SU1759444A1 - Способ удалени диоксида серы из отход щих газов - Google Patents

Abstract

Использование1 защита воздушного бассейна от загр знени  диоксидом серы. Сущность изобретени : отход щие газы пропускают через углеродный материал, предварительно пропитанный раствором соединени  каталитически активного элемента . Активный элемент выбирают из груп- пы щелочных, щелочноземелоных, переходных, редкоземельных металлов и свинца. Содержание металла 1,0-20,0%. Температура 550-7-40°С. Углеродный материал используют в виде пироуглерода, угл , кокса, активируют в мельницах-активаторах . Ускорение 20-60 д, врем  5-30 мин, в атмосфере инертного газа. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к очистке газов, в частности дымовых и других газов, содержащих оксиды серы, и может быть использовано дл  защиты воздушного бассейна от загр знени  его диоксидом серы, источником которого  вл ютс  ТЭС, химические и металлургические предпри ти  и т.д.

Наиболее распространенным известным способом удалени  диоксида серы из дымовых газов  вл етс  адсорбци  его водными растворами, суспензи ми различных оксидов и солей (мокрый метод) или твердыми сорбентами (сухой метод) с последующей их регенерацией 1. В качестве сорбентов чаще всего используют известь, аммиак, соду , известн к, оксид алюмини .

Известно, что диоксид серы можно удал ть также при помощи адсорбции на активированном угле с последующей регенерацией адсорбента и дальнейшим использованием диоксида серы в процессе Клауса 2.

Недостатками мокрых способов очистки  вл ютс  их невысока  интенсивность и как следствие больша  металле- и энергоемкость , а также образование в больших количествах побочного продукта, который требуетс  утилизировать Применение сухого метода очистки с последующей регенерацией адсорбентов требует меньше капитальных затрат, но эксплуатационные расходы значительно выше Общими не э- статкамм указанных методов  вл ютс  их дороговизна, а также сложное технологическое оформление.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ очистки газов от диоксида серы путем восстановлени  его до элементарной серы при пропускании газов через каменный угол при 750-850°С 3.

5

Недостатки способа невысока  степень очистки и высока  температура процесса .

Цель изобретени  - повышение степени очистки отход щих газов за счет увеличение активности примен емого углеродного материала и применени  каталитических добавок.

Цель достигаетс  тем, что газы, содержащие диоксид серы, пропускают при 550- 740°С через слой углеродного материала. который предварительно подвергают механической активации и пропитывают раствором соединени  каталитически активного металла.

Сущность изобретени  состоит в том, что углеродный материал (пироуглерод, кокс, уголь) подвергают механической активации в высоконапр женных мельницах-активаторах (например, в планетарных мельницах) при ускорении 20-60 g в течение 5-30 мин в атмосфере инертного газа, формуют в виде таблеток, черенков или блоков и пропитывают раствором соединени  каталитически активного элемента, выбранного из группы щелочных, щелочноземельных , переходных (ванадий, хром, железо, кобальт, никель, медь), редкоземепьнч-с (лантан, церий) металлов или свинц , до содержани  металла 1,0-20,0 мас.% и через слой обработанного таким образом углеродного материала пропускают дымовые га зы. содержащие -диоксид серы, 550-740°С.

Отличительными признаками предлагаемого способа удалени  диоксида серы из отход щих дымовых газов  вл ютс : применение углеродного материал, пропитанного раствором соединени  каталитически активного элемента, выбранного :з группы щелочных, а елочноземельных, переходных (ванадий, хром, железо, кобалот. никель медь), редкоземельных металлов или свинца , до содержани  металла 1,0-20,0 мас.%; применение в качестве углеродного материала пироуглерода, угл , кокса: осуществление процесса при 550-740°С; механическа  активность исходного углеродного ма гео-ла ла в инертной атмосфере в высоконапр женных мельницах-активаторах (например, в планетарных мельницах) при ускорении 20-60 g в течение 5-30 мин.

Таким образом, предлагаемый способ очистки газов от диоксида серы  вл етс  существенно новым как по методу очистки, так и по составу катализатора, поэтому изобретение можно считать соответствующим критерию существенных отличий.

Нанесение соединений металлов на углеродный материал осуществл етс  путем

пропитки его водным раствором солей соот ветствующих металлов (нитраты, карбонаты и другие) и гидроксидов металлов.

Сущность процесса удалени  оксида серы из газовой смеси заключаетс  в каталитическом восстановлении его углеродом до элементарной серы с одновременным окислением углерода до диоксида углерода. Степень разложени  S02 при прочих равных

услови х зависит от скорости подали газовой смеси, количества и типа углеродного материала и температуры процесса.

