DE2341744A1 - Katalytische reduktion von stickstoffoxyden - Google Patents
Katalytische reduktion von stickstoffoxydenInfo
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Description
united States Atomic Energy Commission, Washington, D,C. 20545,
U.S.A.
Die Erfindung bezieht sich auf die katalytische Reduktion von Stickstoffoxyden. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung dabei
auf die katalytische Reduktion von giftigen in einem Abgasstrom vorhandenen Stickstoffoxyden. Insbesondere sollen dabei
die eine Verunreinigung hervorrufenden Stickstoffoxyde bei mit fossilen Brennstoffen geheizten Kraftwerken und u.a. industriellen
Abgasen beseitigt werden.
Bekanntlich wird jetzt allgemein anerkannt, daß die atmosphärische
Verunreinigung durch die Industriegesellschaft eines der ernstesten Probleme für die Menschheit ist, und daß bestimmte
Stickstoffoxyde einen beträchtlichen Beitrag zu diesem Problem
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leisten.
Es gibt mindestens 6 stabile Stickstoffoxyde, wobei aber nur
Stickstoffoxyd (NO) und Stickstoffdioxyd (N0~) vom Standpunkt
der Verunreinigung aus Probleme aufwerfen; im allgemeinen wird
die Formel NO verwendet, um auf diese beiden Oxyde Bezug zu nehmen. Wie andere Luftverunreinigungen entsteht NO hauptsächlieh
bei der Energieerzeugung, und zwar insbesondere durch die Bindung atmosphärischen Stickstoffs in den Hochtemperaturzonen
von öfen und von Verbrennungsmotoren. Eine andere Quelle für NO als atmosphärische Verunreinigung bilden anorganische und
organische Nitrierungsreaktionen in der chemischen Industrie.
Somit liefern die Transport-Industrie, die Industrie allgemein land die Elektrizitätserzeugungs-Industrie einen Beitrag zu dem
oben genannten Problem.
Auch dann, wenn die Abgabe dieser Oxyde an die Atmosphäre toleriert werden kann, so ist es doch im Hinblick auf die
korrodierende Eigenschaft der die Stickstoffoxyde enthaltenden Abgase notwendig oder zumindest zweckmäßig, diese Oxyde zu entfernen.
Das Vorhandensein von NO in einem Abgas macht es erforderlich, daß die Abgasreinigungsanordnungen für das Abgas aus
teurem korrosionsbeständigen Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt werden, wohingegen billigere Werkstoffe,
wie beispielsweise Kohlenstoffstahl, dann verwendet werden könnten, wenn das NO aus dem Abgas entfernt würde, bevor
es in die Vorrichtung zur Beseitigung von Verunreinigungen eintritt.
Die Stickstoffoxyde spielen bei der Luftverunreinigung eine
Doppelrolle. Zum einen bilden sie eine Verunreinigung an sich und zum anderen leiten sie komplexe fotochemische Reaktionen mit
den Kohlenwasserstoffen ein. Der fotochemische Nebel oder Dunst ist die am besten sichtbare und die unmittelbar gefährlichste
Folge der NO -Verunreinigung. Die Verunreinigung der Atmosphäre mit NO beeinflußt die Umgebung aber auch dann nachteilig, wenn
kein fotochemischer Dunst in diesem Gebiet entsteht oder jemals
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dort festgestellt wurde. Beispielsweise hat der Staat Kalifornien in den U.S.A. einen Schädigungspegel festgelegt, oberhalb welchen
die Konzentration von NO in der Atmosphäre nicht ansteigen sollte.
Dieser Schädigungspegel wird jedoch in vielen Städten der USA wesentlich überschritten, obwohl diese Städte selten, wenn überhaupt,
ein Problem bezüglich des fotochemischen Dunstes kennen. Demgemäß sollten die Stickstoffoxyde in sämtlichen Städten und
Gebieten kontrolliert werden, wo sich eine Konzentration von Industrie befindet, um auf diese Weise das NO und die Oxydations-
Ji
mitte!konzentration auf Werte unterhalb des Schädigungspegels zu
reduzieren.
