Способ получения сорбента-катализатора

Изобретение относится к получению сорбентов для очистки газов. Предложен способ сорбента-катализатора, включающий приготовление импрегнирующего раствора, пропитку приготовленным раствором активного угля с нанесением медно-хромово-серебряного комплекса, вылеживание гранул и термообработку, при этом готовят раствор, содержащий едкий натр с концентрацией 18-30 г/дм³ и углекислый аммоний с концентрацией 30-45 г/дм³, при температуре 40-60°C, перед пропитыванием раствор охлаждают до температуры, не превышающей 30°С, и пропитку осуществляют при объеме пропиточного раствора 0,91÷0,94 к объему пор исходного активного угля с нанесенным медно-хромово-серебряным комплексом. Получен сорбент с повышенной динамической активностью по сероводороду.

 

Изобретение относится к сорбционной технике и может быть. использовано в процессах очистки отходящих промышленных газов или в средствах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания.

Известен способ получения сорбента-катализатора, включающий пропитку гранул активного угля раствором, содержащим каталитические добавки меди, хрома и серебра в соотношении 1:(0,20-0,40)::(0,01-0,03), вылеживание пропитанного угля в течение 2-5 ч и термообработку его при 120-180°С в газовой фазе (см. пат. РФ №2023-503, кл. С 01 В 31/08, В 01 J 20/20, опубл.30.11.94).

Недостатком известного способа является низкая стабильность катализатора при хранении.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения сорбента--катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора, пропитку приготовленным раствором гранул металлосодержащего угля, вылеживание гранул и термообработку, причем приготовление пропиточного раствора осуществляют путем последовательного добавления в аммиачную воду расчетного количества углекислого аммония, углекислой основной меди и хромового ангидрида, при этом на пропитку подают активный уголь, содержащий медь, хром и серебро, а приготовление пропиточного раствора ведут до обеспечения соотношения компонентов аммиачная вода: углекислая основная медь: хромовый ангидрид, равного 1:(0,7-0,15):(0,03-0,06):(0,02-0,04) и, кроме того, в пропиточный раствор дополнительно вводят азотнокислое серебро в количестве 0,1-0,2% к массе угля, (см. пат. РФ №2247598, B 01 J 20/20, 20/30, C 01 В 31/08, опубл.10.03.2005).

Недостатком прототипа является низкая динамическая активность сорбента-катализатора по сероводороду.

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение динамической активности сорбента-катализатора по сероводороду.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление импрегнирующего раствора, содержащего углекислый аммоний, при 40-60°С, пропитку приготовленным раствором активного угля, содержащего добавки меди, хрома и серебра, вылеживание и термообработку, причем готовят импрегнирующий раствор, содержащий 18-30 г/дм³ едкого натра и 30-45 г/дм³ углекислого аммония, охлаждают раствор до температуры, не превышающей 30°С, а пропитку ведут при соотношении объема импрегнирующего раствора к объему пор исходного активного угля, равном (0,91-0,94):1.

Отличие предложенного способа от известного состоит в том, что готовят импрегнирующий раствор, содержащий 18-30 г/дм³ едкого натра и 30-40 г/дм³ углекислого аммония, охлаждают раствор до температуры, не превышающей 30°С, и пропитку ведут при соотношении объема импрегнирующего раствора к объему пор исходного активного угля, равном (0,91÷0,94):1.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В сорбентах-катализаторах, имеющих добавки меди, хрома и серебра, формируется сложный хемосорбционный комплекс, работающий по многим высокотоксичным веществам. В большей степени за поглощение сероводорода в этом комплексе отвечает медьсодержащий компонент. Для повышения его поглотительной способности по сероводороду необходимо активизировать этот комплекс путем обработки добавками, повышающими его комплексообразующую способность по серосодержащим газам, в частности по сероводороду. Такими соединениями являются аммиак, СО₂-содержащие вещества и сильные щелочи.

Способ осуществляется следующим образом. Берут основу в виде зерен активного угля с добавками меди, хрома и серебра, имеющую суммарный объем пор 0,5-0,7 см³/г.

Готовят импрегнирующий раствор путем добавления в воду небольшими порциями едкий натр из расчета его концентрации 18-30 г/дм³ при непрерывном перемешивании. Затем дозируют углекислый аммоний из расчета получения его концентрации в растворе 30-45 г/дм³. Температура раствора в процессе его приготовления поддерживается в интервале 40-60°С.

Основу - активный уголь с нанесенным медно-хромово-серебряным комплексом загружают в аппарат типа бетономешалки, куда дозируют импрегнирующий раствор (предварительно охлажденный до температуры, не превышающей 30°С) при соотношении объема импрегнирующего раствора к объему пор исходного активного угля равном (0,91÷0,94):1. Время пропитки составляет 15-30 мин. Пропитанные зерна вылеживаются в течение 0,5-1,5 ч на открытом воздухе, после чего направляются на термообработку.

