Способ очистки газов
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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5 В 01 0 39/00, 39/14
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4457568/23-26 (22) 17,06.88 (46) 23,08.90. Бюл. ¹ 31 (71) Государствен н ый научно-исследовательский институт стекла (72) Г.Л,Чернышева, А.И.Леликова. Е.В.Соболев, Ю.Ф.Фролов, В.И.Решетов и В.А.Лебедев (53) 628.511.628.512(088,8) (56) Патент Великобритании
¹ 1510272, кл. В 01 О 46/30, 1978, (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ (57) Изобретение относится к способам очистки газов в системах автоматического управления процессами варки стекла, плавки
Изобретение относится к способам очистки газов от реакционных соединений, паров воды и тонкодисперсной пыли.
Цель изобретения — повышение степени очистки.
Газовую смесь пропускают через высококремнеэемное пористое стекло, получаемое путем выщелачивания в растворах неорганических кислот ликвировавших натриевоборосиликатных стекол.
Фильтрматериал изготавливается следующим образом.
Высококремнеземное пористое стекло состава, мас.%: Si02 91,5; В20з 7,9; Na20
0,5; А!20з 0,1 получают синтезом исходного натриевоборосиликатного стекла состава, мас.%: SiOz 66,0; В20з 26,2; МагО 6.8; А!20з
1,0. Варка этого стекла осуществляется в горшковой печи периодического действия при 1460 †14 С. Выработка изделий в виде дисков и пластин ведется с помощью пресс-форм. Выработанные изделия поме„„ Ж„„1586746 А1 стали и т.д. и может быть использовано для очистки контролиремых 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 обьемом пор не менее 0,1 см /г. размером пор 20 — 99
А, имеющее следующий состав, мас.%: %02
88-96; В20з 3,5-10,5; йа20 0,1-1,0; А!рОз
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. щаются 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 иэделий осуществляется сначала в проточной, а затем в дистиллированной воде до нейтральной среды. Сушка пористого стекла до влажности 5 — 7% проводится на воздухе 510 ч, затем до влажности 2-3% в термостате при 200 С 2 ч, Для получения гранул используются иэделия, 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. Опти1586746
15
""Tåкло раствор раствор мальное время дробления для получения наибольшего процента выхода пористых ( гранул размерами 1,5-6,0 мм составляет 45 мин, После дробления проводится ситовой анализ сухим способом, Характеристика гранул, полученных по данному режиму: пористасть 30%, размер пор 20 — 30 А,,насыпной вес 0,85 г/см, максимальная раз бочая температура 600 С, Обязательным условием получения высакакремнеземного пористого стекла является синтез исходного тариевоборосиликатнаго стекла со следующим содержанием компонентов, мас.%: ЭО2 60-70; В20з 2035; Ма20 5,0 - 7,9; А120з 0,1 — 2,0. Стекла таких составов обладают способностью к ликвации, т.е. разделению стекла на две фазь1 — щелочеборатную и высококремнеземную, Причиной ликвации является изменение координации ионов бора с 3 до
4, так называемая барная аномалия. Таким ! образом присутствие В20з в исходном стек-! ле в укаэанных количествах — необходимое условие ликвации исходных стекол, которые при химической обработке в растворах неорганических кислот подвергаются выщелачиванию, т,е, удалению химически нестойкой щелочеборатной фазы. Выщелачивание в растворе кислоты ликвирующего натриевоборосиликатного стекла можно представить схемой йа (О О !
4 — Б — Π— Si — Π— Si — Π— Na+ HCI
Н
О О
1 — —  — Π— Si — Π— Si Í + NaCI. ! стекло
В зависимости от состава исходного стекла и режимов его термической обработки состав оставшейся после выщелачивания высококремнеземной фазы изменяется в следующих пределах, мас.%: SION 88 — 96;
ВзОз 3,5 — 10,5; Ма20 0,1 — 1,0; AlzOg 0,1-0,8, а на месте щелочеборатной фазы остаются поры. Высокое содержание кремнезема (=-88 ь) в пористых стеклах является очень важным фактором, так как обуславливает химическую устойчивость материала в нейтральных и кислых средах, а также большую еомостойкость (900-1000 С), высокую ра20
55 бочую 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 тонкодисперсноro кремнезема, остающегося после выщелачивания легкоплавкой фазы, также увеличивает сорбционную емкость и фиксирующие свойства пористых стекол.
Высококремнеземные пористые стекла представляют собой губчатую структуру с непрерывной системой каналов, характеризуемые достаточно узким распределением пор по размерам (пористые стекла занимают промежуточное положение между силикагелями и цеолитами), развитой внутренней поверхнастьк:: (100-200 м /r), объемом пор 0,"..— - 0,4 см"tr, большой адсорбционной способностью, обусловленной полярностью внутренней поверхности и наличием микропар, задерживающих жидкости капиллярными силами.