Es gibt zwei völlig verschiedene Wege zur Steuerung der NO -Emis-
Ji
sion. Der erste Weg besteht darin, daß man die Quelle derart abwandelt,
daß die Bildung von Stickstoffoxyden vermindert wird. Der andere Weg besteht in der Zerstörung oder im Einfangen von bereits
ausgebildeten Stickstoffoxyden, wodurch diese nicht in die Atmosphäre gelangen können.
Es wurden bereits viele Verfahren zur Verringerung der NO -Vef-
Ji
unreinigung vorgeschlagen, wobei aber nur wenige praktisch benutzt
werden. Einige der vorgeschlagenen Methoden seien im folgenden erwähnt:
Abwandlung der ursprünglichen Quelle
1. Bewegliche Quellen
a) Änderung der Motorkonstruktion
b) Abgas-Rezirkulation
c) Verwendung von Gasturbinen an Stelle von Benzin- oder Dieselmotoren
d) Verwendung von Elektromotoren an Stelle von Verbrennungsmotoren
2. Stationäre Quellen
a) Änderungen in der Ofenkonstruktion
b) Zweistufige Verbrennung
c) Wechsel der Brennstoffart
d) Verwendung von Zusätzen im Brennstoff
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Entfernung der Stickstoffoxyde
a) Sorption durch Flüssigkeiten, beispielsweise durch Eisen-J-sulfat-
oder Kalziumhydroxyd-Lösungen
b) Sorption durch feste Stoffe, beispielsweise durch Siliziumdioxyd-Gel
oder Molekular-Siebe
c) Thermische Reduktion durch Verbrennung in einer brennstoffreichen
Flamme
d) Dampfphasenreaktibn mit anderen Verbindungen Metzler in NASA TMX-2257 (März 1971) schlägt vor, dass
Ammoniak direkt mit Stickstoffoxyden reagiert werden sollte. Dabei ist jedoch das zu Explosionen neigende feste Ammoniumnitrat
ein Reaktionsprodukt und die gesteuerte Zersetzung dieses Nitrats wurde noch nicht demonstriert.
e) Katalytische Reduktion zu Stickstoff mit oder ohne Hinzufügung eines Reduktionsgases
Anderson u.a. in Ind. Eng. Chem., 53, 199 (1961) zeigen, daß NO selektiv durch Ammoniak unter Verwendung von Platin
als Katalysator reduziert werden kann, wobei aber eine Reihe von Problemen für dieses Verfahren berichtet werden.
Zum ersten hat freier Sauerstoff,selbst in kleinen Mengen,
das Bestreben, den Katalysator zu vergiften, und zweitens traten Schwierigkeiten beim Erreichen der richtigen Bedingungen
auf, um die Oxydation von Ammoniak vor dessen Verwendung als Reduktionsgas zu verhindern.
Trotz der enormen Bemühungen zur Lösung dieses Problems ist kein zufriedenstellendes Verfahren bekannt geworden, um das in Abgasen
vorhandene NO im wesentlichen vollständig zu zerstören; dies gilt beispielsweise auch für die Abgase eines mit fossilen
Brennstoffen betriebenen Kraftwerks.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun die giftigen Stickstof
foxyde zu N2 und/oder N3O dadurch reduziert, daß man die die
giftigen Stickstoffoxyde enthaltende Strömung mit einer Gasströmung mischt, die Ammoniak bei einer Temperatur von 200 bis
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550 C enthält, und wobei diese Strömung mit einem Zeolit-Katalysator
in Berührung gebracht wird, der Porenöffnungen von unge-
fähr 3 bis 10 A aufweist. Beispielsweise können die in den Abgasen
einer mit fossilen Brennstoffen geheizten Kraftwerksanlage vorhandenen giftigen Stickstöffoxyde in harmlose Substanzen
dadurch reduziert werden, daß man das Abgas mit einem Gas vermischt, welches annähernd die stöchiometrische Menge von
Ammoniak bei einer Temperatur von 200 bis 55O°C enthält, und zwar bei Anwesenheit von einem Zeolit als Katalysator. Irgendein
katalytisch aktiver Zeolit kann unter der Voraussetzung verwendet werden, daß er keine Kationen enthält, die so aktiv sind,
daß das Ammoniak durch den Katalysator zersetzt wird.
Es sei nunmehr ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Unter den bei der Erfindung verwendeten Bedingungen
werden giftige Stickstoffoxyde zu N3O und/oder Stickstoff reduziert.
