ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЙ ТВЕРДЫЙ СОРБЕНТ СЕРОВОДОРОДА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК B01J20/06 B01J20/04 B01J20/30 B01D53/04 B01D53/52 

Изобретение относится к очистке промышленных газов от сероводорода с использованием твердого сорбента, и может быть использовано, в частности, в коммунальном хозяйстве для очистки канализационных вентиляционных выбросов.

Известны различные твердые сорбенты для очистки газов от сероводорода.

Твердые сорбенты, содержащие оксиды железа и марганца, получаемые из железомарганцевых руд (Патент RU 2381832, 2009) или отходов станций водоподготовки по очистке воды от железа (Патент RU 2540670, 2013) обладают высокими сорбционными свойствами, но требуют сложного производства, включающего добычу руды или обработку ультразвуком. Сорбенты на основе угля с хемосорбционными добавками, такими, как хлорное железо и сернокислой меди (Патент RU 2572144, 2014) так же сложны в производстве, так как требуют условий, что бы в технологии закрепления сорбционных добавок на углеродной матрице с одной стороны не происходило блокирование мелкопористой структуры угля, с другой стороны эффективно осуществлялась хемосорбция и комплексообразование.

Известны промышленные сорбенты, например, каталитическая загрузка Ferrosorp®S, являющаяся торговой маркой немецкой компании P.U.S. (Production and Environmental Services) GmbH, (дочерняя компания HeGoBiotec GmbH, De.) Сорбент Ferrosorp®S содержит гидроксид железа (III). Принцип работы каталитической загрузки основан на взаимодействии гидроксида железа (Fe(ОН)₃) с сероводородом (H₂S). В результате взаимодействия газовой среды с загрузкой образуется нерастворимый сульфид железа (Fe₂S₃) и вода. Несмотря на то, что коммерческий продукт имеет высокую сорбционную емкость (нагрузку по сероводороду) 265-710 мг H2S на кг твердого сорбента и имеет коммерческий успех, разработка дешевого и простого в производстве сорбента является актуальной задачей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сорбент сероводорода и способ его получения, описанный в патенте (Патент RU 2073562, 1997). Сорбент на основе оксигидрата железа получают осаждением в виде гидрогеля путем взаимодействия соли железа (хлорное железо (III)) со щелочью (гидроксид аммония) в присутствии органического вещества - нитрилтриметилфосфониевой кислоты (марки IS), выдерживанием, фильтрацией и последующими сушкой и гранулированием. Недостатком изобретения является использование дорогостоящих реагентов, таких как нитрилтриметилфосфониевая кислота (марки IS).

Задачей предлагаемого изобретения является получение железосодержащего твердого сорбента с высокой сорбционной емкостью для очистки газов от сероводорода, в первую очередь канализационных вентиляционных выбросов.

Технический результат заключается в получении сорбента, обладающего высокой сорбционной емкостью, и упрощении его способа получения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения гранулированного сорбента, включающего смешение исходных компонентов, гранулирование, сушку и прокаливание, используют компоненты, такие как хлорное железо FeCl₃ и гашеная известь Са(ОН)₂, или негашеная известь СаО, или сода NHCO₃, а так же в качестве носителя гидроксида железа смесь мела СаСО₃, гипса CaSO₄, бентонитовой глины, для создания более пористой структуры сорбента с целью увеличения площади поверхности загрузки для более эффективного удаления сероводорода.

Способ осуществляется следующим образом.

Порошки гипса CaSO₄, мела СаСО₃, гашеной извести Са(ОН)₂, или негашеной извести СаО, или соды NaHCO₃, помешаются в емкость и проводят их смешивание. После получения однородной массы из порошкообразных компонентов в емкость при интенсивном перемешивании подается раствор хлорида железа (III) FeCl₃. Протекание реакций сопровождается увеличением смеси по объему в 5-7 раз с выделением углекислого газа и тепла. В момент реакции необходимо постоянное перемешивание, чтобы обеспечить реакцию всего объема компонентов одновременно. После добавляется бентонитовая глина и смесь гранулируется на шнековом или дисковом грануляторе (или экструдере) с получением гранул с диаметром 2-10 мм. Смесь имеет ориентировочно влажность 23-25%. Далее гранулы высушиваются до влажности 5-10% и прокаливаются при температуре в диапазоне 400-700°С.

Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение, но никоим образом, не ограничивают его область.

Пример 1. Навески порошков гипса CaSO₄, мела СаСО₃, негашеной извести СаО по 1 кг смешивают в пластиковой емкости на 20 л при комнатной температуре. После перемешивания до однородного состояния в смесь добавляют 1,5 л 40%-ного раствора хлорида железа FeCl₃ и 0,3 л воды, тщательно перемешивая. В течение 5 минут происходит бурная реакция с выделением тепла (нагревание емкости до 50-60°С) и увеличением объема смеси до 18-20 л. Через 5 минут смесь остывает, уменьшается в объеме в 2-3 раза. Далее при перемешивании добавляют бентонитовую глину в виде муки до 3-30%) по объему. Полученный материал представляет собой твердый пористый материал коричневого цвета. Его пропускают через фильеры диаметром 5 мм и получают гранулы. Гранулы подсушивают при температуре 50-140°С до влажности 5-10%. Прокаливание проводят в диапазоне температур 400-700°С в течение не менее 1 часа. При прокаливании при температуре 600-700°С целесообразно нагревать гранулы постепенно в две стадии, сначала при температуре 400-450°С в течение 0,5-0,75 часа, затем при температуре 600-700°С в течение не менее 1 часа. Внешний вид гранул полученного сорбента представлен на рисунке (чертеже).

Пример 2. Проводится аналогично примеру 1, за исключением того, что вместо 1 кг негашеной извести СаО добавляют 1,3 кг гашеной извести Са(ОН)₂, а так же не добавляют воды.

Пример 3. Проводится аналогично примеру 1, за исключением того, что вместо 1 кг негашеной извести СаО добавляют 1,5 кг соды NHCO₃.

Гранулы полученного в примерах сорбента тестировали на способность поглощать сероводород. Динамическая сорбционную емкость сорбента до проскока составила 20-22%, что сравнимо с аналогами.

Основным преимуществом заявляемого способа является простота получения сорбента.

Способ получения сорбента технологичен и легко реализуем, предполагает использование простых компонентов. Сорбент может быть регенерирован продувкой воздухом или кислородом и многократно использован. Это повышает экономическую эффективность очистки газов от сероводорода.

Изобретение относится к очистке промышленных газов от сероводорода. Предложен твердый сорбент, содержащий гидроксид железа (III). Способ получения твердого сорбента включает смешение в емкости порошков гашеной или негашеной извести или соды, а также мела и гипса до однородной массы. К полученной однородной массе добавляют раствор хлорида железа (III) при перемешивании, а после добавляют бентонитовую глину. Смесь гранулируют с получением гранул 2-10 мм, которые высушивают до влажности 5-10% и прокаливают при температуре 400-700°C не менее 1 часа. Группа изобретений позволяет получить железосодержащий сорбент с высокой сорбционной емкостью. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

1. Способ получения твердого сорбента, содержащего гидроксид железа (III), для очистки газов от сероводорода, характеризующийся тем, что порошки гашеной извести Са(ОН)₂, или негашеной извести СаО, или соды NaHCO₃, а также мела СаСО₃ и гипса CaSO₄ помещают в емкость и смешивают, к полученной однородной массе при перемешивании подают раствор хлорида железа (III) FeCl₃, после добавляют бентонитовую глину и смесь гранулируют с получением гранул 2-10 мм, гранулы высушивают до влажности 5-10% и прокаливают при температуре 400-700°С не менее 1 часа.

2. Твердый сорбент для очистки газов от сероводорода, полученный способом по п. 1, содержащий гидроксид железа (III), характеризующийся тем, что он получен путем взаимодействия хлорида железа FeCl₃ с гашеной известью Са(ОН)₂, или негашеной известью СаО, или содой NaHCO₃ с использованием мела СаСО₃, гипса CaSO₄ и бентонитовой глины.