adsorption of the substrate. At 160°C and above, this figure is still equal to 100% due to the complete oxidation of ethanol.
Пример 2.Example 2
Катализатор получают по методике, описанной в примере 1. Процесс очистки воздуха от этанола на синтезированном катализаторе осуществляют по технологии, также описанной в примере 1, за исключением того, что концентрация этанола в воздухе составляет 0,15%.The catalyst is obtained according to the method described in example 1. The process of air purification from ethanol on the synthesized catalyst is carried out according to the technology also described in example 1, except that the concentration of ethanol in the air is 0.15%.
Степень удаления этанола из воздуха составляет 100% уже при 50°С за счет адсорбции субстрата. При 160°С и выше этот показатель по-прежнему равен 100% за счет полного окисления этанола.The degree of removal of ethanol from the air is 100% already at 50°C due to the adsorption of the substrate. At 160°C and above, this figure is still equal to 100% due to the complete oxidation of ethanol.
Пример 3 (сравнительный).Example 3 (comparative).
Катализатор получают по методике, описанной в примере 1, но процесс очистки воздуха от этанола на синтезированном катализаторе проводят при внешнем термическом нагреве без использования микроволнового поля. Объемная скорость подачи сырья - 6000 ч-1. Степень удаления этанола из воздуха составляет 100% уже при 50°С за счет адсорбции субстрата. Однако, полное окисление адсорбированного этанола происходит при 216°С, что выше, чем в примере 1.The catalyst is obtained according to the method described in example 1, but the process of air purification from ethanol on the synthesized catalyst is carried out with external thermal heating without using a microwave field. The volumetric feed rate of raw materials - 6000 h -1 . The degree of removal of ethanol from the air is 100% already at 50°C due to the adsorption of the substrate. However, the complete oxidation of adsorbed ethanol occurs at 216°C, which is higher than in example 1.
Таким образом, как видно из примеров 1 и 2, при совместном использовании катализатора состава Co3O4(20%)/ZrO2-La, микроволнового нагрева каталитического слоя при мощности и частоте излучения 50 Вт и 3,8 ГГц, соответственно, и объемной скорости подачи сырья 6000 ч-1 возможно достижение 100% степени удаления этанола из воздуха уже при 50°С, благодаря адсорбции, и ее сохранение при 160°С за счет полного окисления этанола вне зависимости от концентрации этанола в воздухе. Повышение температуры в процессе окисления до 265°С не целесообразно, так как это уже не влияет на степень удаления этанола путем полного окисления.Thus, as can be seen from examples 1 and 2, when using the catalyst composition Co 3 O 4 (20%)/ZrO 2 -La, microwave heating of the catalytic layer at a power and radiation frequency of 50 W and 3.8 GHz, respectively, and volumetric feed rate of 6000 h -1, it is possible to achieve 100% degree of removal of ethanol from the air even at 50°C, due to adsorption, and its preservation at 160°C due to the complete oxidation of ethanol, regardless of the concentration of ethanol in the air. Increasing the temperature during the oxidation process to 265°C is not advisable, since this no longer affects the degree of ethanol removal by complete oxidation.
Как видно из сравнительного примера 3, проведение очистки воздуха от этанола в условиях обычного термического нагрева без использования микроволнового излучения приводит к повышению температуры полного окисления этанола до 216°С.As can be seen from comparative example 3, carrying out the purification of air from ethanol under conventional thermal heating conditions without the use of microwave radiation leads to an increase in the temperature of complete oxidation of ethanol to 216°C.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является полная очистка (100%) воздуха от этанола и снижение температуры проведения процесса до 50°С за счет адсорбции этанола при этой температуре и его полного окисления при повышении температуры до 160°С, что существенно ниже, по сравнению с прототипом, благодаря использованию микроволнового нагрева катализатора состава Co3O4(20%)/ZrO2-La.The technical result of the invention is the complete purification (100%) of air from ethanol and a decrease in the temperature of the process to 50°C due to the adsorption of ethanol at this temperature and its complete oxidation when the temperature rises to 160°C, which is significantly lower compared to the prototype , through the use of microwave heating of the catalyst composition Co 3 O 4 (20%)/ZrO 2 -La.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2802012C1 true RU2802012C1 (en) | 2023-08-22 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5562885A (en) * | 1991-09-28 | 1996-10-08 | Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Mbh | Exhaust gas catalytic converter |
