RU2098177C1

RU2098177C1 - Method of preparing sorbent

Info

Publication number: RU2098177C1
Application number: RU96118528A
Authority: RU
Inventors: В.А. Внучкова; М.Н. Солин; В.П. Голубев; В.Э. Лейф; Н.А. Зимин; А.А. Хазанов; А.Н. Тамамьян
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЗАРЯ"
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1997-12-10

Abstract

FIELD: sorbents. SUBSTANCE: ammonia and hydrogen sulfide sorbents to clean industrial effluent gases or protect respiratory organs are prepared by impregnating activated carbon with copper sulfate and thermally treating granules, which method is distinguished by carrying out sorbent heat treatment at 100 to 170 C in "fluidized bed" furnace and performing impregnation procedure with copper sulfate concentration 15-25 wt % at 80-95 C and sorbent to solution volume ratio 1:(0.25-0.45). EFFECT: increased dynamic activity of sorbent with regard to ammonia and hydrogen sulfide. 1 tbl

Description

Изобретение относится к сорбционной технике, в частности к способу получения сорбента для поглощения аммиака и сероводорода, и может быть использовано в процессах очистки отходящих промышленных газов или в средствах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания. The invention relates to a sorption technique, in particular to a method for producing a sorbent for the absorption of ammonia and hydrogen sulfide, and can be used in the processes of purification of industrial exhaust gases or in means of individual and collective respiratory protection.

Известен способ получения хемосорбента для очистки газов от аммиака, включающий импрегнирование активного угля раствором хлористого никеля (до содержания 5 30 мас.) при температуре 30 70^oC, сушку, термообработку при температуре 150 250^oC и рассев гранул, причем в качестве основы используют активный уголь с объемом пор 0,80 0,85 см³/г [1]
Недостатком известного способа является его сложность, связанная с высокой токсичностью хлористого никеля, и низкая поглотительная способность хемосорбента по сероводороду.A known method of producing a chemisorbent for purifying gases from ammonia, including impregnating activated carbon with a solution of nickel chloride (up to a content of 5-30 wt.) At a temperature of 30 70 ^o C, drying, heat treatment at a temperature of 150 250 ^o C and sieving of granules, and used as a base activated carbon with a pore volume of 0.80 0.85 cm ³ / g [1]
The disadvantage of this method is its complexity associated with the high toxicity of nickel chloride, and the low absorption capacity of the chemisorbent for hydrogen sulfide.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сорбента, включающий пропитывание гранул активного угля сульфатом меди в количестве 16 20 мас. сушку, а затем термообработку гранул, причем, в качестве активного угля используют уголь с суммарным объемом пор 0,7 см³/г, полученном из окисленного слабоспекающегося угля с кислородсодержащими функциональными группами [2] Этот способ может быть принят за прототип предлагаемого изобретения.Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of producing a sorbent, which involves impregnating granules of activated carbon with copper sulfate in an amount of 16 to 20 wt. drying, and then heat treatment of granules, moreover, coal with a total pore volume of 0.7 cm ³ / g obtained from oxidized low-caking coal with oxygen-containing functional groups is used as activated carbon [2] This method can be taken as a prototype of the present invention.

Недостатком прототипа является то, что сорбент, полученный этим способом, обладает невысокой динамической активностью по аммиаку и сероводороду. The disadvantage of the prototype is that the sorbent obtained by this method has a low dynamic activity in ammonia and hydrogen sulfide.

Целью изобретения является упрощение способа получения при значительном повышении динамической активности получаемого сорбента. The aim of the invention is to simplify the production method with a significant increase in the dynamic activity of the resulting sorbent.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим пропитку активного угля сульфатом меди и термообработку гранул, причем термообработку сорбента ведут после пропитки при 100 170^oC в печи "кипящего слоя", а пропитывают уголь раствором с концентрацией 15 25 мас. при 80 95^oC и объемном соотношении сорбента и раствора 1:0,25 0,45.This goal is achieved by the proposed method, including the impregnation of activated carbon with copper sulfate and heat treatment of granules, and the heat treatment of the sorbent is carried out after impregnation at 100 170 ^o C in a fluidized bed furnace, and the coal is impregnated with a solution with a concentration of 15 to 25 wt. at 80 95 ^o C and a volume ratio of sorbent and solution of 1: 0.25 0.45.