Эксперименты проводили н а установке с проточным дифференциальным реактором с весами Мак-Бена. Разложение S02 определ ли по уменьшению веса образца углерода (через который пропускали газовую смесь Аг + 50з) вследствие окислени  углерода при восстановлении диоксида серы . Зависимость скорости окислени  углерода от концентрации диоксида серы в газовой смеси остаетс  неизменной в интервале концентраций от дес тых долей процента до нескольких процентов. В св зи

с этим дл  большей точности определени  эффективности предлагаемого метода опыты проводили при концентрации SU2 в смеем от 3,0 до 10,0 об.%. В случае использовани  в качестве углеродного материала каменного угл  необходима предварительна  активаци  образца путем прогрева его в инертной атмосфере при 750-800°С.

Изобретение иллюстрируетс  следующи ми примерами.

Пример. Образец каменноугольного литейного кокса (фракци  0,25-0,50 мм) про- питыоают по влагоемкое™ водным раствором нитрата кобальта (содержание кобальта

Б образце составл ет 3,8 мас.%). Пропитанный материал высушивают в сушильном шкафу при 110°С в течение 2 ч. Затем навеску образца (0,3 г) загружают о кварцевую корзинку и помещают в проточный реактор

с весами Мак-Бена. Поднимают температуру в токе Аг до 550°С, выдерживают до прекращени  уменьшени  веса (30 мин ) и пропускают через реактор смесь аргона с диоксидом серы (содержание SO в смеси

5 об. %) со скоростью 700 ск3/мин в течение 60 мин. Восстановление диоксида серы в процессе реакции определ ют по скорости уменьшени  веса образца вследствие окислени  углерода, т.е. по скорости окислени 

углерода.

П р и м е р 2. То же, что в примере 1, но каменноугольный кокс пропитывают раствором нитрата меди (содеожание меди 4,1 мас.%)

ПримерЗ.Тоже что в примере 1, но образец кокса пропитывают раствором гид- роксида лити  (содержание лити  в образце составл ет 1.0 мас.%).

П р и м е р 4. То же. что в примере 1, но образец кокса пропитывают раствором нитрата лантана (содержание лантана в образце 8,9 мас.%).

П р и м е р 5. То же, что в примере 1, но образец каменноугольного кокса пропитывают раствором ацетата магни  (содержание магни  в образце составл ет 3,1 мас.%).

П р и м е р 6. То же, что в примере 1, но образец кокса пропитывают раствором нитрата железа (содержание железа в образце 3,6 мас.%) и температура реакции 550°С.

П р и м е р 7. То же, что в примере 1, но образец кокса пропитывают раствором карбоната кали  (содержание кали  в образце составл ет 5,0 мас.%).

П р и м е р 8. То же, что в примере 1, но образец кокса пропитывают раствором нитрата никел  (содержание никел  в образце 3,8 мас.%) и температура реакции 650°С.

П р и м е р 9. Образец каменноугольного литейного кокса подвергают механической активации в планетарной мельнице в атмосфере аргона в течение 30 мин при ускорении 20 д. Затем образец таблетируют и готов т фракцию 0,25-0,50 мм. Активированный образец пропитывают раствором карбоната кали  (содержание кзли  в образце 5,0 мас.%), загружают в реактор и провод т эксперимент в услови х, аналогичных описанным в примере 1.

П р м м е р 10. То же, что в примере 1. но образец каменноугольного кокса пропитывают раствором карбоната цези  (содержание цези  в образце составл ет 17,0 мас.%) л температура реакции 600°С.

П р и м е р 11 (дл  сравнени ).

Образец каменноугольного кокса (0,3 г) загружают в реактор с весами Мак-Бена, в токе Аг поднимают температуру до 740°С. Затем через образец пропускают смесь аргона с диоксидом серы (содержание S02 в смеси 5,0 об. %) со скоростью 700 см /мин в течение 60 мин. При более низкой температуре заметного восстановлени  SOa не наблюдаетс .

П р и м е р 12. То же. что в примере 11, но образец каменноугольного кокса подвергают предварительно механической активации в планетарной мельнице при ускорении 20д в атмосфере аргона в течение 5 мин, затем таблетируют и готов т фракцию 0,25- 0,50 мм.

П р и м е р 13. То же, что в примере 12, но активацию провод т при ускорении 60 д.

П р и м е р 14 То же. что в пргмрпе 13 но механическую активацию провод т п течение 30 мин.

