CS240539B1 - Spós&b katalytického spalovaniaplynných zmesi azalcbo odpadných priemyslových plymov ebsahujúcich vodík - Google Patents

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.

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.

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.

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 XO_y, 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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Příklad

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.

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.

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.

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.

Claims (2)

1. PREDMET

   1. Sposob katalytického spafovania plynných zmesi a/alebo odpadných priemyslových plynov obsahujúcich vodík a tiež oxid uholnatý, alifatické alkoholy a alifatické aldehydy vyznačujúci sa tým, že katalytické spatovanie sa uskutočňuje v dvoch stupňoch, pričom v prvom stupni proces prebieha pri podstechiometrických koncentráciach kyslíVYNALEZU ka na kovových katalyzátoroch a v druhom stupni, po přidaní kyslíka alebo plynu obsahu júceho kyslík, pri nadstechlometrických koncentráciach kyslíka.
2. 2. Sposob katalytického spafovania podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že ako katalyzátor prvého stupňa sa používá med na nosičoch.