Спосіб очищення газів від кислих домішок

Реферат: Спосіб очищення газів від кислих домішок, зокрема очищення водню, включає контактування з активним реагентом, за який використовують гідроксиди лужних та лужноземельних металів, нанесених на подрібнений пористий носій, причому як пористий носій застосовують щебінь з газобетону з фракційним складом 5-70 мм при об'ємній швидкості газу, що очищується, 200-1 2500 г та температурі -20-300 °C. UA 120364 U (54) СПОСІБ ОЧИЩЕННЯ ГАЗІВ ВІД КИСЛИХ ДОМІШОК UA 120364 U UA 120364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області очищення газів, зокрема водню, від кислих домішок. Для захисту навколишнього природного середовища від викидів шкідливих газів використовуються різноманітні способи, які сприяють зменшенню концентрацій забруднень на шляху їх розповсюдження в навколишньому середовищі. Боротьба із утвореними в технологічних процесах викидами здійснюється шляхом застосування чисельних методів захисту, одним із яких є нейтралізація шкідливих газів активними реагентами. Ці методи засновані на здатності компонентів газу взаємодіяти з активним реагентом, нанесеним на поверхню твердого носія. За станом на сьогоднішній день для очищення промислових викидів застосовують широкий спектр реагентів та носіїв. Але більшість з них є або малоефективними, або дорогими, або ж потребують частої заміни. Тому вибір ефективних, доступних і недорогих активних реагентів та їх носіїв є запорукою повноцінного захисту довкілля. Спосіб очищення забруднених газів із застосуванням пористого носія, на який нанесена активна маса, котра уловлює шкідливі компоненти, описана в патенті України № 10120 9 [МПК :В01D 53/94, B01J 21/00, B01J 23/54, опубл. 15.11.2005, бюл. № 11]. Так, активна маса містить оксид молібдену (Мо2О3), оксид вольфраму (WO2), оксид марганцю (МnО2), оксид алюмінію (Аl2О3) і принаймні одну сполуку паладію (Pd). Пористий носій виконаний із запеченої водяної суспензії керамічного матеріалу і лінгосульфонату натрію, причому до складу керамічного матеріалу входить алюмофосфат, бентонітова глина, оксид титану, оксид хрому та глинозем. Цей спосіб є доволі ефективний, але в той же час економічно не вигідний, тому що потребує застосування дорогих матеріалів. Аналізуючи кількісний та якісний склад інгредієнтів активного реагенту та носія, можна дійти висновку, що очищення газів у такий спосіб є недоцільним. Відома також технологія очищення повітря, у якій як активний реагент, нанесений на пористий носій, використовують хлорид паладію PdCl2, сіль міді (II) та бромід натрію NaBr, а як 9 носій деалюмінований природний цеоліт - базальтовий туф [патент України №10634, МПК :В01J 23/44, B01J 23/78, B01J 23/89, опубл. 15.11.2005, бюл. № 11]. Як і в попередньому аналогу, ця технологія є доволі дорогою та економічно недоцільною. Відомий спосіб очищення газів від сірчаного ангідриду, у якому газ контактує з активним 8 компонентом, нанесеним на подрібнений носій [А.С. СРСР № 1292811, МПК :В01D 53/02, опубл. 28.02.87, бюл. № 8]. Як активний компонент використовується хлорид натрію, а як носій подрібнений керамзит або коксова крихта. Недолік цієї технології криється у її протиріччі, тому що процес очищення газу від шкідливого компоненту - сірчаного ангідриду (SO3) супроводжується виділенням іншого кислого компоненту - газоподібного НСl. В свою чергу, виділений хлористий водень необхідно утилізувати, отже, ця технологія є недостатньо результативною та малоефективною. За прототип корисної моделі прийнятий спосіб очищення газів, зокрема водню, від кислих домішок, що включає контактування з активним реагентом, за який використовують гідроксид 8 натрію, нанесений на подрібнений пористий носій [А.с. СРСР № 1681922, МПК : В01D 53/02, опубл. 07.10.91, бюл. № 37]. Активним реагентом у цьому способі є гідроксид натрію, а пористим носієм - керамзит. Поєднання цього реагенту з носієм забезпечує ефективне очищення газів, зокрема водню, від кислих домішок. Відомо, що цей спосіб включає відпалювання глини або глинистого сланцю при постійному обертанні в спеціальних печах при високій температурі (в межах 1300 °C). За рахунок того, що нагрівання здійснюється швидко, часточки породи спучуються і оплавляються зверху, а середина залишається пористою. Але спосіб має і свій недолік, пов'язаний із застосуванням керамзиту. Такий керамзит після подрібнення дійсно є хорошим носієм для активного реагенту, але оплавлений шар на частках керамзиту є гладким і мало пористим, що суттєво обмежує питому поверхню, тому широке застосування цього носія є недоцільним. В основу корисної моделі поставлена задача