Способ получения фильтрующего материала для горячих газов

 

Изобретение относится к получению фильтрующих материалов для горячих газов и может быть использовано для охлаждения и сепарации потока продуктов сгорания в твердотопливных источниках газа от конденсированных частиц. Цель изобретения - обеспечение газопроницаемости фильтрующего материала в процессе очистки горячего газа. Способ заключается в смешении мелкодисперсных неорганических окислов алюминия, магния, железа или хрома или их смеси с водным раствором орто-фосфорной кислоты концентрацией 80-90%. При этом отношение массовых долей окислов и водного раствора орто-фосфорной кислоты должно лежать в пределах от 0,8 до 1,5. Вводят в пастообразную массу в виде гранул со средними размерами от 0,5 мм до 2,0 мм нерастворимый в воде химический поглотитель тепла, например щавелевую кислоту или дициандиамид. Отношение массы химического поглотителя тепла к массе пастообразной смеси должно находиться в пределах от 0,8 до 2,0. Дозируют полученную смесь в форму, подпрессовывают смесь и нагревают до температуры поликонденсации. Газопроницаемость фильтрующего материала возрастает во время фильтрации в 1,5-2 раза. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН описяник изоьекткния

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4269825/23-26 (22) 03,06,87 (46) 30.09.89. Бюл. II 36 (72) З.Э.Асматуллов, А.М,Коробков, Н,Н.Максимов, Л,Я.Кашпоров, А,А,Горшков, А.В.Корнилов и А,Н,Столяров (53) 66.067(088.8) (56) Акцептованная заявка Японии

У 53-13411, кл. В 01 J 7/00, 1 978.

1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЛЬТРУ1ОЩЕГО

МАТЕРИАЛА ДЛЯ ГОРЯЧИХ ГАЗОВ (57) Изобретение относится к получению фильтрующих материалов для горячих газов и может быть использовано для охлаждения и сепарации потока продуктов сгорания в твердотопливных источниках газа от конденсированных частиц, Цель изобретения — обеспечение газопроницаемости фильтрующего материала в процессе очистки горячего газа, Спо., Изобретение относится к способам получения фильтрующих материалов и может быть использовано для очистки и охлаждения рабочих газов, образуе:мых при горении твердых топлив, Цель изобретения ". .обеспечение увеличения гаэопроницаемости фильтрующего материала в процессе взаимодействия с горячим газом, Пример 1. Мелкодисцерсные . окислы Al О > и Сг О размерами 0 ° 05з. 3

0,5 мм в массовом соотношении 1:1 перемешивают до получения однородной механической смеси. Добавляют орто-

1511 4 С 06 D 5/00, А 62 С )3/22, В 01 D 39/00

2 соб заключается в смещении мелкодисперсных неорганических окислов алюминия, магния, железа или хрома или их смеси с водным раствором ортофосфорной кислоты концентрацией 80-90%.

При этом отношение массовых долей окислов и водного раствора ортофосфорной кислоты должно лежать в преде. лах 0,8-1,5, Вводят в пастообраэную массу в виде гранул со средними размерами 0,5-2.,0 мм нерастворимый в воде химический поглотитель тепла, например щавелевую кислоту или дициандиамид. Отношение массы химического поглотителя тепла к массе пастообразной смеси должно находиться в пределах 0,8-2,0 ° Дозируют полученную смесь в форму, подпрессовывают смесь и нагревают до температуры поликонденсации. Газопроницаемость фильтрую;щего материала возрастает во время . фильтрации в 1,5-2 раза, 1 табл, фосфорную кислоту с концентрацией

85% в массовом соотношении окислы и ортофосфорная кислота 1:1,2 и смешивают до получения однородной пастообразной массы, Далее в пастообраэную массу вводят в виде гранул размерами

0,5-2,0 мм химический поглотитель тепла — щавелевую кислоту (С Н О ). Отношение массы щавелевой кислоты к массе пастообразной смеси должно находиться в пределах 0,8-2,0, Перемешивают гранулы щавелевой кислоты с пастообразной массой до получения однородной смеси с однородныМ распределением гра3 1511255 нул и дозируют полученную смесь в корпус узла фильтрации газогенератора °

Ватам производят подпрессовку смеси в формы при удельном давлении прессо5 вания Р =1-3 МПа, Формы с подпрессованной смесью помещают в термошкаф и выдерживают при 85О С. Время выдержки

30-45 мин. Этой температуры достаточно для реакции поликонденсации:

t=85 С

А1гОэ+СггО +4Н РО + Г НгΠ— 2A1PO„+2CrPO +6HгО+СгНгО .

Щавелевая кислота при этом не претерпевает никаких изменений, так как нерастворима в воде и температура ее разложения (В 150 С) выше температуры поликонденсации.