Die Verteilung derReaktionsprodukte scheint eine Funktion der Katalysatorlagentemperatur und der Aktivität des Katalysators
und auch des speziellen verwendeten Reduziergases zu sein. Obwohl die Reduktion von NO auf elementaren Stickstoff vorzuziehen
ist, so ist doch N3O kein unerwünschtes Produkt, weil es
kein Anhydrid bildet, schwer zu oxydieren ist und nicht als Verunreinigung betrachtet wird.
Die genauen beim erfindungsgemäßen Verfahren auftretenden Reaktionen
hängen von der Zusammensetzung der Gasmischung, der Art des Metallzeolits, dem Austauschgrad und den Betriebsbedingungen
der katalytischen Lage ab. Die wahrscheinlichen Reaktionen können jedoch wie folgt angegeben werden:
2 NO2 + 2NH3 -*- NH4NO3 + N2 + H2O
4 NO + 2NH3 ~? NH4NO3 + 2N2 + H2O
NH4NO3 -^N3O + 2H2O
3N2O + 2NH3 -^4N2 + 3H3O
3N2O + 2NH3 -^4N2 + 3H3O
Die verwendete Ammoniakmenge muß mindestens für eine vollständige Reduktion der Stickstoffoxyde zu elementarem Stickstoff
unter Annahme einer vollständigen Reaktion ausreichen. Da kleine
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Mengen des Reduktionsgases (CO und Η») im Abgasstrom einen Teil
des darin vorhandenen NO reduzieren können, vorausgesetzt, daß kein Sauerstoff oder sehr wenig Sauerstoff vorhanden ist, kann
etwas weniger als die stöchiometrische Menge von Ammoniak ausreichen.
Die genaue Menge des erforderlichen Ammoniak wird durch kontinuierliche Messung des NO im Verfahrensabgas bestimmt.
Es ist nicht erforderlich, daß der gesamte Reduktionsgasstrom
eine reduzierende Zusammensetzung aufweist. Obwohl mindestens eine stöchiometrische Menge von Reduktionsgas vorhanden sein
muß, so kann ohne ernste Folgen molkularer Sauerstoff oder ein anderes oxydierendes Gas einen signifikanten Teil des Abgasstromes
bilden, und zwar mindestens 20 Volumenprozent unter speziellen Bedingungen, wenn Ammoniak als Reduktionsmittel verwendet
wird. Die Toleranz gegenüber dem Oxydierungsgas hängt von der Art des Oxydierungsgases, seiner Konzentration, der Art des
Zeolit-Katalysators und den Betriebsbedingungen der katalytischen Lage ab. Es sei bemerkt, daß dies ein beträchtlicher Vorteil
des Verfahrens ist, da viele gegenwärtig vorgeschlagene Verfahren einen Abgasstrom erforderlich machen, der einen sehr
niedrigen Sauerstoffgehalt besitzt.
Die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung zweckmäßigen Zeolite sind Aluminosilikate mit Rahmenstrukturen, welche
große Hohlräume ("supercages") umschließen, die von außerordentlich
großer und gleichmäßiger Größe sind. Die Grundstruktureinheiten der Zeolite sind Silizium-und Aluminium-Atome, die
tetrahedral mit vier Sauerstoffatomen koordiniert sind. Weil die Sauerstoffatome gegenseitig zwischen Tetrahedral-Einheiten geteilt
werden und eine effektive Einheitsladung für jedes Tetrahedron
beitragen, besitzt jede Aluminium-Tetrahedral-Einheit eine negative Netto-Ladung. Dabei sind Kationen in der Rahmenstruktur
erforderlich, um Ladungsneutralität aufrechtzuerhalten. Die Kationen sind normalerweise, jedoch nicht immer, Natrium-Ionen,
und die proEinheitszelle erforderliche Anzahl wird durch das Silizium-zu-Aluminium-Verhältnis des Zeoliten bestimmt.
Diese Kationen können durch andere Ionen in Ionenaustauschverfahren ersetzt werden. Das Silizium-zu-Aluminium-Verhältnis und
das bestimmte Kation sind durch die Art des Zeoliten kategori-
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siert. Es wird angenommen, daß jeder eine katalytische Aktivität
aufweisende Zeolit benutzt werden kann, allerdings mit der Ausnahme von solchen, in welchen das Natrium durch Kationen ausgetauscht
wurde, die so aktiv sind, daß das Reduktionsgas sich zersetzt, bevor es mit dem NO reagieren kann.
