СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОТИТЕЛЯ КИСЛЫХ ГАЗОВ Российский патент 1999 года по МПК C01B31/08 C01B31/16 B01J20/20 

Изобретение относится к области сорбционной техники - получению поглотителя, обладающего повышенной поглотительной способностью в отношении диоксида серы, синильной кислоты и других кислых газов и может быть использовано в средствах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания.

Известен способ получения сорбента для поглощения хлористого циана, включающий пропитку углеродной основы с суммарным объемом пор 0,65 - 0,9 см³/г, соединениями меди в количестве 4,5 - 6,5% масс., хроме 1,0 - 2,0% масс. и серебра 0,02 - 0,05% масс. в растворе аммиаката меди. При этом соотношение объема раствора и суммарного объема пор основы равно 0,65 - 0,75, вылеживание пропитанных гранул при 20 - 40^oC, термообработку при 110 - 150^oC (RU N 2081822, кл. C 01 B 31/08, B 01 D 53/04, 1997).

Недостатком известного способа является низкая прочность поглотителя, его дороговизна вследствие введения драгоценного металла и незначительная активность по кислым газам.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения поглотителя кислых газов, включающий пропитывание активного с суммарным объемом пор 0,6 - 0,8 см³/г соединениями цинка, марганца, меди, рубидия, никеля, кобальта, железа, кадмия, карбонатом, гидроксидом калия. Количество разных добавок варьируется от 0,5 до 40% вес. Причем соотношение объема раствора к суммарному объему пор равно 2 - 4, пропитанные гранулы отфильтровываются от избытка раствора, сразу же осуществляется вторая пропитка. Сушку производят после второго пропитывания при 100^oC в течение 16 часов (Пат. США N 5,344,626 кл. C 01 B 31/08, 1994).

Недостатком прототипа является низкая активность по синильной кислоте и диоксиду серы.

Техническим результатом, предлагаемым изобретением, является получение поглотителя с высокой активностью по диоксиду серы и синильной кислоте.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим пропитку углеродной основы растворами гидроксидов и карбонатов щелочных металлов первой группы, вылеживание и термообработку, отличающийся тем, что в качестве углеродной основы используют активный уголь в чистом виде, содержащий оксиды меди и имеющий объем пор 0,85 - 1,25 см³/г, пропитку ведут до содержания меди 5,0 - 9,5%, калия до 5,9 - 9,4% вес., при соотношении объема пропиточного раствора и суммарного объема пор равно 0,8 - 1,0 при температуре 20 - 30^oC с последующим вылеживанием в течение 1,0 - 3,0 часов, а термообработку осуществляют при 120 - 160^oC.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в качестве основы используют активный уголь в чистом виде или содержащим оксиды меди и имеющий объем пор 0,85 - 1,25 см³/г, пропитывание ведут до содержания меди до 5,0 - 9,5% вес., калия до 5,9 - 9,4% вес., при этом соотношение пропиточного раствора и суммарного объема пор равно 0,8 - 1,0 при температуре 20 - 30^oC с последующим вылеживанием в течение 1,5 - 3,0 часов, а термообработку осуществляют при 120 - 160^oC.

В качестве основы, представляющей собой активный уголь, содержащий оксид меди, могут быть также использованы отработанные медно-хромовые катализаторы.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Готовят раствор, содержащий углекислый аммиакат меди и карбонат калия с концентрацией меди 39 - 103 г/л, а карбоната калия 98 - 113 г/л (в обоих случаях считая на металл). Берут углеродную основу - активный уголь в чистом виде или содержащий 5,0 - 7,5% вес. меди в пористой структуре угля имеющего суммарный объем пор 0,85 - 1,25 см³/г. Пропитывают взятую углеродную основу приготовленным раствором из расчета содержания меди в готовом продукте 5,0 - 9,5% вес. и калия 5,9 - 9,4% вес. при 20 - 30^oC.

Затем пропитанной основе дают вылеживаться 1 - 3 часа при температуре окружающего воздуха до сыпучего состояния и подвергают термической обработке в печи кипящего слоя в течение 10 - 30 минут при 120 - 160^oC до содержания в готовом продукте воды не более 3% вес. После сушки продукт отсеивают от пыли и спекшихся частиц и анализируют на массовую долю меди, и карбоната калия в готовом продукте (в пересчете на металл составляют соответственно 5,0 - 9,5 и 5,9 - 9,4% вес.). Полученный поглотитель кислых газов имеет динамическую активность по диокстиду серы 51 - 60 минут и по синильной кислоте 34 - 40 минут.

В результате многочисленных экспериментов выявлено, что для полного заполнения суммарного объема пор основы, необходимо соотношение объемов раствора и пор основы 0,8 - 1,0. Очевидно, что при соотношении меньшем 0,8 основы не полностью пропитывается и химические вещества, обеспечивающие активность, не проникают внутрь частиц основы, а располагаются на внешней поверхности, что приводит к удалению части химической добавки с поверхности в процессе последующих технологических операций и, как следствие, к снижению активности продукта по кислым газам.

При соотношении большем 1 хотя все поры полностью заполняются раствором, после выдерживания в закрытой емкости продукт получается очень влажным. При этом происходит высаливание металлов на поверхности и удаления их в процессе дальнейших технологических операций, что также снижает активность по синильной кислоте и диоксиду серы.

Таким образом, оптимальным соотношением объема пропиточного раствора и суммарного объема пор является 0,8 - 1,0.

Суммарный объем пор основы 0,85 обеспечивает равномерное распределение металлов в пористой структуре. При этом, если суммарный объем меньше 0,85 см³/г металлы, высаливаются на поверхности частиц. Если суммарный объем больше 1,25 см³/г, то металлы глубоко проникают в пористость основы и располагаются в мелких порах, куда уже не могут проникнуть молекулы адсорбата. В обоих случаях активность комплексов металлов по синильной кислоте и диоксиду меди за счет уменьшения поверхности, содержащей добавки, на которой происходит взаимодействие с адсорбатом.