В результате реакции поликонденсации обраэуетси жесткий пористый кар- 20 кас с химическим поглотителем в порах, Пример 2. Мелкодисперсные окислы MgO и Fe Oз размерами 0,050,5 мм в массовом отношении 1:1 пе- 25 ремешивают до получения однородной механической смеси, Добавляют ортофосфорную кислоту с концентрацией

857 в массовом отношении окислы и ортофосфорная кислота 1:1 и смешива- 30 ют до получения однородной пастообразной массы, Вводят в пастообразную массу химический поглотитель тепла— дициандиамид С М Н в виде гранул размерами 0,5-2,0 мм, устанавливая отношение масс дициандиамида и пастообразной смеси в пределах 0,8-2„0.

Перемешивают гранулы дициандиамида и пастообраэной массы до получении смеси с однородным распределением гра- щ нул и дозируют полученную смесь в корпус узла фильтрации газогенератора. Подпрессовывают смесь при удель-ном давлении прессовании Р =1-3 МПа, Выдерживают подпрессованную смесь при 90 С в течение - 40-50 мин до получения жесткой пористой структуры. При этой температуре протекает реакция поликонденсации:

t=90 С

3Fe 0 +3MgO+4H qPOq +C N H) 50

Fe (РО )г+Мд э(РО )г+6Н О+СгН,,Н, Дициандиамид не претерпевает никаких изменений, так как температура его разложения (207-209 С) выше температуры поликонденсации, Выделение в процессе поликонденсации тепла и воды приводит к образованию сообщающихся каналов в результате выхода паров воды из каркаса, которые соединяют образующиеся между жестким каркасом и гранулами химического поглотителя тепла поры, придавая фильтру "начальную газопроницаемость.

Указанные в примерах 1 и 2 размеры частиц неорганических окислов, концентрация ортофосфорной кислоты и допуск на величину отношения массовых долей окислов и водного раствора ортофосфорной кислоты установлены эмпирически из условия обеспечения полной растворимости неорганических окислов в ортофосфорной кислоте в течение 1 ч до образования пастообразной

МВСС61, Использование растворимых в воде химических поглотителей тепла приводит к растворению их в процессе поликонденсации с последующим вытеканием образующихся растворов за пределы каркаса, Отношение массы химического поглотителя тепла к массе пастообраэной смеси должно находиться в пределах 0,8-2,0. При отношении массы химического поглотителя тепла к массе пастообразной смеси менее 0,8 число сообщающихся пор=,в каркасе резко уменьшается и, как следствие, резко снижается газопроницаемость фильтра.

При отношении массы химического поглотителя тепла к массе пастообразной смеси более 2,0 резко снижается прочность каркаса иэ-эа черезмерно большого количества сообщающихся пор больших размеров, а также снижается чистота отфильтрованного газа.

При соотношении †= 0>8, средШм них размерах гранул химического поглотителя 1 мм и высоте фильтра 1015 мм в примере 1 пористость получаемого ф1лльтра-охладителя составляет

257., а газопроницаемость при избыточном давлении 0,1 МПа — 6 10 м . В процессе генерирования рабочего газа газогенератором газопроницаемость такого фильтра остается примерно постоянной, т,е. массоотвод из пор химического поглотителя и.массоприход в поры мелкодисперсных конденсированных частиц, присутствующих в рабочем газе, примерно одинаковы. При соотЙw,n ношении †- = 2 пористость получае111 м мого фильтра составляет 40-427, а газопроницаемость при том же избыточ5 15112 ном давлении 9 10 м, 1азопронипаемость такого фильтра увеличивается в процессе фильтрации и охлаждения про— n дуктов сгорания до 14 10 м а not

- 5 ристость возрастает до 457, т,е, массоотвод из пор химического поглотителя тепла превьппает массоприход в по— ры конденсированных частиц из газового потока. Фильтр с - — = 0,8 снижаm х.п 10 м ет температуру рабочего газа на 320 С а фильтр с - - "- = 2,0 — на 470 С. В