Eine der Eigenschaften der Zeolite ist ihre Fähigkeit, selektiv bestimmte Moleküle vorzugsweise gegenüber anderen Molekülen oder
unter vollständigem Ausschluss von anderen.Molekülen zu absorbieren;
sie sind daher häufig als "Molekular-Siebe" bekannt.
Ohne durch irgendeine mechanistische Interpretation gebunden zu sein, wird angenommen, daß die gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehenen Zeolite durch selektive Adsorption von sowohl den Stickstoffoxyden als auch dem Ammoniak wirken, und zwar
Adsorption innerhalb der Porenzwischenräume, wo starke elektrostatische Kräfte der Metallkationen,oder der zugehörigen Atome,
die Reaktion der Stickstoffoxyde mit dem Reduktionsgas fördern. Die dadurch erzeugten Reaktionsprodukte treten dann aus der
Zeolxtrahmenstruktur aus. Die Poren verschiedener bekannter
ο Zeolite habe einen sich zwischen ungefähr 3 A und ungefähr
10 A ändernden Durchmesser, wobei aber für irgendeinen (bestimmten)
Zeoliten die Poren im wesentlichen gleichförmige Größe besitzen. Die für die Durchführung der vorliegenden Erfindung
zweckmäßigen Zeolite können geeigneterweise Poren im Bereich von
ο
ungefähr 3 bis ungefähr 10 A aufweisen, wenn Natrium das Kation ist. Die Porengröße wird jedoch geändert durch den Austausch der Kationen bei unterschiedlicher Größe und Ladung. Im Handel verfügbare Zeolite haben im allgemeinen Teilchengrößen im Bereich von ungefähr 4 bis ungefähr 20 Maschen (U.S. Standard Series , d.h. U.S. Normen-Reihen). Wenn gewünscht, kann der Zeolit mit einem inerten Träger, wie beispielsweise Aluminiumoxyd, in Dispersion gebracht werden.
ungefähr 3 bis ungefähr 10 A aufweisen, wenn Natrium das Kation ist. Die Porengröße wird jedoch geändert durch den Austausch der Kationen bei unterschiedlicher Größe und Ladung. Im Handel verfügbare Zeolite haben im allgemeinen Teilchengrößen im Bereich von ungefähr 4 bis ungefähr 20 Maschen (U.S. Standard Series , d.h. U.S. Normen-Reihen). Wenn gewünscht, kann der Zeolit mit einem inerten Träger, wie beispielsweise Aluminiumoxyd, in Dispersion gebracht werden.
Obwohl synthetisch hergestellte Zeolite zur Anwendung gemäß der vorliegenden Erfindung wegen ihrer gleichmäßigeren Eigenschaften
bevorzugt werden, können auch natürlich Zeolite benutzt werden. Für den erfindungsgemäßen Zweck geeignete natürliche Zeolite
sind in erster Linie Faujasite, Chabazite, Erionite und Mordenite.
409810/1081
Die genaue Art des Zeoliten, das spezielle Kation und der Grad des Ionenaustauschs sind Variable, die durch die spezielle Verwendung
des Materials bestimmt werden. Wenn beispielsweise ein bei niedriger Temperatur und hohem Volumen erfolgender Durchlauf
erforderlich ist und der korrodierenden Stickstoffoxyd enthaltende
Gasstrom relativ frei von möglichen Katalysatorgiften ist, dann kann ein höchst aktiver Zeolit-Katalysator mit einem relativ
reaktiven Reduktionsgas verwendet werden. Ein derartiges Katalysatormaterial würde ein niedriges Silizium-zu-Aluminium-Verhältnis
aufweisen, welches eine hohe Dichte von Kationen sicherstellt und mit einem aktiven Kation ausgetauscht wurde, wie beispielsweise
ein Münzmetall. Beispielsweise hat sich ein vollständig ausgetauschter Silberzeolit, Type X, ein synthetischer Faujasit,
als recht wirksam für diesen Zweck (vergleiche die Beispiele) erwiesen. Wenn jedoch dieses Katalysatormaterial zu aktiv ist, kann
das Reduktionsgas oxydiert werden, bevor es eine Gelegenheit zur Reaktion mit den korrodierenden Stickstoffoxyden hatte. Dies trat
für den Fall ein, wo ein 2% platinausgetauschter Y-Typ Zeolit, ein weiterer synthetischer Faujasit mit einem etwas größeren
Si/Al-Verhälthis als der X-Typ mit NO2 (<~1%) und Ammoniak NH_
in einem Luftstrom von ungefähr 300°C verwendet wurde. Das NH3
wurde oxydiert, bevor das NO2 reduziert werden konnte. Wenn
andererseits die Anwendung höhere Temperaturen und eine geringere Durchlaufsgeschwindigkeit gestattet, so können andere etwas weniger
reaktive (reagierende) katalytische Zeolite verwendet werden.