Термообработку проводят в печи кипящего слоя или в ретортной вращающейся печи при температуре 145-165°С в течение 60-90 мин. Затем сорбент-катализатор выгружают, охлаждают до комнатной температуры и производят его рассев с выделением фракции 0,5-1,5 мм.

Готовый продукт имел содержание:

меди	4-7 мас.%
хрома	0,2-0,5 мас.%
серебра	0,015-0,30 мас.%
аммиака	0,10-0,12 мас.%
натрия	1-3 мас.%

После чего проводят оценку его динамической активности по сероводороду пои следующих условиях испытания сорбента-катализатора:

- концентрация паров 2,5±0,3 мг/дм³

- высота слоя 5,0±0,1 см

- удельный расход паровоэдушной смеси 1±0,01 л/мин.см²

- относительная влажность паровоздушной смеси 90%.

Полученный предложенным способом сорбент-катализатор имел динамическую активность по сероводороду 40-80 г/дм³.

Пример 1. Берут 1 кг основы - активного угля с добавками меди 5 мас.%, хрома 0,35 мас.% и серебра 0,02 мас.%, имеющей суммарный объем пор 0,5 см³/г. Затем готовят импрегнирующий раствор с концентрацией едкого натра 18 г/дм³ и углекислого аммония 30 г/дм³, поддерживая температуру 50°С.

Основу загружают в аппарат типа бетономешалки, куда дозируют предварительно охлажденный до температуры 20°С импрегнирующий раствор в объеме 0,91 от объема пор исходного активного угля. Время пропитки составляет - 20 мин. Пропитанные зерна вылеживают в течение 1 ч на открытом воздухе, после чего осуществляют термообработку в печи кипящего слоя при температуре 145°С в течение 70 мин.

Полученный продукт рассеивают с получением фракции 0,5-1,5 мм, который направляют на анализ динамической активности по сероводороду.

Готовый сорбент-катализатор имел динамическую активность по сероводороду 40 г/дм³.

Пример 2. Осуществление как в примере 1, за исключением того, что импрегнирующий раствор готовят с концентрацией едкого натра 30 г/дм³, углекислого аммония 45 г/дм³. Раствор перед импрегнированием охлаждают до 30°С. Объем импрегнируюшего раствора составляет 0,94 от объема пор исходного активного угля.

Готовый сорбент-катализатор имел динамическую активность по сероводороду 50 г/дм³.

Пример 3. Осуществление как в примере 1 за исключением того, что пропиточный раствор готовят с концентрацией едкого натра, 24 г/дм³, углекислого аммония 38 г/дм³. Раствор перед импрегнированием охлаждают до 25°С. Объем импрегнирующего раствора составляет 0,92 от объема пор исходного активного угля.

Готовый сорбент-катализатор имел динамическую активность по сероводороду 80 г/дм³.

Сорбент-катализатор, полученный по известному способу (пат. РФ №2247598) имел динамическую активность по сероводороду 27-30 мин.

Определенная концентрация едкого натра и углекислого аммония в импрегнирующем растворе обеспечивает оптимальное сочетание каталитических и хемосорбционных свойств получаемого сорбента-катализатора для работы в тонких слоях, имеющей место в противогазовой технике.

При низкой концентрации едкого натра будут снижаться хемосорбционные свойства, а при низких концентрациях углекислого аммония будут снижаться комплексообразующие свойства.

При больших концентрациях едкого натра будет подавляться каталитический комплекс, а при больших концентрациях углекислого аммония блокируется пористая структура за счет образования соды.

Температура раствора перед импрегнированием имеет весьма важное значение, так как только в очень узких интервалах способна обеспечить высокую активность по сероводороду и продуктам его деструкции SO₂, SO₃. При температуре пропиточного раствора выше 30°С наступает резкое "старение" каталитического комплекса за счет окисления NH₄ ⁺ до NO_x. С другой стороны, при температуре ниже 20°С замедляется химическая реакция и кинетика поглощения сероводорода щелочью ухудшается.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить динамическую активность сорбента-катализатора по сероводороду на 30-150%.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно увеличение динамической активности по сероводороду, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Способ получения сорбента-катализатора, включающий приготовление импрегнирующего раствора, содержащего углекислый аммоний, при 40-60°С, пропитку приготовленным раствором активного угля, содержащего добавки меди, хрома и серебра, вылеживание и термообработку, отличающийся тем, что готовят импрегнирующий раствор, содержащий 18-30 г/дм³ едкого натра и 30-45 г/дм³ углекислого аммония, охлаждают раствор до температуры, не превышающей 30°С, и пропитку ведут при соотношении объема импрегнирующего раствора к объему пор исходного активного угля, равном (0,91÷0,94):1.