Способ очистки газов Советский патент 1990 года по МПК B01D39/00 B01D39/14 

Изобретение относится к способам очистки газов от реакционных соединений, паров воды и тонкодисперсной пыли.

Цель изобретения - повышение степени очистки.

Газовую смесь пропускают через высококремнеземное пористое стекло, получаемое путем выщелачивания в растворах неорганических кислот ликвировавших на- триевоборосиликатных стекол.

Фильтрматериал изготавливается следующим образом.

Высококремнеземное пористое стекло состава, мас.%: Si02 91,5; В20з 7,9; Na20 0,5; А120зО,1 получают синтезом исходного натриевоборосиликатного стекла состава, мас.%: Si02 66,0: В20з 26,2; Na20 6,8; А120з 1,0. Варка этого стекла осуществляется в Горшковой печи периодического действия при 1460-1480°С. Выработка изделий в виде дисков и пластин ведется с помощью пресс-форм. Выработанные изделия помещаются в муфельную печь с равномерным распределением температур. Термообработка осуществляется при 530°С в течение трех суток. После завершения режима изделия отжигаются и охлаждаются при отключении печи.

Выщелачивание проводится в 3N растворе соляной кислоты, температура кислотной ванны 50°С, время выщелачивания трое суток. Промывка пористых изделий осуществляется сначала в проточной, а затем в дистиллированной воде до нейтральной среды. Сушка пористого стекла до влажности 5-7% проводится на воздухе 5- 10ч, затем до влажности 2-3 % в термостате при 200°С 2 ч. Для получения гранул используются изделия, которые в процессе выщелачивания пришли в негодность - треснули, разрушились полностью или частично.

Дробление пористого стекла проводится в шаровой мельнице емкостью 8 л, вес шаров 2,5 кг, навеска стекла 800 г. Оптисл

00

Os

XJ Jb. о

мальное время дробления для получения наибольшего процента выхода пористых гранул размерами 1,5-6,0 мм составляет 4- 5 мин, После дробления проводится си - товой анализ сухим способом. Характеристика гранул, полученных по данному режиму: пористость 30%, размер пор 20-30 А, .насыпной вес 0,85 г/см , максимальная рабочая температура 600°С,

Обязательным условием получения высококремнеземного пористого стекла яв - ляется синтез исходного тариевоборосили- катного стекла со следующим содержанием компонентов, мас.%: SiOz 60-70; В20з 20- 35; Na20 5,0 - 7,9; А120з 0,1-2,0. Стекла таких составов обладают способностью к ликвации, т.е. разделению стекла на две фазы - щелочеборатную и высококремнеземную. Причиной ликвации является изменение координации ионов бора с 3 до 4, так называемая борная аномалия. Таким образом присутствие ВаОз в исходном стекле в указанных количествах - необходимое условие ликвации исходных стекол, которые при химической обработке в растворах неорганических кислот подвергаются выщела- чиванию, т,е. удалению химически нестойкой щелочеборатной фазы.Выщелачивание в растворе кислоты ликвирующего натриевоборосиликатного стекла можно представить схемой

Na

О

О

-р

-B-0-Si-O-Si-O-Na + HCI

стекло

раствор

Н

I

О О 1 I -B-O-Sl-O-Si-H + NaCI.

стекло

раствор

В зависимости от состава исходного стекла и режимов его термической обработки состав оставшейся после выщелачивания высококремнеземной фазы изменяется в следующих пределах, мас.%; Si02 88-96; 3,5-10,5; Na20 0,1-1,0; А120зО,1-0,8, а на месте щелочеборатной фазы остаются поры. Высокое содержание кремнезема ( 88%) в пористых стеклах является очень важным фактором, так как обуславливает .химическую устойчивость материала в нейтральных и кислых средах, а также большую «омостойкость (900-1000°С), высокую рабочую температуру (600°С) и механическую прочность.

Присутствие В20з в пористых стеклах (3,5-10,5) повышает адсорбционную способность, так как в силу гетерогенного состава внутренняя поверхность этого материала отличается высокой полярностью. Наличие в структуре тонкодисперсного кремнезема, остающегося после

0 выщелачивания легкоплавкой фазы, также увеличивает сорбционную емкость и фиксирующие свойства пористых стекол.

Высококремнеземные пористые стекла представляют собой губчатую структуру с

5 непрерывной системой каналов, характеризуемые достаточно узким распределением пор по размерам (пористые стекла занимают промежуточное положение между сили- кагелями и цеолитами), развитой

0 внутренней поверхностною (100-200 , объемом пор 0,2-0,4 , большой адсорбционной способностью, обусловленной полярностью внутренней поверхности и наличием микропор, задерживающих жидко5 сти капиллярными силами.

На чертеже представлен график типичных кривых распределения пор по размерам для двух пористых стекол.

Разброс пор по размерам не превышает

0 +10 А (для 30 А) и + 20 А (для 90 А). В случае увеличения размера основных пор 20 А в стекле всегда присут :твует незначительное количество пор 20 А. Именно эти обстоятельства (узкое распределение пор по раз5 мерам и наличие мелких пор, т.е. нижний диапазон размеров пор)делают возможным очистку отходящих газов, кроме пыли, от реакционных газообразных окислов и паров воды.

