Спосіб одержання поглинальної маси для очищення газів від сірчистих сполук

Запропонований винахід відноситься до одержання поглинальної маси для очищення газів від сірчистих сполук шля хом адсорбції і може бути використаний у області хімії. Широко відомі способи одержання поглинальної маси для очищення газів від сірчистих сполук на основі цинку. Але всі вони засновані на використанні активного оксиду цинку, що володіє високою питомою поверхнею 15-30 м²/г, який в теперішній час в Україні не виробляється. Запропонований винахід дозволяє одержати поглинальну масу з неактивного оксиду цинку, т.т. оксиду цинку, що володіє низькою питомою поверхнею в межах 2-7 м²/г. Відомий спосіб одержання поглинальної маси для очищення газів від сірчистих сполук шля хом змішування неактивного оксиду цинку з розчином, розчиненим при температурі 15°С, бікарбонату амонію та твердим бікарбонатом амонію. Одержану масу формують, сушать, або на повітрі, або в сухому приміщенні, а далі прожарюють у апараті знесірчення при температурі 300-400 °С (1). Відомий також спосіб одержання поглинальної маси для очищення газів від сірчистих сполук шляхом карбонізації неактивного оксиду цинку карбонатом амонію при перемішуванні з бокситом (а - моногідрат оксиду алюмінію), водою і водним розчином крохмалю на протязі 1-4 годин, формування, сушки одержаних часток при температурі 100 °С і прожарювання при температурі 300-400 °С (2). Карбонізацію проводять при мольному відношенні карбонату амонію до оксиду цинку, що дорівнює 0,1-0,15. Водний розчин крохмалю використовується як пластифікуючих домішок для покращення сковзання маси у екструдері, а боксит використовується як стверджувач. Недоліком відомих (1,2) способів одержання поглинальної маси є недостатньо висока сіркомісткість та механічна міцність поглинальної маси, що одержується. Найбільш близьким за технічною сутністю та досягнутим ефектом є спосіб одержання поглинальної маси для очищення газів від сірчистих сполук, що включає стадії: - карбонізації неактивного оксиду цинку вуглеамонійною сіллю при перемішуванні; - прожарювання при температурі 350-400 °С та формування. Як вуглеамонійну сіль використовують аміачно-карбонатний розчин (АКР). Після карбонізації здійснюють сушку, одержаної вологої суспензії оксиду цинку в АКР, у вакуумі 0,6-0,8 атм. до вологості 20-30 %, прожарювання за температури 350-400 °С, розмел та формування маси "Сухим" або "Мокрим" способом. При "сухому" способі (таблетування) прожарену розмелену масу змішують з графітом, ущільнюють на вальцях і таблетують. При "мокрому" способі (екструзія), прожарену розмелену масу змішують з домішками оксиду магнію, ПАВ, декстрина і води у змішувачі, формують на шнек пресі і сушать при 110-120 °С. АКР - це водний розчин карбонату амонію, в якому міститься 140-150 г/л аміаку та 75-80 г/л двоокису вуглецю. Карбонізацію провадять в 2 ступені, спочатку розчиняють частину неактивного оксиду цинку в АКР, а далі у розчин, що утворився, додають частину неактивного оксиду цинку, яка змішувалась і перемішують до утворення суспензії оксиду цинку в АКР (3). Недоліком відомого способу є його складність та висока енергоємність. Це пояснюється недостатньою технологічністю відомого способу, внаслідок того, що умови карбонізації неактивного оксиду цинку АКР приводять до одержання суспензії і оксиду цинку, вологість якої складає більше 40 %, що викликає необхідність вакуумної сушки з використанням енергоємного, дорогого та громіздкого обладнання, такого, як вакуумсушарка і спеціального насосу для транспортування суспензії. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення відомого способу одержання поглинальної маси для очищення газів від сірчистих сполук, в якому, шля хом зміни умов проведення способу, забезпечується його технологічність. Ця задача вирішується тим, що у запропонованому способі одержання поглинальної маси шляхом карбонізації неактивного оксиду цинку вуглеамонійною сіллю при перемішуванні, прожарюванні при температурі 350-400 °С та формуванні, як вуглеамонійну сіль використовують суху суміш кристалічних карбонатів амонію на основі дікарбонату амонію з масовою частиною аміака не менше 20,7 % мас, масовою частиною залишка після прожарювання не більше 0,02 % мас, та перемішування здійснюють в присутності необхідної кількості води. Інша відзнака полягає в тому, що карбонізацію здійснюють при масовому відношенні оксиду цинку до згаданої вуглеамонійної солі 1,6 - 2,5. Запропонований спосіб дозволяє підвищити технологічність способу одержання поглинальної маси для очищення газів від сірчистих сполук завдяки тому, що використаннявуглеамонійної солі (ВАС), яка легко розкладається у процесі карбонізації неактивного оксиду цинку приводить до одержання аміачно-карбонатного комплексу цинку, вміст вологи в якому незначний і її вміст легко можна регулювати за допомогою подачі води в процесі перемішування неактивного оксиду цинку з ВАС до одержання пластичної маси. Зміна умов карбонізації забезпечує можливість безпосередньо після карбонізації проводити прожарювання маси та її формування. При цьому виключається енергоємна стадія вакуумної сушки з використанням дорогого та громіздкого обладнання вакуумсушарки та спеціального насосу для транспортування суспензії. Авторами також встановлено, що змінюючи відношення ВАС до неактивного оксиду цинку, можна одержати поглинальну масу із заданою заздалегідь або потрібною різною міцністю, що дозволяє використовува ти поглинальну масу в апаратах, які працюють як при атмосферному, так і при підвищеному тиску. Для здійснення запропонованого способу неактивний оксид цинку з питомою поверхнею 2-7 м²/г змішують у змішувачі або в бігунах з сухою ВАС, формули [n(NH4)2CO3+NH4HCO3], яка випускається промисловістю по ДСТУ 9325-79 і має вигляд кристалів білого, сірого або рожевого кольору з масовою часткою не менше 20,7 мас % та масовою часткою залишку після прожарювання не більше 0,02 мас.%. Під час перемішування додають демінералізовану воду або конденсат до одержання пластичної маси. Після карбонізації масу прожарюють при температурі 350-400 °С, розмелюють і формують "сухим" або "мокрим" способом. При карбонізації виникає реакція утворення аміачно-карбонатного комплексу цинку та основного карбонату цинку, які при наступному прожарюванні переходять у активний оксид цинку. Готова поглинальна маса, зформована у вигляді таблеток 5х5 відповідає ТУ 113-03-2002-86, містить 94,0-95 % мас. оксиду цинку, має механічну міцність по твірній 3,5 МПА, а сіркомісткість - 24-26 %. Поглинальна маса, зформована методом екструзії у формі гранул з діаметром 4,5 мм відповідає стандарту підприємства, містить 85 % мас. оксиду цинку, а по механічній міцності та сіркомісткості перевищує стандарт підприємства: індекс міцності в кг/мм діаметра екструдата середня величина 1,0 проти 0,7 за стандартом, мінімальна 0,5 проти 0,35 за стандартом, сіркомісткість 34-25 % проти 24-26 % за стандартом. Одержана по запропонованому способу поглинальна маса за вмістом основної речовини, міцністю, сіркомісткостю та іншими показниками не поступається поглинальній масі, одержаній за способом-прототипом. Запропонований винахід пояснюється прикладами. Приклад 1. В змішувач завантажують 100 кг неактивного оксиду цинку з питомою поверхнею 2-7 м²/г та 39 кг сухої вуглеамонійної солі. Масове співвідношення оксид цинку: ВАС дорівнює 2,5. Суміш перемішують на протязі 5 годин. Під час перемішування додають 46 літрів демінералізованої води. Одержану масу розмелюють у дезінтеграторному млину, далі пневмотранспортом вивантажують та подають до печі на прожарювання, де прожарюють при температурі 350-400 °С 8 годин. До сухого оксиду цинку додають воду в кількості 5 літрів, до вмісту її не більше 5 %, графіт