Beispielsweise nicht ausgetauschte X-Type Zeolite, wo die Kationen sämtlich Natrium-Ionen sind; Übergangs (Transition)-metallausgetauschte
X-Type Zeolite und synthetische Mordenite sind sämtlich als katalytische Materialien für die Reduktion korrodierender
Stickstoffoxyde mit Ammoniak geeignet.
Obwohl die Zeolite für längere Zeit wirksam bleiben, ist jedoch ihre brauchbare Lebensdauer wie bei praktisch allen Katalysatoren
natürlich nicht unbegrenzt. Jedoch anders als viele der bislang für die Reduktion korrodierender Stickstoffoxyde vorgeschlagenen
Katalysatoren können die Zeolite in geeigneter Weise wieder zu im wesentlichen vollständiger katalytischer Wirksamkeit gebracht
werden, und zwar durch Regenerationsverfahren einschließlich des
/»09810/1081
Hochtemperatur-Abbrennens, d.h. der Erwärmung auf ungefähr 800 C
bei Vorhandensein von Sauerstoff, oder Reinigung mit Hochdruckdampf. Das Ausmaß der Regeneration und die Anzahl der möglichen
Regenerationszyklen hängt von der Art der Zeolit-Basis, der Art
und dem Ausmaß des Austauschs und dem Ausmaß und der Art der Verunreinigung der Katalysator-Lage ab. Selbst ohne Regeneration
arbeiten die Zeolite in wirksamer Weise für eine längere Zeitperiode als die bekannten Stickstoffoxyd-Reduktionskatalysatoren.
Es ist bekannt, daß eine Reaktion zwischen NO und NH_ bei Nicht-
x 3
Vorhandensein eines Katalysators auftritt, die Verwendung eines Zeolits als Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet
aber die Verwendung einer niedrigeren Temperatur und gewähr" leistet die gesteuerte thermische Zersetzung am Katalysator von
potentiell explosivem Ammoniumnitrat, welches während der Reaktion gebildet wird.
Einer der wichtigen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß sehr hohe Umwandlungsgeschwindigkeiten erreicht
werden. Bei geeigneten Betriebsbedingungen werden - was noch beschrieben wird - im wesentlichen sämtliche, d.h.>98% der
korrodierenden Stickstoffoxyde im Gasstrom zu elementarem Stickstoff oder N2O reduziert.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann *■ wie bereits erwähnt in
geeigneter Weise dadurch bewirkt werden, daß man die Zeolit-Katalysatorlage auf eine Temperatur im Bereich von mindestens
200 C bis ungefähr 55O°C hält. Die erforderliche genaue Temperatur
zur Erreichung der gewünschten Reduktion hängt von der Art des Zeoliten, dem Metall und dem Austauschgrad und der Verweilzeit
ab; im allgemeinen ergibt sich kein Vorteil durch Überschreiten der Minimaltemperatur. Wenn jedoch die Konzentration
wasser
der nicht verbrannten Kohlenstoffe im Gasstrom hoch liegt, so verlängert der Betrieb der Katalysatorlage bei höheren Temperaturen seine effektive Lebensdauer. Der Reaktionsdruck ist ebenfalls nicht kritisch, wobei Drücke ausgehend vom atmosphäri-
der nicht verbrannten Kohlenstoffe im Gasstrom hoch liegt, so verlängert der Betrieb der Katalysatorlage bei höheren Temperaturen seine effektive Lebensdauer. Der Reaktionsdruck ist ebenfalls nicht kritisch, wobei Drücke ausgehend vom atmosphäri-
+
sehen Druck bis ungefähr 150 psig besonders geeignet sind.
sehen Druck bis ungefähr 150 psig besonders geeignet sind.
