Advertisement
Katalizatory dopalania
Kontrola emisji lotnych związków organicznych (z angielskiego VOCs – volatile organic compounds) oraz tlenku węgla CO jest jednym z priorytetów ochrony atmosfery przed zanieczyszczeniem toksycznymi dla organizmów żywych związkami chemicznymi. W praktyce kontrola oznacza użycie takich rozwiązań, które umożliwiają w sposób ciągły konwersję zanieczyszczeń typu VOCs i CO do dwutlenku węgla i wody. Uwzględniając dotychczasowe wyniki, najbardziej efektywny dla prawie pełnego usunięcia przedmiotowych związków jest proces katalitycznego dopalania.

Biorąc od uwagę źródła pochodzenia gazów odlotowych, możemy umownie podzielić je na dwie kategorie: pierwsza to spaliny silników benzynowych i wykorzystujących olej napędowy, druga to gazy pochodzące z procesów chemicznych, wentylacji pomieszczeń, gdzie stosowane są lotne rozpuszczalniki itp.
Odnośnie pierwszej kategorii, tj. spalin, dopracowano katalizatory dopalania w oparciu o metale szlachetne – platyna, pallad, rod często promowane innymi metalami, które osadza się na monolitycznych elementach ceramicznych o strukturze komórkowej. Powierzchnia elementów ceramicznych jest odpowiednio preparowana w celu rozwinięcia powierzchni. Katalizatory na nośnikach monolitycznych charakteryzują się wysoką skutecznością, wytrzymałością mechaniczną i termiczną oraz wydłużoną żywotnością
Kontrola emisji lotnych związków organicznych (z angielskiego VOCs – volatile organic compounds) oraz tlenku węgla CO jest jednym z priorytetów ochrony atmosfery przed zanieczyszczeniem toksycznymi dla organizmów żywych związkami chemicznymi. W praktyce kontrola oznacza użycie takich rozwiązań, które umożliwiają w sposób ciągły konwersję zanieczyszczeń typu VOCs i CO do dwutlenku węgla i wody. Uwzględniając dotychczasowe wyniki, najbardziej efektywny dla prawie pełnego usunięcia przedmiotowych związków jest proces katalitycznego dopalania.

Image

Biorąc od uwagę źródła pochodzenia gazów odlotowych, możemy umownie podzielić je na dwie kategorie: pierwsza to spaliny silników benzynowych i wykorzystujących olej napędowy, druga to gazy pochodzące z procesów chemicznych, wentylacji pomieszczeń, gdzie stosowane są lotne rozpuszczalniki itp.
Odnośnie pierwszej kategorii, tj. spalin, dopracowano katalizatory dopalania w oparciu o metale szlachetne – platyna, pallad, rod często promowane innymi metalami, które osadza się na monolitycznych elementach ceramicznych o strukturze komórkowej. Powierzchnia elementów ceramicznych jest odpowiednio preparowana w celu rozwinięcia powierzchni. Katalizatory na nośnikach monolitycznych charakteryzują się wysoką skutecznością, wytrzymałością mechaniczną i termiczną oraz wydłużoną żywotnością. O ile praktycznie rozwiązano usuwanie zanieczyszczeń organicznych i tlenku węgla ze spalin samochodowych, to obecnie trwają intensywne prace nad usuwaniem tlenków azotu z gazów spalinowych silników wysokoprężnych poprzez ich redukcję do azotu w reakcji z mocznikiem. Opracowane bądź dopracowywane układy dopalania spalin pozwalają na dotrzymanie wysokich wymagań odnośnie poziomu emisji (VOCs) i tlenku węgla w tego typu gazach odlotowych.
Skutecznemu usuwaniu toksycznych składników w innych rodzajach gazów odpadowych poświęcono wiele prac [1-18]. Najczęściej stosowane były katalizatory platynowe na nośniku o odpowiedniej powierzchni właściwej [19-23], głównie SiO2, l-Al2O3, a-Al2O3, TiO2, MnO2 i monolityczne. W pracy [24] opisano nośnik typu zeolitu o powierzchni właściwej powyżej 1000 m2/g. Badano także [25] mechanizm dopalania benzenu i chlorobenzenu używając 2% [m/m] Pt/l-Al2O3. Dopalanie toluenu [26] orto- i meta-ksylenu realizowano wobec platyny osadzonej na aerożelu węglowym [27], wykorzystując strukturę jego powierzchni uzyskano znaczące obniżenie temperatury procesu. Badano kinetykę równoległego spalania toluenu, propylenu i tlenku węgla wobec układu katalitycznego Pt/Al2O3/Al [28] i zaproponowano mechanizm tego procesu. Stwierdzono, że trakcie równoczesnego spalania występuje wyraźny efekt inhibicji i proces wymaga wyższych temperatur.
ICSO Chemical Production Sp. z o.o. w swojej ofercie posiada katalizator dopalania (VOCs) i tlenku węgla o handlowej nazwie Katalizator PD-1. Produkt ten jest wytwarzany w oparciu o technologię opracowaną przez Instytut Ciężkiej Syntezy Organicznej „Blachownia” w Kędzierzynie-Koźlu. Proces produkcji polega na impregnacji solami platyny i niklu aktywnego nośnika o ściśle określonych własnościach. Nośnikiem jest l-Al2O3 w postaci granul o średnicy 4÷8 mm. W dalszym etapie zaimpregnowany nośnik suszy się i poddaje redukcji w atmosferze beztlenowej. Otrzymany produkt o gęstości nasypowej 650-800 g/dm3, pakowany jest do beczek polietylenowych i może być przechowywany w temperaturze otoczenia do 12 miesięcy, bez utraty aktywności.
Złoże Katalizatora PD-1 o wysokości 100 mm stawia opór przepływu wynoszący ok. 60 mm słupa wody, przy prędkości liniowej 1 m/s. Katalizator wytrzymuje temperaturę do 700°C, typowe stosowane obciążenie katalizatora fazą gazową wynosi 10-30 [m3/kg kat./godz.] i zależy od zawartości zanieczyszczeń oraz żądanego stopnia oczyszczenia .
Uzyskiwany stopień konwersji VOCs i tlenku węgla wynosi 97-99%, przy żywotności katalizatora od 2 do 3 lat. Truciznami dla Katalizatora PD-1 są pyły oraz związki siarki, chloru i ołowiu. W tabeli podano zestawienie temperatur inicjacji spalania oraz temperatury, w których 90% typowych zanieczyszczeń organicznych i tlenku węgla ulega konwersji do dwutlenku węgla i wody, przy obciążeniu katalizatora 30 [m3/kg kat/godz.]
Katalizator PD-1 został z powodzeniem zastosowany do oczyszczania gazów odlotowych w wielu gałęziach przemysłu: rafineryjnym, petrochemicznym, spożywczym, chemicznym oraz w przemyśle farb i lakierów.