Термическая обработка должна обеспечивать удаление воды из продукта до содержания ее не более 3% вес. Оптимальной температурой термообработки является 120 - 160^oC. При температуре ниже 120^oC процесс удаления длительный, что не выгодно экономически, не обеспечивает необходимую влажность продукта и, следовательно, активность и не приемлем к печи кипящего слоя, где производится термическая обработка продукта. При температуре выше 160^oC, как правило, уже происходит загорание продукта. Таким образом, оптимальной температурой является 120^o - 160^oC. Рассев после термообработки приводит к удалению пыли и спекшихся частиц продукта.

Предложенный способ позволяет получить поглотитель кислых газов с высокой активностью по диоксиду серы и синильной кислоте, а также другим кислым газам.

Пример 1
Берут активный уголь с суммарным объемом пор 0,85 см³/г в количестве 10 кг и пропитывают 6,8 л раствора, содержащего карбонат калия с концентрацией 98 - 103 г/л и углекислый аммиакат меди с концентрацией 82 - 87 г/л (считая на металл) при температуре раствора 20^oC при соотношении объема раствора и пор угля, равном 0,8. Вылеживание пропитанной основы до сыпучески составляло 1,5 часа, термическая обработка проводилась при температуре 120^oC.

При этом содержание калия в готовом продукте составляло 5,9 вес. меди 5,0% вес. Динамическая активность по диоксиду серы составляла 51 мин, по синильной кислоте 34 мин.

Испытания по диоксиду серы и синильной кислоте проводились по ГОСТ 12-4.15.90, средства индивидуальной защиты органов дыхания фильтрующие. Методы определения времени защитного действия фильтрующе-поглощающих коробок по парообразным веществом.

Пример 2.

Берут активный уголь с суммарным объемом пор 1,25 см³/г в количестве 10 кг и пропитывают 12,5 л раствора с температурой 20^oC, содержащего карбонат калия и углекислый аммиакат меди с концентрацией калия 93 - 102 г/л. Соотношение объема раствора и суммарного объема пор равно при этом 1,0. Вылеживание пропитанной основы составляло 3 часа, термообработка проводилась при 160^oC. Содержание меди в поглотителе составляло 9,5% вес. калия 9,4% вес. Активность по диоксиду серы равна 55 минут, а по синильной кислоте 37 минут.

Пример 3.

Берут активный уголь с суммарным объемом пор 1,0 см³/г в количестве 10 кг и пропитывают 9 л раствора, содержащего карбонат калия и углекислый аммиакат меди с концентрацией калия 101 - 110 г/л, меди 86 - 94 г/л. Пропитывание производят при 25^oC и соотношении объема раствора и суммарного объема пор угля 0,9, вылеживание пропитанной основы до сыпучести составляло 2 часа, термическую обработку проводят при 140^oC.

Содержание калия в готовом продукте составляло 8,5% вес., меди 7,2% вес. Динамическая активность по диоксиду серы равна 60 мин, по синильной кислоте 40 мин.

Пример 4.

Процесс осуществляется как в примере 3 за исключением температуры пропиточного раствора, она равна 30^oC. Содержание калия в готовом продукте составляло 8,5% меди 7,2% вес. Динамическая активность по диоксиду серы равна 58 мин по синильной кислоте 38 мин.

Пример 5
Берут 10 кг углеродной основы (отработанный катализатор К-5М) с суммарным объемом пор 0,85 см³/г, готовят 7,7 л раствора карбоната калия с содержанием калия 107 - 113 г/л, в который добавляют углекислый аммиакат меди в количестве 0,3 кг, считая на металл. При этом концентрация меди в растворе составляет 39 г/л. Условия пропитывания и остальные параметры как в примере 3.

Содержание меди в поглотителе 7,5% вес., калия 7,6% вес. Динамическая активность по диоксиду серы 55 минут по синильной кислоте 36 мин.

Поглотитель кислых газов, полученный по прототипу и испытанный в аналогичных условиях имел активность по диоксиду серы 24 - 28 мин, по синильной кислоте 22 - 24 мин.

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности получению поглотителя, обладающего повышенной поглотительной способностью в отношении кислых газов, например, диоксида серы и синильной кислоты, и может быть использовано в средствах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания. Способ получения поглотителя кислых газов включает пропитку углеродной основы растворами гидроксидов и карбонатов щелочных металлов первой группы, вылеживании и термообработку при 120 -- 160°С, при этом в качестве углеродной основы используют активный уголь в чистом виде или содержащий оксиды меди и имеющий суммарный объем пор 0,85 - 1,25 см³/г, а пропитывание ведут до содержания меди 5,0 - 9,5 вес.%, калия до 5,9 - 9,4 вес.% Способ позволяет получить высокоактивный поглотитель.

Способ получения поглотителя кислых газов диоксида серы и синильной кислоты, включающий пропитку углеродной основы растворами гидроксидов и карбонатов щелочных металлов первой группы, вылеживание, термообработку и рассев, отличающийся тем, что в качестве углеродной основы используется активный уголь в чистом виде или содержащий оксиды меди и имеющий суммарный объем пор 0,85 - 1,25 см³/г, пропитывание ведут до содержания меди 5,0 - 9,5 вес.%, калия до 5,9 - 9,4 вес.% при соотношении объема пропиточного раствора и суммарного объема пор 0,8 - 1,0 при температуре раствора 20 - 30^oC с последующим вылеживанием в течение 1,0 - 3,0 ч, а термообработку осуществляют при 120 - 160^oC.