m о 1 м то же время газопроницаемость извест- 15 ного фильтра, состоящего из последовательной (а не совмещенной, как в заявляемом обьекте) комбинации физический фильтр — химический охладитель, всегда уменьшается в процессе взаимодей- 20 ствия с высокотемпературными продуктами сгорания вследствие уменьшения гаэопроницаемости физического фильтра из-за накопления в его порах мелкодисперсных конденсированных продук- 25 тов горения, От размера пор (или гранул химического поглотителя тепла) зависит прочность и газопроницаемость фильт- рующего материала, При размерах пор (гранул) меньше 0,5 мм происходит резкое снижение начальной газопроницаемости фильтра, что может приводить к повьппению давления в камере сгорания газогенератора и нарушению режима его работы, а также к полной закупорке .фильтра в начальный момент времени мелкодисперсными конденсированными частицами продуктами горения. При размерах пор более 2,0 мм происходит суп;ественное снижение прочности каркаса, в результате чего он может разрушаться под давлением фильтруемого газа, Недостаточна прочность фильтрующего материала и в том случае, когда он не превьппает десяти размеров пор (гранул химического поглотителя тепла) В этом случае снижается также чистота фильтруемых продуктов сгорания, кроме того, происходит быстрое полное разложение гранул химического поглотителя, что снижает эффе.<тивность фильтра как охладителя При высоте каркаса более чем в 50 раз большей размеров гранул химического поглотителя тепла гаэопроницаемость фильтра резко снижается как вследствие уве55 личения гидран1;:.!ескогс сопро гв 1(— ния, так и вслсдс.твие того, что пр грев фильтра нл толщину более 50 рл"-.— меров гранул в начлльнь|й момент в"емени не обеспечивает достижения т"иператур разложения химического поглотителя тепла, Это также приводит к повьппению давления в камере сгорания газогенератора и нарушению режима его работы и даже к полной закупорке фильтра в начальньп момент времени мелкодисперсными конденсированными продуктами горения.

В таблице приведены результаты сравнения параметров фильтра, полученного по известному, а также по предлагаемому способу при испольэова" нии их в твердотопливном газогенераторе на пиротехническом составе, Удельная газопроизводительность топлива 900 см /г при нормальных услоЭ виях, температура в камере сгорания

900 К, содержание конденсированных частиц в генерируемом газе до фильтра 0,15 г/л. В газогенераторе площадь сечения заряда топлива равна площади сечения фильтра и составляет

4,52 см..

В таблице приведены сведения по одному из наилучших по показателяМ варианту иэвестногo фильтра, представляющего собой размещенные между дос таточна жесткими боковыми стенкамисетками с размерами ячеек 0,16 мм слои физического поглотителя — Si0 c .размерами зерен 0,3-0,4 мкм и химического охладителя — частицы YigCO> с размерами гранул .1 мм.

Фильтр, полученный по предлагаемому способу, за счет высокой средней газопроницаемости обеспечивает повьппенную среднюю скорость генерации газа по сравнению с известными фильтрами при одинаковых температуре и чистоте газового потока на выходе из фильтра.

Указанный фильтр позволяет исключить аномальную работу газогенера торов, имеющуюся при использовании традиционных фильтров с уменьшающей» ся во времени газопроницаемостью, приводящей к увеличению давления P u камере сгорания и, соответственно, скорости горения по закону иА-Р4 где А и ) - константы, последнее в свою очередь приводит к росту.давле1511255 ния и так далее до демонтажа газоге нератора, Формула изобретения

ТемпераНачальная и конечная газопроницаеМасса

Объем га"

1 зов, прошедших через фильтр, приводящий к демонта-

5 жу, см

Содержание конденсированной фазы в газообразных продуктах после фильтра

Отношение масс химического поглотителя

Фильтрующий материал заряда, приводящая тура газа на вы- ходе из газогек демонтажу, г мости х10 м тепла и пастообразной массы нератора, К

Предлагаемый

0,8

2,0

0,8

2,0 (0,026 бо,,032 О,, 028

<0 036

ñ0, 032

41 37300

75 67600

43,5 39200

73 65800

20,5 18500

6-6, 2

9-14

6,1-6,4

8,9-13,8

6,2-3,3

-540

-380

-550

Иэв ес тный

Гранулы дициандиамида размерами 1 мм.

Ф МГранулы щавелевой кислоты размерами 1 мм.

Составитель Т,Чиликина

Редактор М.Петрова Техред А.Кравчук Корректор М,Шароши

Заказ 5860/27 - Тираж 341

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета го изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

Способ получения фильтрующего материала для горячих газов, включающий смешение неорганических окислов 10 с нерастворимым в воде химическим поглотителем тепла, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения газопроницаемости фильтрующего материала в процессе взаимодействия с го- 15 рячим газом, в качестве неорганических окислов используют окислы магния, алюминия, железа или хрома или их 1 смесь, которые смешивают с водным раствором ортофосфорной кислоты до отношения массовых долей окислов к ортофосфорной кислоте в получаемой массе 1,0-1,2, в качестве химического поглотителя тепла используют щавелевую кислоту, дициандиамид или салициловую кислоту со средним размером гранул 0 5-2,0 мм при отношении их массовой доли к полученной пасте

0,8-2,0,полученную смесь дозируют в форму до отношения высоты слоя смеси к размерам гранул 10-50 с последующим нагревом смеси до температуры ее поликонденсации.