СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСУШИТЕЛЯ ГАЗОВ НА ОСНОВЕ АКТИВНОГО УГЛЯ Российский патент 1997 года по МПК C01B31/08 B01J20/32 

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к процессам осушки технологических газов, и может быть использовано в системах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения осушителя, включающий пропитку активного угля 10%-ным водным раствором хлорида кальция и сушку продукта.

Недостатком указанного способа является низкая адсорбционная способность полученного осушителя по парам воды и невысокая адсорбционная способность по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC.

Целью изобретения является повышение адсорбционной способности осушителя по парам воды и повышение адсорбционной способности по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC. В качестве эталонного органического вещества с температурой кипения 60-100^oC выбран бензол.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим пропитку активного угля растворами галогенидов элементов первой и второй группы и сушку.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что, во-первых, пропитку ведут в две стадии, причем на первой стадии пропитку ведут раствором хлорида кальция и хлорида лития в отношении CaCl₂:LiCl= (2,5-4,0): 1, на второй стадии пропитку ведут раствором хлорида лития и бромида лития в отношении LiCl:LiBr=(0,5-1,5):1, при этом соотношение объема пор угля и объема раствора составляет 0,4-0,6 на обеих стадиях пропитки, во-вторых, на первой стадии пропитки концентрацию хлорида лития определяют соотношением
C_LiCl 585 77
где C_LiCl концентрация хлорида лития, г/л;
концентрация хлорида кальция, г/л;
в-третьих, в качестве основы берут активный уголь с суммарным объемом пор 0,7-1,0 см³/г.

Способ осуществляется следующим образом. В смесительный барабан загружают 0,7-1,2 кг активного угля с суммарным объемом пор 0,7-1,0 см³/г. При перемешивании в смесительный барабан добавляют 0,4-0,7 л горячего (при температуре 60-80^oC) раствора, содержащего хлорид кальция и хлорид лития в соотношении CaCl₂: LiCl= (2,5-4,0): 1, при этом концентрация в растворе хлорида кальция составляет 100-400 г/л, концентрация хлорида лития составляет 80-240 г/л.

Процесс перемешивания после добавления раствора ведут в течение 15-20 мин. Пропитанный уголь выгружают из смесительного барабана и сушат вначале при температуре 300-450^oC в течение 0,5 часа. Затем уголь сушат при температуре 400-700^oC. Высушенный полуфабрикат рассеивают, отбирая фракцию 1,0-2,0 мм. Далее в смесительный барабан загружают 1,1-1,8 кг полуфабриката и при перемешивании добавляют 0,4-0,7 л горячего (при температуре 60-80^oC) раствора, содержащего хлорид лития и бромид лития в соотношении LiCl:LiBr= (0,5-1,5): 1. После добавления раствора перемешивание ведут в течение 15-20 мин. Затем уголь выгружают из смесительного барабана и сушат при температуре 300-450^oC в течение 0,5 час, а затем при температуре 400-700^oC в течение 1 час. После сушки продукт рассеивают и отбирают фракцию 1,0-2,0 мм.

Пример 1. Берут 1 кг активного угля с суммарным объемом пор 1,0 см³/г, загружают в смесительный барабан и при перемешивании добавляют 0,5 л горячего (при температуре 70^oC) раствора, содержащего хлорид кальция и хлорид лития в соотношении CaCl₂:LiCo=3:1, при этом концентрация в растворе хлорида кальция составляет 350 г/л, концентрация хлорида лития составляет 120 г/л. После добавления раствора перемешивание ведут в течение 15 мин. Пропитанный уголь выгружают из смесительного барабана и сушат вначале при температуре 350^oC в течение 0,5 час, затем при температуре 500^oC в течение 1 час. Высушенный полуфабрикат рассеивают и отбирают фракцию 1,0-2,0 мм. Затем в смесительный барабан загружают 1,4 кг полуфабриката и при перемешивании добавляют 0,5 л горячего (при температуре 70^oC) раствора, содержащего бромид лития и хлорид лития в соотношении LiBr:LiCl=1:1, при этом концентрация бромида лития составляет 500 г/л, концентрация хлорида лития составляет 500 г/л. После добавления раствора процесс перемешивания ведут в течение 15 мин. Пропитанный уголь выгружают из смесительного барабана и сушат вначале при температуре 350^oC в течение 0,5 час, затем при температуре 500^oC в течение 1 час. После сушки продукт рассеивают и отбирают фракцию 1,0-2,0 мм. Адсорбционная способность полученного осушителя по парам воды составила 0,37 г/см³, адсорбционная способность по парам бензола составила 130 мг/г.

Пример 2. Ведение процесса, как в примере 1, за исключением соотношения хлорида кальция и хлорида лития в растворе при первой стадии пропитки, которое составляло 2,5:1 и соотношения бромида лития и хлорида лития в растворе при второй стадии пропитки, которое составляло LiBr:LiCl=1:10. Адсорбционная способность полученного осушителя по парам воды составила 0,35 г/см³, адсорбционная способность по парам бензола составила 120 мг/г.

Пример 3. Ведение процессора, как в примере 1, за исключением соотношения хлорида кальция и хлорида лития в растворе при первой стадии пропитки, которое составляло 4:1 и соотношения бромида лития и хлорида лития в растворе при второй стадии пропитки, которое составляло LiBr:LiCl=1,0:1,5. Адсорбционная способность полученного осушителя по парам воды составила 0,33 г/см³, адсорбционная способность по парам бензола составила 110 мг/г.