розробки ефективного і рентабельного способу очищення газів від кислих домішок шляхом застосування як носія дешевого будівельного матеріалу - щебеню з газобетону з більшою питомою поверхнею, ніж у керамзиту, та вибору його оптимального фракційного складу. Поставлена задача досягається за рахунок того, що у способі очищення газів від кислих домішок, що включає контактування з активним реагентом, за який використовують гідроксиди лужних та лужноземельних металів, нанесені на подрібнений пористий носій, згідно заявляємо/ корисної моделі, як пористий носій застосовують щебінь з газобетону з фракційним складом 5-1 70 мм при об'ємній швидкості газу, що очищується, 200-2500 г та температурі -20-300 °C. 1 UA 120364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Крім того, як гідроксиди лужних та лужноземельних металів можуть бути використані гідроксиди металів, вибраних з ряду активності металів-літій, калій, барій, кальцій, натрій, магній. Суть способу полягає в збільшенні кількості нанесених на носій гідроксидів лужних та лужноземельних металів, створенні найбільш сприятливих умов для проходження хімічних реакцій нейтралізації кислих домішок у складі газу, який підлягає очищенню, зокрема водню, досягненні практично повного його очищення та суттєвому здешевленні технологічного процесу. Ознаки, які відрізняють запропоноване технічне рішення від способів очищення газів, що знаходяться на сучасному рівні техніки, обумовлюють вказаний вище технічний результат, який досягається в процесі використання даного способу. Щебінь з газобетону, який використовують у запропонованому способі очищення, як і керамзит, виготовляється з природних компонентів, і являє собою різновид стільникового (пористого) бетону. По суті це штучний камінь з рівномірно розподіленими по всьому об'єму сферичними порами, сполученими між собою. Щебінь з газобетону є дешевим, широко доступним матеріалом, який використовують на будівельних майданчиках та при будівництві дорожніх покриттів, отже застосування його для очищення газів не викликає проблем, до того ж дозволяє обійтись без затратної операції подрібнення, як це має місце у відомому способу. При цьому за ефективністю очищення запропонований спосіб не тільки не поступається відомому способу, але і перевершує його. Шляхом проведення численних досліджень було встановлено, що найбільш ефективне очищення газів відбувається тоді, коли реагент нанесений на газобетонний носій із фракційним складом 5-70 мм. Будь-яке відхилення від цього розмірного інтервалу погіршувало результати процесу. Так, коли частки носія були меншими за 5 мм потік газу зазнавав великого опору, а коли частки носія були більшими за 70 мм, газ проходив через шар носія частково без взаємодії -1 з активним реагентом у внутрішніх порах носія при об'ємній швидкості 200-2500 г та температурі -20-300 °C. При температурах, менших за -20 °C, швидкість реакції дуже уповільнюється, а температури, більші за 300 °C, можуть привести до спікання контакту. Розширенню можливостей запропонованого способу очищення газів від кислих домішок, зокрема при очищенні водню, сприяє той факт, що у запропонованому технічному рішенні поповнений ряд активних реагентів від гідроксиду літію до гідроксидів калію, барію, кальцію, натрію, магнію. Ці реагенти вступають у взаємодію з кислими домішками наступним чином: реакція з сірководнем: 2NaOH+H2S → Na2S+2Н2О 2LiOH+H2S → Li2S+2H2O реакція з хлористим воднем: NaOH + НСl → NaCl + Н2О KОН + НСl → KСl + Н2О Са(ОН)2+2НСІ → СаСl2+2Н2О Ва(ОН)2+2НСІ → ВаСl2+2Н2О Мg(ОН)2+2НСІ → МgСl2+2Н2О У результаті проведення реакції утворюються легкорозчинні сполуки лужних та лужноземельних металів, а також вода, які легко утилізуються. Таким чином, в реакціях нейтралізації кислих домішок беруть участь лише гідроксиди лужних та лужноземельних металів. Однак ефективність очищення в значній мірі залежить від питомої поверхні носія, а запропонований як носій щебінь з газобетону, маючи фракційний склад 5-70 мм, забезпечує більшу, ніж у керамзиту, питому поверхню і оптимальну швидкість -1 газового потоку, яка складає 200-2500 г внаслідок мінімального опору в об'ємі носія. Пористий контакт виготовляють наступним чином. Для вилучення надто мілких і завеликих фракцій щебінь з газобетону просіюють, потім заливають 20-45 % водним розчином гідроксидів лужних чи лужноземельних металів і витримують 1-1,5 години при температурі 60-90 °C. Після цього надлишок розчину зливають і просушують щебінь при температурі 110-150 °C протягом двох годин. В результаті проведених операцій отримують на носії задану кількість нанесеного