CS240539B1 - Spós & b of catalytic combustion of gaseous mixtures of azalc or waste industrial gases containing hydrogen - Google Patents
Spós & b of catalytic combustion of gaseous mixtures of azalc or waste industrial gases containing hydrogen Download PDFInfo
- Publication number
- CS240539B1 CS240539B1 CS121784A CS121784A CS240539B1 CS 240539 B1 CS240539 B1 CS 240539B1 CS 121784 A CS121784 A CS 121784A CS 121784 A CS121784 A CS 121784A CS 240539 B1 CS240539 B1 CS 240539B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- stage
- oxygen
- reactor
- gas
- hydrogen
- Prior art date
Links
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Účelom vynálezu je spůsob katalytického spalovania plynných zmesi a/alebo odpadných priemyslových pjynov obsahujúcičh ako hlavnú oxidovatelnú Zložku vodík a menšie množstvo oxidu uholnatého, alifatických alkoholov .a alifatických -aldehydov so. zníženou spotřebou lacných katalyzátorov katalytického, spalovania. Uvedený účel .sa dosiahne dvojstupňovým usporiadaním katalytického spáfovacieho procesu, pričom v prvom stupni prebleha spafovanie pri podštechiometrických koncentráciach kyslíka na kovových katalyzátorech a v druhom stupni, po přidaní kyslíka pri nadstechiometrických koncentráciach kyslíka. Výhodné je hlavně použitie médi na núsičoch ako katalyzátora prvého stupňa.The purpose of the invention is a method for catalytic combustion of gas mixtures and/or industrial waste gases containing hydrogen as the main oxidizable component and a smaller amount of carbon monoxide, aliphatic alcohols and aliphatic aldehydes with a reduced consumption of inexpensive catalytic combustion catalysts. The stated purpose is achieved by a two-stage arrangement of the catalytic combustion process, whereby in the first stage combustion takes place at substoichiometric oxygen concentrations on metal catalysts and in the second stage, after the addition of oxygen, at superstoichiometric oxygen concentrations. It is particularly advantageous to use copper on supports as the first stage catalyst.
Description
Vynález sa týká spósobu katalytického spalovania plynných zmesi a/alebo odpadných priemyselných plynov obsahujúcich ako hlavnú oxidovatelnú zložku vodík uskutečňovaného v dvoch stupňoch pri účelnom usporiadaní koncentrácie kyslíka v oboch stupňoch.The invention relates to a process for the catalytic combustion of gaseous mixtures and / or industrial waste gases containing hydrogen as the main oxidizable component, carried out in two stages, in an expedient arrangement of the oxygen concentration in both stages.
Plynné zmesi a/alebo odpadně priemyslově plyny obsahujúce oxidovatelné látky v nízkých koncentráciach sa z ekologických dovodov katalyticky spalujú na konečné oxidačné produkty, oxid uhličitý a vodu. Proces sa vačšinou uskutočňuje v jednom stupni pri nadstechiometrickej koncentrácii kyslíka, aby sa zaistilo dokonalé spálenie. Ako katalyzátory sa najčastejšie používajú platina alebo paládium nanesené v malých množstvách na nosič z alumíny, keramiky alebo kovu (Kirk-Othmer Encycl. Chem. Technol., 3. ed., 9, 1980, str. 511). Nevýhodou týchto postupov je používáme deficitných a drahých vzácných kovov ako katalyzátorov.Gaseous mixtures and / or industrial waste gases containing oxidisable substances in low concentrations are catalytically combusted from environmental reasons to final oxidation products, carbon dioxide and water. Typically, the process is carried out in one step at an above-stoichiometric oxygen concentration to ensure complete combustion. The catalysts most commonly used are platinum or palladium deposited in small amounts on a support of alumina, ceramic or metal (Kirk-Othmer Encycl. Chem. Technol., 3rd ed., 9, 1980, p. 511). The disadvantage of these processes is the use of deficient and precious noble metals as catalysts.