Из научно-технической литературы авторами неизвестен способ получения сорбента для поглощения аммиака и сероводорода путем припитывания активного угля раствором сульфата меди с массовой концентрацией 15 25% при температуре 80 95^oC и объемном соотношении компонентов сорбент-раствор 1:0,25 0,45 с последующей термообработкой в печи "кипящего слоя" при 100 170^oC.From the scientific and technical literature, the authors do not know how to obtain a sorbent for the absorption of ammonia and hydrogen sulfide by feeding active carbon with a solution of copper sulfate with a mass concentration of 15 25% at a temperature of 80 95 ^o C and a volume ratio of components of the sorbent-solution 1: 0.25 0.45 s subsequent heat treatment in a fluidized bed furnace at 100,170 ^o C.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Поглощение аммиака и сероводорода происходит за счет их связывания соединениями меди, наносимыми на поверхность активного угля. Одновременно высокая активность сорбента по аммиаку и сероводороду обеспечивается наличием на носителе CuSO₄, а также CuO и Cu₂O, которые образуются при термообработке пропитанного сорбента в условиях избытка кислорода (в печи "кипящего слоя") при определенном температурном режиме. Для получения требуемого количества и оптимального соотношения соединений меди, обеспечивающих максимальную динамическую активность, необходимо тщательно подобрать режимы пропитки и термообработки.The essence of the proposed method is as follows. The absorption of ammonia and hydrogen sulfide occurs due to their binding to copper compounds deposited on the surface of activated carbon. At the same time, the high activity of the sorbent for ammonia and hydrogen sulfide is ensured by the presence of CuSO ₄ on the support, as well as CuO and Cu ₂ O, which are formed during heat treatment of the impregnated sorbent under conditions of excess oxygen (in a fluidized bed furnace) at a certain temperature regime. To obtain the required amount and optimal ratio of copper compounds providing maximum dynamic activity, it is necessary to carefully select the impregnation and heat treatment modes.

В результате многочисленных экспериментов удалось установить концентрацию пропиточного раствора, соотношение сорбент-раствор и оптимизировать температурные режимы. As a result of numerous experiments, it was possible to establish the concentration of the impregnating solution, the sorbent-solution ratio, and to optimize temperature conditions.

Способ осуществляют следующим образом. Берут активный уголь с размером гранул (зерен) от 0,1 до 4,0 мм, суммарным объемом пор 0,70 1,1 см³/г и помещают его в пропиточный аппарат типа бетономешалки. Затем в отдельном реакторе с подогревом готовят водный раствор сульфата меди с массовой концентрацией 15 25% путем растворения данной соли в промышленной воде или конденсате при нагревании до 80 95^oC. Включают пропиточный аппарат и дозируют раствор при объемном соотношении компонентов уголь-раствор 1:0,25 - 0,45. Пропитку осуществляют в течение 5 15 мин при 80 95^oC. Затем пропитанный сорбент выгружают в приемный бункер и направляют в печь "кипящего слоя", где осуществляют термообработку газовоздушной смесью при температуре 100 170^oC, скорость подачи сорбента при термообработке 500 1000 кг/час. Выход готового продукта 85 97% Полученный сорбент обладает высокой динамической активностью по аммиаку и сероводороду.The method is as follows. Take activated carbon with a granule (grain) size of from 0.1 to 4.0 mm, with a total pore volume of 0.70 1.1 cm ³ / g and place it in an impregnation apparatus such as a concrete mixer. Then, in a separate heated reactor, an aqueous solution of copper sulfate with a mass concentration of 15 25% is prepared by dissolving this salt in industrial water or condensate when heated to 80 95 ^o C. The impregnation apparatus is turned on and the solution is dosed with a volume ratio of 1: 0 coal-solution components 25 - 0.45. The impregnation is carried out for 5–15 min at 80–95 ^° C. Then, the impregnated sorbent is discharged into a receiving hopper and sent to a fluidized bed furnace where heat treatment with a gas-air mixture is carried out at a temperature of 100– 170 ^° C; the sorbent feed rate during heat treatment is 500–1000 kg / hour. The yield of the finished product is 85 97%. The resulting sorbent has a high dynamic activity in ammonia and hydrogen sulfide.

Пример 1. Берут 100 кг активного угля АГ-3 (ГОСТ 20464-75) с диаметром гранул 1,0 2,0 мм и суммарной пористостью 0,90 см³/г, помещают его в пропиточный аппарат. Готовый водный раствор CuSO₄ с мас. концентрацией 25% нагретый до 95^oC подают в пропиточный аппарат из расчета 70 л раствора на 100 кг угля, при этом объемное соотношение уголь: раствор составляет 1:0,35. Затем пропитанный уголь выгружают и направляют в печь "кипящего слоя", где осуществляют термообработку при 140^oC до остаточного содержания влаги не более 5% Полученный сорбент выгружают, охлаждают и проводят оценку динамической активности по аммиаку и сероводороду.Example 1. Take 100 kg of activated carbon AG-3 (GOST 20464-75) with a diameter of granules of 1.0 to 2.0 mm and a total porosity of 0.90 cm ³ / g, place it in an impregnation apparatus. Ready aqueous solution of CuSO ₄ with wt. 25% concentration heated to 95 ^o C served in the impregnation apparatus at the rate of 70 l of solution per 100 kg of coal, while the volume ratio of coal: solution is 1: 0.35. Then, the impregnated coal is discharged and sent to a fluidized bed furnace, where it is heat treated at 140 ^° C to a residual moisture content of not more than 5%. The resulting sorbent is discharged, cooled, and dynamic activity is assessed by ammonia and hydrogen sulfide.

