Способ получения сорбента-катализатора

 

Изобретение относится к сорбционной технике и может быть использовано для очистки воздуха от токсичных примесей в средствах защиты органов дыхания, промышленных адсорберах и т.д. Предложен способ получения сорбента-катализатора, включающий обработку активного угля пропиточным раствором, содержащим соединения меди и хрома, с последующей термообработкой, отличающийся тем, что пропиточный раствор готовят путем растворения сульфата меди в воде при 30-80°С, добавления карбоната натрия в соотношении (мас.) соль натрия: соль меди 1:1,9-2,3, промывки образовавшегося осадка и растворения его в аммиачном растворе 5-20 мас.% карбоната аммония, при этом термообработку активного угля осуществляют газовоздушной смесью при 130-200°С. Способ позволяет получить сорбент с повышенной динамической активностью по плохосорбирующимся веществам. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к сорбционной технике и может быть использовано для очистки воздуха от токсичных примесей в средствах защиты органов дыхания, промышленных адсорберах и т.д.

Известен способ получения сорбента-катализатора путем пропитки частиц активного угля раствором каталитических добавок меди (5 - 20 мас.%), серебра (0,03 - 0,1 мас.%) и триэтилендиамина (1 - 7,5 мас.%) при соотношении уголь: пропиточный раствор 1: 1,0 - 1,5 и термообработки при 105^oC (Пат. США N 4802898, кл. B 01 D 53/04, 1983).

Недостатком известного способа является низкая динамическая активность сорбента по плохосорбирующимся веществам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения сорбента-катализатора, включающий пропитку активного угля раствором каталитических добавок с последующей термообработкой, отличающийся тем, что в качестве пропиточного раствора берут аммиачный раствор, содержащий 8 - 16 мас.% углекислоты, 10 - 25 мас.% купраната меди, 2,0 - 5,0 мас. % хрома при соотношении уголь:пропиточный раствор 1:0,5 - 0,9, и термообработку проводят в печи "кипящего слоя" при 155 - 190^oC.

(Пат. RU N 2083274, кл. B 01 J 20/20, C 01 B 31/08, 1997 г.).

Недостатком прототипа является низкая динамическая активность сорбента по плохосорбирующимся веществам.

Задачей изобретения является получение сорбента с повышенной динамической активностью по плохосорбирующимся веществам.

Поставленная задача достигается предложенным способом, включающим обработку активного угля пропиточным раствором, содержащим соединения меди и хрома, с последующей термообработкой, причем пропиточный раствор готовят путем растворения сульфата меди в воде при 30 - 80^oC, добавления карбоната натрия в соотношении (мас.) соль натрия:соль меди 1:1,9-2,3, промывании образовавшегося осадка и растворении его в аммиачном растворе 5 - 20 мас.% карбоната аммония, при этом термообработку осуществляют газовоздушной смесью при 130 - 200^oC.

Из научно-технической литературы авторам не известен способ получения сорбента-катализатора пропиткой активного угля раствором, полученным путем растворения сульфата меди и карбоната натрия в воде, с последующим отделением осадка и растворением его в аммиачном растворе карбоната аммония.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Поглощение плохосорбирующихся веществ (типа хлорциана, синильной кислоты и т.д.) происходит путем каталитических превращений их добавками, наносимыми на поверхность угля. Активность катализатора по токсичным примесям определяется скоростью химической реакции на поверхности сорбента-катализатора, что в свою очередь, связано с величиной реакционной поверхности, которая зависит от равномерности распределения наносимых комплексов в угле. Максимальная эффективность по равномерному распределению каталитических добавок в сорбенте достигается путем пропитки последнего аммиачно-карбонатными комплексами металлов с последующей сушкой газовоздушной смесью.

В результате многочисленных экспериментов удалось определить последовательность приготовления пропиточного раствора и температурный режим, оптимальное соотношение реагентов, а также параметры термообработки.

Способ осуществляют следующим образом.

В отдельном реакторе с подогревом готовят раствор сульфата меди путем растворения 95-115 кг CuSO₄ · 5H₂O в 100 - 120 л воды при перемешивании и нагревании до 30 - 80^oC до полного растворения реагента. В другой емкости готовят раствор карбоната натрия (соды) из расчета 50 кг соды на 50 - 80 л воды. Затем раствор соды медленно при перемешивании добавляют в раствор медного купороса, перемешивание продолжают в течение 1 - 3 час до полного прекращения выделения углекислого газа. Далее пульпу сливают на нутч-фильтр, отделяют осадок, который затем отмывают водой до отсутствия иона SO₄^-2 (по реакции с хлоридом бария). Полученный осадок переносят в реактор, заливают 120 - 200 л аммиачного раствора 5 - 20 мас.% карбоната аммония при нагревании до 60^oC. После растворения осадка вводят соединения шестивалентного хрома (например, в виде хромового ангидрида).