V snahe o znižovanie spotřeby vzácných kovov sa katalyzátory ná ich báze nahrádzajú lačnějšími oxidovými katalyzátormi. Ciastočná náhrada drahého kovu sa dosahuje kombinovaným katalyzátorom obsahujúcim oxid všeobecného vzorca XOy, kde y je 1 až 3 a jeden alebo viac vzácných kovov (Brit. pat. 1 558 167). lnou možnosťou čiastočnej náhrady vzácných kovov je použitie dvojvrstvového katalyzátora, ktorého prvá vrstva obsahuje oxidy Mn a Cu a druhá oddělená vrstva, katalyzátor zo vzácného kovu (NSR pat. 3 042 843).In an effort to reduce the consumption of noble metals, the catalysts based on them are replaced by the less expensive oxide catalysts. A partial replacement of the precious metal is achieved by a combined oxide catalyst of the formula XO y , wherein y is 1 to 3 and one or more noble metals (British Pat. 1 558 167). Another possibility of partially replacing the noble metals is to use a bilayer catalyst whose first layer contains Mn and Cu oxides and the second separate layer, a noble metal catalyst (German Pat. No. 3,042,843).
Často sa ako katalyzátory katalytického spalovania používajú samotné oxidy. Známe je použitie katalyzátora obsahujúceho oxidy médi a chrómu (ZSSR pat. 386 667), oxid chrómu a chromit médi (ZSSR pat. č. 882 592), oxid kobaltu s prídavkami jedného alebo viacerých kovov III. A skupiny (NSR pat. 2 641 317), zmesné oxidy Ag-Co-Mn (U. S. pat. 4 302 360). Nevýhodou oxidových katalyzátorov je ich relativné nízká katalytická aktivita v porovnaní s kovmi platinovej skupiny, čo si vynucuje velký objem katalyzátora v spalovacom reaktore. To má za následok vyššie tlakové straty pri prietoku plynov vrstvou takéhoto katalyzátora, čím sa značné zvýšia prevádzkové náklady procesu.Often the oxides themselves are used as catalysts for catalytic combustion. It is known to use a catalyst comprising oxides of medium and chromium (USSR Pat. No. 386,667), chromium oxide and chromite media (USSR Pat. No. 882,592), cobalt oxide with the addition of one or more metals III. A groups (NSR Pat. 2,641,317), mixed oxides of Ag-Co-Mn (U.S. Pat. No. 4,302,360). A disadvantage of oxide catalysts is their relatively low catalytic activity compared to the platinum group metals, which requires a large volume of catalyst in the combustion reactor. This results in higher pressure drop over the gas flow through the catalyst bed, thereby greatly increasing the operating cost of the process.
Pri katalytickom spalovaní plynných zmesi s vyšším obsahom oxidovatelných zložiek sa uvolní značné množstvo tepla, ktorého využitie je ekonomicky výhodné. Časté sú tiež také případy zloženia plynných zmesi, že koncentrácie škodlivin v nich přítomných sú nízké a sú buď pod hodnotou povolenou zdravotnickými predpismi, alebo len o mála vyššie. Katalytické spalovanie takýchto plynných zmesi nie je vtedy motivované len ekologickými požiadavkami, ale hlavně snahou o využitie ich potenciálneho energetického obsahu. U týchto zmesi je často hlavnou oxidovatelnou zložkou vodík. Okrem něho sú tiež přítomné, vačšinou v nižších koncentráciach, oxid uhoinatý, alifatické alkoholy, například metanol, etanol, alifatické aldehydy, například formaldehyd, acetaldehyd a niektoré ďalšie látky.The catalytic combustion of gaseous mixtures with a higher content of oxidizable components releases a considerable amount of heat, the use of which is economically advantageous. There are also frequent cases of composition of gaseous mixtures that the concentrations of pollutants present in them are low and are either below the level permitted by health regulations or only slightly higher. Catalytic combustion of such gas mixtures is not only motivated by ecological requirements, but mainly by the effort to exploit their potential energy content. In these mixtures, hydrogen is often the major oxidizable component. In addition, carbon monoxide, aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, aliphatic aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde and some other substances are also present, mostly at lower concentrations.
