Поглотитель аммиака и сероводорода и способ его получения

 

Изобретение относится к поглотителям аммиака и сероводорода и может быть использовано в средствах защиты органов дыхания. Поглотитель аммиака и сероводорода на основе активного угля, импрегнированного сульфатом меди, в качестве активного угля содержит углеродно-минеральный сорбент с суммарным объемом пор 0,78-0,95 см³/г, полученный из ископаемого угля методом парогазовой активации, при следующем соотношении компонентов, мас.%: сульфат меди 12-15: минеральная составляющая активного угля 11-27, углеродная составляющая активного угля - остальное. Способ получения поглотителя аммиака и сероводорода включает импрегнирование активного угля раствором сульфата меди, вылеживание, термообработку и рассев гранул. Новым в способе является то, что в качестве активного угля используют углеродно-минеральный сорбент с суммарным объемом пор 0,78-0,95 см³/г, полученный из ископаемого угля методом парогазовой активации, импрегнирование проводят раствором сульфата меди, взятом в количестве 65-85% от объема пор активного угля, в две стадии с промежутком времени вылеживания не менее трех часов и сушки после каждой стадии. Изобретение позволяет получить высокопрочный поглотитель аммиака и сероводорода на основе активного угля, обладающий стабильно высоким качеством поглощения. 2 с.п.ф-лы, 8 табл.

Изобретение относится к поглотителям аммиака и сероводорода и может быть использовано в средствах защиты органов дыхания.

Известен поглотитель аммиака, содержащий активный уголь с суммарным объемом пор 0,7-0,9 см³/г и сульфат меди в количестве до 12-14% [Трумпайц Я. И. Индивидуальные средства защиты органов дыхания. М., 1962, с.64].

Недостатком этого поглотителя является то, что он имеет невысокие хемосорбционные свойства по аммиаку и особенно по сероводороду.

Известен поглотитель аммиака и сероводорода, содержащий в качестве активного угля уголь парогазовой активации с суммарным объемом пор 1,0-1,2 см³/г и сульфат меди при следующем соотношении компонентов, вес.%: Активный уголь - 80-85 Сульфат меди - 15-20 [авт. св. СССР 841653, 30.06.81, бюл. 24].

Несмотря на то, что известный поглотитель обеспечивает достаточную динамическую активность по аммиаку и сероводороду (NH₃ - 65 мин, Н₂S - 50 мин), он обладает недостаточной прочностью - (75%).

Наиболее близким по технической сущности является поглотитель аммиака и сероводорода, содержащий 16-20 мас.% сульфата меди и 80-84% мас. гранулированного активного угля, полученного из окисленного слабоспекающегося угля [авт. св. СССР 1657221, 23.06.91, бюл. 23]. Активный уголь с суммарным объемом пор V_Σ=(0,85-0,98) см³/г импрегнируют сульфатом меди концентрацией 350 г/л и получают поглотитель аммиака и cеровoдopoдa, имеющий прочность - (80-85)% и динамическую активность по аммиаку - (81-86) мин, по сероводороду - (75-86) мин.

Этот поглотитель, обладающий высокой динамической активностью как по аммиаку, так и по сероводороду, и имеющий достаточно высокую прочность, имеет недостаток в том, что для его получения нужен особый активный уголь, получение которого требует дополнительных затрат. Процесс получения такого угля является нестабильным, и результаты его трудно воспроизвести, кроме этого, он включает стадию термоокисления, которая является пожароопасной.

Перед изобретателями стояла задача - разработать высокопрочный поглотитель аммиака и сероводорода на основе активного угля, облачающий стабильно высоким качеством поглощения как по аммиаку, так и по сероводороду, а также разработать способ получения такого поглотителя.

Результат достигается тем, что поглотитель аммиака и сероводорода на основе активного угля, импрегнированного сульфатом меди, в качестве активного угля содержит углеродно-минеральный сорбент с суммарным объемом пор V_Σ= (0,78-0,95) см³/т, полученный из ископаемого угля методом парогазовой активации, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Сульфат меди - 12-15 Минеральная составляющая активного угля - 11-27 Углеродная составляющая активного угля - Остальное В предлагаемом поглотителе аммиака и сероводорода оптимальное содержание сульфата меди составляет 12-15 мас.%. Динамическая активность в зависимости от содержания сульфата меди представлена в табл.1.

