Zeolitowy katalizator do selektywnej redukcji NOx amoniakiem i sposób jego wytwarzania
ZESPÓŁ AUTORSKI
Sieć Badawcza Łukasiewicz-Instytut Nowych Syntez Chemicznych
- Magdalena Saramok - kierownik zespołu,
- Marek Inger,
- Monika Ruszak,
- Marcin Wilk,
- Katarzyna Antoniak-Jurak,
- Monika Motak,
- Agnieszka Szymaszek-Wawryca,
- Bogdan Samojeden
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Produkcja kwasu azotowego(V) przyczynia się do emisji szkodliwych dla zdrowia i życia człowieka oraz niekorzystnych dla środowiska naturalnego tlenku azotu(II) (NO) i tlenku azotu(IV) (NO2), określanych sumarycznie jako NOx. Aktualnie obowiązujące limity emisji z instalacji przemysłowych określa Decyzja Rady UE 2017/1757 z dnia 17 lipca 2017 r. W przypadku przemysłowych instalacji kwasu azotowego, limity te wynoszą 90 ppm NOx dla instalacji istniejących oraz 75 ppm NOx dla instalacji nowoprojektowanych. Spełnienie tych wymogów jest możliwe po zastosowaniu efektywnych metod ograniczania emisji NOx. Spośród wielu potencjalnych metod, zgodnie z obowiązującymi standardami najlepszych dostępnych technik (BAT), najefektywniejsza jest selektywna katalityczna redukcja przy użyciu amoniaku (SCR-NH3). Warunkiem koniecznym efektywnego zastosowania technologii selektywnej katalitycznej redukcji jest użycie aktywnego i selektywnego katalizatora. Prezentowany wynalazek spełnia powyższy warunek. Zastosowanie opracowanego katalizatora w skali przemysłowej może zmniejszyć emisję NOx z gazów resztkowych do poziomu poniżej wymaganych limitów. Istotna jest także możliwość zastosowania katalizatora w pracujących instalacjach kwasu azotowego, bez konieczności dokonywania ich kosztownych modyfikacji.
ISTOTA WYNALAZKU
Przedmiotem wynalazku jest katalizator do procesu selektywnej redukcji NOx oraz sposób jego wytwarzania. Prekursorem nośnika katalizatora jest naturalny zeolit z grupy heulandytu (HEU), o zawartości klinoptylolitu nie mniejszej niż 85%. Właściwa modyfikacja prekursora nośnika katalizatora polegająca na działaniu kwasem azotowym w celu usunięcia części atomów glinu, a następnie dekantacji, odmyciu osadu wodą zdemineralizowaną, filtracji, uformowaniu z dodatkiem substancji ułatwiającej formowanie, suszeniu i kalcynacji pozwala na uzyskanie wytrzymałego nośnika o docelowym kształcie (zdjęcie 1 w załączniku 3). Do uzyskania finalnego produktu – aktywnego katalizatora - konieczne jest przeprowadzenie impregnacji uformowanego nośnika roztworem soli żelaza oraz operacji suszenia i kalcynacji (zdjęcie 2 w załączniku 3). Głównymi składnikami tak przygotowanego katalizatora są: SiO2 (60 do 80% wag.), Al2O3 (5 do 20% wag.) oraz Fe2O3 (1 do 15% wag.). W wyniku przeprowadzonych badań aktywności katalitycznej stwierdzono, że katalizator wg wynalazku jest aktywny w reakcji redukcji tlenków azotu amoniakiem ze strumienia gazów resztkowych o składzie typowym dla instalacji przemysłowej, w temperaturze 300–450 °C. W przeprowadzonych badaniach aktywności katalizatora potwierdzono stopień konwersji NOx na poziomie 78–96%, w zależności od temperatury reakcji, obciążenia katalizatora i zawartości żelaza w katalizatorze. Opracowany katalizator jest tani, przyjazny środowisku, nie zawiera szkodliwych składników, a sposób jego wytwarzania jest stosunkowo łatwy i nie generuje niebezpiecznych dla środowiska odpadów.
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Opracowany katalizator przeszedł pozytywnie testy w skali pilotowej w rzeczywistych warunkach procesu. Na bazie uzyskanych wyników przedstawiono rozwiązanie technologiczne procesu selektywnej katalitycznej redukcji NOx. Opracowany katalizator może stanowić atrakcyjną alternatywę w porównaniu dostępnymi na rynku katalizatorami. Zastosowanie katalizatora w skali przemysłowej pozwoli na ograniczenie emisji NOx do środowiska z instalacji kwasu azotowego poniżej obowiązujących limitów. Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Nowych Syntez Chemicznych posiada infrastrukturę produkcyjną, umożliwiającą uruchomienie produkcji katalizator wg opracowanego sposobu. Powyższe fakty upoważniają do stwierdzenia, że prezentowane rozwiązanie osiągnęło VIII poziom gotowości technologicznej (TRL8).