Predmetom tohoto vynálezu je sposob katalytického spalovania plynných zmesi a/alebo odpadných priemyslových plynov obsahujúcich hlavně vodík a tiež oxid uhoinatý, alifatické alkoholy, alifatické aldehydy a niektoré ďalšie látky, ktorý je charakteristický tým, že katalytické spalovanie sa uskutočňuje v dvoch stupňoch, pričom v prvom, v smere prúdenia plynnej zmesi, zaradenom stupni proces prebieha pri podstechiometrických koncentráciach kyslíka na kovových katalyzátoroch a v druhom stupni po přidaní kyslíka aleho plynu obsahujúceho kyslík pri nadstechiometrických koncentráciach kyslíka.The present invention relates to a process for the catalytic combustion of gaseous mixtures and / or waste industrial gases containing mainly hydrogen and also carbon monoxide, aliphatic alcohols, aliphatic aldehydes and some other substances, characterized in that the catalytic combustion is carried out in two stages; , downstream of the gaseous mixture, the process takes place at substoichiometric oxygen concentrations on the metal catalysts and in the second stage after the addition of oxygen or oxygen-containing gas at post-stoichiometric oxygen concentrations.
Hlavná výhoda dvojstupňového katalytického spalovania s podstechiometrickou koncentráciou kyslíka v prvom stupni postupom podlá tohoto vynálezu spočívá v tom, že podstatná časť oxidovatelných zložiek, hlavně vodika, sa katalyticky spáli v prvom stupni na kovových katalyzátoroch, na ktorých je reakčná rýchlosť oxidácie značné vyššia než u katalyzátorov na báze oxidov kovov. Názorné to možno vidieť, například, z poměru počiatočných reakčných rýchlostí oxidácie vodika u plynných zmesi obsahujúcich 14 percent obj. vodika a 5 % obj. kyslíka na jednej straně a plynnej zmesi obsahujúcej 4 % obj. Vodika a 5 °/o obj. kyslíka na straně druhej. Pri teplote 250 °C je poměr počiatočných reakčných rýchlostí na kovověj a oxidovej formě toho istého měděného katalyzátora na nosiči 8,8. Postupom podlá tohoto vynálezu sa umožní dosahovanie vyšších měrných zaťažení katalyzátora, čím sa jednak znižuje jeho spotřeba, jednak sa znižujú prevádzkové náklady na přepravu plynov. Ako katalyzátory prvého stupňa sa můžu použit lubovolné kovy, výhodné je použitie lačnějších katalyzátorov na báze médi, kobaltu, niklu a železa. Zvlášť výhodné je použitie médi nanesenej v koncentráciach 10 až 50 % hmot. na vhodný nosič.The main advantage of two-stage catalytic combustion with a substoichiometric oxygen concentration in the first stage by the process of the present invention is that a substantial part of the oxidizable components, mainly hydrogen, is catalytically burned in the first stage on metal catalysts where the reaction rate of oxidation is significantly higher based on metal oxides. This can be seen, for example, from the ratio of the initial reaction rates of hydrogen oxidation for gas mixtures containing 14 percent by volume. hydrogen and 5% vol. oxygen on the one hand and a gas mixture containing 4% vol. Hydrogen and 5% vol. oxygen on the other hand. At 250 ° C, the ratio of the initial reaction rates on the metallic to oxide form of the same supported copper catalyst is 8.8. With the process of the present invention, it is possible to achieve higher specific loads on the catalyst, thereby reducing both its consumption and reducing the operating costs of transporting the gases. Any metal may be used as the first-stage catalyst, and preference is given to using low-cost medium, cobalt, nickel and iron catalysts. Particularly preferred is the use of media applied at concentrations of 10 to 50% by weight. onto a suitable carrier.