| RU2515510C1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-05-10 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. Н.Д. ЗЕЛИНСКОГО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИОХ РАН) | Method of preparing catalyst for complete oxidation of hydrocarbons, catalyst prepared using said method, and method of purifying air from hydrocarbons using obtained catalyst |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5562885A (en) * | 1991-09-28 | 1996-10-08 | Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Mbh | Exhaust gas catalytic converter |
| RU2515510C1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-05-10 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. Н.Д. ЗЕЛИНСКОГО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИОХ РАН) | Method of preparing catalyst for complete oxidation of hydrocarbons, catalyst prepared using said method, and method of purifying air from hydrocarbons using obtained catalyst |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Yao Y.-F.Y. Catalytic oxidation of ethanol at low concentrations // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. - 1984. - Vol. 23. - P. 60-67. Jiratova K., Kovanda F., Ludvikova J., Balabanova J., Klempa J. Total oxidation of ethanol over layered double hydroxide-related mixed oxide catalysts: Effect of cation composition // Catal. Today. - 2016. - Vol. 277. - P. 61-67. Kovanda F., Jiratova K., Ludvikova J., Raabova H. Co-Mn-Al mixed oxides on anodized aluminum supports and their use as catalysts in the total oxidation of ethanol // Appl. Catal., A. - 2013. - Vol. 464-465. - P. 181-190. Bastos S.S.T., Orfao J.J.M., Freitas М.М.А., Pereira M.F.R., Figueiredo J.L. Manganese oxide catalysts synthesized by exotemplating for the total oxidation of ethanol // Appl. Catal., B. - 2009. - Vol. 93. - P. 30-37. * |
| Кучеров А.В., Синев И.М., Ояла С., Кейски Р., Кустов Л.М. Сорбционно-каталитическоя очистка воздуха от метанола и серосодержащих веществ на AU, PD, RH/HZSM-5-катализаторах. Катализ в промышленности. - 2008. -N 2, С. 20-26. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2961855C (en) | Process for removing oxidisable gaseous compounds from a gas mixture by means of a platinum-containing oxidation catalyst | |
| RU2802012C1 (en) | Method for cleaning air from ethanol | |
| RU2798584C1 (en) | Method for cleaning air from ethanol | |
| JP2645614B2 (en) | Purification method of exhaust gas containing nitrogen oxides | |
| CN102211024B (en) | The oxidation catalyst containing palladium on aluminium-titanium-zirconium ternary oxide | |
| RU2054959C1 (en) | Carbon oxide and hydrocarbons discharging gasses purification method and method to prepare catalyst for its realization | |
| KR100540239B1 (en) | Purification catalyst, preparation process therefor and gas-purifying apparatus | |
| KR20120096171A (en) | Low temperature oxidation catalyst for removal of toxic gases and preparation method thereof | |
| RU2285691C1 (en) | Method for liquid-phase catalytic alkylation of aromatic amines | |
| TW202319107A (en) | A method for the treatment of an exhaust gas and an hvac system | |
| RU2797201C1 (en) | Method for cleaning air from diethylamine | |
| FR3081351A1 (en) | CATALYST COMPRISING AN AFX STRUCTURAL TYPE ZEOLITE PREPARED FROM A MIXTURE OF FAU AND AT LEAST ONE TRANSITIONAL METAL FOR THE SELECTIVE REDUCTION OF NOX | |
| EP1314476A1 (en) | Zeolite catalysts and their use in selective catalytic reduction of NOx | |
| JPH11342337A (en) | Catalyst b and method for removal of nitrogen oxides by decomposition | |
| CN101547887A (en) | Method of producing alpha,beta-unsaturated aldehyde and/or alpha,beta-unsaturated carboxylic acid | |
| RU2718677C1 (en) | Fast and scalable method of producing mesoporous terephthalate of chromium (iii) | |
| JP7441474B2 (en) | Catalyst, method for producing isobutyraldehyde and methacrolein, method for producing methacrylic acid, and method for producing methacrylic acid ester | |
| FR3081340A1 (en) | CATALYST COMPRISING A MIXTURE OF AFX STRUCTURAL TYPE ZEOLITE AND A BEA STRUCTURAL TYPE ZEOLITE AND AT LEAST ONE TRANSITION METAL FOR SELECTIVE NOX REDUCTION | |
| RU2531116C1 (en) | Method of preparing nickelchromepalladium catalyst for purification of discharged gas from carbon oxide and hydrocarbons | |
| RU2584158C1 (en) | Catalyst for purification of gases from nitrogen and carbon (ii) oxides | |
| KR0166465B1 (en) | Preparation of catalyst for cleaning exhaust gases | |
| CN113198524B (en) | Copper molecular sieve catalyst and preparation method and application thereof | |
| JPH0647255A (en) | Removing method of nitrogen oxide | |
| Pooperasupong et al. | Air pollution control by oxidation of aromatic hydrocarbon over supported metal oxide | |
| RU2288911C1 (en) | Method for catalytic liquid-phase hydrogenation of 2',4,'4-nrinitrobenzanilide |