Способ очистки инертных газов от кислорода Советский патент 1985 года по МПК B01D53/14 

I Изобретение относится к получени и очистке инертных газов и азота и может быть использовано в лаборатор ных и промьшшенных условиях. Известны способы очистки инертных газов и азота от кислорода путем пропускания газа через раствор восстановителя, окисляющегося кисло родом, fi качестве .восстановителей для поглощения кислорода используют пирогаллол, триацетилгидрохинон, дитионит и некоторые другие ij . Недостатком данных способов является необратимость окислений используемых восстановителей и, еледовательно, их непрерывный расход ипи поглощение кислорода из газовой смеси. Такие способы требуют периодической замены отработанного (окис ленного) раствора восстановителя. В связи с этим способы находят прим нение лишь в лабораторной практике и не могут бьггь внедрены в промышленность. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и дости аемому результату является способ очистки инертных газов от кислорода включающий пропускание юс через водный раствор обратимо окисляющего ся органического реагента из группы гидрохинонов, содержащего также хиноны и гидразицы, восстанавливающие хиноны до гидрохинонов 2J. Известный способ обеспечивает остаточное содержание кислорода в газах порядка об.%. Целью изобретения является снижение, остаточного содержания кислорода. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу очистки инертных газов от кислорода, включа ющему пропускание их через водный раствор обратимо окисляющегося ор; ганическо о реагента и восстановление последнего, в Качестве органиче кого реагента используют восстановленную форму дигалогенида виологе. на, а восстановление его ведут элек трохимическим способом. Предпочтительно использовать дигапогенид метипвиологена или бензнл виологена с концентрацией 1:10 5:10 моль/л. Технология способа заключается в следующем. 52 В электролизере с разделенными катодным и анодным пространствами производят восстановление метилвиологена. Катодное пространство, в котором образуется восстановленная форма метилвиолoreна, является одновременно абсорбером. Инерт,ный газ (или азот) с примесью кислорода барботируют через катодное пространство электролизера, где происходит химическое взаимодействие кислорода с восстановленным метилвиологеном. Стационарную концентрацию восстановленной формы метилвиологена поддерживают путем проведения электролиза. Эффективное перемешивание в электролизере достигают путем барботажа инертного газа в непосредственной близости от катода. Пример 1. Для высокой степени очистки инертных газов (или азота) от примеси кислорода в лабораторных условиях используют устройство, в котором катодное пространство электролизера отделено от анодного пространства стеклянной диафрагмйй,.. Электролизер изготовлен из стекла. Катод и анод изготовлены из свинца. В электролизер напивают водный раствор метилвиологена дихлорида 10 М через герметично закрывающиеся горловины. К электродам прикладывают постоянное напряжение (2-3 В), достаточное для электролитического восстановления метилвиологена. При потенциале катода (-0,8 - (-0,9) В относительно нормального капомельно- го электрода происходит восстановление метилвиологена. Достижение необходимо для восстановления метилвиоло17ена потенциала катода и, следовательно, напряжения на электролизере контролируют по появлению синей окраски, характерной для восстановленной формы метилвиологена. Электролиз проходит при плотности тока 1мА/см (величина плотности тока существенно зависит от режима перемешивания раствора потоком газа и.не является определяющей для данного процесса). Подают инертный газ (аргон)., содержащий примесь кислорода в количестве 1 ПО об.% со ско. ростью 1 мл/с в катодное пространство. Очищенный газ содержит l.ilCT об.% 02. Таким образом концентрация кислорода в инертном газе уменьшена на два порядка. Эффек3тивной очистки достигают через 2030 мин после включения электролиза, когда достигают стационарной концентрацни восстановленного метилвиологена 8«10 моль/л в катодном пространстве. Затем процесс продолжается в стационарном режиме неогра ниченно долго. Пример 2. Проводят в условиях примера 1, используют раствор бензилвиологена дихлорида в ронцен трации 1 , 10 М,-Редокс-потенциал бензилвиологена Е -0,63 В относительно нормального каломельного электрода. Восстановление данного в ологена начинается при потенциале катода на 0,1 В менее отрицательном, чем в случае метилвиологена. Процесс электрохимического восстановления бензилвиологена протекает при напряжении на электролизере 2-3 В, так же как для метилвиологена. Все операции процесса и их режимы такие же, как в примере 1. Сте пень очистки инертного газа от кисл рода такая же, как при использовани метилвиологена. П р и м е р 3. Проводят в условиях примера 1, используют растворы метилвиологена дийодида или бензилвиологена дийодида в концентрациях 1;10 М. Получены результаты, идентичные примеру 1. Показано, что добавки к растворам солей нитрата, сульфага, фосфата, карбоната, перхлората и ацетата натрия в концентрации I.IO М не влияют на электро химическо.е восстановление метилвиологена и бензилвиологена и степень очистки инертных газов от кислорода Следовательно, виологены могут быть испсшьзованы в виде различных солей содержащих различные анионы. Пример 4. Концентрация рас твора виологена может варьироваться в широких пределах от 1:10 М.Однако оптимальная концентрация виологена составляет .10. При этих концентрациях дости гается достаточно высокая концентра25 . 4 ция восстановленной формы виологена, обеспечивающая высокую степень очистки инертного газа от кислорода. При концентрации метилвиологена i (аналогично бензилвиологена) 1«1СГ М снижается концентрация восстановленной формы виологена. Это приводит к снижению степени очисткиинертныхгазов от кислорода примерно в 1020 раз при концентрации кисл орода в исходном газе меньше 1 %, а при концентрации кислорода больше 1% де.пает очистку невозможной в результате быстрого реокисления всего восстановленного виологена. При концентрациях IlO - 140 М на катоде происходит образование кристаллов восстановленной формы виологена, что снижает эффективность электрохимического восстановления виологена. Хотя при этом эффективность очистки инертного газа от кислорода не снижается, процесс приводит к образованию кристаллов восстановленного виологена, не участвующих в процессе очистки. Предлагаемый способ позволяет снизить остаточное содержание кислорода в аргоне или гелие на два три порядка при однократной очистке. Предельно достигаемая концентрация кислорода около 10 моль/л. Однако способу присущи низкие энергозатраты. При напряжении на электд)олизере 2В и расходе четьфех фарадееф (4.96500 к) на 1 моль кислорода требуется 0,3 кВтч/моль электроэнергии для очистки инертного газа. При низком содержании кислорода экономические преимущества возрастают, так как расход электроэнергии пропорционален содержанию кислорода в инертном газе. Способ наиболее выгоден для тонкой очистки инертных газов в лабораторных условиях или в промышленности напоследней стадии очистки, когда содержание кислорода невелико.

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ИНЕРТНЫХ. ГАЗОВ ОТ КИСШОРОДА, включающий пропускание их через водный раствор обратимо окисляющегося органического реагента и восстановление последнего, отличающийся тем, что, с целью снижения остаточного содержания кислорода, в качестве органического реагента используют восстановленную форму дигапогенида виологен, а восстановление его ведут электрохимическим способом. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что используют дигалогенид метилвиологена или бензилвиологена с концентрацией 1 -10 5-ICT моль/л.