V druhom stupni sa možu použit bud katalyzátory z oxidov kovov, alebo katalyzátory s aktívnou zložkou zo vzácného kovu. Vzhladom k tomu, že v druhom stupni sa katalyticky spaluje menšia část oxidovatelných látok, potřeba katalyzátora v tomto stupni je poměrně malá.In the second stage, either metal oxide catalysts or noble metal active ingredient catalysts can be used. Since a smaller proportion of oxidizable substances is catalytically burned in the second stage, the catalyst requirement in this stage is relatively low.
Výhodnou variantou postupu podlá tohoto vynálezu je použitie jedného·, komerčně dostupného katalyzátora na báze Pxidov v oboch stupňoch. V prvom stupni sa takýto katalyzátor po predchádzajúcej redukcii použije ako kovový katalyzátor, v druhom stupni v povodnej oxidovanej formě.A preferred variant of the process according to the invention is the use of one commercially available Pxide-based catalyst in both stages. In the first step, such a catalyst, after prior reduction, is used as a metal catalyst, in the second step, in the original oxidized form.
Rýchlosť reakcie vodika s kyslíkom je na kovových katalyzátoroch dostatočne vysoká už pri teplote 200 až 300 °C, pri ktorej je možné spalovanie previesť v trubkovom re240539 aktore chladeným vriacou vodou. Spalné teplo sa tak využije k výrobě páry v plášti reaktora. Len zvyšok vodíka a eventuálně přítomné organické látky sa spália v druhom stupni v přebytku kyslíka. Druhý stupeň je výhodné viesť pri vyššej teplote 300 až 1 000 stupňov Celsia, čo sa docieli adiabatickým režimom.The reaction rate of hydrogen with oxygen is sufficiently high on metal catalysts already at a temperature of 200 to 300 ° C, at which combustion can be carried out in a tubular re240539 actuator with cooled boiling water. The combustion heat is thus used to produce steam in the reactor jacket. Only the remainder of the hydrogen and any organic matter present are burned in the second stage in excess oxygen. The second step is preferably conducted at a higher temperature of 300 to 1000 degrees Celsius, which is achieved by adiabatic regimens.
Pri práci s prebytkom vzduchu v celom objeme katalytického reaktora sa do vzduchu može přidat len tol'ko plynov, aby nevznikala výbušná zmes; obsah vodíka vo vzduchu nesmie přesahovat 4 % obj. Preto sa spalovaný plyn obsahujúci vodík vo vyššej lwncentrácii, resp. i iné hořlavé látky musí přidávat ku vzduchu postupné a reaktor je potřebné dělit na viac vrstiev. Například odpadný plyn z výroby formaldehydu, obsahujúci 18 až 20 % obj. vodíka a malé množstvo metanolu, formaldehydu a oxidu uholnatého je nutné spalovat na štyroch vrstvách. Takéto zariadenie je náročné na reguláciu. Výhodou vynálezu je preto i možnost spálit vačšinu vodíka v prvom stupni, pretože tu je možno přidat dostatok kyslíka. Například pri spalovaní odpadných plynov z výroby formaldehydu stačia dve vrstvy.When working with excess air throughout the catalytic reactor volume, only enough gases can be added to the air to prevent the formation of an explosive mixture; the hydrogen content in the air shall not exceed 4% vol. Therefore, the hydrogen-containing combusted gas is at a higher concentration, respectively. other flammable substances must be added gradually to the air and the reactor must be divided into several layers. For example, the off-gas from formaldehyde production containing 18 to 20 vol. hydrogen and a small amount of methanol, formaldehyde and carbon monoxide must be burned on four layers. Such a device is difficult to control. It is therefore an advantage of the invention to be able to burn most of the hydrogen in the first stage, since sufficient oxygen can be added here. For example, two layers are sufficient to burn off the waste gases from formaldehyde production.
