СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА Российский патент 2008 года по МПК B01J20/20 B01D53/68 

Описание патента на изобретение RU2339444C2

Изобретение относится к способам получения сорбентов для улавливания газообразных фторидов.

Для извлечения из газовых потоков летучих фторидов - фторида водорода, гексафторидов молибдена, вольфрама, рения, урана и др. - обычно используют сорбенты на основе фторидов щелочных (натрия, лития), щелочноземельных (кальция, бария) и других металлов.

Известен порошкообразный сорбент для извлечения фторида водорода из газов на основе фторидов щелочных металлов (лития, натрия) с добавкой порошка фторида бария в количестве 5,6-35,5% (А.С. №1549581, МПК B01J 20/02, В01D 53/02, опубл. 15.03.90, БИ №1).

Недостатком порошкообразных сорбентов является пыление при загрузке и выгрузке из сорбционной колонны, высокое гидравлическое сопротивление прохождению газового потока, возможность слеживания порошка и т.д. Поэтому стремятся получать сорбент в виде гранул (таблеток), насыпной слой которых легко пропускает газовый поток.

Гранулы должны иметь достаточную механическую прочность, удовлетворительную пористость и величину внутренней поверхности пор, а также циклическую устойчивость, т.е. сохранять физико-химические свойства в циклических процессах сорбции-десорбции.

Известен способ получения гранулированного сорбента на основе фторида натрия и фторида лития, используемого для селективного извлечения фторида водорода из газовых смесей, в котором используется прессование сухих порошков кислых бифторидов натрия или лития в таблетки с последующим их прокаливанием и спеканием при температуре 300-500°С (Галкин Н.П., Зайцев В.А., Серегин М.Б. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. М.: Атомиздат, 1975, с.70, 89-90, 117). Получаемые гранулы имеют низкую удельную поверхность внутренних пор 1-3 м2/г и низкую циклическую устойчивость.

Известен способ получения сорбента гранулированного фторида натрия из фторида натрия, увлажненного водой, при спекании таблеток (гранул) в области температур 650-930°С (Патент США №3372004, опубл. 1968). Способ включает приготовления шихты на основе фторида натрия, формование таблеток, сушку таблеток и их спекание при температуре 650-930°С, вследствие чего таблетки имеют весьма небольшие пористость - около 10% и удельную поверхность - около 0,1 м2/г.

Известен способ получения гранулированного сорбента на основе фторида лития, согласно которому при подготовке шихты во фторид лития добавляют фториды калия или магния или аммония, шихту увлажняют до 5-7%-ного содержания воды и формуют в гранулы, которые спекают при температуре 250-500°С и обрабатывают фтористо-водородной кислотой (Патент РФ №2211726, МПК B01J 20/02, B01D 53/68, опубл. 10.09.2003). Сорбент применяют для извлечения фторида водорода из газов.

Добавку фторида магния или кальция вводят в шихту для упрочнения гранул сорбента путем создания «скелета» структуры гранул из неактивных в процессе сорбции добавок. Добавку фторида аммония применяют для образования пор в структуре гранул сорбента, образующихся при нагревании шихты в результате выделения газов (аммиака и фтористого водорода) при разложении фторида аммония. Способ позволяет получать сорбент, содержащий 75-90% фторида лития и имеющий удельную поверхность 3,8-8,5 м2/г. Этот способ выбран за прототип.

Способ имеет следующие недостатки. Фторид водорода, образовавшийся при разложении фторида аммония, попадая в воздуховоды вентиляции, вызывает интенсивную коррозию материалов воздуховодов. При температурах ниже 140°С происходит рекомбинация из газовых компонентов (аммиака и фторида водорода) фторида аммония, который оседает на поверхности воздуховодов и вызывает их забивку. Далее, будучи веществом гигроскопичным, фторид аммония набирает влагу и образует коррозионно-активные подтеки на поверхности воздуховодов.

Задачей изобретения является разработка способа получения сорбента из неорганических фторидов, обеспечивающего уменьшение коррозионного воздействия компонентов шихты на материалы оборудования и ликвидацию забивок оборудования фторидом аммония.

Поставленную задачу решают тем, что в способе получения сорбента для улавливания летучих фторидов, включающем приготовление шихты из фторидов щелочных и/или щелочноземельных металлов и порообразователя, формование гранул, их сушку и спекание, в шихту в качестве порообразователя добавляют карбонат аммония.

Карбонат аммония добавляют в количестве 15-50% от массы фторидов.

Сушку гранул ведут при температуре 60-150°С, а спекание - при температуре 350-550°С.

Сорбент получают следующим образом.