На чертеже представлен график типичных кривых распределения пор по размерам для двух пористых стекол, Разброс пор по размерам не превышает
+10 А (для 30 А) и + 20 А (для 90 А). В случае увеличения размера основных пор 20 А в стекле всегда присутствует незначительное количество пор 20 А, Именна эти обстоятельства (узкое распределение пор по размерам и наличие мелких пор, т.е. нижний диапазон размеров пор) делают возможным очистку отходящих газов, кроме пыли, от реакционных газообразных окислов и паров воды, Применение стекла с размерами пор менее 20 А нецелесообразно из-за технологической сложнаСти получения таких сте; кол, а увеличение размера пор более 99 А уменьшает эффективность очистки в силу уменьшения размера внутренней поверхности.
В табл. 1 показана зависимость степени очистки от химического состава стекла, размера и объема пор.
Через фильтрующий материал пропускают реакционные газы, тонкодисперсная пыль и пары воды с концентрацией
0,8 г/нм химического состава, мас. %:
СО 54: СО215; 50215; PzOg10, Oz 2, Н22;
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
1586746 также реакционные оксиды, Особенно важно улавливание таких газов, как S02, Р Оь, СО и COz, которые в силу своей химической активности разрушают приборы и оборудование, выводя из строя системы автоматического регулирования процесса вакууми рования 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 вакууматоров металла и в других областях машиностроения и промышленных производств.
Предлагаемый способ по сравнению с известным поззоляет повысить степень очистки газов за счет сильно развитой химически активной внутренней 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 беэ 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 месяц, при этом количество плавок стали не менее 500, После кипячения в воде (соотношение объемов 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 температурах 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 ме10 нее 1,5 мм нежелательно из-за появления пыления стекла, а использование гранул более 6 мм снижает величину отношения развитой контактной поверхности стекла к его объему, что приводит к уменьшению проиэ15 водител ьности.
Производительность предлагаемого фильтра, оцениваемая по проницаемости нсм . См
20 атм см с г. в то время, как проницаемость по воздуху пластин из спеченного стекла (фильтров
"Шотта") в аналогичных условиях на шесть порядков ниже и составляет з. — 3 нсм см
0,2 — 0,3 10 — . 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 A.
Формула изобретения
Способ очистки газов от реакционных соединений, водяных паров и тонкодисперсной пыли путем пропускания газовой смеси через зернистый пористый материал с
40 объемом пор не менее 0,1 см /г, включающий окислы кремния, алюминия и натрия, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени очистки, в качестве зернистого пористого материала берут высококремнеземное пористое стекло с размером пор 20-99 А, имеющее следующий состав, мас. ь:
SiOg 88-96
В Оэ 3,5-10,5
5ц, Иааф О 0,1 — 1,0
А40з 0,1 -0,8
1586746
Таблица 1
Объемпор,см /r
ЭффективНОСТЬ ФИЛЬтрации,$
Размер пор
Химический состав гранул из пористого стекла, мас, 3102
А!гОз
NazO
ВзОз
Таблица 2
96,0
88,0
95,0
96,0
91,0
88,0
88,0
91,0
95,0
96,5
88,0
88,0
95.0
96,0
88,0
92,0
8 8,5
88,5
96,0
96,5
88,0
91,0
90,0
92,0
88,0
3,6
10,5
4,5
3,6
8,1
10,5
11,8
8,1
4,5
2,5
10,5
1 1,5
3,5
3,6
10,5
7,1
10,5
11,0
3,5
2,5
10.5
7,5
8,2.
6,7
10,5
0,3
1,0
0,4
0,3
0,6
1,0
0,1
0,6
0,3
0,6
1.0
0.4
1,0
0.3
1,0
0,6
0,6
0.4
0,3
0,6
0,7
0,7
1,0
0,5
0,5
0,1
0,5
0,1
0,1
0,3
0,5
0,1
0,3
0,2
0,4
0,5
0,1
0,5
0,1
0,5
0,3
0,4
0,1
0,2
0,4
0,8
0,8
0,8
0.8
1,0
99
21
21
99
98
98
21
98
0,10
0,18
0,21
0,26
0,27
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,18
0,18
0,18
0,26
0,26
0,26
0,27
0,27
0,27
0,27
0,18
0,26
0,10
0,27
0.18
98,9
99,7
99,7
99,7
99,1
98,9
98,8
98,9
98,8
98.7
99,7
99,0
99;6
99,6
99,7
99,7
99,1
98.9
99.1
98,8
99,7
99,6
98,8
99,1
99,0
1586746
750 ЯЛ
Составитель T.×èëèêèíà
Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская
Редактор И,Шулла
Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 2382 Тираж 581 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