ISCO Chemical Production Sp. z o.o.

Literatura:
1. G.I. Golodets, Heterogeneous Catalytic Reactions Involving Molecular Oxygen, Elsevier, New York, 1983, p. 234.
2. E. Noordally, J.R. Richmond, S.F. Tahir, Catal. Today 17 (1993) 359.
3. R.M. Heck, R.J. Farrauto, Catalytic Air Pollution Control: Commercial Technology, International Thomson Publishing, New York, 1995, p. 435.
4. J. Spivey, Ind. Eng. Chem. Res. 26 (1987) 2165.
5. J. Volter, G. Lietz, H. Spindler, H. Lieske, J. Catal. 104 (1987) 375.
6. R. Burch, Catal. Today 35 (1997) 27.
7. R.F. Hicks, H. Qi, M.L. Young, R.G. Lee, J. Catal. 122 (1990) 280.
8. F.H. Ribeiro, M. Chow, R.A. Dalla Betta, J. Catal. 146 (1994) 277.
9. P. Papaefthimiou, T. Ioannides, X.E. Verykios, Appl. Catal. B: Environ. 15 (1998) 75.
10. A. O’Malley, B.K. Hodnett, Catal. Today 54 (1999) 31.
11. T.F. Garetto, C.R. Apesteguý´a, Catal. Today 62 (2000) 189.
12. T.F. Garetto, C.R. Apesteguý´a, Appl. Catal. B: Environ. 32 (2001) 83.
13. N. Burgos, M. Paulis, M.M. Antxustegui, M. Montes, Appl. Catal. B: Environ. 38 (2002) 251.
14. J. Rymes, G. Ehret, L. Hlilaire, M. Boutonnet, K. Jira´tova´, Catal. Today 75 (2002) 297.
15. S. Scire`, S. Minico`, C. Crisafulli, Appl. Catal. B: Environ. 30 (2003) 117.
16. J. Tsou, L. Pinard, P. Magnoux, J.L. Figueiredo, M. Guisnet, Appl. Catal. B: Environ. 46 (2003) 371.
17. T.F. Garetto, E. Rinco´n, C.R. Apesteguý´a, Appl. Catal. B: Environ. 48 (2004) 167.
18. J. Tsou, P. Magnoux, M. Guisnet, J.J.M. O´ rfao, J.L. Figueiredo, J. Catal. 225 (2004) 147.
19. K.T. Chuang, B. Zhou, S. Tong, Ind. Eng. Chem. Res. 33 (1994) 1680.
20. K.T. Chuang, S. Cheng, S. Tong, Ind. Eng. Chem. Res. 31 (1992) 2466.
21. H.A. Rangwala, S.E. Wanke, F.D. Otto, Can. J. Chem. Eng. 72 (1994) 296.
22. J.C.S. Wu, T.Y. Chang, Catal. Today 44 (1998) 111.
23. B. Natari, Adv. Catal. 41 (1996) 253.
24. Q.-H Xia, K. Hidajat, S. Kawi, Catal. Today 68 (2001) 255.
25. Vincent de Jong,1 Mariusz K. Cieplik, Walter A. Reints, Francisco Fernandez-Reino, Robert Louw3, J. of Catalysis 211(2002) 355–365.
26. F.J. Maldonado-Ho´dar, C. Moreno-Castilla, A.F. Pe´rez-Cadenas, Appl. Catal. B: Environ. 54 (2004) 217.
27. M.N. Padilla-Serrano, F.J. Maldonado-Ho´dar, C. Moreno-Castilla, Apel. Catal. B: Environ. 61 (2005) 253–258
28. Liao Shijie, Ying Weiyong, Fang Dingye and Kameyama Hideo, React.Kinet.Catal.Lett. Vol. 85, No. 1, (2005) 205-213

 

© 2024 Grupa INFOMAX