СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА - КАТАЛИЗАТОРА Российский патент 2004 года по МПК B01J20/20 C01B31/08 

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано в процессах очистки промышленных газов или в средствах индивидуальной защиты органов дыхания.

Известен способ получения сорбента-катализатора, включающий пропитку гранул основы раствором, их вылеживание и термообработку, причем в качестве основы берут металлосодержащий активный уголь с добавками меди, хрома и серебра, прокаливают при 800-850°С в атмосфере перегретого водяного пара, а пропитку берут водным раствором бихромата калия и триэтилендиамина (ТЭДА) в соотношении сорбент: бихромат калия: ТЭДА 1:(0,04-0,08):(0,004-0,008), и вылеживание осуществляют в течение 1,5-1,8 ч (см. пат. РФ 2108149, кл. В 01 J 20/20, С 01 В 31/08, опубл. 10.04.98).

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость и низкий выход готового продукта.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения сорбента-катализатора, включающий пропитку частиц угля раствором каталитических добавок и триэтилендиамина с последующей термообработкой, причем триэтилендиамин берут в количестве 0,2-0,8 мас.% и пропитку ведут раствором, имеющим концентрацию 4-5 мас.% при объемном соотношении уголь: пропиточный раствор 1:0,2-0,4, а термообработку осуществляют при 110-150°С со скоростью подъема температур 5-20°С/мин (см. пат. РФ 2081822, кл. С 01 В 31/08, В 01 Д 53/04, опубл. 20.06.97).

Недостатком прототипа является малое время защитного действия сорбента-катализатора по хлорциану в условиях высокой относительной влажности воздуха 90% в малых слоях 2,5-3,0 см.

Техническим результатом (целью) изобретения является повышение времени защитного действия сорбента-катализатора по хлорциану в условиях высокой относительной влажности воздуха в малых слоях.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление пропиточного раствора триэтилендиамина (ТЭДА), пропитку гранул основы, их вылеживание и термообработку при 110-150°С, причем в качестве основы использует металлосодержащий активный уголь, а пропиточный раствор готовят с концентрацией ТЭДА 0,9-1,3 мас.%, при этом термообработку ведут со скоростью подъема температуры 1-4 °С/мин, объем пропиточного раствора составляет 0,8-0,9 от суммарного объема пор основы и в него дополнительно вводят бихромат калия в количестве 0,8-2,0 мас.%, и/или углекислую основную медь в количестве 1-3 мас.% по отношению к массе основы.

Отличие предложенного способа от известного состоит в том, что в качестве основы используют металлосодержащий активный уголь, пропиточный раствор готовят с концентрацией ТЭДА 0,9-1,3 мас.%, термообработку ведут со скоростью подъема температуры 1-4 °С/мин, при этом объем пропиточного раствора составляет 0,8-0,9 от суммарного объема пор основы, и в него дополнительно вводят бихромат калия в количестве 0,8-2,0 мас.% и/или углекислую основную медь в количестве 1-3 мас.% по отношению к массе основы.

Из научно-технической литературы авторам неизвестно использование в качестве основы металлосодержащего активного угля, приготовление пропиточного раствора с концентрацией ТЭДА 0,9-1,3 мас.% и термообработка со скоростью подъема температуры 1-4 °С/мин, при этом объем пропиточного раствора составляет 0,8-0,9 от суммарного объема пор основы, а в пропиточный раствор вводят бихромат калия в количестве 0,8-2,0 мас.% и/или углекислую основную медь в количестве 1-3 мас.% по отношению к массе основы.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Поглощение плохосорбирующихся веществ, тестовым для которых является хлорциан, происходит за счет его разложения с помощью каталитического комплекса, находящегося на поверхности пор активного угля. Поэтому очень важным является правильное формирование такого комплекса за счет уменьшения размеров его кристаллов, что может быть достигнуто за счет

1) использования основы, предварительно насыщенной каталитическими добавками меди хрома и серебра;

2) усовершенствования процесса нанесения ТЭДА с использованием более низкой его концентрации в пропиточном растворе путем пропитки основы без избытка пропиточного раствора;

3) осуществление медленной скорости подъема температуры при термообработке.

Для повышения времени защитного действия сорбента-катализатора по хлорциану, в случае необходимости, в пропиточный раствор дополнительно вводят соединения хрома и/или меди.

В результате многочисленных экспериментов были определены оптимальные режимы приготовления пропиточного раствора и типы соединений меди и хрома, наиболее правильно формирующие мелкокристаллическую структуру каталитического комплекса, а также режимы термообработки, закрепляющие его на поверхности основы.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут моталлосодоржащий активный уголь (сорбент) по ГОСТ В 20777-76 с суммарным объемом пор 0,6-0,9 см³/г и анализируют его на содержание металлов - меди, хрома и серебра.

Готовят пропиточный раствор путем растворения в аммиачной воде ТЭДА с получением концентрации 0,9-1,3 мас.%.

В случае пониженного содержания металлов в сорбенте, в раствор дополнительно вводят бихромат калия в количестве 0,8-2,0 мас.% по отношению к массе исходного сорбента и/или углекислую основную медь в количестве 1-3 мас.% также по отношению к массе исходного сорбента.

