Способ получения хемосорбента Российский патент 2024 года по МПК B01J20/32 

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

Известен способ получения химического поглотителя, включающий пропитывание активного угля раствором хлористого никеля, сушку, термообработку и рассев гранул. Причем с целью повышения поглотительной способности по аммиаку при сохранении адсорбционной способности по бензолу импрегнирование ведут при 30-70°С раствором, взятым в количестве 50-100% от объема пор угля, термообработку ведут со скоростью подъема температуры 7-15°С/мин до 150-250°С, а рассев гранул проводят после термообработки (пат. РФ №2019288, кл. В01J 20/20, C01A 31/16, опубл. 15.09.94).

Недостатком известного способа являются большие энергозатраты на стадии термообработки.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения хемосорбента, включающий пропитывание гранул угля раствором хлористого никеля, сушку, термообработку и рассев гранул, причем активный уголь перед пропитыванием нагревают до 40-60°С, после пропитывания продукт вылеживают в течение 2-4 часов при температуре 25-35°С, а термообработку ведут при 80-115°С со скоростью подъема температуры 2-5°С/мин, причем количество введенного хлористого никеля составляет 25-35% масс, а суммарный объем пор активного угля составляет 0,85-1,2 см³/г (см. пат. РФ №2237513 кл. В01J 20/20, С01В 31/08, опубл. 10.10.2004). Недостатком прототипа является низкое время защитного действия по аммиаку.

Техническим результатом (целью) изобретения является повышение времени защитного действия (ВЗД) хемосорбента по аммиаку.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление пропиточного раствора, содержащего соль никеля, пропитывание им гранул активного угля с суммарным объемом пор 0,85-1,2 см³/г, вылеживание и термообработку, отличающимся тем, что пропиточный раствор содержит в качестве соли никеля сульфат никеля и концентрированную серную кислоту в мольном соотношении 1,0÷(0,9-1,2), при этом пропиточный раствор нагревают до 70-80°С, а вылеживание осуществляют в течение 0,5-1,5 часа при комнатной температуре. При этом содержание сульфата никеля в готовом продукте должно быть в интервале 20-24% масс.

Отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что пропиточный раствор содержит в качестве соли никеля сульфат никеля и концентрированную серную кислоту в мольном соотношении 1,0÷(0,9-1,2), при этом пропиточный раствор нагревают до 70-80°С, а вылеживание осуществляют в течение 0,5-1,5 часа при комнатной температуре. Содержание сульфата никеля в готовом продукте должно быть 20-24% масс.

Из научно-технической и патентной литературы авторам не известен способ получения хемосорбента, в котором пропиточный раствор содержит в качестве соли никеля сульфат никеля и концентрированную серную кислоту в мольном соотношении 1,0÷(1,0-1,2), при этом пропиточный раствор нагревают до 70-80°С, а вылеживание осуществляют в течение 0,5-1,5 часа при комнатной температуре. Содержание сульфата никеля в готовом продукте должно быть 20-24% масс.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Необходимость повысить время защитного действия хемосорбента по аммиаку может прогнозироваться в направлении повышения кислотных свойств сорбента, т.к. аммиак и аммиачные растворы обладают щелочной реакцией.

Использование сернокислой соли никеля за счет более сильной кислотности анионной группы может дать положительный эффект. С другой стороны, введение в рецептуру пропиточного раствора концентрированной серной кислоты позволяет повысить содержание кислотных групп на поверхности транспортных мезо- и макропор, что должно благоприятно сказаться на поглощении аммиака. Однако соотношения мольных объемов сульфата никеля и серной кислоты, а также технология введения могут быть установлены только экспериментально.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Берут активный уголь с суммарным объемом пор 0,85-1,20 см³/г с прочностью не ниже 80% по ГОСТ 16188-70. Затем готовят пропиточный раствор в следующей последовательности: в дистиллированную воду добавляют концентрированную серную кислоту и нагревают полученный раствор кислоты до 70-80°С. Затем добавляют соль сульфата никеля (II), обеспечивая мольное соотношение соли и кислоты 1,0÷(0,9-1,2). Пропитывание осуществляют объемом раствора, равным 0,8-1,0 суммарного объема пор активного угля. Вылеживание пропитанного угля проводят на противнях в течение 0,5-1,5 часа при температуре 25-35°С, а затем осуществляют термообработку во вращающейся электропечи, в печи шкафного типа или в ином аппарате при температуре 110-120°С со скоростью подъема температуры 5-10°С/мин.

Готовый продукт выгружают, охлаждают до комнатной температуры и рассеивают с выделением требуемой фракции. Содержание сульфата никеля в готовом продукте составляет 20-24% масс.

Испытание готового продукта проводят в следующих условиях по методике МИ 04838763-016-2017:

Концентрация аммиака 5 мг/л;

Удельная скорость газовоздушного потока 0,5 л/мин-см²;

Длина слоя 3,0 см;

Время защитного действия хемосорбента по предлагаемому способу составило 50-60 минут.