Определение динамической активности проводят на динамическом приборе при следующих условиях:
удельный объемный расход газовоздушной смеси 0,5±0,01 дм³/мин•см²;
относительная влажность воздуха 50±3%
температура при испытаниях 22±5^oC;
концентрация аммиака 2,3±1 мг/дм³;
концентрация сероводорода 4,6±0,1 мг/дм³;
высота слоя 5,0±0,1 см;
площадь внутреннего сечения динамической трубки 3,15±0,15 см².The determination of dynamic activity is carried out on a dynamic device under the following conditions:
specific volumetric flow rate of the gas-air mixture 0.5 ± 0.01 dm ³ / min • cm ² ;
relative humidity 50 ± 3%
test temperature 22 ± 5 ^o C;
ammonia concentration 2.3 ± 1 mg / dm ³ ;
hydrogen sulfide concentration 4.6 ± 0.1 mg / dm ³ ;
layer height 5.0 ± 0.1 cm;
the internal cross-sectional area of the dynamic tube is 3.15 ± 0.15 cm ² .

Полученный сорбент имел динамическую активность:
по аммиаку 82 мин.The resulting sorbent had a dynamic activity:
ammonia 82 min.

по сероводороду 81 мин. hydrogen sulfide 81 min.

В таблице представлены примеры 1 16, полученные аналогично примеру 1, показывающие влияние режимов пропитки и термообработки на динамическую активность сорбента по аммиаку и сероводороду. The table presents examples 1 to 16, obtained analogously to example 1, showing the influence of the impregnation and heat treatment modes on the dynamic activity of the sorbent for ammonia and hydrogen sulfide.

Как следует из данных таблицы при осуществлении пропитки угля раствором CuSO₄ с массовой концентрацией 15 25% при 80 95^oC и объемном соотношении компонентов 1: 0,25 0,45 с последующей термообработкой в печи "кипящего слоя" при 100 170^oC достигается повышение динамической активности сорбента по аммиаку на 15^oC40% а по сероводороду на 70^oC100%
Содержание CuSO₄ в растворе менее 15% недостаточно для нанесения на сорбент необходимого количества активных компонентов, обеспечивающих высокую активность сорбента, с другой стороны высокая концентрация раствора - более 25% приводит к значительному повышению плотности и вязкости раствора и резко ухудшает впитываемость раствора углем. Если температура раствора CuSO₄ ниже 80^oC, повышается его вязкость и раствор плохо впитывается, уменьшается количество наносимого компонента на основу и, следовательно, ухудшается динамическая активность.As follows from the table, when impregnating coal with a CuSO ₄ solution with a mass concentration of 15 25% at 80 95 ^o C and a volume ratio of components 1: 0.25 0.45, followed by heat treatment in a fluidized bed furnace at 100 170 ^o C the increase in the dynamic activity of the sorbent in ammonia by 15 ^o C40% and in hydrogen sulfide by 70 ^o C100%
A content of CuSO ₄ in the solution of less than 15% is not enough to deposit the necessary amount of active components on the sorbent, which ensure high activity of the sorbent, on the other hand, a high concentration of the solution - more than 25% leads to a significant increase in the density and viscosity of the solution and sharply affects the absorption of the solution by coal. If the temperature of the CuSO ₄ solution is below 80 ^o C, its viscosity increases and the solution is poorly absorbed, the amount of the applied component on the substrate decreases and, therefore, the dynamic activity worsens.

Опытным путем установлено оптимальное соотношение уголь: раствор 1: 0,25^oC0,45. Внесение меньшего количества раствора приводит к получению неоднородного серебра, а избыток раствора углем плохо впитывается.Empirically established the optimal ratio of coal: solution 1: 0.25 ^o C0,45. The introduction of a smaller amount of solution leads to heterogeneous silver, and the excess solution of coal is poorly absorbed.

При температуре термообработки ниже 100^oC не удается полностью удалить влагу (менее 5%), а при t>170^oC начинается интенсивное разложение CuSO₄, что приводит к падению динамической активности по аммиаку.At a heat treatment temperature below 100 ^o C, it is not possible to completely remove moisture (less than 5%), and at t> 170 ^o C, intensive decomposition of CuSO ₄ begins, which leads to a decrease in the dynamic activity with respect to ammonia.

Из изложенного следует, что каждый из признаков предложенной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность признаков является достаточной для характеристики предложенного решения. It follows from the foregoing that each of the features of the proposed combination to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, and the entire set of features is sufficient to characterize the proposed solution.

Claims

A method of producing a sorbent for the absorption of ammonia and hydrogen sulfide, including impregnation of activated carbon with copper sulfate and heat treatment of granules, characterized in that the heat treatment of the sorbent is carried out at 100 170 ^o C in a fluidized bed furnace after impregnation, and the coal is impregnated with a solution with a concentration of 15 to 25 wt. at 80 95 ^o C and a volume ratio of sorbent and solution of 1 0.25 0.45.