Способ активации сорбента на основе оксидов металлов

 

Изобретение относится к области сорбционной техники, а именно к очистке воздушных смесей от оксида углерода, и может быть использовано для регенерации и активации сорбентов на основе оксидов металлов. Предложен способ активации сорбента на основе оксидов металлов для поглощения оксида углерода путем обработки в печи "кипящего" слоя при температуре 120-320^oС, давлении 200-400 кгс/м² газовоздушной смесью состава, об. %: CO₂ 0,44-1,0, СО - не более 0,01, O₂ - 16-22, остальное - азот и инертные газы, при объемном соотношении сорбент-газовоздушная смесь: 1: 5000 - 9000. Способ позволяет восстановить первоначальную активность сорбентов на основе оксидов металлов по оксиду углерода после их длительного хранения.

Изобретение относится к области сорбционной техники, а именно очистке воздушных смесей от оксида углерода, и может быть использовано для регенерации сорбентов на основе оксидов металлов (различные марки гопкалита), утративших каталитическую активность в процессе длительного хранения.

Регенерированные сорбенты могут быть использованы в средствах защиты органов дыхания и в процессах очистки промышленных выбросов от оксида углерода.

Известны различные способы активации гопкалита, например, путем термообработки при 550-850^oC (RU 2063803, B 01 J 23/34, 20.07.96) или путем облучения гопкалита (US 5238897, B 01 J 23/34, 24.08.93).

Использование известных способов активации не приводит к полному восстановлению активности сорбентов на основе оксидов металлов по оксиду углерода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ активации гопкалита газовоздушной смесью при повышении температуры от 40-75 до 150-250^oC (RU 2035997, B 01 J 23/34, 27.05.96).

Недостатком прототипа является невозможность полного восстановления первоначальной активности сорбентов на основе оксидов металлов по оксиду углерода и обеспечения необходимой стабильности их в средствах очистки воздуха.

Целью изобретения является восстановление первоначальной активности сорбентов на основе оксидов металлов по оксиду углерода после их длительного хранения.

Поставленная цель достигается предложенным способом путем термической обработки сорбентов на основе оксидов металлов в присутствии газовоздушной смеси, причем активацию ведут в печи "кипящего" слоя при 120-320^oC, давлении 200-400 кгс/м² газовоздушной смесью состава, об.%: CO₂ - 04 - 1,0 CO - Не более 0,01 O₂ - 16 - 22 Аазот и инертные газы - Остальное при объемном соотношении сорбент-газовоздушная смесь 1:5000 - 9000.

Из научно-технической литературы авторам неизвестно использование газовоздушной смеси такого состава для активации сорбентов на основе оксидов металлов.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Сорбенты на основе оксидов металлов (различные марки гопкалитов) представляют собой смесь активных оксидов меди и марганца в следующем соотношении, мас.%: Оксид меди - 25 - 40 Диоксид марганца - 40 - 60 Влага - До 1 Примеси, связующее - Остальное
Гопкалит хорошо сорбирует из воздуха влагу, которая не только блокирует активные центры, но и взаимодействуя с поверхностью, разрушает кислородные соединения. Данный процесс протекает при длительном хранении и приводит к значительной дезактивации гопкалита, причем простая сушка не позволяет полностью восстанавливать активность сорбента. Предложенным способом восстанавливаются активные центры на поверхность таких сорбентов, главным образом, кислородные формы, что дает возможность достичь их первоначальной активности.

В результате многочисленных экспериментов удалось подобрать режимы активации в печи "кипящего" слоя и состав газовоздушной смеси, позволяющие полностью восстановить активность сорбентов. Опытным путем установлены соотношения твердой и газовой фазы, температурные параметры, оказывающие существенное влияние на процесс активации.

Способ осуществляют следующим образом. Берут неактивный сорбент на основе оксидов металлов и загружают его в рабочую камеру в печи "кипящего" слоя со скоростью 800 - 1500 кг/ч. В подрешеточное пространство печи подают смесь продуктов горения природного газа и воздуха, который производят активацию сорбентов. За счет разности давления в подрешеточном пространстве и над слоем продукта происходит интенсивное "кипение" последнего, а температурный режим процесса обеспечивается температурой подаваемой газовой смеси. Рабочая камера печи разделена наклонными перегородками, поэтому "кипящий" сорбент последовательно переходит из одной секции в другую, при этом в большом избытке газовоздушной смеси и повышенной температуре происходит его активация. Время пребывания отдельной порции продукта в зоне активации 20 - 40 мин.

