Способ улавливания аммиака Советский патент 1993 года по МПК B01D53/02 B01D53/34 

Предлагаемое изобретение относится к области очистки сбросных технологических газов в химической, цветной металлургии и других отраслях промышленности, занимающихся получением и использованием аммиака и солей аммония

Необходимость поиска новых химических поглотителей обусловлена ужесточением требований к выбросам вредных химических веществ в атмосферу и необходимостью повышения эффективности их использования в технологическом цикле.

Для выделения аммиака из газовых смесей применяютметодь конденсации, абсорбции и адсорбции. Методы конд нсации не обеспечивают требуемого снижения содержания аммиака в сбросных газа, а методы абсорбции слишком сложны и многостадийны. В связи с этим в последнее время уделяют большое в имание разработке методов улавливания аммиака с помощью различных твердых сорбентов.

Известно, что в качестве поглотителей аммиака могут быть использованы активированный уголь, активная окись алюминия, силикагели, цеолиты, дигидраты кислыхтрифосфатов металлов, улавливание аммиака на которых основано на физической сорбции.

Известные данные по равновесной адсорбции аммиака на активированных углях различных марок показывают, что из промышленных углей наибольшей равновесной емкостью (0,016 г/г) при температуре 25°С обладает уголь марки СКТ. Низкая величина емкости углей приводит к необходимости установки большого количества адсорберов и частого проведения циклов сорбции-десорбции, что приводит к значительным эксплуатационным затратам.

В промышленной практике в качестве сорбента для поглощения аммиака применяют силикагель. Его недостатком является низкая равновесная емкость, равная 0,044 г/г при температуре 25°С и исходном давлении аммиака 5 мм рт.ст. (Тишин Ю.Г.; Румянцев О.В. Ж.Х.П, 1975 г, с. 754 - 756).

Тем же недостатком характеризуется активная скорость алюминия, ее равновесная емкость по аммиаку равна около 0.03 г/г. Емкость указанного сорбента возрастает до 0,04 - 0,06 г/г при пропитке его хлоридами кобальта, цинка, никеля, марганца и

СО

С

vj

00

ел о

5

железа (Ефремов А,И., Анохин В.Н. Труды МХТИ, 1972, вып.69, с. 263-265), однако это приводит к значительному усложнению процесса приготовления сорбента и не исключает возможности загрязнения сточных. вод сильно токсичными металлами, применяемыми в качестве добавок к поглотителю.

Равновесная емкость цеолитов различных марок при температуре 25°С и давлении аммиака 5 мм рт.ст. равна 0,070 - 0,115 г/г, а динамическая емкость цеолита NaX равна 0,042 - 0,044 г/г. Недостатком способа является снижение емкости сорбента после нескольких циклов сорбции-десорбции (до 70% от первоначальной величины); фактическая равновесная емкость его равна около 0,08 г/г, а динамическая емкость - около 0,03 г/г. Другим недостатком является высокая температура десорбции аммиака (300 - 350°С), что приводит к значительным энергозатратам.

Улавливание аммиака из газов возможно осуществить при контакте с твердым адсорбентом - кислой солью состава Me Н2РзОю 2Н20 (где Me - Mn, Fe, Ga, Al). Емкость указанного поглотителя зависит от продолжительности контакта и составляет: при времени контакта 8-15 мин - 0,02 г/г, при времени контакта 1 - 2 ч - 0,06 - 0,10 г/г и при времени контакта 8 - 10 ч - 0,17 - 0,23 г/г.

Способ улавливания аммиака на дигид- ратах кислых трифосфатах металлов принят в качестве прототипа.

Недостатками способа являются;

большое время контакта газа с поглотителем (от 8 мин до 10 ч);

уменьшение емкости поглотителя (от 0,2 до 0,02 г/г) при сокращении времени контакта;

использование поглотителя в порошкообразном виде и обусловленная этим трудность осуществления процесса в многократных циклах сорбции-десорбции аммиака. Указанные недостатки затрудняют использование метода в реальных динамических условиях, так как даже при времени контакта газа с сорбентом, равном 8-15 мин, объем адсорберов будет очень большим.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Были проведены поисковые исследования по применению в качестве сорбентов гидрофторидов щелочных и щелочноземельных металлов, имеющих в своей структуре фтористый водород. Гидрофториды ранее не применялись в качестве поглотителей.

Результаты исследований оказались положительными. Установлено, что фтористый водород, входящий в структуру гидрофторидов, химически реагирует с газообразным 5 аммиаком с образованием фторида аммония:

NaFHF+NH3 NaF + NH4F(1)

KFHF + + NH4F(2)

LiFHF + NH3 LiF + NH4F(3) 0 BaF2HF + + NH4F (4)

Наиболее удобным из гидрофторидов для практического применения оказался гидрофторид натрия (NaFHF). Он, в отличие от гидрофторидов лития и бария,, является 5 термостабильным при температуре 25 - 100°С, а в сравнении с гидрофторидами калия, рубидия и цезия является негигроскопичным. Гидрофторид натрия изготовляется промышленностью в гранулированном виде 0 в качестве промежуточного продукта при производстве высокопсфистых гранул фторида натрия.

При использовании гидрофторидов щелочных и щелочноземельных металлов 5 сбросные технологические газы, содержащие аммиак, направляют в адсорбер с гранулированным или порошкообразным сорбентом, в котором осуществляют процесс улавливания при температуре 25°С, 0 времени контакта 30 с и удельном расходе газов 0,1 - 0,2 нл/см2 мин.

Достоинством предлагаемого способа по сравнению с прототипом является:

более высокая емкость в статических и 5 динамических условиях ;

малое время контакта (30 с).

Предлагаемый способ позволяет осуществить малоотходный вариант обезвреживания сбросных газов, содержащих 0 аммиак. Он может быть использован как при производстве аммиака для его регенерации из отводящих газов, так и при использований аммиака и солей аммония в различных технологических процессах. 5 Пример. Газовую смесь, содержащую азот и аммиак, подают в поглотительную колонну, в которую на ложное дно предварительно загружают требуемое количество гидрофторидов щелочных или щелочнозе- 0 мельных металлов. Пропущенную через колонну газовую смесь анализируют на содержание аммиака. Данные об улавливании аммиака представлены в таблице.

Данный способ улавливания аммиака 5 позволяет увеличить эффективность процесса за счет роста емкости адсорбента в условиях высокой скорости пропускания газа и малого времени контакта газа с адсорбентом. Емкость адсорбента по сравнению со способом-прототипом увеличивается в

динамических условиях в 2 - 5 раз, соответственно снижается расход адсорбента, увеличивается межгенерационный период работы и снижаются энергозатраты на газоочистку.

Формула изобретения Способ улавливания аммиака из газов при контакте с твердым адсорбентом, представляющим собой кислую соль, отличающий с я тем, что, с целью повышения эффективности и улавливания в динамических условиях за счет увеличения емкости адсорбента, в качестве кислой соли используют гидрофториды щелочных и щелочноземельных металлов.

Использование: очистка сбросных технологических газов в химической промышленности, цветной металлургии и т.п. Сущность изобретения: газы контактируют с твердым адсорбентом - гидрофторидом щелочного или щелочноземельного металла. 1 табл.

Улавливание аммика гидрофторидами щелочных и щелочно-земельных металлов

/х Исследования роводили Q статических условиях