0 Применение стекла с размерами пор менее20 А нецелесообразно из-за технологической сложности получения таких сте кол, а увеличение размера пор более 99 А уменьшает эффективность очистки в силу

5 уменьшения размера внутренней поверхности.

В табл. 1 показана зависимость степени очистки от химического состава стекла, размера и объема пор.

0Через фильтрующий материал пропускают реакционные газы, тонкодисперсная пыль и пары воды с концентрацией 0,8 г/нм химического состава, мае. %; СО 54; С0215; S02 15; Р20510; 022;Н22;

5 Н20 2. Имеющее малый размер пор и химически активную внутреннюю поверхность пористое стекло, в отличие от применяемых в известном способе материалов, практически полностью поглощает и химически связывает оксиды металлов и пары воды, а

также реакционные оксиды. Особенно важно улавливание таких газов, как S02, Р205 СО и С02, которые в силу своей химической активности разрушают приборы и оборудование, выводя из строя системы автоматического регулирования процесса вакуумирования стали.

В табл. 2 представлены данные по очистке от пыли и реакционных оксидов смеси газов, пыли и паров воды, получающейся при вакуумировании стали.

Предлагаемый способ очистки газов универсален в своей технической основе и может найти применение в стекловарении для пароэжекторных насосов вакуумагоров металла и в других областях машиностроения и промышленных производств.

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить степень очистки газов за счет сильно развитой химически активной в)утренней поверхности высококремнеземных пористых стекол и увеличить производительность за счет применения фильтрующего материала в виде гранул. Способ позволяет также увеличить срок-службы фильтра и надежность работы что обеспечивается применением каркаса из прочного материала - металла, кроме того, фильтрующий материал имеет высокие эксплуатационные характеристики рабочие температуры до 600°С практически без изменения структурных характеристик что позволяет очистить отходящие газы в горячем состоянии без предварительного охлаждения: химическая устойчивость в кислых и нейтральных средах, что дает возможность уловить окислы, дающие при соединении с парами воды кислоты.

Фильтрующий материал легко очищается. Чистка фильтра из пористого стекла в виде гранул осуществляется не чаще одного раза в м§сяц, при этом количество плавок стали не менее 500, После кипячения в воде (соотношение обьемов вода - стекло 10-1) в течение 20-30 мин, затем сушки на воздухе 2-3 ч и в термостате при 200°С в течение двух часов гранулы стекла снова пригодны для использования. Кроме того, фильтрующий материал доступен в силу использования отходов производства (в отличие от прессуемой и обжигаемой при высоких темЦП

5а

пературах высокоглиноземной керамики), выдерживает большие механические нагрузки, перепады температур и давлений.

Увеличение производительности способа очистки достигается за счет применения фильтрующего материала в виде гранул размерами 1,5-6,0 мм. Применение гранул менее 1,5 мм нежелательно из-за появления пыления стекла, а использование гранул более 6 мм снижает величину отношения развитой контактной поверхности стекла к его обьему, что приводит к уменьшению производительности.

Производительность предлагаемого фильтра, оцениваемая по проницаемости

20

воздуха, составляет 480 - 190

о

атм см -с

в то время, как проницаемость по воздуху пластин из спеченного стекла (фильтров Шотта) в аналогичных условиях на шесть 25 порядков ниже и составляет

0,2 -0,3

1 о - -Я5

см

. Увеличению

атм -см -с производительности способствует также одновременная очистка газов от пыли за счет фильтрации по каналам между частицами стекла; от газов и паров за счет фильтрации через поры диаметром 20-99 Д.

35

Формула изобретения

Способ очистки газов от реакционных- соединений, водяных паров и тонкодисперсной пыли путем пропускания газовой сме- си через зернистый пористый материал с обьемом пор не менее 0,1 . включающий окислы кремния, алюминия и натрия отличающийся тем, что, с целью увеличения степени очистки, в качестве зер- нистого пористого материала берут высоко- кремнеземн ое пористое стекло с размером пор 20-99 А, имеющее следующий состав мас.%:

0288-96

,5-10,5

№200,1-1,0

А120з0,1-0,8

Таблица 1

Изобретение относится к способам очистки газов в системах автоматического управления процессами варки стекла, плавки стали и т.д. и может быть использовано для очистки контролируемых газов от включений пыли, реакционных газов и водяных паров. Целью изобретения является увеличение степени очистки. Цель достигается путем пропускания газовой смеси через высококремнеземное пористое стекло с объемом пор не менее 0,1 см 3/г, размером пор 20-99А, имеющее следующий состав, мас.%: SIO 2, 88-96

B 2O 3 3,5-10,5

NA 2O 0,1-1,0

AL 2O 3 0,1-0,8. Степень очистки от реакционных соединений и воды достигает 99,7%, от пыли - 100%, в то время как прототип имеет те же показатели, равные соответственно 84,5% и 3-5%. 1 ил., 2 табл.

Таблица 2

Т

150 ЖА