Postup podlá tohoto vynálezu možno výhodné využit na katalytické spatovanie plynných zmesi a/alebo odpadných priemyslových odplynov, například z parného reformingu metánu, z koksárni a plynárni, z procesov oxidačnej dehydrogenácle alkoholov na kovových katalyzátoroch, z roznych chemických a petrochemických prevádzok.The process according to the invention can advantageously be used for catalytic vision of gaseous mixtures and / or waste industrial off-gases, for example from methane steam reforming, coke oven and gasworks, oxidative dehydrogenated alcohol processes on metal catalysts, various chemical and petrochemical plants.
PříkladExample
Jedno z možných převedení postup podlá vynálezu je znázorněné na obr. 1. Odpadný plyn z výroby formaldehydu A v množstve 7 200 Nm3/h, obsahujúci 17,3 % obj vodíka, 0,4 % obj. oxidu uholnatého, 0,05 % obj. formaldehydu, 0,2 % obj. metanolu, 0,1 °/o obj. kyslíka a zvyšok inertně zložky, sa dúchadlom 1 cez výmenník tepla 3 privádza do trubkového katalytického reaktora 5 naplněného 1,4 m3 katalyzátora. Katalyzátorom je CuO na nesený na aluminu vo formě tabliet o priemeru 5X5 mm. Pri teplote kúpelá 200 °C sa povodný oxid meďnatý vyredukuje odpadným plynom na kovovú med.One possible embodiment of the process of the invention is shown in FIG. Waste gas from the production of formaldehyde A in an amount of 7200 Nm 3 / h, containing 17.3% by volume of hydrogen, 0.4% by volume of hydrogen; of carbon monoxide, 0,05% vol. formaldehyde, 0.2% v / v of methanol, 0.1% by volume. Oxygen and the remainder of the inert component are fed via blower 1 through heat exchanger 3 to a tubular catalytic reactor 5 filled with 1.4 m 3 of catalyst. The catalyst is CuO na supported on alumina in the form of 5X5 mm tablets. At a bath temperature of 200 ° C, the original copper oxide is reduced by the off-gas to metallic honey.
Po redukcii katalytickej náplně sa k odpadnému plynu A přidá před vstupom do reaktora vzduch B v množstve 2 690 Nm3/h dúchadlom 2 po predchádzajúcom zohriatí vo výmenníku tepla 4. Pri podstechiometrickej koncentrácii kyslíka dochádza ku katalytickému spáleniu hlavnej časti vodíka přítomného v odpadnom plyne v reaktore 5. Spatné teplo sa využije na výrobu 4 t/h vodnej páry o tlaku 1,8 MPa C z vodného kondenzátu D privádzaného do plášťa trubkového reaktora 5.After reduction of the catalytic charge, air B is added to the waste gas A prior to entering the reactor at 2690 Nm 3 / h by blower 2 after being previously heated in heat exchanger 4. At a substoichiometric oxygen concentration, catalytic combustion of the major part of hydrogen present in the waste gas The return heat is used to produce 4 t / h of water vapor at a pressure of 1.8 MPa C from the water condensate D supplied to the jacket of the tubular reactor 5.
K reakčným plynom z prvého stupňa o teplote 230 °C sa přidá 860 Nm3/h vzduchu a vzniknutá zmes sa vedie do adiabaticky pracujúceho druhého stupňa 6 s nadstechiometrickou koncentráciou kyslíka. Na katalytické spálenie druhej časti oxidovatetných látok v reaktore 6 sa použije 2 m3 toho istého měděného katalyzátora ako v prvom stupni, s tým rozdielom, že je v povodnej, oxidovanej formě.To the reaction gases from the first stage at 230 ° C, 860 Nm 3 / h of air are added and the resulting mixture is fed to an adiabatically operating second stage 6 with a stoichiometric oxygen concentration. For the catalytic combustion of the second part of the oxidizable substances in the reactor 6, 2 m 3 of the same copper catalyst as in the first stage is used, except that it is in the original, oxidized form.