+(psig ist psi Überdruck)
409810/1081
Die Kontakt- oder,Verweilzeit des korrodierenden Stickstoffoxyd
enthaltenden Gasstromes zusammen mit dem Reduktionsgas am Zeolitkatalysator kann bis ungefähr 0,1 Sekunden absinken, um eine
im wesentlichen vollständige Reduktion der korrodierenden Stickstof foxyde zu bewirken. Längere Kontaktzeiten sind natürlich nicht
schädlich, aber wie in fast allen Verfahren dieser Art wird die minimale wirksame Kontaktzeit vorgezogen, die eine maximale
Durchlaßgeschwindigkeit gestattet. Das Volumenverhältnis des Durchlaufs aus korrodierenden Stickstoffoxyden bezüglich dem
Zeolit ist ebenfalls nicht kritisch. Es wurde festgestellt, daß Zeolitmengen bis hinab zu 1 Teil pro Volumen pro 10 Standardvolumen
von Stickstoffoxyd-Durchlauf pro Minute im wesentlichen eine vollständige Reduktion der korrodierenden Stickstoffoxyde
bewirkt. Dieses Verhältnis bezieht sich natürlich auf den giftigen Stickstof f oxyddurchlauf; der gesamte Gas stromdurchlauf kann
natürlich um viele Größenordnungen höher liegen, da in den meisten Gasströmen, einschließlich der Kraftwerksabgase und
Automobilabgase, die Menge giftiger Stickstoffoxyde normalerweise
niedrig ist. Beispielsweise sind die korrodierenden Stickstoffoxydkonzentrationen
in den Abgasen von mit fossilem Brennstoff betriebenen Kraftwerken, Verbrennungsvorrichtungen und anderen
Verbrennungseinheiten normalerweise geringer als 700 ppm, wobei die Maximalkonzentration in Verbrennungsmotorabgasen weniger als
4000 ppm und normalerweise weniger als 2OOO ppm ist.
Vor Bewirkung der Reduktion der korrodierenden Stickstoffoxyde muß
- wie bereits erwähnt - mindestens eine stöchiometrische Menge
des Reduktionsgases vorhanden sein. Die erforderliche Menge des ausreichenden Reduktionsgases, dh. mindestens eine stöchiometrische
Menge kann dem Gasstrom an irgendeiner Stelle vor der Berührung des Gasstromes mit dem Zeolit-Katalysator hinzugefügt
werden. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß mindestens eine stöchiometrische Menge des Reduktionsgases ziemlich gut mit
dem Gasstrom vermischt wird, bevor dieser den Zeolit-Katalysator berührt.
409810/1081
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die folgenden Beispiele Bezug genommen.
Es wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, um die Wirksamkeit
verschiedener im Handel verfügbarer synthetischer Zeolite als Katalysatoren für die Reduktion von korrodierenden Stickstof
foxyden festzustellen. Wenn nicht anders bemerkt, so bezieht sich die Prozentzusammensetzung der Gase auf Volumenprozente
und sämtliche Eingangstemperatüren lagen bei Umgebungstemperaturen
(ungefähr 21 C).
Die folgenden Abkürzungen werden in den Beispielen bei Bezugnahme auf die Arten der Zeolite verwendet:
NaX - Typ X Zeolit, Natriumkation, ein synthetischer Faujasit-Art-Zeolit,
hergestellt von Union Carbide Corp. und Grace Chemical Corporation.
AgX - X-Typ Zeolit, in welchem die Natriumionen durch Ionenaustausch
mit Silber ersetzt wurden.
AW500 - Ein aufbereiteter natürlicher Zeolit, der größtenteils
Natriumkationen enthält.
NaZ - Ein synthetischer Mordenit, der als "Zeolon" bezeichnet
wird und von der Norton Chemical Corporation hergestellt wird.
1 .
