CS259456B1 - Způsob detoxikace dusíku nebo vodíku nebo vzácných plynů nebo oxidu uhličitého nebo jejich vzájemných smčsí - Google Patents

Abstract

Řešení se týká detoxikace plynů od plynných toxických složek, která se provádí tak, že plyny procházejí soustavou nejméně dvou za sebou následujících vrstev tvořených granulovaným aktivním uhlím nebo jeho směsí s oxidačním sorbentem a vrstvou oxidačního sorbentu, která je vždy poslední funkční vrstvou o určité výšce. Granulované aktivní uhlí má určitý měrný povrch přičemž určité procento povrchu připadá na skupinu pórů o efektivním průměru 0,3 až 2 nm. Oxidačním sorbentem je oxid nebo chroman mědnatý nebo komplexní chroman mědnatý s ligandami a je nanesen na povrch granulí tvořeným oxidem hlinitým, aktivním uhlím či oxidem křemičitým s určitým obsahem mědi.

Description

Vynález se týká způsobu detoxikace obecných plynů od plynných toxických složek, zejména od plynných hydridů, kde obecnými plyny jsou vodík, dusík, oxid uhličitý, vzácné plyny nebo jejich směsi a v uvedených plynných soustavách není přítomen kyslík nebo je plynný kyslík přítomen jen v nízkých koncentracích.

Speciální metalurgické postupy, zejména technologie výroby v oboru mikroelektroniky, bývají spojené ε výrobou a užitím extrémně toxických plynů, které se pak nacházejí i v odpadajících plynech a musí být před vstupem do atmosféry účinně detoxikovány na úroveň předepsaných nejvyšších přípustných koncentrací (NPK). Plynné odpady v uvedeném případě jsou charakterizovány velkými rozsahy koncentrací toxických složek, od desítek procent po desetiny procenta, dále jsou charakterizovány proměnlivými a přerušovanými průtoky a nízkým, vůči toxickým složkám podstechiometrickým obsahem kyslíku.

Nejrozšířenějšími způsoby likvidace toxických plynů jsou způsoby využívající chemické reakce v absorpčním systému a způsoby termického zpracování, zejména oxidace. Soustavy s absorbery jsou vesměs určeny ke společnému zpracováni toxických složek z ovzduší i z odpadních plynů. Zařízení v takových soustavách jsou objemná, protože zpracovávají současně velká množství vzduchu, přitom množství likvidovaných toxických příměsí je v poměru k množství balastnlch plynů velmi malé. Funkčním prostředkem jsou zde velké objemy roztoku činidel, zejména oxidačních. Produktem procesu jsou nejen detoxikované plyny, ale zároveň roztoky obsahující vždy látky toxické nebo škodlivé. Termické způsoby jsou založeny na termickém rozkladu toxických složek nebo jejich spalováním v přebytku vzduchu nebo kyslíku.

Spalovací pochody se uskutečňují s použitím pomocných plynných nebo kapalných paliv nebo ohřevem pomocí elektrické energie. Oroveň detoxikace u těchto metod zpravidla nezaručuje požadované dovolené koncentrace. Je to ve značné míře důsledek konkurenčních oxidačně-redukčních reakcí v plameni. U všech oxidačních reakcí v požadovaném, tudíž relativně velkém přebytku vzduchu, je reakční kinetika znevýhodněna značným zředěním odstraňovaných složek balastními plyny. Účinnost způsobu je možno do jisté míry zvětšit prodloužením reakční doby, tedy zvětšením zařízení nebo pracovním režimem s vyššími teplotami, tedy spotřebou energie. Uvedené procesy vyžadují ustálené dynamické podmínky a především stálý příkon energií pro ohřev, transport plynů, vzduchu, případně transport reakčních roztoků. V havarijních situacích spojených s výpadkem energie uvedené systémy selhávají.

