Tvarované katalyzátory s obsahem přechodných kovů a jejich účinnost pro katalytický rozklad N2O

Abstract

Diplomová práce se zabývá katalytickým rozkladem oxidu dusného (N2O). Oxid dusný je považován za významný polutant, jenž se podílí na vzniku skleníkového efektu. Patří také mezi plyny přispívající k poškozování ozónové vrstvy Země. Nejvhodnější metodou likvidace oxidu dusného v odpadních plynech je jeho rozklad na přirozené složky ovzduší (N2 a O2) v přítomnosti vhodného katalyzátoru. V rámci této diplomové prácebyla na základě provedených laboratorních experimentů katalytického rozkladu N2O (0,1 mol% N2O, 300-450 °C) porovnána katalytická aktivita3 skupintvarovaných katalyzátorů obsahujících jako aktivní složky kobalt, případně mangan a cesium nebo draslík jako promotor. Jednalo se o směsný oxid Co4MnAlOy nanesený na sítech z nerezové oceli, oxid CoxOymodifikovaný cesiem nanesený na dutých tabletách Al2O3a tablety směsného oxidu Co4MnAlOy.K charakterizaci fyzikálně-chemických vlastností katalyzátorů byla použita chemická analýza, rentgenová difrakce, fyzikální adsorpce dusíku, skenovací elektronová mikroskopie a teplotně programovaná redukce vodíkem. Byl sestaven matematický model katalytického reaktoru, který byl ověřen pomocílaboratorních dat katalytického rozkladu N2O. Model byl poté použit pro simulační výpočet poloprovozního testovacího reaktoru pro katalytický rozklad N2O umístěného ve výrobně kyseliny dusičné v BC-MCHZ Ostrava. Výsledky ukázaly, že bez ohledu na dosaženou vysokou specifickou aktivitu (počet molů N2O zreagovaného za časovou jednotku na jednotkovém množství aktivních složek), katalyzátorynanesené na sítech a na dutých tabletách vykazovaly nižší konverze N2O v modelu poloprovozního reaktoru oproti tabletám směsného oxiduCo4MnAlOy.

This diploma thesis deals with the catalytic decomposition of nitrous oxide (N2O). Nitrous oxide is considered as an important pollutant contributing to a greenhouse effect. N2O also belongs to the group of compounds depleting stratospheric ozone layer of Earth. Decomposition of N2O to natural components of atmosphere, N2 and O2, in the presence of suitable catalyst is the best possibility of nitrous oxide abatement. In this diploma thesis, laboratory experiments of catalytic decomposition of N2O (0.1 mol% N2O, 300-450 ° C) were compared to the catalytic activity of three groups of shaped catalysts containing active ingredient as a cobalt, manganese and cesium or a potassium as a promoter. These were mixed oxide Co4MnAlOy deposited on sieves of stainless steel, oxide CoxOy modified by cesium deposited on Al2O3 hollow tablets and tablets of the mixed oxide Co4MnAlOy. Chemical analysis, X-ray diffraction, nitrogen physisorption, scanning electron microscopy and temperature-programmed reduction with hydrogen were used to characterize the physicochemical properties of the catalysts. A mathematical model of a catalytic reactor was set. This model was verified by laboratory data of catalytic decomposition of N2O. The model was used for the simulative calculation of pilot test reactor for the catalytic decomposition of N2O placed in the plant of nitric acid in BC-MCHZ Ostrava. Results showed that, regardless the high specific activity (number of moles of N2O,which reacted on unitary amount of active components per time unit), catalysts supported on the sieves and the hollow tablets showed lower conversion of N2O in the model pilot plant reactor compared to tablets of mixed oxid Co4MnAlOy.