Каталитический реактор для переработки осадков сточных вод и

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)RU
(11)2496579
(13)C1
(51) МПК
B01J37/10 (2006.01)
F23C10/01 (2006.01)
F23C13/08 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: по данным на 19.05.2014 - действует
Пошлина:
(21), (22) Заявка: 2012144308/04,
18.10.2012
(24) Дата начала отсчета срока действия
патента:
18.10.2012
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 18.10.2012
(45) Опубликовано: 27.10.2013
(56) Список документов, цитированных в
отчете о
поиске: SU 1666862 A1, 30.07.1991. SU
1756331 A1, 23.08.1992. RU 2418843 C2,
20.05.2011. WO 1991012464 A1,
22.08.1991. US 5910290 A1, 08.06.1999.
WO 1995034379 A1, 21.12.1995.
(72) Автор(ы):
Симонов Александр Дмитриевич (RU),
Дубинин Юрий Владимирович (RU),
Языков Николай Алексеевич (RU),
Яковлев Вадим Анатольевич (RU),
Федоров Игорь Анатольевич (RU),
Пармон Валентин Николаевич (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Федеральное государственное бюджетное
учреждение науки Институт катализа им.
Г.К. Борескова Сибирского отделения
Российской академии наук (RU)
Адрес для переписки:
630090, г.Новосибирск, пр. Академика
Лаврентьева, 5, Институт катализа им.
Г.К. Борескова, патентный отдел, Т.Д.
Юдиной
(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА И СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ
ТОПЛИВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
(57) Реферат:
Изобретение относится к катализаторам. Описан способ приготовления катализатора сжигания топлива
в псевдоожиженном слое на основе мартеновского шлака, в котором гранулы мартеновского шлака
подвергают обработке парами воды при температуре максимального выделения водорода с
последующим нанесением на поверхность шлака компонентов катализатора полного окисления,
содержащих оксиды переходных металлов или их смеси. Описан способ каталитического сжигания
топлива в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала и катализатора при
одновременном поддержании температуры 300-800°C в присутствии катализатора, приготовленного
указанным выше способом. Технический результат - увеличение активности и прочности катализатора.
2 н.п. ф-лы, 7 пр.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при сжигании топлива для
нагрева рабочих тел, где сжигание различных топлив происходит в псевдоожиженном слое.
Известен способ сжигания топлив для нагрева рабочей среды путем подачи воздуха с a=1.0-1.1 через
газораспределительную решетку в псевдоожиженный слой дисперсного катализатора полного
окисления органических веществ с одновременным введением в последний топлива (SU 826798, F23C
10/00, 30.05.1983). Температура в слое поддерживается постоянной в интервале 300-800°C за счет
изменения расхода рабочей среды.
Недостатком известного способа является значительное истирание катализатора
использовании в псевдоожиженном слое. Для уменьшения расхода катализатора
приготовлении используют упрочненные носители на основе оксида алюминия со
многостадийной технологией приготовления, например (RU 2080293, C01F 7/02, 27.05.1997),
степень истирания и расход дорогостоящего и дефицитного катализатора остаются высокими.
при его
при его
сложной
при этом
Известен также способ сжигания топлив (RU 2057988, F23C 11/02, 10.04.96) путем подачи воздуха с
a=1.0-1.1 через газораспределительную решетку в псевдоожиженный слой дисперсного катализатора
полного окисления органических веществ с одновременным введением в последний топлива и
поддерживания постоянной температуры в интервале 300-800°C за счет изменения расхода рабочей
среды, отличающийся тем, что псевдоожиженный слой дополнительно включает частицы инертного
теплоносителя в количестве 75-80%. Недостатками известного способа являются относительно
высокий расход инертного теплоносителя и катализатора за счет их истирания, а также необходимость
использования дорогостоящего катализатора полного окисления веществ.
Наиболее близок по технической сущности способ каталитического сжигания топлива (SU 1666862,
F23C 10/00, 30.07.1991) путем подачи последнего и воздуха в псевдоожиженный слой твердого
промежуточного теплоносителя, состоящего из смеси гранул равного размера катализатора и
мартеновского шлака, при одновременном поддержании температуры 300-800°C. Недостатком
известного способа является низкая каталитическая активность мартеновского шлака и высокий износ
катализатора, который по своей прочности к истиранию уступает мартеновскому шлаку. Поэтому при
эксплуатации в первую очередь истирается катализатор и каталитическая активность слоя быстро
уменьшается.
Известен также способ приготовления катализатора на основе мартеновского шлака (SU 1756331, C10J
3/46, 23.08.1992) для окислительной газификации твердого топлива путем нанесения на поверхность
гранул шлака ацетата железа в количестве 0,5-8,0% в расчете на металлическое железо. По способу
гранулы мартеновского шлака смешивают с 2% раствором ацетата железа с последующим
упариванием из смеси воды. Недостаток способа - при практически полном отсутствии внутренней
поверхности мартеновского шлака, удельная поверхность которого не превышает 0,1 м 2 /г, весь ацетат
железа находится на внешней поверхности гранул, а образующийся активный компонент катализатора
при эксплуатации в псевдоожиженном слое быстро отслаивается и удаляется из состава катализатора,
что приводит к снижению его активности.
Задача, решаемая настоящим изобретением,
катализатора на основе мартеновского шлака,
катализаторам полного окисления веществ с
мартеновского шлака, а также разработке способа
катализатора.