Из печи сорбент выгружают в герметичную тару, охлаждают и проводят оценку его динамической активности. Отработанную смесь газов направляют в очистительную систему, а затем выбрасывают в атмосферу.

Пример 1. Берут 1 т неактивного гопкалита с динамической активностью 25 мин (первоначальная активность его 48 мин) и загружают в печь "кипящего" слоя со скоростью 1000 кг/ч; подают в подрешеточное пространство газовоздушную смесь состава, об.%:
CO₂ - 0,4
CO - 0,002
O₂ - 19,5
Азот, инертные газы - Остальное
Смесь подают со скоростью 8000 нм³/ч, с учетом того, что плотность сорбента около 1 кг/дм³, объемное соотношение твердой и газовой фазы составляет 1:8000. При этом давление над решеткой - 320 - 370 кгс/м², а температура 150 ± 5^oC. Сорбент пропускают через печь, выгружают в герметичные стальные барабаны, охлаждают на воздухе в течение 1 - 2 ч. Оценку динамической активности гопкалита по оксиду углерода проводят на динамическом приборе.

Условия испытания следующие:
- концентрация оксида углерода 6,2 ± 0,3 мг/л;
- высота слоя - 2,5 см;
- удельный расход газовоздушной смеси 0,32 ± 0,01 дм³/мин.см²;
- абсолютная влажность газовоздушной смеси 8,6 ± 0,3 мг/л;
- температура при испытании 23 ± 5^oC.

Полученный сорбент имел динамическую активность 48 мин.

Пример 2. Берут 1 т неактивного гопкалита с динамической активностью 20 мин (первоначальная активность 42 мин) и загружают в печь "кипящего" слоя. Далее процесс ведут как в примере 1, за исключением того, что температура составляет 180 ± 5^oC.

Полученный сорбент имел динамическую активность 43 мин.

Пример 3. Берут 1 т неактивного гопкалита с динамической активностью 31 мин (первоначальная активность 47 мин) и загружают в печь "кипящего" слоя. Далее процесс ведут как в примере 1, за исключением того, что объемное соотношение сорбент-газовоздушная смесь составляет 1 : 6000.

Полученный сорбент имел динамическую активность 48 мин.

Опытным путем подобраны и установлены оптимальные режимы активации, при этом выбор основных параметров обусловлен следующим. При температуре ниже 120^oC не удается полностью удалить влагу, а при t > 320^oC начинается разрушение кислородных комплексов на поверхности сорбента. При содержании в газовоздушной смеси CO более 0,1% происходит отравление гопкалита, при содержании O₂ более 0,01% происходит отравление гопкалита, при содержании O₂ менее 16% активные комплексы восстанавливаются не полностью (недостаток кислорода), а превышение этого компонента 22% не приводит к дальнейшему повышению активности, небольшое количество CO₂ (от 0,4 до 1,0%) необходимо для протекания химического взаимодействия, превышение содержания CO₂ более 1% не оказывает заметного влияния на эффективность процесса.

Соотношение компонентов сорбент-газовоздушная смесь и пределы по давлению над решеткой выбраны таким образом, чтобы обеспечивать оптимальный режим "кипения" слоя сорбента; так, при давлении ниже 200 кгс/м² подачи газовоздушной смеси меньшего объема не приводит к подъему и "кипению" слоя продукта, а превышение давления 400 кгс/м² и увеличение подачи газовоздушной смеси вызывает унос сорбента в атмосферу.

Как следует из вышеизложенного, предложенный способ позволяет полностью восстановить первоначальную активность сорбентов на основе оксидов металлов по оксиду углерода, при этом каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность признаков является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Формула изобретения

Способ активации сорбента на основе оксидов металлов для поглощения оксида углерода - гопкалита, включающий его термическую обработку в присутствии газовоздушной смеси, отличающийся тем, что активацию ведут в печи "кипящего" слоя при температуре 120 - 320^oС, давлении 200 - 400 кгс/м² газовоздушной смесью состава, об.%:
CO₂ - 0,4 - 1,0
СО - Не более 0,01
O₂ - 16 - 22
Азот и инертные газы - Остальное
при объемном соотношении сорбент газовоздушная смесь 1 : (5000 - 9000).