Pełna nazwa: Monolityczny układ katalityczny do nisko- i średniotemperaturowego rozkładu podtlenku azotu i sposób jego wytwarzania

Zespół
dr hab. inż. Marcin Wilk - INS, kierownik zespołu, dr inż. Marek Inger - INS, mgr inż. Magdalena Saramok - INS, dr Monika Ruszak – INS, prof. dr hab. Zbigniew Sojka - UJ, prof. dr hab. Andrzej Kotarba - UJ, dr Gabriela Grzybek - UJ, dr Paweł Stelmachowski – UJ

Istota wynalazku

Podtlenek azotu (N2O) jest zaliczany do grupy gazów cieplarnianych. Charakteryzuje się on znacznie większym potencjałem tworzenia efektu cieplarnianego niż główny gaz cieplarniany, dwutlenek węgla. Na mocy przepisów prawnych obowiązujących w Polsce oraz w Unii Europejskiej istnieje obowiązek redukcji emisji gazów cieplarnianych, w tym podtlenku azotu, emitowanych ze źródeł stacjonarnych. Jedynym z największych przemysłowych źródeł emisji podtlenku azotu są instalacje do produkcji kwasu azotowego, w których podtlenek azotu jest produktem ubocznym procesu technologicznego. Do najefektywniejszych metod usuwania podtlenku azotu ze źródeł stacjonarnych należą metody katalityczne.

Przedmiotem wynalazku jest monolityczny układ katalityczny do rozkładu podtlenku azotu ze strumienia gazów odlotowych oraz sposób jego wytwarzania. Układ katalityczny charakteryzuje się tym, że zawiera fazę aktywną o strukturze spinelu złożoną z tlenku kobaltu i tlenku cynku oraz promotory aktywności w postaci metali alkalicznych w szczególności sód lub potas lub cez, naniesione na nośnik monolityczny. Sposób wytwarzania monolitycznego układu katalitycznego polega na mokrej impregnacji nośnika monolitycznego roztworem macierzystym zawierającym jony kobaltu, cynku i potasu we właściwych proporcjach. Zaimpregnowany nośnik monolityczny następnie suszy się i kalcynuje. Uzyskany w ten sposób układ katalityczny posiada wysoką aktywność w reakcji rozkładu podtlenku azotu w obszarze nisko- i średniotemperaturowym, tj. w temperaturze poniżej 600 C. Atutem tego rozwiązania jest możliwość umieszczenia złoża katalizatora w specjalnie zaprojektowanym reaktorze umieszczonym na rurociągu gazów odlotowych w instalacjach przemysłowych, które mogą zawierać w swoim składzie, obok podtlenku azotu, inne składniki , takie jak: para wodna, inne tlenki azotu (NO, NO2), tlen, azot, hel, argon, dwutlenek węgla. Układ katalityczny jest odporny na inhibitujące działanie składników obecnych w gazach odlotowych, a odpowiedni dobór ilości katalizatora w reaktorze pozwala na uzyskanie pożądanej, wysokiej redukcji emisji podtlenku azotu, bez generowania innych gazów, szkodliwych dla środowiska.

Zastosowanie prezentowanego układu katalitycznego w instalacjach kwasu azotowego, lub innych instalacjach przemysłowych, w których gazy odlotowe zawierają w swoim składzie podtlenek azotu pozwala na uzyskanie powyżej 90% redukcji emisji podtlenku azotu. Układ katalityczny charakteryzuje się dużą szybkością reakcji rozkładu podtlenku azotu w przeliczeniu na ilość fazy aktywnej, wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz niskimi oporami przepływu gazu przez warstwę katalizatora.

Opracowany układ katalityczny stanowi połączenie chemii uniwersyteckiej, umożliwiającej zrozumienie procesu na poziomie molekularnym, z wiedzą inżynierską, rozwiązującą praktyczne problemy aplikacyjne.

Potencjał komercjalizacji

Monolityczny układ katalityczny swoje zastosowanie może znaleźć przede wszystkim w dwu- i wysokociśnieniowych instalacjach kwasu azotowego, w których temperatura gazów odlotowych wynosi 200–600 C, a stężenie podtlenku azotu nie przekracza 3% obj. Rozwiązanie charakteryzuje się wysokim potencjałem wdrożeniowym, może być zastosowane w pracujących instalacjach, nie wiąże się ono z koniecznością dokonywania kosztownej modyfikacji lub zmian aparaturowych instalacji. Zastosowanie układu katalitycznego wymaga jedynie dostawienia modułu, reaktora, ze złożem katalitycznym na rurociągu gazów odlotowych z instalacji.

Innym potencjalnym miejscem zastosowania wynalazku mogą być instalacje utylizujące odpady szpitalne. W szpitalach, gdzie N2O stosowany jest do anestezji, w niedalekiej przyszłości może zaistnieć konieczność stosowania technologii utylizowania tego gazu ze strumienia gazów z ciągów wentylacyjnych.