активного реагенту - ємність контакту становить 12-32 % гідроксиду лужного чи лужноземельного металу. Приклад № 1 здійснення способу Контакт (газобетон з 21 % NaOH) вагою 100 г розміщують в лабораторному реакторі діаметром 20 мм і висотою 500 мм. Через реактор пропускають потік газу (водню), який містить 3 3 3 0,32 мг/м хлористого водню, 0,32 мг/м сірководню і 0,32 мг/м вуглецевого газу з об'ємною 2 UA 120364 U -1 5 10 15 20 25 30 швидкістю 1000 г при температурі 120 °C. В результаті отримано ступінь очищення від СО 2100 %, від НСl-100 %, від H2S-100 %. Приклад № 2 здійснення способу Контакт (газобетон з 18 % КОН) вагою 100 г розміщують в лабораторному реакторі діаметром 20 мм і висотою 500 мм. Через реактор пропускають потік газу (водню), який містить 3 3 3 0,32 мг/м хлористого водню, 0,32 мг/м сірководню і 0,32 мг/м вуглецевого газу з об'ємною -1 швидкістю 2000 г при температурі 190 °C. В результаті отримано ступінь очищення від СО 2100 %, від НСl-100 %, від H2S-100 %. Приклад № 3 здійснення способу Контакт (газобетон з 19 % LiOH) вагою 100 г розміщують в лабораторному реакторі діаметром 20 мм і висотою 500 мм. Через реактор пропускають потік газу (водню), який містить 3 3 3 0,32 мг/м хлористого водню, 0,32 мг/м сірководню і 0,32 мг/м вуглецевого газу з об'ємною -1 швидкістю 2500 г при температурі 180 °C. В результаті отримано ступінь очищення від СО 299,6 %, від НСl-99,8 %, від H2S-99,8 %. Приклад № 4 здійснення способу Контакт (газобетон з 29,5 % Са(ОН)2) вагою 100 г розміщують в лабораторному реакторі діаметром 20 мм і висотою 500 мм. Через реактор пропускають потік газу (водню), який містить 3 3 3 0,32 мг/м хлористого водню, 0,32 мг/м сірководню і 0,32 мг/м вуглецевого газу з об'ємною -1 швидкістю 500 г при температурі -20 °C. В результаті отримано ступінь очищення від СО 297,6 %, від НСl-98,6 %, від H2S-98,7 %. Приклад № 5 здійснення способу Контакт (газобетон з 21 % Мg(ОН)2) вагою 100 г розміщують в лабораторному реакторі діаметром 20 мм і висотою 500 мм. Через реактор пропускають потік газу (водню), який містить 3 3 3 0,32 мг/м хлористого водню, 0,32 мг/м сірководню і 0,32 мг/м вуглецевого газу з об'ємною -1 швидкістю 2000 г при температурі 110 °C. В результаті отримано ступінь очищення від СО 299,3 %, від НСl-99,7 %, від H2S-99,5 %. Приклад № 6 здійснення способу Контакт (газобетон з 22 % Ва(ОН)2) вагою 100 г розміщують в лабораторному реакторі діаметром 20 мм і висотою 500 мм. Через реактор пропускають потік газу (водню), який містить 3 3 3 0,32 мг/м хлористого водню, 0,32 мг/м сірководню і 0,32 мг/м вуглецевого газу з об'ємною -1 швидкістю 1000 г при температурі -15 °C. В результаті отримано ступінь очищення від СО 299,2 %, від НСl-99,8 %, від H2S-99,7 %. Результати аналогічних дослідів наведені в таблиці. Таблиця Приклади здійснення способу № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Склад контакту Газобетон + NaOH Газобетон + NaOH Газобетон + NaOH Газобетон + Мn(ОН)2 Газобетон + Са(ОН)2 Газобетон + КОН Газобетон + КОН Газобетон + LiOH Газобетон + Ва(ОН)2 Прототип: керамзит + NaOH Об'ємна -1 Температура, °C швидкість, г 1000 140 2500 180 200 140 500 290 1000 180 1000 140 1000 120 2500 180 500 250 1000 140 Ступінь очищення % Ємність H2S HCl СО2 контакту, % 100 100 100 32,0 100 100 99,9 20,0 100 100 100 30,4 100 100 99,9 20,0 100 100 100 31,7 100 100 100 14,2 100 100 100 14,0 98,6 98,5 98,3 19,1 100 100 100 16,0 100 100 99,9 18,7 35 40 Запропонований спосіб очищення газів дозволяє знизити локальне навантаження шкідливих речовин на навколишнє середовище до допустимих рівнів, з нейтралізацією яких природа вже зможе впоратися сама. Корисна модель застосовується для очищення газів і використовується в галузях, котрі потребують очищення викидів, як-то: в хімічній промисловості, металургії, при виробництві цегли, скла та лікарських препаратів. 3 UA 120364 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб очищення газів від кислих домішок, зокрема очищення водню, що включає контактування з активним реагентом, за який використовують гідроксиди лужних та лужноземельних металів, нанесених на подрібнений пористий носій, який відрізняється тим, що як пористий носій застосовують щебінь з газобетону з фракційним складом 5-70 мм при -1 об'ємній швидкості газу, що очищується, 200-2500 г та температурі -20-300 °C. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як гідроксиди лужних та лужноземельних металів використовують гідроксиди металів, вибраних з ряду активності металів: літій, калій, барій, кальцій, натрій, магній. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4