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.
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-Al 2O 3, a-Al 2O 3, TiO 2, MnO 2 i monolityczne. W pracy [24] opisano nośnik typu zeolitu o powierzchni właściwej powyżej 1000 m 2/g. Badano także [25] mechanizm dopalania benzenu i chlorobenzenu używając 2% [m/m] Pt/l-Al 2O 3.
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/Al 2O 3/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-Al 2O 3 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/dm 3, 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 [m 3/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 [m 3/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
|