Katalysator Material
1OO% AgX
12-14 Maschen
^ 17 cm
1OO% AgX
12-14 Maschen
^ 17 cm
Λ09810/1081
7341744
Betriebsbedingungen
Strömungsgeschwindigkeit - 7,6 l/Minute Lagentemperatur - 200 - 250 C
Verweilzeit -λ/0,1 5 Sekunden
Eingang
NH3 - ~1 ,9% Luft - Rest
Ausgang
NO - < 0,01% N0O - 0,3%
Katalysator-Material
100% NaX 12-14 Maschen
3 ™ 50 cm
Betriebsbedingungen
Strömungsgeschwindigkeit - 7,6 l/Minute Lagentemperatur - 275 bis 3250C
Verweilzeit - 0,4 Sekunden
Eingang
| NO2 - | 1% | ,9% | ,01% |
| NH3 - | ^ 1 | Rest | ,01% |
| Luft - | ,8% | ||
| Ausgang | <0 | ||
| No2 - | <0 | ||
| NO - | 0 | ||
| N2O - |
409810/1081
Katalysator-Material
AW 500 - hauptsächlich Natrium 12-14 Maschen
3
** 50 cm
** 50 cm
Betriebsbedingungen
Stromungsgegeschwxndigkext - 7,6 l/Minute Lagentemperatur - 275 - 325°C
Verweilzeit - 0,4 Sekunden
Eingang
| NO2 - | 14 Maschen | 4. |
| NH3 - | cm | |
| Luft | ||
| Ausgang | ||
| NO0 - | ||
| NO - | ||
| N2O- | ||
| - 1% | ||
| - aM,9% | ||
| - Rest | ||
| ■ ^0,01% | ||
| - ^ 0,01% | ||
| 0,6% | ||
| KataIysator-Materia1 | ||
| NaZ | ||
| 12 - | ||
| ^50 | ||
Betriebsbedingungen
Strömungsgeschwindigkeit - 7,6 l/Minute
Lagentemperatur - 300 bis 325 C Verweilzeit - 0,4 Sekunden
Eingang
NO2 - 1,0
NH3 -ν. 1,9% ORIGINAL INSPECTED
Luft - Rest
4098 10/1081
- u " 7341744
Ausgang
NO2 - ^O,1% NO - -C O,1%
N2O - O,8%
Zusammenfassend kann man sagen, daß die Ergebnisse der Tabelle folgendes zeigen, wenn Ammoniak zusammen mit verschieden Zeolit-Katalysatoren
verwendet wird:
1) Es sind nur relativ niedrige Temperaturen, 25O bis 3OO C,
für die NO- und NO»-Umwandlung erforderlich;
2) Der Katalysator gestattet die selektive Reduktion von NO und NO2 mit der gesteuerten Zersetzung von Ammoniumnitrat;
3) Man erreicht zufriedenstellende ümwandlungsgeschwindigkeiten
selbst bei relativ sauerstoffreichen (ungefähr 19%) Systemen. Basierend auf den erwähnten Beispielen kann also irgendeiner der
großporigen Zeolite verwendet werden, deren Porendurchmesser im
ο Bereich von 3 - 10 A liegen, um als Katalysator bei der Reduktion
von NO mit Ammoniak zu dienen.
409810/108
Claims (6)
1. Verfahren zur katalytischen Reduktion giftiger Stickstoffoxyde
zu harmlosen Gasen durch Inkontaktbringen eines die giftigen Stickstoffoxyde enthaltenden Stromes mit Ammoniak,
dadurch gekennzeichnet, daß die gemischten Gase mit einem Zeolit-Katalysator in Kontakt gebracht werden, der Poren-
o Öffnungen von ungefähr 3 bis 10 A aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der die giftigen Stickstoffoxyde enthaltende Strom der Abgasstrom
von einem mit fossilen Brennstoffen beheizten Kraftwerk ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zeolit-Katalysator ein synthetischer Faujasit-Type X-Zeolit
mit einem Natrium-Kation ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zeolit-Katalysator ein X-Type-Zeolit ist, in welchem die
Natrium-Ionen durch Ionenaustausch mit Silber ersetzt sind.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeolxtkatalysator ein synthetischer Mordenit ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der die giftigen Stickstoffoxydeenthaltende Strom auch bis zu 20 Volumenprozent Sauerstoff oder anderes oxydierendes Gas
enthält.
A09810/1081
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| US28481072A | 1972-08-30 | 1972-08-30 |
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