Tyto nevýhody řeší způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že plyny procházejí soustavou nejméně dvou za sebou následujících vrstev tvořených jednak granulovaným aktivním uhlím nebo jeho směsí s oxidačním sorbentem a jednak vrstvou oxidačního sorbentu, přičemž poslední funkční vrstvou je vždy vrstva oxidačního sorbentu, a to o výšce rovné nejméně desetinásobku průměru granulí. Granulované aktivní uhlí má měrný povrch nejméně 450 m^/g a z toho nejméně 80 i celkového měrného povrchu připadá na skupinu pórů o efektivním průměru 0,3 nm až 2 nm. Oxidačním sorbentem je oxid mědnatý nebo chroman mědnatý nebo komplexní chroman mědnatý s ligandami jako je amoniak, hydroxilová nebo amino-skupina a že uvedené sloučeniny nebo jejich směsi jsou naneseny na povrch granulí, tvořenými oxidem hlinitým nebo aktivním uhlím nebo oxidem křemičitým a obsah mědi v uvedeném oxidačním sorbentu je 3,5 % až 11 %.

Likvidace toxických složek se provádí průchodem plynů ložem pevných sorbentů, tvořených nejméně dvěma vrstvami, a to nejdříve vrstvou granulovaného aktivního uhlí s oxidačním sorbentem a následně vrstvou oxidačního sorbentu. Aktivní uhlí je charakterizováno hlavním oborem pórů o průměru 0,5 nm až 2 nm a měrným povrchem vždy větším než 450 m /g. Oxidační sorbent je tvořen vrstvou sloučenin mědi, nanesenou na pevném nosiči jako je aktivní uhlí, oxid hlinitý nebo oxid křemičitý. Sloučeninami mědi jsou oxid mědnatý, chroman mědnatý nebo komplexní chroman mědnatý obsahující jako ligandy amoniak nebo skupiny -OH a -NH_. Sloučeniny * 2+ . mědi jsou vysráŽeny na povrchu granulí pevného nosiče. Koncentrace Cu je 3,5 % aŽ 11 %. SorpČní lože obsahuje vždy jako poslední vrstvu oxidační sorbent.

významnou vlastností uvedené soustavy je schopnost odstranit prakticky veškerý obsah toxické složky, a to za nepřístupnosti vzdušného kyslíku i při proměnlivých průtokových rychlostech detoxikovaného plynu a zejména při proměnlivých koncentracích toxické složky v plynu. Na této schopnosti se podílí jednak vysoká sorpční kapacita aktivního uhlí a schopnost aktivního uhlí vyrovnávat koncentrace toxické složky sorpcí při vysokých koncentracích a desorpcí při nízkých koncentracích. Dále se na ději podílí schopnost oxidačního sorbentu pevně vázat toxickou složku z proudu plynu, zvláště pak je-li koncentrace toxické složky průchodem aktivním uhlím snížena a stabilizována. Účinnost systému je vysoká, koncentrace toxických složek ve vystupujícím plynu je nižší než předepisuje NPK.

Další význačnou vlastností způsobu s popsanou soustavou, je nezávislost funkce na vnějších zdrojích energií. Nízká tlaková ztráta v sorpčním loži umožňuje správnou funkci i bez nuceného transportu plynu. Soustava má vysokou účinnost v celém rozsahu venkovních teplot, ke správné funkci se nevyžaduje vnější temperace. Rozdíly účinků obou typů vrstev, vyvolané kolísáním vnějších teplot, se kompenzují.

Význačnou vlastností systému je rovněž možnost převedení sorbovaných toxických složek přímo v zařízení na netoxické, nebo alespoň netěkavé sloučeniny, a to samostatným, od detoxikace odděleným postupem. Podstatou tohoto postupu je řízená oxidace toxických složek proudem dusíku nebo jiného inertního plynu, obsahujícího řízené množství kyslíku. Toxické složky vázané na oxidačním sorbentu, jsou oxidovány za současného uvolňování tepla. Uvolněné teplo vyvolává zvýšenou desorpci toxických složek z aktivního uhlí a jejich následnou oxidaci na oxidačním sorbentu, nejpozději na poslední funkční vrstvě, tvořené oxidačním sorbentem. Jediným nutným snímaným a řídicím parametrem je teplota. V rozmezí teplot 40 až 180 °C dojde k úplnému převedení toxických složek na stabilní sloučeniny a zároveň obnově detoxikační funkce systému.

Zařízením, aplikujícím uvedenou metodu, je jakákoliv nádoba opatřená přívody a odvody plynů, případně snímačem teplot v nádobě.