Spalné plyny z reaktora S o teplote 450 °C sa ochladzujú vo výmenníkoch tepla 3, 4 a odvádzajú sa E do komína alebo sa využijú na vhodné účely niektorým zo známých postupov. Obsahujú 2 ppm formaldehydu, 8 ppm metanolu a 22 ppm oxidu uholnatého.The combustion gases from the 450 ° C reactor S are cooled in heat exchangers 3, 4 and are discharged to a chimney E or used for suitable purposes by one of the known processes. They contain 2 ppm formaldehyde, 8 ppm methanol and 22 ppm carbon monoxide.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS121784A CS240539B1 (en) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | Spós & b of catalytic combustion of gaseous mixtures of azalc or waste industrial gases containing hydrogen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS121784A CS240539B1 (en) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | Spós & b of catalytic combustion of gaseous mixtures of azalc or waste industrial gases containing hydrogen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS121784A1 CS121784A1 (en) | 1985-07-16 |
| CS240539B1 true CS240539B1 (en) | 1986-02-13 |
Family
ID=5345998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS121784A CS240539B1 (en) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | Spós & b of catalytic combustion of gaseous mixtures of azalc or waste industrial gases containing hydrogen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS240539B1 (en) |
-
1984
- 1984-02-22 CS CS121784A patent/CS240539B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS121784A1 (en) | 1985-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5466421A (en) | Apparatus for the catalytic conversion of waste gases containing hydrocarbon, halogenated hydrocarbon and carbon monoxide | |
| US4953512A (en) | Methane catalytic combustion boiler for obtaining hot water for house-hold and industrial uses | |
| US20020090334A1 (en) | Method for reducing the carbon monoxide content of a hydrogen rich gas | |
| US7138101B2 (en) | Two-stage catalytic process for recovering sulfur from an H2S-containing gas stream | |
| US7357908B2 (en) | Apparatus and catalytic partial oxidation process for recovering sulfur from an H2S-containing gas stream | |
| US5500194A (en) | Hybrid low NOx process for destruction of bound nitrogen compounds | |
| KR100908401B1 (en) | Method for Catalytic Autothermal Steam Reforming of Alcohols | |
| Musialik-Piotrowska et al. | Combustion of volatile organic compounds in two-component mixtures over monolithic perovskite catalysts | |
| TW482759B (en) | Vapor phase oxidation of acrolein to acrylic acid | |
| KR19990082432A (en) | Compounds for the sorption of gases | |
| WO1996011243A1 (en) | Process for removing ammonia from gasification gas | |
| CS240539B1 (en) | Spós & b of catalytic combustion of gaseous mixtures of azalc or waste industrial gases containing hydrogen | |
| JP4328627B2 (en) | Co-oxidation catalyst containing ruthenium and zinc oxide | |
| EP0880396B1 (en) | Catalysts for the full oxidation of volatile organic compounds | |
| AU2003252836A1 (en) | Method for abatement of waste oxide gas emissions | |
| EP1914197A1 (en) | Method of obtaining hydrogen from natural gas | |
| KR20250134640A (en) | Process for removing nitrogen oxides, nitrous oxide and carbon monoxide from gas streams | |
| CN118142544A (en) | A supported catalyst and its preparation method and its application as a hydrogen sulfide resistant combustion catalyst | |
| EP2228122B1 (en) | Process and reactor for removingVOC from gas flows | |
| CN100360223C (en) | Sulfur-containing gas catalytic incineration catalyst, preparation method and application | |
| EP1910222B1 (en) | Two-stage prox system with single air injection | |
| Golunski | Gas-phase catalysis by platinum-group metals—past, present, and future | |
| GR20220101067A (en) | Metal oxide catalysts for dimethyl ether oxidation in flue gases from formaldehyde production plants | |
| МUSIALIK-PIOTROWSKA et al. | Volatile organic compounds oxidation over metal oxide catalysts | |
| KR100337023B1 (en) | Incineration Method of Sewage Sludge Using Fluidized Bed Catalytic Combustor |