В порошок фторида металла, либо в смесь фторидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, представляющих основу сорбента, добавляют 15-50 мас.% карбоната аммония, и полученную смесь тщательно перемешивают. Воду вводят после тщательного перемешивания сухих компонентов. Количество воды определяют экспериментально по качеству прессования, но обычно оно составляет примерно 7%. После формования гранул диаметром 6 мм их подвергают сушке при температуре 60-150°С. При температуре 60°С начинается разложение карбоната аммония, а при 150°С разложение заканчивается по реакции:

Процесс разложения протекает необратимо с образованием большого количества газообразных продуктов, выделение которых в процессе сушки способствует порообразованию в гранулах сорбента. Продукты разложения коррозионно неактивны и обратно в карбонат аммония не рекомбинируют. Продукты разложения удаляются, не оставляя следов в газоходах.

При спекании пористых заготовок гранул в области температур 350-550°С образуются достаточно прочные гранулы.

Ниже приводятся примеры осуществления способа.

Пример 1. В смесь фторидов бария и лития, взятых в соотношении BaF2/LiF=80% /20% добавили порошок карбоната аммония (NH4)2CO3 в количестве 30% от массы фторидов. После тщательного перемешивания сухих компонентов и добавления воды в количестве 7% от сухой массы произвели формование и сушку гранул при температуре 60-150°С в течение 1 часа, а затем спекание гранул при температуре 450°С в течение 2 часов. Пористость полученных гранул составила 50%, прочность - 10 кгс/см2.

Пример 2. Порошок фторида лития смешали с порошком карбоната аммония, при этом карбонат аммония взяли в количестве 40% от массы фторида лития. По описанной в примере 1 технологии получили гранулы сорбента. Пористость полученных гранул составила 60-80%, прочность 10-15 кгс/см2.

Пример 3. Изготовили три партии гранул с различным содержанием в шихте карбоната аммония. Для этого порошок фторида лития смешали с порошком карбоната аммония, взятого от массы фторида лития в количестве 15% (первая партия), 30% (вторая партия) и 50% (третья партия). После тщательного перемешивания сухих компонентов и добавления воды в количестве 7% от сухой массы произвели формование и сушку гранул при температуре 60-150°С в течение 1 часа, а затем спекание гранул при температуре 450°С в течение 2 часов.

Полученные гранулы подвергали многократным испытаниям в циклах «сорбция-десорбция» фторида водорода, после которых часть гранул поступала на исследование их физико-химических характеристик. Пористость определялась пикнометрическим методом, удельная поверхность - методом Брунауэра-Эммета-Теллера (метод БЭТ), механическая прочность - в соответствии с ГОСТ 21560.2-82.

Результаты исследований свойств гранул сорбентов приведены в таблице.

Таблица№ партии Пористость, % Удельная поверхность, м2Механическая прочность, кгс/см2исходнаяпосле 1-го циклаисходнаяпосле 1-го циклапосле 3-го циклапосле 5-го цикла исходнаяпосле 3-го циклапосле 5-го цикла1 48,064,01,629,8810,7117,516,213,214,72 58,776,01,0111,615,0416,915,614,314,03 64,976,00,7813,617,318,0311,311,312,7

Как видно из таблицы, гранулы, полученные по предложенной технологии, циклически устойчивы. С увеличением циклов «сорбция-десорбция» удельная поверхность гранул, доступная сорбату, увеличивается и стабилизируется за счет раскрытия внутренних пор, а механическая прочность гранул практически неизменна.

Статическая емкость полученных сорбентов составила 0,6 моль HF/моль LiF, что соответствует 85% от теоретически возможной емкости порошкообразного фторида лития (0,77 моль HF/моль LiF).

Добавка карбоната аммония в шихту в количестве, меньшем 15 мас.%, не обеспечивала требуемую пористость получаемых гранул (меньше 40%), а добавка в количестве, превышающем 50 мас.%, не обеспечивала необходимую прочность гранул.

Заявляемый способ получения сорбента по сравнению со способом-прототипом позволяет уменьшить коррозионное воздействия компонентов шихты на материалы оборудования и ликвидировать забивки оборудования фторидом аммония.

