SU1766497A1 - Катализатор дл очистки отход щих газов от окиси углерода, углеводородов и окислов азота - Google Patents

Description

1

(21)4901885/04 (22)11.01.91 (46)07.10.92. Бюл. №37

(71)Омский научно-технический филиал Республиканского инженерно-технического центра СО АН СССР

(72)С.В.Дозморов, Б.В.Ременников, А.Н.Пестр ков и С.И.Чухарев

(56) 1. О.И.Жегалин, П.Д.Лупачев. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М., 1985, с.64-76.

2.Авторское свидетельство СССР № 521925, кл В 01J 23/86, 1974.

3.Авторское свидетельство СССР Ns 1039549, кл. В 01 J 23/16, 1989.

4.Патент СССР № 509207, кл. В 01 J 23/84, 1971.

(54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ОКИСИ УГЛЕРОДА, УГЛЕВОДОРОДОВ И ОКИСЛОВ АЗОТА (57) Сущность изобретени : катализатор содержит оксид никел  0,05-3,85%, оксид меди 0,05-3,85%, оксид марганца 0,05-3,85%, оксид кобальта 0,05-3,85%, оксид железа 0,05-3,85, оксид хрома 0,05-3,85, оксид лантаноида 0,05-3,85, носитель остальное. В качестве оксида лантаноида используют оксид лантана, или цери , или иттри . В качестве носител  используют стальную сетку. 5 табл.

Изобретение относитс  к оксидным катализаторам дл  очистки оход щих газов от окиси углерода, углеводородов и окислов азота и может быть использовано дл  снижени  токсичности выхлопных газов автомобильного транспорта на дизельном топливе, бензине и природном газе, а также отход щих газов промышленных предпри тий .

Известно большое количество катализаторов очистки выхлопных газов автомобильного транспорта на основе платины и других благородных металлов подгруппы платины 1. Недостатком всех этих катализаторов  вл етс  их дороговизна (25-35 руб. за 1 кг) и дефицитность металлов подгруппы платины , что делает затруднительным их массовое использование на автомобильном транспорте в СССР.

00

С

Известно также большое количество оксидных катализаторов дл  очистки выхлопных газов автомобильного транспорта. В частности, к ним снос тс  катализаторы на основе окислов меди, хрома, кобальта и железа 2, обеспечивающие 100%-ную конверсию СО при 466°С. Однако этот состав не обеспечивает восстановление окислов азота и конверсию углеводородов.

Известен также состав катализатора 3, содержащий натриевый бентонит, оксиды хрома и марганца. Он обеспечивает 100%- ную конверсию СО и 95%-ную конверсию углеводородов при 300-315°С. Однако он также не обеспечивает конверсии окислов азота.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  катализатор дл  очистки газа 4, содержащий оксиды меди, марганца, никел  и

vj О О Јь Ю VI

кобальта на носителе, содержащем алюминат щелочноземельного металла при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксид меди2-15

Оксид марганца2-15

Смесь оксидов никел  и кобальта1-6

- НосительОстальное

Этот катализатор осуществл ет 100%-ную конверсию н-гексана при температурах не ниже 390°С7 осуществл ет дожит СО, но окислы азо%Лне восстанавливает.

Цель изобретени  - повышение активности катализатора по дожигу углеводородов, включа  3,4-бензпирен, и восстановлению окислов азота.

Предлагаемый катализатор, содержащий оксиды меди, марганца, никел  и кобальта , дополнительно содержит оксиды железа, хрома и лантоноидов (иттри , лантана , цери ) или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас,%: Оксид никел 0,05 - 3,85

Оксид меди0,05 - 3,85

Оксид марганца0,05 - 3,85

Оксид кобальта0,05-3,85

Оксид железа0,05 - 3,85

Оксид хрома0,05 - 3,85

Оксид лантаноида0,05 - 3,85

НосительОстальное

В качестве носител  используетс  металлическа , например стальна , сетка.

Наличие оксидов меди, никел  и хрома стимулирует протекание редокс-процесса 4СО + 2 N02 - N2 + 4 С02,а наличие оксидов меди, марганца, кобальта и железа - протекание каталитического дожита углеводородов . Оксиды лантаноидов содействуют дожигу углеводородов, в первую очередь - полициклических ароматических углеводородов , в частности 3,4-бензпирена. Использование в качестве нсител  стальной сетки позвол ет резко снизить аэродинамическое сопротивление катализатора с сохранение его каталитической активности.

Изобретение иллюстрируетс  следующими примерами.

Дл  проведени  испытаний образец катализатора-прототипа готовилс  согласно 4. Образцы оксидных катализаторов составов 1-5 готовили следующим образом.

Образец 1. В 200 мл воды раствор ли из расчета на сухие соли 0,098 г нитрата никел , 0,094 г нитрата меди, 0,082 г нитрата марганца (II), 0,088 г нитрата кобальта, 0,125 г нитрата хрома (III), 0,125 г нитрата железа (III) и 0,08 г нитрата лантана. В раствор помещали 99,72 г пемзы и оставл ли смесь на 8 ч, после чего избыток воды удал ли барбо- тированием гор чего воздуха. После подсушки катализатор прокаливали в следующем режиме: 1 ч при 350°С, затем 2 ч при 850°С и 2 ч при 1000°С. Готовый катализатр остывал вместе с печью.

