Способ очистки водорода и/или инертных газов от газообразных примесей

 

Изобретение относится к процессам тонкой комплексной очистки водорода и инертных газов от различных газообразных примесей. Сущность изобретения заключается в том, что для очистки водорода и инертных газов от газообразных примесей, включающей контактирование очищаемого газа с твердым поглотителем, содержашим интерметаллическое соединение, используют поглотитель, предварительно насыщенный водородом, дегидрированный нагревом и/или вакуумированием, и/или продувкой инертным газом и при этом его контактируют с очищаемым газом при 300-800^o С. В качестве интерметаллического поглотителя используют соединения из группы Zr(Cr_1-x Fe_x)₂, и/или Zr(Cr_1-xV_x)₂, и/или (Zr_1-xTi_x)Mn₂, и/или их смесь, где 0,05 <x > 0,95. Очистку осуществляют от газообразных примесей, выбранных из группы: кислород, вода, оксид и диоксид углерода, углеводороды, галогенсодержащие углеводороды, аммиак или их смеси. Дегидрирование поглотителя осуществляют нагревом до 200-800^o С и/или вакуумированием до 10^-3- 10^-1 мм рт.ст. и/или продувкой инертным газом или водородом. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к процессам тонкой комплексной очистки водорода и инертных газов от различных газообразных примесей и может быть использовано в химической промышленности, микроэлектронике, радиотехнике, металлургии, в анализе газовых смесей и др.

Известны различные способы очистки водорода и инертных газов от газообразных примесей. Способ очистки, основанный на использовании металлических поглотителей, позволяет снизить содержание примесей до минимального уровня (Высокочистые вещества, п.2,1990, с.23).

Известен способ поглощения активных газов металлами, включающими чистые металлы, такие как лантан, церий, торий, титан, цирконий, ниобий, тантал (Г. Д. Глебов, Поглощение газов активными металлами.-Л. 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.

Недостатком известного способа является высокая температура и низкая скорость поглощения газов.

Известен способ очистки водорода от газообразных примесей, заключающийся в том, что интерметаллические соединения, такие как TiMn_1,5, TiFe, LaNi₅, Mg₂ Ni, TiCo, MgNi, TiFeMn и др. используемые для хранения водорода, измельчают, активируют, насыщают водородом после чего через слой порошкообразного поглотителя пропускают очищаемый водород (см.источник) прототип.

Согласно известному способу процесс проводят при комнатной температуре или повышенной до 350^o С температуре. Максимально достигнутое количество поглощенной примеси из водорода составило 30 нсм³ /г ИМС при поглощении азота при 350^o С. Концентрация примеси в очищенном водороде составляла для азота 10^-6 об.

Недостатком известного способа является низкая скорость поглощения и небольшое количество поглощенной примеси.

Целью изобретения является создание технологии комплексной очистки водорода и инертных газов от газообразных примесей, обеспечивающей высокую скорость процесса очистки и высокий ресурс работы поглотителя.

Это решается способом комплексной очистки водорода и инертных газов от газообразных примесей, включающим их контактирование с предварительно насыщенным водородом и затем дегидрированным поглотителем, содержащим интерметаллическое соединение циркония, выбранное из группы: Zr(Cr_1-x Fe_х)₂, и/или Zr(Cr_1-x V_x)₂, и/или (Zr_1-x Ti_x)Mn₂ и/или их смесь, где 0,05 < x < 0,95, а контактирование осуществляют при температуре 300-800^o С.

При этом очистку осуществляют от газообразных примесей, выбранных из группы: кислород, вода, оксид и диоксид углерода, углеводороды, галогенсодержащие углеводороды, аммиак или их смеси.

Сущность изобретения заключается в том, что при контакте водорода или инертных газов, содержащих газообразные примеси, на активной поверхности металлов при повышенной температуре происходит реакция образования оксидов, нитридов, карбидов,галогенидов металлов,а затем атомы примесей переносятся в объем кристаллической решетки поглотителя. Температура процесса является необходимой и достаточной для того, чтобы скорость переноса молекул примеси в газовой фазе и атомов примеси в кристаллической решетке поглотителя были очень высоки и не влияли на скорость поглощения примеси.

Данный способ позволяет увеличить скорость очистки за счет использования активных интерметаллических поглотителей, которые сохраняют высокоразвитую активную поверхность, а также увеличить ресурс работы поглотителя за счет большого удельного количества поглощенной примеси.

П р и м е р. Интерметаллическое соединение Zr(Cr_0,5 Fe_0,5)₂, приготовленное дуговой плавкой в атмосфере аргона, измельчали повторением циклов сорбции-десорбции водорода или механическим помолом и затем насыщали водородом. Порошкообразный поглотитель помещали в реактор цилиндрической формы, нагревали до температуры разложения гидрида и дегидрировали вакуумированием до 10^-3 10^-1 мм рт.ст. или продувкой инертным газом. В качестве газа продувки может быть использован очищаемый газ.

Затем в реактор подавали очищаемый газ (аргон) и контролировали изменение во времени концентрации примеси в газе, выходящем из слоя поглотителя.

В течение всего времени очистки концентрация примесей в очищаемом газе не превышала 10^-6 об. (а для метана 4·10^-6 об.). Процесс очистки завершался при появлении в очищенном аргоне заданной концентрации примеси. Примеси по возрастанию эффективности их поглощения располагаются в следующей последовательности: CF₄-CH₄-NH₃-CO-CO₂-O₂-H₂O.

Данные по эффективности проведения процесса приведены в таблице.

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

Формула изобретения

1. Способ очистки водорода и инертных газов от газообразных примесей, включающий контактирование газов с твердым поглотителем, содержащим интерметаллическое соединение, отличающийся тем, что используют поглотитель, предварительно насыщенный водородом и дегидрированный нагревом, и/или вакуумированием, и/или продувкой инертным газом, а контакт газов с поглотителем осуществляют при 300-800^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве интерметаллического соединения используют соединения из группы: Zr(Cr_1-x Fe_x)₂, и/или Zr (Cr_1-x V_x)₂, и/или Zr_1-x Ti_x)Mn₂ и/или их смесь, где 0,05 <x <0,95.

4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что дегидрирование поглотителя перед контактом с газом осуществляют нагревом до 200-800^oС, и/или вакуумированием до 10^-3 10^-1 мм рт.ст. и/или продувкой инертным газом или водородом.

РИСУНКИ

Рисунок 1