Химический поглотитель для улавливания фторсодержащих газов

 

Использование: очистка сбросных технологических газов от F₂, HF, Cl₂ и ClF₃. Сущность изобретения: поглотитель содержит, мас. обезвоженный CaSO₄ 30-50, пирит 50 70. Для приготовления поглотителя шихту из CaSO₄ и пирита увлажняют, гранулируют и сушат при 300 320°С. 1 табл.

Изобретение относится к неорганическим поглотителям для улавливания фтора или хлора из газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности для очистки сбросных технологических газов от указанных веществ.

Известно, что в ряде производств для улавливания фторсодержащих газов используют оксид алюминия активный.

Улавливание фтора оксидом алюминия активным сопровождается выделением большого количества тепла и разогревом слоя поглотителя до 1000^оС.

Al₂O₃˙H₂O + 3F₂ ->> 2AlF₃ + H₂O + 1,5O₂ (1) Емкость поглотителя по фтору достигает 0,85 г/г, при этом содержание фтора на выходе из адсорбера не превышает 5˙10^-3 об.

Однако оксид алюминия имеет ряд существенных недостатков, а именно: высокую стоимость; улавливание фторсодержащих газов сопровождается выделением воды (см. уравнение 1), которая является основной причиной спекания сорбента, особенно при высоких концентрациях фтора, и увеличивает коррозию оборудования.

Для улавливания фторсодержащих газов также широко применяют химический поглотитель известковый ХП-И (натронную известь), который представляет собой смесь гидроокисей кальция и натрия и может содержать до 21% свободной влаги. Натронная известь может быть использована для комплексной очистки газов от фторсодержащих компонентов Ca(OH)₂ + F₂ ->> CaF₂ + H₂O + 0,5O₂ (2).

За рубежом натронную известь используют для улавливания фтора, хлора и трифторида хлора. При начальной температуре сорбции 220^оС емкость поглотителя по фтору составляет 0,3 г/г, а концентрация фтора на выходе из адсорбера 1˙10^-5 об.

Несмотря на то, что ХП-И является относительно дешевым поглотителем и позволяет осуществлять комплексную очистку фторсодержащих газов, он имеет следующие существенные недостатки: вода, содержащаяся в ХП-И и выделяющаяся при взаимодействии с фторсодержащими газами (см. уравнение 2), превращает гранулы ХП-И в пастообразную массу, что приводит к забивке поглотительных колонн, преждевременной замене поглотителя, увеличению его расхода и объема образующихся отходов.

Кроме того, выделяющаяся (по уравнениям 1, 2) вода при взаимодействии со фтором и трифторидом хлора при определенных условиях создает опасность взрыва.

Наиболее близким к заявляемому поглотителю является обезвоженный сульфат кальция, применяемый для очистки сбросных технологических газов от фтора [1] при этом вода не выделяется CaSO₄ + 2F₂ ->> CaF₂ + SO₂F₂ + O₂ (3).

Существенными недостатками сульфата кальция являются: непригодность для улавливания хлора и трифторида хлора; низкая емкость по фтору, которая составляет 0,091 г/г.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке поглотителя, пригодного для улавливания как фтора, так и хлора и трифторида хлора и имеющего при этом достаточно большую емкость по фтору и хлору.

Заявляемый химический поглотитель для улавливания фторсодержащих газов, содержащий обезвоженный сульфат кальция, содержит дополнительно пирит при следующем соотношении компонентов, мас.

Обезвоженный сульфат кальция 30-50 Пирит 50-70.

Пирит со фтором взаимодействует с образованием нелетучего фторида железа и шестифтористой серы по уравнению
FeS₂ + 7,5F₂ ->> FeF₃ + 2SF₆ (4).

Шестифтористая сера представляет собой инертный газ, токсичность которого в 166666 раз ниже, чем фтора.

ПДК в воздухе производственных помещений составляет, мг/м³: SF₆ 5000, F₂ 0,03.

С хлором пирит, по-видимому, будет взаимодействовать с образованием нелетучих соединений продуктов присоединения политиохлоридов типа FeCl₃˙2S₃Cl₂, FeCl₃˙2S₄Cl₂.

Заявляемый химический поглотитель обладает следующими преимуществами по сравнению с поглотителем-прототипом:
1. Имеет хемосорбционную емкость по фтору 0,84-1,37 г/г, которая не менее, чем в 9-10 раз, превышает емкость поглотителя-прототипа (0,091 г/г).

2. Позволяет улавливать хлор и трифторид хлора, при этом емкость по хлору составляет 0,23-0,56 г/г.

3. Позволяет утилизировать фтор из сбросных технологических газов в виде шестифтористой серы, которая применяется в электротехнической промышленности в качестве высоковольтного изолятора (элегаза).

Заявляемый поглотитель готовят следующим образом. Шихту из сульфата кальция (гипса) и пирита, взятых в заданных соотношениях, перемешивают, увлажняют водой до образования пастообразной массы, которую затем гранулируют и сушат при 300-320^оС.

Через колонку диаметром 50 мм, высотой 0,7 м, заполненную заявляемым поглотителем (масса 1,135 кг), пропускают сбросные технологические газы с линейной скоростью 0,02 м/с.

П р и м е р 1. Сбросные технологические газы, содержащие 20,1 об. фтора, 5,9 об. фтористого водорода, остальное азот, пропускают через колонку с заявляемым поглотителем.

При этом через поглотитель было пропущено (до проскока) 2,62 м³ газа (1,054 кг в пересчете на фтор), а содержание фтора на выходе из колонки не превышало 1,3 мг/м³.

Данные по емкости поглотителя приведены в таблице.

П р и м е р 2. Сбросные технологические газы, содержащие 25 об. хлора, остальное азот, пропускали через заявляемый поглотитель, при этом было пропущено (до проскока) 0,436 м³ газа (0,35 кг в пересчете на хлор), а содержание хлора на выходе из колонки не превышало 1,6 мг/м³.

Данные по емкости поглотителя приведены в таблице.

П р и м е р 3. Сбросные технологические газы, содержащие 25% фтора, 9% хлора, 10% трифторида хлора, 26% фтористого водорода, остальное инертные газы, пропускали через поглотитель, при этом содержание в газах после колонны не превышало (в мг/м³) фтора 1,2; хлора 4,0.

Для производства заявляемого поглотителя используются минерал пирит и гипс, выпускаемый промышленностью.

Технология изготовления гипсопирита аналогична технологии производства ХП-И, выпускаемого промышленностью.

Формула изобретения

ХИМИЧЕСКИЙ ПОГЛОТИТЕЛЬ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ, содержащий обезвоженный сульфат кальция, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пирит при следующем соотношении компонентов, мас.

Обезвоженный сульфат кальция 30 50
Пирит 50 70

РИСУНКИ

Рисунок 1