Результаты исследования влияния соотношения хлорида кальция и хлорида лития в растворе при первой стадии пропитки и соотношения бромида лития и хлорида лития в растворе при второй стадии пропитки на адсорбционную способность полученного осушителя по парам воды и бензола приведены в таблице.

Примечание к таблице. Определение адсорбционной способности по парам воды проводили при температуре 25^oC и P/P_s=0,2, определение адсорбционной способности по парам бензола проводили при температуре 25^oC и P/P_s=0,17.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшая адсорбционная способность по парам воды и бензола наблюдается при проведении первой стадии пропитки раствором хлорида кальция и хлорида лития в соотношении CaCl₂:LiCl= (2,5-4,0): 1, второй стадии пропитки раствором хлорида лития и бромида лития в соотношении LiCl:LiBr=(0,5-1,5):1. При выходе параметров процесса за пределы указанных значений величина адсорбционной способности по парам воды и бензола заметно снижается.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. Повышение адсорбционной способности осушителя по парам воды и бензола при проведении пропитки раствором, содержащим хлорид кальция и хлорид лития в соотношении CaCl₂: LiCl= (2,5-4,0): 1 на первой стадии пропитки и раствором, содержащим хлорид лития и бромид лития в соотношении LiCl:LiBr=(0,5-1,5):1 на второй стадии пропитки обусловлено, вероятно, оптимальным соотношением и равномерным распределением компонентов в виде мелких кристаллов на поверхности активного угля. В процессе сушки активного угля, пропитанного растворами галогенидов элементов первой и второй группы, происходит перераспределение раствора из макро- и мезопор в микропоры и испарение воды с поверхности микропор. В результате этого процесса содержание солей в микропорах постоянно растет, что приводит к уменьшению их радиуса и, соответственно, снижению адсорбционной способности по бензолу. Скорость перераспределения раствора в порах определяется его вязкостью. Хлорид лития повышает вязкость раствора и, следовательно, снижает степень уменьшения размеров и объема микропор. Исходя из этого определено минимальное содержание хлорида лития в пропиточном растворе. С другой стороны, увеличение содержания хлорида лития приводит к уменьшению глубины проникновения раствора в поры активного угля, при этом часть объема пор остается гидрофобной и в результате снижается адсорбционная способность осушителя по воде. Исходя из этого определен верхний предел по содержанию хлорида лития в пропиточном растворе. Для того, чтобы выполнялись одновременно оба требования нужная вязкость пропиточного раствора и достаточная глубина пропитки, концентрация хлорида лития должна устанавливаться по экспериментально определенной формуле
C_LiCl 585 77
При второй стадии пропитки вводится либо бромид лития, либо его смесь с хлоридом лития. Верхняя граница по содержанию хлорида лития обусловлена тем, что он является менее гигроскопичным, чем бромид лития и поэтому увеличение его содержания выше установленного предела приводит к снижению адсорбционной способности осушителя по парам воды. С другой стороны, введение хлорида лития приводит к уменьшению глубины проникновения пропиточного раствора, что снижает степень блокировки микропор и способствует увеличению адсорбционной способности по парам воды и бензола. При соотношении объема пор угля и раствора менее 0,4 вводится недостаточное количество галогенидов элементов первой и второй группы, что снижает адсорбционную способность по парам воды. При соотношении объема пор угля и раствора более 0,6 имеет место уменьшение свободного объема микропор вследствие их блокировки, в результате чего снижается адсорбционная способность по парам бензола.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить осушитель газов, значительно превосходящий известные по адсорбционной способности по парам воды и парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC.

Такой осушитель позволит проводить эффективную осушку и очистку газовых потоков от паров органических веществ с температурой кипения 60-100^oC, что позволит эффективно решать широкий круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно на повышение адсорбционной способности по парам воды и парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Использование: в области сорбционной техники, в частности в процессах осушки технологических газов, и в системах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания. Сущность изобретения: способ включает пропитку активного угля растворами галогенидов элементов первой и второй группы в две стадии и сушки, причем на первой стадии пропитку ведут водным раствором хлорида кальция и хлорида лития в соотношении CaCl₂:LiCl=(2,5-4,0):1, на второй стадии пропитку ведут водным раствором хлорида лития и бромида лития в соотношении LiCl:LiBr=(0,5-1,5):1, при этом соотношение объема пор угля и объема раствора составляет 0,4-0,6 на обеих стадиях пропитки. В качестве основы берут активный уголь с суммарным объемом пор 0,7-1,0 см³/г, а концентрацию хлорида лития на первой стадии пропитки определяют соотношением: C_LiCl= 585-77. Предложенный способ позволяет получить осушитель, существенно превосходящий известные по адсорбционной способности по парам воды и одновременно имеющий значительную адсорбционную способность по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения осушителя газов на основе активного угля, включающий его пропитку водными растворами галогенидов металлов и сушку, отличающийся тем, что пропитку ведут в две стадии, на первой из которых в качестве галогенидов металлов используют СaСl₂ и LiСl в соотношении 2,5 4,0 1, а на второй LiСl и LiBr в соотношении 0,5 1,5 1, при этом соотношение объема пор угля и объема раствора составляет 0,4 0,6 на обеих стадиях пропитки, а концентрацию хлорида лития на первой стадии пропитки определяют соотношением
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве основы берут активный уголь с суммарным объемом пор 0,7 1,0 см³/г.