состоит в разработке способа приготовления
не уступающего по своей активности известным
сохранением высокой прочности к истиранию
сжигания топлив с использованием приготовленного
Задача решается использованием катализатора полного окисления веществ на основе мартеновского
шлака, предварительно обработанного парами воды при температуре максимального выделения
водорода с последующим нанесением на поверхность шлака компонентов катализатора полного
окисления веществ, содержащих оксиды переходных металлов или их смеси.
Задача также решается способом каталитического сжигания топлива в псевдоожиженном слое
дисперсных частиц инертного материала и катализатора с одновременным поддержанием температуры
300-800°C при использовании катализатора окисления на основе мартеновского шлака, обработанного
парами воды.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1
Гранулы дробленого мартеновского шлака обрабатывают при температуре 700°C парами воды до
прекращения интенсивного выделения водорода. Затем гранулы охлаждают, пропитывают водным
раствором бихромата меди, высушивают и прокаливают при температуре 700°С.
Пример 2 (прототип)
Гранулы дробленого мартеновского шлака диаметром 1-2 мм смешивают с 10% раствором бихромата
меди. Затем раствор при перемешивании упаривают до полного удаления воды, а гранулы
прокаливают при 700°C. Содержание активного компонента на поверхности гранул в пересчете на
хромит меди CuCr2 O4 3%.
Пример 3 (аналог)
В реактор диаметром 80 мм загружают 2,5 л алюмо-магний-медь хромового катализатора ИК-12-73 (ТУ
6-68-102-89) с диаметром гранул 1-2 мм. Под газораспределительную решетку подают воздух для
псевдоожижения и окисления в количестве 20 м3/ч. Внешним электроподогревателем нагревают слой
катализатора до 300-400°C. Затем шнековым дозатором подают в слой бурый уголь ИршаБородинского месторождения в количестве 10 кг/ч, а электроподогреватель отключают. В верхней части
слоя расположен теплообменник змеевикового типа, охлаждаемый холодной водой. Температуру в
слое регулируют количеством воды, подаваемой на охлаждение в теплообменник, и поддерживают на
уровне 750°C. Псевдоожиженный слой организован проволочными решетками со стороной ячейки,
равной 10 мм, и расстоянием между решетками 10 мм (4 решетки) и решетками со стороной ячейки 25
мм и расстоянием между решетками 25 мм (10 решеток). Температуру парогазовой смеси и твердых
продуктов на выходе из слоя поддерживают 200°C за счет охлаждения на поверхности теплообменника
в верхней части слоя. На выходе из реактора образующиеся зольные остатки отделяют от дымовых
газов в циклоне. Дымовые газы анализируют на содержание токсичных примесей. Активность
катализатора определялась по количеству метана CH4 и CO в отходящих дымовых газах. Содержание
CH4 в отходящих газах менее 0,01%. Содержание CO в отходящих газах менее 0,03%. Степень
истирания катализатора составляет 0,4% в сутки.
Пример 4 (аналог)
Аналогичен примеру 3. В реактор загружают смесь алюмо-магний-медь хромового катализатора ИК-1273 (ТУ 6-68-102-89) с диаметром гранул 1-2 мм и кварцевый песок с диаметром гранул 1-2 мм в
соотношении 1/6 (содержание катализатора в смеси 16,7%). Содержание CO и CH4 в отходящих газах
менее 0,01%. Степень истирания катализатора составляет 0,3% в сутки.
Пример 5 (прототип)
Аналогичен примерам 3-4. В реактор загружают смесь алюмо-магний-медь хромового катализатора ИК12-73 (ТУ 6-68-102-89) с диаметром гранул 1-2 мм и мартеновский шлак с диаметром гранул 1-2 мм в
соотношении 1/6. Содержание CO и CH4 в отходящих газах менее 0,01%. Степень истирания
катализатора составляет 0,5% в сутки.
Пример 6
Аналогичен примерам 3-5. В реактор загружают смесь катализатора с диаметром 1-2 мм,
приготовленного по п.1 и кварцевый песок с диаметром гранул 1-2 мм в соотношении 1/6. Содержание
CO и CH4 в отходящих газах менее 0,01%. Степень истирания катализатора составляет 0,1% в сутки.
После работы катализатора в течение 120 ч содержание CO и CH4 в отходящих газах менее 0,01%
Пример 7
Аналогичен примерам 3-6. В реактор загружают смесь катализатора с диаметром 1-2 мм,
приготовленного по п.2, и кварцевый песок с диаметром гранул 1-2 мм в соотношении 1/6. Содержание
CO и CH4 в отходящих газах менее 0,01%. После работы в течение 20 ч содержание CO в отходящих
газах увеличивается до 0,2%, а содержание CH 4 до 0,1%.
Приведенные примеры показывают, что катализатор окисления, приготовленный на основе
мартеновского шлака, обработанного парами воды, по активности не уступает известному катализатору
окисления ИК-12-73. При этом более чем в 3 раза превышает известный катализатор по своей
прочности к истиранию.
Формула изобретения
1. Способ приготовления катализатора сжигания топлива в псевдоожиженном слое на основе
мартеновского шлака, отличающийся тем, что гранулы мартеновского шлака подвергают обработке
парами воды при температуре максимального выделения водорода с последующим нанесением на
поверхность шлака компонентов катализатора полного окисления, содержащих оксиды переходных
металлов или их смеси.
2. Способ каталитического сжигания топлива в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного
материала и катализатора при одновременном поддержании температуры 300-800°C, отличающийся
тем, что при каталитическом сжигании топлив в псевдоожиженном слое используют катализатор,
приготовленный по п.1.