Динамическая активность предлагаемого поглотителя по аммиаку и сероводороду определялась при следующих условиях: Высота слоя поглотителя, мм - 15 Концентрация аммиака в воздушной смеси, мг/г - 2,3
Концентрация сероводорода в газовоздушной смеси, мг/г - 4,6.

Оптимальное содержание сульфата меди в поглотителе составляет 12-15 мас. %. При содержании сульфата меди в количестве менее 12% наблюдается снижение динамической активности по аммиаку, а выше 15% происходит кристаллизация сульфата меди в порах активного угля с образованием крупных кристаллов с малой активной поверхностью, что приводит к снижению динамической активности поглотителя как по аммиаку, так и по сероводороду.

Практически все промышленные активные угли содержат в том или ином количестве зольные примеси: минеральную составляющую. Ингредиенты минеральной составляющей (SiO₂, Fe₂O, Аl₂O₃, CaO, MgO, S) являются катализаторами многих реакций, которые протекают при адсорбции.

Минеральная составляющая основы поглотителя стимулирует каталитический процесс окисления сероводорода на воздухе. Оптимальное содержание минеральной составляющей в пределах 11-27 мас.%, определяется тем, что при ее содержании ниже 11% снижается динамическая активность поглотителя по сероводороду, а при содержании выше 27% снижается динамическая активность по аммиаку. В табл.2 приведена зависимость динамической активности поглотителя по аммиаку и сероводороду от содержания минеральной составляющей основы при содержании сульфата меди в поглотителе 13,7 мас.%.

Из табл. 2 видно, что содержание минеральной составляющей основы поглотителя в пределах 11-27 маc.% позволяет получать высокопрочный поглотитель.

Оптимальный суммарный объем пор V_Σ углеродно-минерального сорбента находится в пределах 0,78-0,95 см³/г. В табл.3 приведены данные по изменению динамической активности поглотителя и его прочности от суммарного объема пор носителя при содержании минеральной составляющей 19 маc.% и сульфата меди - 13,7 маc.%.

При V_Σ ниже 0,78 см³/г поглотитель имеет низкие показатели по динамической активности поглощения аммиака и сероводорода. Повышение V_Σ основы приводит к резкому снижению механической прочности поглотителя в результате разрушения структуры углеродно-минерального скелета.

Известный поглотитель аммиака и сероводорода по авторскому свидетельству СССР 841653 получают следующим образом. Берут активный уголь с суммарным объемом пор V_Σ=(1,0-1,2) см³/г, полученный из гранулированного активного угля мелкого зернения с V_Σ=(0,7-0,9) см³/г путем активирования водяным паром, и импрегнируют раствором сульфата меди с концентрацией 300-350 г/л и сушат. Этот способ не позволяет получить поглотитель, отвечающий необходимым требованиям.

В качестве прототипа предлагаемого способа получения поглотителя аммиака и сероводорода выбран способ, описанный в авторском свидетельстве СССР 1657221, опуб. 23.06.91. Берут активный гранулированный уголь, полученный из окисленного слабоспекающегося угля со слабокислыми и сильнокислыми кислородсодержащими функциональными группами, с суммарным объемом пор V_Σ=(0,85-0,98) см³/г, и пропитывают раствором сульфата меди с концентрацией 350 г/л и сушат.

Однако с помощью известного способа затруднительно получить предлагаемый поглотитель аммиака и сероводорода.

Предлагаемый способ получения поглотителя аммиака и сероводорода характеризуется следующими существенными признаками. Способ включает импрегнирование активного угля раствором сульфата меди, вылеживание, термообработку и рассев гранул. Новым в способе по сравнению с прототипом является то, что в качестве активного угля используют углеродно-минеральный сорбент с суммарным объемом пор 0,78-0,95 см³/г, полученный из ископаемого угля методом парогазовой активации, импрегнирование проводят раствором сульфата меди, взятом в количестве 65-85% от объема пор активного угля, в две стадии с промежутком времени вылеживания не менее трех часов и сушки после каждой стадии.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Готовят раствор сульфата меди с концентрацией 165-270 г/л, берут углеродно-минеральный сорбент с суммарным объемом пор _Σ=(0,78-0,95) см³/г и содержанием минеральной составляющей 13-30%, полученный из ископаемого угля методом парогазовой активации, и импрегнируют раствором при температуре 70-80^oС, взятым в количестве 65-85% от суммарного объема пор. Затем импрегнированный продукт вылеживают в течение трех часов и сушат при температуре 150^oС до полного удаления влаги. Высушенный продукт снова импрегнируют раствором сульфата меди, вылеживают и сушат до полного удаления влаги. Условия осуществления способа на второй стадии аналогичны условиям на первой стадии. После рассева гранул получают готовый поглотитель аммиака и сероводорода, отвечающий необходимым требованиям.