Přiklad 1

Z odpadního plynu obsahujícího vodík a fosfan o koncentraci 0,012 % až 5,5 * fosforovodíku byl odstraňován fosfan průchodem přes vrstvu aktivního uhlí vysokou 5 cm a vrstvu oxidačního sorbentu vysokou 5 cm. Granulované aktivní uhlí mělo střední zrnitost okolo 3 mm, spéci2 fický povrch vyšší než 600 m /g, póry 0,5 až 2 nm zaujímaly 91 % z celkového měrného povrchu.

- 2+

Oxidačním sorbentem byl chroman mědnatý a oxid mědnatý. Celkový obsah Cu byl 6,3 %, z toho 0,7 % ve formě oxidu mědnatého. Část chromanu mědnatého byla ve formě komplexní sloučeniny obsahující čpavek a skupinu -NH₂· Celkový obsah dusíku v oxidačním sorbentu byl 5,8 %. Oxidační sorbent byl nanesen na granulích aktivního uhlí o střední zrnitosti 1,5 mm. Po dobu 41 hodin byla prováděna izolace fosforovodíku z proudu plynu s lineárním rychlosti 0,012 m/min až 2,5 m/min, aniž by došlo k průniku fosforovodíku o koncentraci vyšší než 0,000 01 %. Zpracování zachyceného fosforovodíku na kysličník fosforečný, případně jeho hydráty, bylo provedeno proudem dusíku obsahujícím 2,1 % až 7 % kyslíku po dobu 62 minut. Regulací koncentrace kyslíku byla regulována teplota soustavy na 40 až 70 °C.

Příklad 2

K detoxikaci odpadního ergonu, obsahujícího střídavě 0,5 % diboranu a 0,1 % chlorovodíku, byl použit laboratorní filtr sestávající z vrstvy aktivního uhlí vysoké 7 cm a vrstvy oxidačního sorbentu vysoké 7 cm. Charakteristiky aktivního uhlí a oxidačního sorbentu byly stejné jako u příkladu 1. Při průtokové rychlosti 0,08 m/min nebyl po 480 minutách indikován průnik toxických složek při použití indikační metody s citlivostí 0,000 01 %.

.

Příklad 3

X detoxikaci vodíku obsahujícího 80 % fosforovodíku až 95 % fosforovodíku byla použita soustava s 6,3 kg aktivního uhlí a 6,3 kg oxidačního sorbentu, z toho 1,08 kg oxidačního sorbentu bylo smícháno s aktivním uhlím. Charakteristiky aktivního uhlí a oxidačního sorbentu byly stejné jako u příkladu 1. Při průtokové rychlosti 0,07 n/min byl zachycen fosforovodík o hmotnosti 1,082 kg, aniž byl indikován jeho průnik za zařízení. Citlivost indikační metody byla 0,000 01 %. Kapacita sorpčního lože byla obnovena oxidací fosforovodíku proudem dusíku, obsahujícího 1,5 až 2,5 % kyslíku při teplotách do 125 °C. Sorpční lože bylo pak v provozu dalSích 416 hodin bez průniku při detoxikaci vodíku, obsahujícího 0,01 až 5 % fosforovodíku.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob detoxikace dusíku nebo vodíku nebo vzácných plynů nebo oxidu uhličitého nebo jejich vzájemných směsí, obsahujících méně než 1,5 % kyslíku, od toxických plynných příměsí jako jsou arsenovodík, fosforovodík, diboran, sirovodík, kyanovodík vyznačující se tím, že uvedené plyny procházejí soustavou nejméně dvou za sebou následujících vrstev tvořených jednak granulovaným aktivním uhlím nebo jeho směsi s oxidačním sorbentem a jednak vrstvou oxidačního sorbentu, přičemž poslední funkční vrstvou je vždy vrstva oxidačního sorbentu, a to o výšce rovné nejméně desetinásobku průměru granulí.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že granulované aktivní uhlí má měrný povrch

   450 až 1 000 m /g a z toho nejméně 80 až 100 % celkového měrného povrchu připadá na skupinu pórů o efektivním průměru 0,3 na až 2 nm.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že oxidačním sorbentem je oxid mědnatý nebo chroman mědnatý nebo komplexní chroman mědnatý s ligandami jako je amoniak, hydroxilová nebo aminoskupina a že uvedené sloučeniny nebo jejich eměsi jsou naneseny na povrch granulí, tvořených oxidem «hlinitým nebo aktivním uhlím nebo oxidem křemičitým a obsah mědi v uvedeném oxidačním sorbentu je 3,5'až lit.