Пример 1. Берут активный уголь марки МеКС ТУ 2568-302-04838763-2007 с суммарным объемом пор 0,9 см³/г в количестве 1 кг; затем готовят пропиточный раствор в следующей последовательности: в дистиллированную воду добавляют 1,76 моля концентрированной серной кислоты и нагревают полученный раствор до 70°С; далее в нагретый раствор добавляют 1,6 моля соли сульфата никеля (II) и перемешивают раствор до полного растворения соли, обеспечивая мольное соотношение соли и кислоты 1,0÷0,9. Пропитку осуществляют объемом раствора, равным 0,8-1,0 суммарного объема пор активного угля. Вылеживание пропитанного угля проводят на противнях в течение 0,5 часов при комнатной температуре, а затем осуществляют термообработку во вращающейся электропечи или печи шкафного типа при температуре 110-120°С со скоростью подъема температуры 5-10°С/мин.

Готовый продукт выгружают, охлаждают до комнатной температуры и проводят определение ВЗД по аммиаку.

ВЗД по аммиаку у хемосорбента, полученного по примеру 1, составило 50 минут.

Пример 2. Осуществление процесса проводят как в примере 1, за исключением того, что используют активный уголь СК-2 ТУ 20.59.54-510-04838763-2022 с суммарным объемом пор 0,9 см³/г, а для приготовления пропиточного раствора в дистиллированную воду добавляют 1,6 моля сульфата никеля (II), а количество концентрированной серной кислоты берут 1,92 моля, обеспечивая соотношение соли и кислоты 1,0÷1,2. Вылеживание проводят в течение 1,5 часа, при этом готовый продукт содержал 24% масс, сульфата никеля.

ВЗД по аммиаку хемосорбента, полученного по примеру 2, составило 55 минут.

Пример 3. Осуществление процесса проводят как в примере 1, за исключением того, что берут активный уголь СК-2 с суммарным объемом пор 1,1 см³/г, а для приготовления пропиточного раствора берут 1,6 моля сульфата никеля (II), а количество концентрированной серной кислоты берут 1,76 моля, обеспечивая соотношение соли и кислоты 1,0÷1,0. Вылеживание осуществляют в течение 1 часа. Готовый продукт содержал 22% масс сульфата никеля.

ВЗД по аммиаку хемосорбента, полученного по примеру 3, составило 60 минут.

Хемосорбент, полученный по прототипу (пат. РФ №2237513) имел ВЗД по аммиаку 30 минут, что в 1,5-2 раза ниже, чем в предлагаемом способе.

Подбор соотношения раствора сульфата никеля и серной кислоты показал, что при соотношении ниже, чем 1:0,9, недостаточное количество анионных групп SO₄^2-, образующихся на внешней поверхности гранул, что снижает ВЗД. А при соотношении выше, чем 1:1,2 идет, блокировка микропористой структуры активных углей избыточными анионами SO₄^2-, что снижает адсорбционную компоненту ВЗД.

Если пропиточный раствор нагреть ниже 70°С, то ионы никеля медленно диффундируют на поверхности транспортных пор и существенно увеличивается время вылеживания, а при температуре выше 80°С начинается интенсивное испарение воды, что приводит к уменьшению объема пропиточного раствора, а, следовательно, ухудшению его распределению на поверхности транспортных пор, что в обоих случаях снижает ВЗД по аммиаку.

Относительно времени вылеживания установлено, что, если оно составляет менее 0,5 часа, пропиточный раствор не успевает впитаться в поры угля, что приводит к снижению ВЗД по аммиаку. А при повышении времени вылеживания больше 1,5 часов необоснованно увеличивается время технологического процесса.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристик заявленного технического решения.

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано в процессах очистки отходящих промышленных газов или в средствах защиты органов дыхания. Способ получения хемосорбента включает приготовление пропиточного раствора, содержащего соль никеля, пропитывание им гранул активного угля с суммарным объемом пор 0,85-1,2 см³/г, вылеживание и термообработку. Пропиточный раствор содержит в качестве соли никеля сульфат никеля и концентрированную серную кислоту в мольном соотношении 1,0÷(0,9-1,2). Пропиточный раствор нагревают до 70-80°С, а вылеживание осуществляют в течение 0,5-1,5 часа при комнатной температуре. Содержание сульфата никеля в готовом продукте должно быть в интервале 20÷24% масс. Изобретение позволяет повысить время защитного действия (ВЗД) хемосорбента по аммиаку. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ получения хемосорбента, включающий приготовление пропиточного раствора, содержащего соль никеля, пропитывание им гранул активного угля с суммарным объемом пор 0,85-1,2 см³/г, вылеживание и термообработку, отличающийся тем, что пропиточный раствор содержит в качестве соли никеля сульфат никеля и концентрированную серную кислоту в мольном соотношении 1,0÷(0,9-1,2), при этом пропиточный раствор нагревают до 70-80°С, а вылеживание осуществляют в течение 0,5-1,5 часа при комнатной температуре.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание сульфата никеля в готовом продукте должно быть в интервале 20÷24% масс.