Образец 2. Готовили, как образец 1, при

следующем соотношении нитратов (из расчета на сухие соли) и носител , (г): никел  0,122, меди 0,118, марганца (II) 0,103, кобальта 0,110, хрома (III) 0-,156, железа (III)

0,156, лантана 0,100, пемзы 99.65.

Образец состава 3 готовили, как образец 1, при следующем соотношении нитратов (из расчета на сухие соли) и носител , г: никел  4,758, меди 4,582, марганца(11)4,017,

кобальта 4,29, хрома (II) 6,104, железа (III) 6,104, лантана 3,881, носител  86,35. Дл  составов 3.1, 3,2 и 3.3 брали соответственно 3,881 г нитрата лантана, 3,705 г нитрата цери  (111) и 4,738 г нитрата иттри . В качестве

носител  использовали пемзу, у А120з, цеокар, остальную сетку с диаметром  чейки 0,9 мм и медную сетку с диаметром  чейки 0,8 мм,

Образцы составов 4 и 5 готовили, как

состав 1, при следующем соотношении исходных компонентов, г; дл  состава 4-9,394 нитрата никел , 9,048 нитрата меди, 7,391 нитрата марганца, 8,47 нитрата кобальта, 12,051 нитрата хрома, 12,051 нитрата железа , 7,662 нитрата лантана, 73,05 пемзы; дл  состава 5 - 9,516 нитрата никел , 9,165 нитрата меди, 8,034 нитрата марганца, 8,580 нитрата кобальта, 12,207 нитрата хрома, 12,207 нитрата железа, 7,761 нитраталантана , 72,7 пемзы.

Испытани  каталитической активности проводили на модельной смеси состава, об.%: СО 3, СН4 1, СзНв 1, CsH-io 1, толуол 0,5, 3,4-бензпирен (БП) , NOa 0,5, N0

0,5, кислород 5,2, азот остальное, а также на стендах с карбюраторным двигателем ГАЗ- 54 на бензине АИ-93 и с дизельным двигателем Д-21 на дизельном топливе. Во всех случа х измерени  проводили при скорости

газовых потоков 20 000 м /ч по известным методикам. Унос катализатора оценивали по содержанию меди, улавливаемой фильтрами типа Владипор и определ емой атомно-абсорбционным методом. Результаты испытаний приведены в табл.2-5.

Из полученных результатов видно, что дл  состава 1 наблюдаетс  ухудшение каталитической активности, а дл  состава 5 - резкое повышение уноса активной фазы.

Вследствие этого концентрации оксидов переходных металлов следует установить в пределах, указанных в формуле изобретени . Из табл.5 следует, что оптимальна  конверси  наблюдаетс  дл  состава 4, где в

качестве носител  используетс  стальна 

сетка. Менее эффективна медна  сетка, еще менее эффективны гранулированные носители (пемза, у AlaOa, цеокар), что св зано с их механическим разрушением в ходе испытаний на стендах.

Изобретение позвол ет: во-первых, достигнуть высокой степени одновременной очистки выхлопных газов от СО, углеводородов , включа  высококанцерогенный 3,4- бензпирен, и оксидов азота и тем самым снизить токсичность выхлопных газов на 70-80%; во-вторых, снизить цену каталитического блока с 1500 руб. дл  блоков на основе платинового катализатора ШПК-2 до 100-200 руб. за блок, что составл ет экономический эффект не менее 1300 руб. на один каталитический блок.

Claims (3)

1. Катализатор дл  очистки отход щих

газов от окиси углерода, углеводородбв и

окислов азота, содержащий оксиды меди,

марганца, никел  и кобальта на носителе,

Дл  сопоставимости результатов в качестве носител  брали пемзу как дл  испытуемых образцов, так и дл  прототипа

Таблица

отличающийс  тем, что, с целью повышени  активности катализатора по до- жигу углеводородов, включа  бензпирен, и восстановлению окислов азота, он дополни- тельно содержит оксиды хрома, железа и лантаноида при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид никел 0,05-3,85

Оксид меди0,05 - 3,85

Оксид марганца0,05-3,85

Оксид кобальта0,05-3,85

Оксид железа0,05 - 3,85

Оксид хрома0,05 - 3,85

Оксид лантаноида0,05-3,85

НосительОстальное.

2. Катализатор по п.1, от л и ч а ю щ и й- с   тем, что в качестве оксида лантаноида используют оксид лантана, или цери , или иттри .

3. Катализатор по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что в качестве носител  используют

стальную сетку.х ,.,

Таблица

ТаблицаЗ

Унос катализатора при скорости газового потока 20000 м3/ч и 500°С в зависимости от длительности испытаний (на 1 кг катализатора)

Таблица )

Температура 50 и 100%-ной конверсии СО, CnHm, БП и М0„ дл  состава t в зависимости от природы лантаноида . Носитель - пемза

Таблица

Результаты испытаний состава Ц на стендах с карбюраторным двигателем на бензине АИ-93 и с дизельным двигателем при скорости 20000 м3/ч и Т 500°С

Степень конверсии дл  З -бензпирена соответственно носителе измен етс  следующим образомД: 61 , 61 , 6), 70, 63 и дл  прототипа составл ет 74.