Сорбент для поглощения паров ртути и способ его получения

 

Изобретения относятся к производству сорбентов на основе активного угля, предназначенных для очистки технологических и вентиляционных отходящих газов от паров ртути. Сорбент состоит из активного угля с суммарным объемом пор 0,5-0,75 см³/г и нанесенной на него нерастворимой серы в количестве 2-10 мас. % от массы угля. Сорбент получают путем обработки активного угля, взятого преимущественно в виде гранул размером 1,0-5,0 мм, сначала парами сероуглерода или паровоздушной смесью с сероуглеродом в течение 9-10 ч, а затем парами воды в течение одного часа при температуре паров 100-120°С. Технический результат заключается в повышении поглотительной способности сорбента и расширении его эксплуатационных возможностей. 2 с. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретения относятся к производству сорбентов на углеродной основе, в частности к производству сорбентов на основе активного угля (АУ), предназначенных для очистки технологических и вентиляционных отходящих газов от ртути.

АУ как сорбент находит широкое применение благодаря возможности достижения необходимой степени очистки за счет пористой структуры и возможности регенерации отработанного продукта. В чистом виде он обладает низкой поглотительной способностью по ртути. Поэтому его применяют с многочисленными добавками, связывающими ртуть. Одной из известных добавок является сера.

Известен ряд модификаций АУ серой в результате добавки серы к АУ (EP 0271618, кл. B 01 J 20/20, опубл. 19.06.86), использования АУ в виде суспензии в водном растворе серной кислоты (SU авт. свид. N 292356, кл. B 01 D 53/02, опубл. 05.05.75), осаждения серы на АУ при нагревании смеси АУ с тонкодисперсным порошком серы (GB заявка N 2122916, кл. B 01 D 53/02, опубл. 25.01.84; EP заявка N 0102467, кл. B 01 J 20/20, опубл. 14.03.84), обработки АУ двуокисью серы или сероводородом (патент Финляндии N 57907, кл. B 01 D 53/02, опубл. 10.05.77).

В известных сорбентах АУ содержит на поверхности и в порах элементарную кристаллическую серу, которая, как известно, хорошо растворяется в сероуглероде, бензоле, толуоле и спиртах.

При извлечении ртути известными сорбентами следует избегать сред, в которых присутствуют указанные вещества, особенно, сероуглерод, что ограничивает сферу применения этих сорбентов. Кроме того, степень извлечения ртути с их помощью составляет не более 84-88%.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является сорбент для поглощения паров ртути, содержащий АУ и серу, по патенту EP 0271618. Данный сорбент выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Известен способ получения сорбента для поглощения паров ртути, включающий обработку АУ раствором элементарной серы в сероуглероде как растворителе, удаление избытка растворителя фильтрованием и сушку (EP 0271618, кл. B 01 J 20/20, 1986 г.).

Недостатком известного способа является невозможность с его помощью осадить на АУ серу, нерастворимую в вышеперечисленных веществах.

Данный способ выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Технической задачей, на решение которой направлены настоящие изобретения, является разработка сорбента для поглощения паров ртути, обладающего способностью к адсорбции даже в присутствии в объектах очистки сероуглерода, бензола, толуола и спиртов.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретений, является повышение поглотительной способности сорбента и расширение эксплуатационных возможностей.

Поставленная задача решается тем, что сорбент для поглощения паров ртути, содержащий АУ и серу, согласно изобретению содержит нерастворимую в сероуглероде серу в количестве 2-10 мас.% от массы АУ, при этом АУ имеет суммарный объем пор 0,5-0,75 см³/г.

В способе получения сорбента для поглощения паров ртути, включающем обработку АУ сероуглеродом, согласно изобретению пары сероуглерода или их смесь с воздухом пропускают через АУ в течение 9-10 часов, после чего производят обработку парами воды в течение 1 часа при 100-120^oC, причем в предпочтительном варианте АУ используют в виде гранул размером 1,0-5,0 мм.

Отличительными особенностями заявляемого сорбента являются следующие признаки: - содержание нерастворимой в сероуглероде серы, - в количестве 2-10 мас.% от массы АУ, - суммарный объем пор АУ, равный 0,5-0,75 см³/г.

Отличительными особенностями способа являются следующие признаки: - пропускание паров сероуглерода или их смеси с воздухом через АУ в течение 9-10 часов, - обработка парами воды в течение 1 часа при 100-120^oC, а также в предпочтительном варианте, - использование АУ в виде гранул размером 1,0-5,0 мм.