Берут активный уголь с размером зерен от 0,1 до 5,0 мм, суммарным объемом пор 0,70 - 1,0 см³/г и помещают его в пропиточный аппарат, далее при перемешивании подают пропиточный раствор при объемном соотношении уголь:раствор 1: 0,2-0,4. Затем пропитанный уголь выгружают в приемный бункер печи "кипящего слоя" и далее проводят термообработку газовоздушной смесью при 130 - 200^oC.

В качестве газовоздушной смеси используют продукты сгорания природного газа в смеси с воздухом.

Готовый продукт выгружают в герметичную тару и анализируют. Полученный сорбент-катализатор обладает высокой динамической активностью по хлорциану.

Пример 1.

Готовят пропиточный раствор следующим образом. В 100 л воды растворяют 95 кг CuSO₄ · 5H₂O при перемешивании и нагревании до 30^oC. В другой емкости растворяют 50 кг соды в 50 л воды и затем медленно приливают в раствор медного купороса при перемешивании в течение 1 - 3 час до полного прекращения выделения углекислого газа. Далее пульпу сливают на нутч-фильтр, отделяют осадок, промывают до отсутствия сульфат-иона. Полученный осадок переносят в реактор, заливают 150 л аммиачного раствора 10% карбоната аммония при нагревании до 60^oC и прибавляют 30 кг хромового ангидрида. Берут 300 кг активного угля с суммарной пористостью 0,80 см³/г, размером гранул 0,8 - 2,0 мм и помещают в пропиточный аппарат, в который затем подают приготовленный раствор в соотношении 75 л раствора на 100 кг угля, перемешивают 10 мин и выгружают в бункер перед печью "кипящего слоя". Далее сушат уголь в печи при 130^oC до удаления влаги. Полученный сорбент-катализатор выгружают и проводят оценку динамической активности по хлорциану.

Определение динамической активности по хлорциану проводят на динамическом приборе при следующих условиях испытаний: концентрация паров хлорциана 5 мг/л; высота слоя сорбента 3,5 см; удельный объемный расход паровоздушной смеси 0,5 л/мин·см²; относительная влажность воздуха 50%.

Полученный сорбент-катализатор имел динамическую активность 43 мин.

Пример 2.

Готовят раствор как в примере 1, за исключением того, что в 120 л воды растворяют 115 кг CuSO₄ · 5H₂O и нагревают до 80^oC. Берут активный уголь с суммарной пористостью 1,0 см³/г и размером зерен 0,5 - 1,5 мм, далее пропитку и термообработку проводят как в примере 1. Полученный сорбент-катализатор имел динамическую активность 49 мин.

Пример 3.

Берут активный уголь с суммарным объемом пор 0,95 см³/г, размером зерен 0,3 - 1,0 мм. Далее как в примере 2, за исключением того, что термообработку проводят при 200^oC.

Полученный сорбент-катализатор имел динамическую активность 48 мин.

Опытным путем подобраны и установлены оптимальные режимы получения сорбента-катализатора, при этом выбор основных параметров обусловлен следующим. При соотношении соль натрия:соль меди 1:1,9-2,3 химическое взаимодействие протекает полностью и с достаточно высокой скоростью, при внесении соли меди менее указанного соотношения в растворе остается осадок соды, который ухудшает в дальнейшем качество сорбента, а при избытке данного реагента чрезвычайно трудно произвести отмывку осадка от сульфат-иона. При концентрации карбоната аммония менее 5% растворение осадка происходит плохо, а при величине более 20% в растворе присутствует очень много аммиака, который трудно удаляется при термообработке, причем если температура термообработки менее 130^oC, не удаляется полностью влага, а при температуре выше 200^oC начинается разложение активных комплексов, что резко снижает активность катализатора.

Как следует из вышеизложенного, предложенный способ позволяет получить сорбент-катализатор с повышенной динамической активностью по плохосорбирующимся веществам, при этом каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной задачи, а вся совокупность признаков является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Формула изобретения

1. Способ получения сорбента-катализатора, включающий обработку активного угля пропиточным раствором, содержащим соединения меди и хрома с последующей термообработкой, отличающийся тем, что пропиточный раствор готовят путем растворения сульфата меди в воде при 30 - 80^oC, добавления карбоната натрия в соотношении (мас.) соль натрия - соль меди 1 : 1,9 - 2,3, промывки образовавшегося осадка и растворения его в аммиачном растворе 5 - 20 мас.% карбоната аммония, при этом термообработку активного угля осуществляют газовоздушной смесью при 130 - 200^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газовоздушной смеси используют продукты сгорания природного газа в смеси с воздухом.