Похожие патенты RU2339444C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕШАННОГО ФТОРИСТОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГЕКСАФТОРИДА ВОЛЬФРАМА, УРАНА, МОЛИБДЕНА И РЕНИЯ ОТ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА 2009
  • Шаталов Валентин Васильевич
  • Серегин Михаил Борисович
  • Кузнецов Андрей Юрьевич
  • Вишнякова Ольга Викторовна
  • Чухлебова Татьяна Дмитриевна
  • Выбыванец Валерий Иванович
  • Косухин Владимир Васильевич
  • Черенков Александр Васильевич
  • Романов Сергей Кузьмич
  • Шилкин Геннадий Сергеевич
RU2408421C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО СМЕШАННОГО ФТОРИСТОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ФТОРИДА НАТРИЯ 2007
  • Серегин Михаил Борисович
  • Вишнякова Ольга Викторовна
  • Чухлебова Татьяна Дмитриевна
  • Загорец Лев Павлович
  • Петранин Николай Павлович
  • Кузьмичева Нина Ивановна
  • Лебединский Юрий Михайлович
  • Сапрыгин Александр Викторович
  • Голик Василий Михайлович
  • Гусев Алексей Анатольевич
  • Култышев Сергей Павлович
  • Пирогов Владимир Дмитриевич
RU2408420C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ФТОРИДОВ 2001
  • Крупин А.Г.
  • Кузьминых С.А.
  • Кондаков В.М.
  • Короткевич В.М.
  • Лазарчук В.В.
  • Мочалов Ю.С.
  • Портнягина Э.О.
  • Рудников А.И.
  • Сердюк В.Н.
  • Томаш Ю.Я.
  • Хохлов В.А.
RU2179883C1
КОМПОЗИЦИОННАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСТЕКЛА 2005
  • Помилуйков Олег Владимирович
  • Бурый Анатолий Анатольевич
  • Калейчик Сергей Петрович
  • Нагибин Геннадий Ефимович
  • Колосова Мария Михайловна
RU2287495C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСИЛИКАТА - ПЕНОСИЛИКАТНОГО ГРАВИЯ 2005
  • Кетов Александр Анатольевич
  • Пузанов Игорь Станиславович
  • Пузанов Сергей Игоревич
  • Пьянков Михаил Петрович
  • Рассомагина Анна Сергеевна
  • Саулин Дмитрий Владимирович
RU2291126C9
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОЙ КЕРАМИКИ ИЗ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ДЕФЕКТОВ КОСТНОЙ ТКАНИ 2015
  • Баринов Сергей Миронович
  • Фадеева Инна Вилоровна
  • Фомин Александр Сергеевич
  • Петракова Наталия Валерьевна
RU2599524C1
СОРБЕНТ НА ОСНОВЕ УРАНИЛФТОРИДА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2010
  • Серегин Михаил Борисович
  • Кузнецов Андрей Юрьевич
  • Вишнякова Ольга Викторовна
RU2422199C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА И СОСТАВ ДЛЯ ПЕНОСТЕКЛА 2010
  • Никонов Сергей Юрьевич
  • Никонов Александр Сергеевич
RU2417958C1
СЛЮДОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ФТОРФЛОГОПИТА И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА 2014
  • Рымкевич Дмитрий Анатольевич
  • Кирьянов Сергей Вениаминович
  • Одинцев Валерий Петрович
RU2559964C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ 2017
  • Садовников Андрей Александрович
  • Добрыднев Сергей Владимирович
  • Семеняко Дмитрий Михайлович
  • Дульнев Алексей Викторович
  • Гартман Владимир Леонидович
  • Макрушин Николай Анатольевич
RU2673533C1

Реферат патента 2008 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА

Изобретение относится к способам получения сорбентов для улавливания газообразных фторидов: фторида водорода, гексафторидов молибдена, вольфрама, рения, урана и др. Способ получения сорбента включает приготовление шихты из фторидов щелочных и/или щелочноземельных металлов и порообразователя, формование гранул, их сушку при температуре 60-150°С и спекание при температуре 350-550°С, при этом в качестве порообразователя используют карбонат аммония в количестве 15÷50% от массы фторидов. Изобретение позволяет уменьшить коррозионное воздействия компонентов шихты на материалы оборудования и ликвидировать забивки оборудования фторидом аммония. Полученные гранулы циклически устойчивы, имеют приемлемые удельную поверхность и механическую прочность. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 339 444 C2

1. Способ получения сорбента для улавливания летучих фторидов, включающий приготовление шихты смешением сухих компонентов, включающих фториды щелочных и/или щелочноземельных металлов и порообразователь, формование увлажненной шихты в гранулы, их сушку и спекание, отличающийся тем, что порообразователь карбонат аммония вводят в шихту в количестве 15÷50% от массы фторидов.

2 Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку гранул ведут при температуре 60-150°С, а спекание - при температуре 350-550°С.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2339444C2

РЕЛЕ КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ 2001
  • Шутиков В.А.
RU2212726C2
RU 2176931 С1, 27.04.2002
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОЙ ГРАНУЛИРОВАННОЙ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ 2004
  • Невская В.Н.
  • Маклашина Е.А.
  • Милованов В.А.
  • Уваров С.П.
  • Таук М.В.
  • Иванов В.А.
  • Горбунов Л.К.
  • Горшкова Н.В.
  • Ли И.Ф.
RU2261842C1
US 3372004 A, 05.03.1968
US 4292287 A, 29.09.1981.

RU 2 339 444 C2

Авторы

Хохлов Владимир Александрович

Мариненко Евгений Петрович

Макасеев Андрей Юрьевич

Баженов Дмитрий Анатольевич

Пшеничников Андрей Геннадьевич

Кобзарь Николай Юрьевич

Марков Сергей Анатольевич

Билялов Ринад Маазович

Матвеев Александр Анатольевич

Ледовских Александр Константинович

Галата Андрей Александрович

Котов Сергей Алексеевич

Мурлышев Артем Петрович

Волчков Валерий Сергеевич

Даты

2008-11-27Публикация

2006-12-25Подача