Заявляемый сорбент основан на известной нерастворимости используемого вида серы в сероуглероде, бензоле, толуоле и спиртах. Это позволяет извлекать ртуть практически полностью из любых сред. Продуктом взаимодействия нерастворимой серы со ртутью является сульфид ртути, легко удаляемый, химически и термически стабильный.

Необходимое содержание указанной серы на АУ как носителе определялось экспериментальным путем.

Как выяснилось, заявленного предела 2-10 мас.% достаточно для извлечения 99-99,9% ртути.

Концентрация ниже 2% не обеспечивает необходимой емкости сорбента, а выше 10% - не целесообразна ввиду снижения степени очистки из-за забитости пористой структуры АУ серой.

Способ пригоден для осаждения нерастворимой серы на любой вид АУ (порошкообразный, крупнокусковой, гранулированный и т.д.), но наилучших результатов удалось достигнуть на АУ в виде гранул, чья поверхность неизмеримо более развита. Оптимальные размеры гранул определялись для достижения суммарного объема пор, который, как выяснилось, необходим и достаточен в пределах 0,5-0,75 см³/г.

Сорбент получают следующим образом.

Через слой гранулированного АУ пропускают пары сероуглерода или паровоздушную смесь, содержащую сероуглерод, что экономичнее. Через 9-10 часов обработки пропускают водяной пар с температурой 100-120^oC в течение часа для отгонки непрореагировавшего сероуглерода. Для достижения необходимого содержания серы обработку повторяют, причем максимальное необходимое содержание серы (10 мас.%) получают за 5-7 циклов.

В результате взаимодействия указанных реагентов получают осевшую на АУ нерастворимую серу. Объем пор АУ при этом снижается незначительно (до 0,5-0,55 см³/г при 10 мас.%-ном содержании серы).

Полученный сорбент отличается стойкостью к растворителям, гидрофобностью, высокой поглотительной способностью.

Пример 1. Через слой АУ марки АРТ высотой 10 см в колонке диаметром 25 мм пропускают воздушную смесь, содержащую 5 г/м³ сероуглерода. Температура смеси 20^oC. Через 9 часов подачу газовой смеси прекращают, а через слой АУ, насыщенный сероуглеродом, пропускают водяной пар с температурой 110^oC в течение 60 мин. После отгонки сероуглерода (непрореагировавшего) подачу водяного пара прекращают.

Полученный сорбент содержит 2 мас.% нерастворимой в сероуглероде серы. Его испытывают на эффективность улавливания паров ртути путем пропускания через него водорода, содержащего 10 мг/м³ ртути и 100 мг/м³ сероуглерода. Степень очистки парогазовой смеси от ртути составляет 99,7%. Емкость сорбента по ртути - 2 мас.%.

Пример 2. Используют гранулированный АУ с размером зерен 1,0-5,0 мм. Условия обработки те же, что и в примере 1, причем обработку повторяют 6 раз для достижения содержания нерастворимой серы 10 мас.%.

Условия испытания те же, что и в примере 1. Степень очистки парогазовой смеси от ртути составляет 99,0%. Емкость сорбента по ртути - 10 мас.%.

Пример 3. Используют гранулированный АУ, как в примере 2. Его обработку по условиям, приведенным в примере 1, повторяют до достижения содержания нерастворимой серы 11 мас.%. Результаты испытаний по условиям примера 1 показывают степень очистки, равную 85%, а емкость сорбента по ртути 8 мас.%.

Примеры подтверждают возможность извлечения ртутит из газов, содержащих сероуглерод. Примером такой газовой смеси может служить производство каустической соды.

Что же касается сорбентов по прототипам, то их вообще нельзя использовать для очистки газов, содержащих сероуглерод, так как в нем растворяется активная часть сорбента - кристаллическая сера.

Заявляемый сорбент производят в промышленных условиях на оборудовании химических производств.

Формула изобретения

1. Сорбент для поглощения паров ртути, содержащий активный уголь и серу, отличающийся тем, что в качестве серы он содержит нерастворимую серу в количестве 2 - 10 мас.% от массы угля, при этом активный уголь имеет суммарный объем пор 0,5 - 0,75 см³/г.

2. Способ получения сорбента для поглощения паров ртути, включающий обработку активного угля сероуглеродом, отличающийся тем, что пары сероуглерода или их смесь с воздухом пропускают через активный уголь в течение 9 - 10 ч, после чего проводят обработку парами воды в течение 1 ч при температуре паров 100 - 120^oС.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что активный уголь используют в виде гранул размером 1,0 - 5,0 мм.