Поглотитель газообразных примесей водорода и/или инертных газов и способ его получения

 

Изобретение относится к очистке водорода и/или инертных газов от газообразных примесей с использованием интерметаллических соединений в качестве твердых поглотителей газов. Сущность изобретения заключается в том, что поглотитель газообразных примесей имеет структурную формулу (А_1-yА"_Y)(В_1-xВ"_x)₂ , в которой А - цирконий, А" - титан, В,В" - металл, выбранный из группы; хром, ванадий, железо, марганец; 0,05 <у<0,95, 0,05<x<0,95. Поглотитель получают путем сплавления смеси исходных компонентов с получением монолитного интерметаллида, монолитный интерметаллид диспергируют в 2-10 циклах сорбции-десорбции водорода и/или механическим помолом до размеров частиц 5-800 мкм, гидрируют до насыщения водородом и затем дегидрируют до полного удаления водорода с получением поглотителя. Дегидрирование проводят нагревом до 200-800^o С и/или вакуумированием до 10^-3- 10^-1 мм рт.ст., и/или продувкой инертным газом. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к очистке водорода и/или инертных газов от газообразных примесей с использованием интерметаллических соединений в качестве твердых поглотителей газов.

Известны твердые поглотители примесей, включающие чистые металлы, такие как лантан, церий, торий, титан, цирконий, ниобий, тантал (Глебов Г.Д. Поглощение газов активными металлами.-Л. Госэнергоиздат, 1961,с.110-172). Поглощение газов основано на растворении атомов газов в металлах и на последующем образовании соответствующих оксидов, нитридов, карбидов металлов при повышенной температуре.

Недостатками известных поглотителей являются низкая скорость поглощения и количество поглощаемого газа, а также высокая температура процесса поглощения.

Известен интерметаллический поглотитель газовых примесей в водороде, состоящий из интерметаллических соединений, используемых для хранения водорода, таких как TiMn_1,5, TiFe, LaNi₅, Mg₂Ni, TiCo, MgNi, TiFeMn и др. Интерметаллическое соединение подвергают измельчению и активации путем повторения циклов гидрирования-дегидрирования до образования дисперсного порошка с последующим насыщением его водородом (см.источник).

Основной недостаток известного поглотителя заключается в невысокой скорости поглощения и небольшом количестве поглощенных газовых примесей.

Целью изобретения является создание интерметаллического поглотителя, позволяющего поглощать большое количество газообразных примесей с высокой скоростью.

Это достигается интерметаллическим поглотителем со структурной формулой (А_1-yА'_y (В_1-xВ'_x)₂ в которой А цирконий, А' - титан, В,В' металлы, выбранные из группы: хром, ванадий, железо, марганец.

Поставленная задача решается также способом получения поглотителя путем плавления смеси исходных компонентов методом дуговой или электронно-лучевой плавки, или методом порошковой металлургии с измельчением монолитного поглотителя в циклах сорбции-десорбции водорода, и/или механическим помолом с последующим гидрированием и дегидрированием.

Дегидрирование поглотителя проводят его нагревом и вакуумированием или продувкой инертным газом.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве поглотителя газов используются интерметаллические соединения на основе циркония, предварительно активированные обработкой водородом.

Поглотители обладают улучшенными свойствами при поглощении газообразных примесей из водорода и инертных газов, а именно, высокой скоростью поглощения, невысокой температурой процесса и большой поглощающей способностью. Указанные свойства были обнаружены у соединений циркония именно с общей структурой формулой АВ₂.

Большая поглощающая способность при невысокой температуре процесса обусловлена тем, что благодаря специфическим свойствам указанных поглотителей скорость переноса атомов примеси в объеме металлического поглотителя выше, чем скорость химического взаимодействия молекул примеси с металлической поверхностью. Это обстоятельство обусловливает объемное заполнение поглотителя поглощаемой примесью. Высокая химическая активность поглотителей обеспечивает большую скорость процесса очистки.

Изобретение позволяет достичь большого ресурса работы поглотителя за счет высокого удельного поглощения газообразных примесей, таких как азот, кислород, вода, оксид и диоксид углерода, углеводороды, галогенсодержащие углеводороды и аммиак, а также свести к минимуму объем аппаратуры очистки за счет высокой скорости поглощения примесей поглотителем.

Возможность реализации изобретения подтверждается следующими конкретными примерами.

П р и м е р. Интерметаллическое соединение Zr(Cr_0,5Fe_0,5)₂ готовили из смеси исходных компонентов путем их плавления методом дуговой плавки в атмосфере аргона. Тип и параметры кристаллической решетки определяли методом рентгеноструктурного анализа.

Монолитный образец интерметаллида после плавления подвергали измельчению в двух циклах сорбции-десорбции водорода. Из образующегося порошкообразного поглотителя ситовым рассевом отбирали фракцию с размером частиц 50-140 мкм.

Перед использованием интерметаллический поглотитель активировали путем гидрирования при комнатной температуре до полного насыщения водородом и затем дегидрировали нагревом до 400^oС с одновременным вакуумированием до остаточного давления 10^-3 мм рт.ст.

Испытания эффективности поглощения примесей проводили следующим образом.

Цилиндрический реактор с активированным интерметаллическим поглотителем нагревали до требуемой температуры и подавали в него поток водорода, содержащего примесь азота. В водороде, выходящем из реактора, измеряли остаточное содержание примесей хроматографическим методом с помощью прибора ХТМ-73. По соотношению концентраций примесей в очищаемом и очищенном водороде рассчитывали константу скорости азота, по изменению во времени концентрации примеси азота в очищенном водороде рассчитывали количество поглощенной примеси единицей массы поглотителя. При температуре 650^oС константа скорости k поглощения азота из водорода составила 5,1 с^-1 (давление водорода 5 атм), а количество N поглощенной примеси 72 нсм³/г ИМС.

Результаты испытания эффективности поглощения других примесей заявленными поглотителями приведены в табл. 1-3. Из данных таблиц видно, что предлагаемые поглотители имеют более высокую эффективность поглощения примесей, чем поглотители по прототипу. Эффективность предлагаемых поглотителей, приготовленных методами дуговой или электроннолучевой плавки, а также методом порошковой металлургии, примерно одинакова. Эффективность неактивированных поглотителей много ниже, чем активированных и поглотителей по прототипу.

При реализации изобретения обеспечиваются следующие преимущества: большое удельное количество поглощаемой примеси, т.е. большой ресурс работы устройств очистки газов от примесей с использованием поглотителей; высокая скорость поглощения примесей, что обеспечивает компактность устройств очистки газов; невысокая температура поглощения, что облегчает эксплуатацию устройств очистки газов. ТТТ1

Формула изобретения

1. Поглотитель газообразных примесей водорода и/или инертных газов на основе интерметаллических соединений, отличающийся тем, что он имеет структурную формулу (А_1-yА'_y) (B_1-xВ'_x) где А - цирконий, А' титан, В и В' металл, выбранный из группы: хром, ванадий, железо, марганец, 0,05 <у <0,95, 0,05 <x <0,95.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дегидрирование проводят нагревом до 200-800^oС и/или вакуумированием до 10^-3- 10^-1 мм рт.ст. и/или продувкой инертным газом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3