Готовый раствор выдерживают в течение часа при температуре 40-50°С для лучшего растворения компонентов.

В пропиточный аппарат типа бетономешалки дозируют соответствующее количество сорбента, затем мерником дозируют в него пропиточный раствор в объеме, равном 0,8-0,9 от суммарного объема пор сорбента, включают пропиточный аппарат и производят перемешивание в течение 10-20 мин.

Пропитанный сорбент выгружают из аппарата и вылеживают в течение 1,5-2,0 ч при температуре рабочего помещения 15-18°С. Вылежанный пропитанный сорбент термообрабатывают в печи кипящего слоя, вращающейся печи или сушильном шкафу при температуре 110-150°С со скоростью подъема 1-4 °С/мин.

Полученный сорбент-катализатор охлаждают до температуры рабочего помещения и проводят оценку его времени защитного действия в условиях высокой относительной влажности воздуха (90%) и малом слое (2,5 см).

Расчет количества вводимых каталитических добавок проводят таким образом, чтобы в конечном сорбенте-катализаторе содержались, мас.%:

Медь 4,5-6,5

Хром 1,2-2,2

Серебро 0,02-0,04

ТЭДА 0,30-0,35

ПРИМЕР 1

Берут 1 кг металлосодержащего активного угля с суммарным объемом пор 0,6 см³/г. Готовят пропиточный раствор путем растворения в аммиачной воде ТЭДА и получения концентрации 0,9 мас.%. Добавляют в раствор углекислой основной меди 1 мас.% и бихромата калия 0,8 мас.% по отношению к массе исходного сорбента.

Полученный пропиточный раствор выдерживают в течение часа при температуре 40-50°С, после чего пропитывают основу. Объем пропиточного раствора составляет 0,8 от суммарного объема пор основы, что составляет 480 см³. Включают пропиточный аппарат и производят перемешивание пропитанного сорбента в течение 15 мин. Затем пропитанный сорбент выгружают из пропиточного аппарата на противень и вылеживают в течение 1,5 ч при температуре 15-18°С, после чего ведут его термообработку в печи кипящего слоя при температуре 110°С со скоростью подъема 1 °С/мин.

Полученный сорбент-катализатор выгружают из печи, охлаждают до температуры рабочего помещения и проводят оценку времени защитного действия по хлорциану на динамическом приборе.

Условия испытания сорбента-катализатора следующие:

Концентрация паров хлорциана 5 мг/л

Высота слоя 2,5 см

Удельный объемный расход паровоздушной смеси 0,5 л/мин см²

Относительная влажность воздуха 90%

Полученный сорбент-катализатор имел время защитного действия по хлорциану 25 мин.

ПРИМЕР 2

Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что готовят пропиточный раствор с концентрацией ТЭДА 1,1 мас.% и содержанием в нем углекислой основной меди 1,5 мас.%, бихромата калия 1,4 мас.% по отношению к массе исходного сорбента, объем пропиточного раствора составляет 0,85 от суммарного объема пор основы, а термообработку ведут со скоростью подъема температуры 2,5 °С/мин.

Полученный сорбент-катализатор имел время защитного действия по хлорциану 27 мин.

ПРИМЕР 3

Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что готовят пропиточный раствор с концентрацией ТЭДА 1,3 мас.% и содержанием в нем углекислой основной меди 3 мас.% и бихромата калия 2 мас.% по отношению к массе исходного сорбента объем пропиточного раствора составляет 0,90 от суммарного объема пор основы, а термообработку ведут со скоростью подъема температуры 4° С/мин.

Полученный сорбент-катализатор имел время защитного действия по хлорциану 24 мин.

Показатель времени защитного действия по хлорциану в коротком слое 2,5 см при высокой относительной влажности воздуха у прототипа имел 15-17 мин. Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно (на 40-60%) повысить время защитного действия сорбента-катализатора по хлорциану по сравнению с прототипом.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение времени защитного действия по хлорциану в коротком слое при высокой относительной влажности воздуха, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано в процессах очистки промышленных газов или в средствах индивидуальной защиты органов дыхания. Предложен способ получения сорбента-катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора триэтилендиамина (ТЭДА), пропитку гранул металлосодержащего активного угля, их вылеживание и термообработку при 110-150°С со скоростью подъема температуры 1-4°C/мин при этом используют пропиточный раствор с концентрацией ТЭДА 0,9-1,3 мас.%, а объем пропиточного раствора составляет 0,8-0,9 от суммарного объема пор основы. Предложенный способ позволяет получить сорбент-катализатор, значительно превосходящий известные по времени защитного действия по хлорциану в коротком слое при высокой относительной влажности воздуха. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ получения сорбента-катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора триэтилендиамина (ТЭДА), пропитку гранул основы, их вылеживание и термообработку при 110-150°С, отличающийся тем, что в качестве основы используют металлосодержащий активный уголь, пропиточный раствор готовят с концентрацией ТЭДА 0,9-1,3 мас.%, а термообработку ведут со скоростью подъема температуры 1-4°С/мин.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем пропиточного раствора составляет 0,8-0,9 от суммарного объема пор основы.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пропиточный раствор дополнительно вводят бихромат калия в количестве 0,8-2,0 мас.% и/или углекислую основную медь в количестве 1-3 мас.% по отношению к массе основы.