ТЕРМОСТАБИЛЬНЫЙ КАТАЛИЗАТОР ОЧИСТКИ ГАЗОВ ИКТ-12-40

 

Характеристика

Оксидный алюмомарганцевый катализатор ИК-12-40 предназначен для использования в установках со стационарным и нестационарным режимами окисления органических примесей, содержащихся в отходящих промышленных газах. По заказу потребителя катализатор может выпускаться в виде различных геометрических форм - цилиндрических гранул, сфер, колец.

 

 

Технико-экономические преимущества

· уникальная термостабильность -  рабочие температуры до 1000⁰С;

· высокая каталитическая активность, в том числе в присутствии хлорсодержащих соединений;

· высокая механическая прочность;

· отсутствие драгметаллов в составе катализатора.

 

Области применения

Катализатор ИК-12-40 предназначен:

·      для очистки промышленных газовых выбросов от органических примесей и оксида углерода,

·      каталитического сжигания метана и других углеводородов без образования оксидов азота.

 

Уровень и место практической реализации

Организовано промышленное производство, г. Новосибирск.

Катализатор поставляется на предприятия фирмы “Monsanto Environ Chem” (США) для установок очистки газов от токсичных органических соединений в нестационарном режиме (РЕВЕРС-ПРОЦЕСС).

В настоящее время распространено мнение о том, что для процессов со сравнительно медленным изменением активности катализатора стабилизация во времени условий работы реактора является залогом высокой эффективности процесса. Однако возможен и другой, принципиально отличающийся от "стационарного" подход к обеспечению оптимальных условий процесса - "нестационарный". Пусть в искусственно создаваемом нестационарном, например циклическом, режиме средние значения нагрузки и начального состава реакционной смеси равны нагрузке и составу смеси для процесса, осуществляемого традиционным стационарным способом. Совершенно ясно, что в нестационарных условиях возникают широкие возможности в формировании полей концентраций, температур и, что особенно важно, состояний катализатора, при которых можно добиться более благоприятных, чем в стационарном состоянии, условий протекания процесса. Стационарный режим, надежная стабилизация которого кажется на первый взгляд залогом высокой эффективности процесса, оказывается лишь частным случаем нестационарного режима.

Эффект перехода от стационарных методов осуществления гетерогенных каталитических процессов к искусственно создаваемым нестационарным: может быть обусловлен, во-первых, воздействием реакционной среды на катализатор, нестационарными характеристиками катализатора и, во-вторых, динамическими свойствами каталитического реактора в целом. Реакционная среда, влияет на катализатор, изменяя его состав, структуру, свойства. Так, например, экспериментально установлено, что поверхность металлических катализаторов легко перестраивается под воздействием реакционной среды, стремясь к минимуму свободных поверхностных энергий. У этих катализаторов изменяются свойства в результате адсорбции и хемосорбции реагентов и продуктов их превращения, происходит реконструкция граней, изменение состава поверхности металлических сплавов с вариацией состава реакционной среды. Для большинства реакций каталитического окисления на окисных катализаторах в зависимости от состава реакционной смеси существенно меняется содержание кислорода и заряд катионов катализатора, что приводит к изменению их активности и селективности. Экспериментально наблюдалось медленное изменение скорости реакции окислении этилена на серебре, связанное, по-видимому, с изменением содержании кислорода в приповерхностном слое. Так как эффективность процесса определяется прежде всего состоянием катализатора, то можно легко представить ситуацию, при которой это состояние в нестационарном режиме обеспечивает большую активность и, что особенно важно, селективность катализaтора. Очевидно, в искусственно создаваемом нестационарном режиме в среднем можно добиться такого состава катализатора, который невозможно получить при неизменных условиях в газовой фазе. Это хорошо видно на примере раздельного механизма окислительно-восстановительных реакций, по которому при повышенных температурах протекают полное окисление водорода, углекислого газа, углеводородов и многих других органических веществ, а также парциальное окисление олефинов, спиртов, ароматических соединений. Осуществляй раздельно взаимодействие кислорода с восстановленным катализатором, который каким либо образом выводится из зоны реакции, и затем взаимодействие реагирующего компонента с вводимым в зону реакции окисленным катализатором. Можно значительно увеличить активность и избирательность процесса за счет того, что в таком нестационарном режиме катализатор может поддерживаться в состоянии, оптимальном по энергии связи кислорода с поверхностью. Примером такого процесса может служить окислительное дегидрирование бутена в бутадиен на висмут-молибденовом катализаторе, который целесообразно осуществлять в реакторе с циркулирующим слоем катализатора, когда можно непрерывно менять восстановленный и окисленный катализаторы, оставляя потоки окисляемого компонента и кислорода в газовой фазе неизменными. Этот процесс протекает, по-видимому, по окислительно-восстановительному механизму, согласно которому адсорбированный бутен взаимодействует с поверхностным кислородом катализатора. В условиях отсутствия кислорода в газовой фазе последний подводится к поверхности из объема катализатора. При раздельной подаче реагентов, когда бутен поступает в реактор, а кислород - в регенератор и катализатор циркулирует между реактором и генератором достигаются значительные выходы бутадиена при высокой избирательности.