Пример осуществления способа получения поглотителя аммиака и сероводорода.

Готовят раствор сульфата меди с концентрацией 210-215 г/л, берут 50 г углеродно-минерального сорбента с суммарным объемом пор 0,82 см³/г и содержанием в нем минеральной составляющей 22,4%, затем этот сорбент импрегнируют раствором при температуре 75^oС в количестве 85% от суммарного объема пор (34,9 см³). Импретированный продукт вылеживают в течение 3 часов и сушат при 150^oС до полного удаления влаги. Затем высушенный продукт снова импрегнируют раствором сульфата меди с концентрацией 210-215 г/л при 75^oС в объеме 34,9 см³, вылеживают в течение 3 часов и сушат до полного удаления влаги при 150^oС. После рассева гранул получают поглотитель аммиака и сероводорода с содержанием сульфата меди 15 мас.% и содержанием минеральной составляющей 19 мас. % Динамическая активность поглотителя по аммиаку - 63 мин, по сероводороду - 30 мин.

Импрегнирование углеродно-минерального сорбента раствором сульфата меди в две стадии позволяет повысить динамическую активность предлагаемого поглотителя. Это видно из табл.4
Влияние количества пропиточного раствора в % от суммарного объема пор углеродно-минерального сорбента на динамическую активность представлено в табл.5.

Как видно из табл.5 оптимальное количество раствора для импрегнирования углеродно-минерального сорбента по каждой стадии находится в пределах 65-85%. Использование раствора для импрегнирования в количестве менее 65% приводит к неравномерному распределению добавки и низким показателям по содержанию сульфата меди и динамической активности. Увеличение объема пропиточного раствора до 90% от суммарного объема пор сорбента приводит к получению очень влажных гранул, что приводит к спеканию гранул при термообработке и снижению показателей динамической активности поглотителя.

В табл.6 приведено обоснование концентрации пропиточного раствора сульфата меди на каждой стадии пропитки. Количество пропиточного раствора на каждой стадии импрегнирования = 75% от суммарного объема пор сорбента.

Оптимальная концентрация пропиточного раствора находится в пределах 165-270 г/л. Использование раствора с концентрацией ниже 165 г/л и с концентрацией выше 270 г/л приводит к снижению показателей по динамической активности.

Влияние времени вылеживания на показатели динамической активности поглотителя представлены в табл.7.

Время вылеживания импрегнированного углеродно-минерального сорбента составляет не менее 3 часов. Увеличение этого времени не приводит к изменению качества поглотителя. Вылеживание пропитанного продукта менее 3 часов не достаточно для равномерного распределения активного компонента в порах.

Поглотитель аммиака и сероводорода, полученный по предлагаемому способу, прошел опытную проверку на ОАО "Сорбент" в системах, предназначенных для очистки вдыхаемого воздуха от аварийно химически опасных веществ ингаляционного действия (АХОВИД). Испытания поглотителя, используемого для снаряжения опытных образцов противогазовых коробок СИЗОД, показали высокие защитные качества Результаты испытаний представлены в табл.8.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить высокоактивный поглотитель, используемый в СИЗОД.

Формула изобретения

1. Поглотитель аммиака и сероводорода на основе активного угля, импрегнированного сульфатом меди, отличающийся тем, что в качестве активного угля он содержит углеродно-минеральный сорбент с суммарным объемом пор 0,78-0,95 см³/г, полученный из ископаемого угля методом парогазовой активации, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Сульфат меди - 12-15
Минеральная составляющая активного угля - 11-27
Углеродная составляющая активного угля - Остальное
2. Способ получения поглотителя аммиака и сероводорода, включающий импрегнирование активного угля раствором сульфата меди, вылеживание, термообработку и рассев гранул, отличающийся тем, что в качестве активного угля используют углеродно-минеральный сорбент с суммарным объемом пор 0,78-0,95 см³/г, полученный из ископаемого угля методом парогазовой активации, импрегнирование проводят раствором сульфата меди, взятом в количестве 65-85% от объема пор активного угля, в две стадии с промежутком времени вылеживания не менее трех часов и сушки после каждой стадии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2