у кількості 2 кг, перемішують на протязі 40 хвилин і далі формують шляхом таблетування із зусилля пресування 100 МПа. Одержана поглинальна маса у кількості 104 кг містить 94% мас. оксиду цинку, має питому поверхню 30 м²/г, механічну міцність по твірній 2,5 МПа. Поглинальну масу завантажують в реакційну трубку, що обігрівається, куди надходить пара сірковуглецю. При цьому при температурі 400 °С на протязі 10-12 годин виникає реакція насичення поглинача сіркою. Насичений сіркою поглинач далі розкладають соляною кислотою і сірководень, що при цьому виділився, поглинають оцтово-кислим кадмієм, у якому йодометричним способом визначають кількість поглинутої сірки, яка в даному випадку складає 24 % або 240 г сірки на 1 кг поглинача. Приклад 2. Проводять, як описано у прикладі 1, тільки до змішувача завантажують 80 кг неактивного оксиду цинку з питомою поверхнею 2-7 м²/г та 50 кг ВАС. Масове відношення оксид цинку : ВАС дорівнює 1,6. Суміш перемішують на протязі 4 годин, під час перемішування додають 15 л демінералізованої води. Одержану масу розмелюють у дезінтеграторному млину, далі пневмотранспортом вивантажують і подають до печі на прожарювання, де прожарюють при 350-400 °С 8 годин. Одержують сухий оксид цинку з високою питомою поверхнею, що дорівнює 52 м²/г. До сухого оксиду цинку додають воду в кількості 3 л, до вмісту її у масі не більше 5 %, графіт у кількості 1,6 кг, перемішують на протязі 40 хвилин і далі формують шляхом таблетування із зусиллям пресування 100 МПа. Одержана поглинальна маса у кількості 83 кг містить 95 % оксиду цинку, має поверхню 43 м²/г, механічну міцність по твірній 3,5 МПа, насипну щільність 1,8 кг/л, сіркомісткість 26 % та відповідає ТУ 113-03-2002-86. Приклад 3. В змішувач завантажують 200 кг неактивного оксиду цинку і порціями завантажують 80 кг сухої ВАС. Масове відношення оксид цинку : ВАС дорівнює 2,5. Суміш перемішують на протязі 5 годин, під час перемішування додають 95 л демінералізованої води. Одержану масу формують і подають до прожарювальної печі на прожарювання, прожарюють при 350-400 °С 8 годин. Одержують сухий оксид цинку з питомою поверхнею 54,5 м²/г. До 300 кг сухого активного оксиду цинку додають 40 кг активного оксиду алюмінію, 4 кг розчиненого у 30 л води полівінілового спирту (ПВС), далі під час ретельного перемішування додають воду до вологості маси 28-30 %, перемішують на протязі 4 годин і далі формують в екструдати розміром діаметра 6 мм. Одержана поглинальна маса у кількості 340 кг містить 85 % мас. оксиду цинку, має поверхню 48 м²/г, механічну міцність - індекс міцності кг/мм діаметра екструдата - середня величина 1, мінімальна -0,5, насипну щільність 1.15 кг/л, сіркомісткість, визначена згідно з прикладом 1 - 34 %. Поглинальна маса відповідає стандарту підприємства. Приклад 4. В змішувач завантажують 300 кг неактивного оксиду цинку і порціями додають 80 кг сухої ВАС, співвідношення оксид цинку: ВАС дорівнює 3,7. Суміш перемішують 5 годин, під час перемішування додають 120 л демінералізованої води. Одержану масу формують і прожарюють 8 годин. Одержують сухий оксид цинку з питомою поверхнею 37 м²/г. До 300 кг сухого активного оксиду цинку додають 40 кг активного оксиду алюмінію, 4 кг розчиненого в 30 л води ПВС, далі при перемішуванні додають воду до вологості маси 28-30 %, перемішують на протязі 4 годин і далі формують в екструдата розміром діаметра 4,5 мм. Одержана маса містить 85 % мас., оксид цинку, має поверхню 41,3 м²/г, механічну міцність - індекс міцності кг/мм діаметра екструдата - середня величина 1, мінімальна -0,5, насипну щільність 1,2 кг/л, сіркомісткість - 25 %. Гази двоокису вуглецю, аміаку, що виділяються у процесі прожарювання, а також пара води направляються у абсорбер, де протитечією до них подають воду і вони абсорбуються водою. Одержаний розчин використовують у процесі виготовлення каталізаторів.