Оптимальный состав катализатора, обеспечивающий высокую избирательность или производительность, можно получить и другим способом: катализатор находится в неподвижном состоянии, но изменяется по определенному закону состав газовой фазы на входе в реактор. Так, на установке с трубчатым реактором был осуществлен процесс окисления этилена на серебряном катализаторе, где периодически изменялась начальная концентрация этилена. При определенных частотах изменения состава было получено значительное увеличение избирательности. Приведем одно из возможных объяснений этого результата. Известно, что скорость образования окиси этилена нелинейно зависит от степени покрытия поверхности кислородом. Зависимость скорости этой стадии от концентрации хемосорбированного кислорода имеет резкий максиму м при степени покрытия 0,5 - 0,6. Такой характер скорости обусловлен структурным превращением поверхности металла и связанным с этим изменением типа связи металла с кислородом, происходящими в результате взаимодействия кислорода с поверхностью катализатора. Распределенность состава газовой фазы и реакторе в стационарном режиме приводит к соответствующему распределению состояния катализатора по длине аппарата, которое, вероятно, не является оптимальным в отношении избирательности образования окиси этилена. Осуществление процесса в нестационарных условиях позволяет, очевидно, пронести процесс при более высоких (в среднем) концентрациях реакционного кислорода на поверхности металла, благодаря чему и достигается более высокая избирательность. Экспериментальные исследования в лабораторных условиях процесса окисления двуокиси серы на ванадиевых катализаторах показали, что в нестационарных условиях, когда па входе в реактор идеального перемешивания периодически изменяется состав реакционной смеси, удается добиться гораздо большей степени превращения: S02 в S03 по сравнению со стационарным режимом при тех же средних значениях параметров. При значениях периода изменение состава 3 - 4 ч имеет место максимальная наблюдаемая скорость химического превращения.

Экспериментальная работа по окислению двуокиси серы кислородом воздуха в условиях, близких к промышленным, была осуществлена в двух последовательно работающих слоях катализатора, примем первый слой работал стационарно. Выходящую после первого слоя реакционную смесь со степенью превращения S02 90% в течение некоторого интервала времени подавали на второй слой, на который до этого подавали воздух. В результате после второго слоя получалась степень превращения, равная 98,8 °/о, в то время как при постоянной подаче реакционной смеси она равнялась 95,8%. Периодическая продувка слоя воздухом или плотом при температурах более 400°С приводит к активированию катализатора путем разложения соединения четырехвалентного ванадия с S03. При этом образуется форма V4+, которая интенсивно реагирует с 02 и S02. Значительный интервал времени после ввода реакционной смеси на выходе из реактора серный ангидрид вообще не будет появляться.

 

Патентная защита

Разработка защищена патентами РФ (1996 г., 1997 г.).

 

Коммерческие предложения

Продажа партий катализатора.

Продажа лицензий на производство и технологию эксплуатации катализатора.

 

Ориентировочная стоимость

Цена договорная.

 

Контактная информация

Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, просп. Академика М.А. Лаврентьева, 5, г. Новосибирск, 630090.

Заведующая лабораторией координации д.х.н. Симагина Валентина Ильинична

Тел.: (3832) 34-23-36, факс: (3832) 34-30-56.

E-mail: bic@catalysis.nsk.su

http://www.catalysis.nsk.su/