П р и м е р 15. Обпазец пироуглеоодл го

структурой графита (содержание углерода 99,9 мас.%) фракции 0,25-0,50 мм пропитывают по влагоемкости водным раствором нитрата кальци  (содержание кальци  в об разце составл ет 5,1 мае %). Пропитанный

0 материал сушат в сушильном шкафу при 110°С в течение 2 ч Навеску образца (0.3 г) загружают в проточный реактор с весами Мак-Бена. Поднимают температуру в токе Аг до 7ЛО°С, выдерживают образец до пре5 кращени  уменьшени  веса (30 мин) и пропускают через реактор смесь аргона с диоксидом серы (содержание S02 в смеси 5,0 об.%) со скоростью 700 см /мин о течение 60 мин.

0Пример 16. То же, что в примере

15 , но пироуглерод пропитывают раствором нитрата хрома (содержание металла в образце составл ет 3 4 мас.%).

П р и м е р 17. То же, что в примере 15.

5 но пироуглерод пропитывают раствором карбоната кали  (содержание кали  в образце 1,0 мае. %) и температура реакции 700°С. П р и м е р 18. То же , что в примере 17, но содержание кали  в образце 20,0 мас.%.

0П р и м е р 19. То же, что в примере 15.

но пироуглерод пропитывают раствором нитрата свинца (содержание металла в образце составл ет 13,3 мас.%).

Пример 20. То же, что в примере 15,

5 но пироуглерод пропитывают раствором нитрата цери  (содержание цери  в образце составл ет 9.0 мас.%).

П р и м е р 21. То же, что в примере 15, но пироуглерод пропитывают гор чим

0 (80°С) раствором ванадата аммони  (содержание ванади  в образце 3,2 мас.%).

Пример 22. Образец каменного угл  (фракци  0,25-0,50 мм), предварительно прогретый в токе инерта (Аг) при 750°С в

5 течение 3 ч, пропитывают по влагоемкости водным раствором карбоната натри  (содержание натри  в образце 3,0 мае. %). Про- питанный образец сушат в сушильном шкафу при 110°С в течение 2 ч. Навеску

0 образца (0,3 г) загружают в проточный релк- тор с весами Мак-Бена. Услови  зксш.. и- мента аналогичны описанным в примере 1. П р и м е р 23 (прототип). Образец каменного угл  марки К (близкого по химическо5 му составу к углю, примен емому в работе (3) фракции 0,25-0,50 мм, предварительно прогретого в токе инерта (аргон) при 900°С в течение 3 ч, загружают (навеска 0.3 г в проточный реактор с весами Мак-Бена. Поднимают температуру в токе Аг до

затем через реактор пропускают смесь аргона с диоксидом серы (содержание S02 в смеси 5,0 об. %) со скоростью 700 см3/мин в течение 60 мин.

Услови  эксперимента и результаты определени  скорости окислени  углерода приведены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ может быть использован дл  очистки отход щих газов от диоксида серы, так как окисление углерода и соответственно восстановление S02 протекают при относительно низких температурах и с заметной скоростью. В качестве углеродной матрицы может быть использован любой угперодсо- держащий материал.

Цифры, приведенные в таблице, показывают лишь убывание вес углерода и не могут точно отражать степень превращени  502,так как примен емый экспериментальный метод  вл етс  безградиентным по концентрации. Но так как скорость окислени  углерода и соответственно степень пре- вращени  диоксида серы завис т от количества загруженного углеродного материала , метод позвол ет определить количество углерода, необходимое дл  полного превращени  диоксида серы. Так, расчета показывают, что дл  полного превращени  S02 в элементарную серу при услови х и на

. образце, описанных Б примере 1, необходи мо загрузить в реактор примерно 40 г угле родного материала.

Таким образом, предлагаемый способ

позвол ет значительно повысить степень очистки газов от диоксида серы, что обеспе чивает меньшее загр знение окружающей среды.

Claims (3)

1. Способ удалени  диоксида серы из

отход щих газов путем пропускани  через углеродный материал, отличающийс  тем, что, с целью повышени  степени очистки , используют углеродный материал, предварительно пропитанный раствором соединени  каталитически активного элемента , выбранного из группы щелочных, щелочноземельных, переходных, редкоземельных металлов или свинца, до содержани  металла 0,1-20,0 мас.% и процесс ведут при 550-750°С.

2. Способ по п.1, отличающийс  тем, что в качестве углеродного материала используют пироуглерод, уголь и кокс.

3. Способ по п.1,отличающийс 

тем, что используют углеродный материал, подвергнутый механической активации в мельницах-активаторах при ускорении 20- 60 g в течение 5-30 мин в атмосфере инертного газа.

Продолжение таблицы