SU915912A1 - Способ очистки газов от кислорода и влаги - Google Patents

Description

Изобретение относится к способам' очистки газов и может быть использовано в радиоэлектронной промьййленности, металлургии цветных и редких металлов и при производстве продуктов органического синтеза.

Известен способ очистки газов от кислорода и влаги! путем пропускания газов через дисперсии щелочных металлов или гидридов щелочных металлов [1].

Однако частицы известного поглотителя быстро покрываются твердыми продуктами, затрудняющими процесс очистки и препятствующими полному использованию поглотителя. Вследствие этого эффективность очистки газов быстро уменьшается.

Известен способ очистки газов от кислорода и влаги путем поглощения примесей раствором щелочного металла в органическом растворителе, содержащем ароматический углеводород

(2). ъ

. Недостатком известного способа является необходимость дополнительной очистки газов от паров органических растворителей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки газов

10

15

20

25

30

от кислорода и влаги, заключающийся в том, что примеси из газов поглощают порошкообразными соединениями щелочных металлов с ароматическими углеводородами (3].

Недостатком известного способа является загрязнение газов летучим углеродсодержащим веществом, ароматическим углеводородом, освобождающимся из его соединения со щелочным металлом при поглощении кислорода и влаги из газов. Содержание летучих углеводородов в газах тем больше, чем больше кислорода и влаги содержит очищаемый газ и чем больше температура процесса очистки газа. Этот недостаток препятствует применению известного способа очистки газов в радиоэлектронной промышленности, металлургии и технологии изготовления органических продуктов.

Цель изобретения - предотвращение загрязнения газов летучим углеродсодержащим веществом.

Поставленная цель достигается тем, что при очистке газов от кислорода и влаги путем поглощения последних соединением щелочных металлов с углеродсодержащим веществом в_ качестве углеродсодержащего веще3

915912

4

ства используют графит при мольном соотношении в соединении щелочного металла и графита от 1:6 до, 1:100.

Существенное отличие предлагаемого способа очистки газов от известного способа состоит в том, что 5 ₎при поглощении кислорода и влаги из газов соединениями щелочных йеталлов с графитом не образуются летучие (углеродсодержащие вещества.

Используемый в предлагаемом спо- ю собе поглотитель синтезируют в одну стадию из графита и щелочного металла без использования продуктов переработки нефтяного сырья и органических растворителей, что упрощает по сравнению с известным способом регенерацию поглотителя.

Соединения щелочных металлов с графитом получают обычно нагреванием металлов и графита при температурах от 150 до 300°С. Для этой це- .20 ли целесообразно применять пиролитический графит. Образующиеся-слоистые соединения с графитоподобными решетками содержат до 1 моль металла на '6 (литий) или 8 (остальные 25 щелочные металлы) моль углерода. Химические свойства щелочных металлов в этих соединениях подобны химическим свойствам чистых щелочных металлов. 30

Для очистки газов от кислорода и влаги используют соединения щелочных металлов с графитом с максимально возможным содержанием щелочных металлов, что обеспечивает, очистку 3¾ наибольшего объема газа в расчете на единицу объема поглотителя. Для регулирования активности поглотителя используют соединения щелочных металлов с графитом с меньц}им содер- дд

жанйем металла. Однако нецелесообразно применение соединений щелочных металлов с графитом при мольном соотношении металла и углерода менее 1:100.

Предлагаемый способ целесообразно использовано для глубокой очистки газов,содержание кислорода и влаги,в которых снижено до 0,5-0,1 об.% любым известным способом. Применение соединений щелочных металлов с графитом дает возможность снизить содержание кислорода и влаги в газах до 2-10об.% Очистку газов предлагаемым способом проводят при температурах от 0 до 400°С.

45

50

55.

Поглотитель кислорода и влаги может быть приготовлен различной степени дисперсности и использован как без носителя , так и в смеси с твердыми или (и) труднолетучими жи- 60 дкими наполнителями. Твердые и жидкие наполнители, которые вводят в поглотитель, не должны дезактивировать щелочной металл. Наполнители вводят для регулирования активное- 65

ти поглотителя и предотвращения уноса частиц порошка потоком газа. Например, использование соединений щелоч- . ных металлов с графитом в виде суспензий их в высококипящих жидкостях . позволяет технически просто осущест·* вить непрерывный процесс очистки путем подачи противотоком газа и поглотителя в очистное устройство. Из твердых наполнителей используют стекло, кварцевую вату, графит, обезвоженные алюмосиликатные материалы, например асбест или цеолиты, и др.

В качестве жидких наполнителей применяют высококипящие парафиновые углеводорода или их смеси, полиалкил и полиарилсилоксаны (в СССР выпускаются под марками ПМС, ПЭС, ФМ, ПФМС) И др. >

Предлагаемым способом от примесей кислорода и влаги могут быть очищены все газы, химически не реагирующие со щелочными металлами, например азот, благородные газы, водород, низшие углеводороды метанового и этиленового ряда и др. Температурный режим очистки выбирают.в зависимости от стабильности газа и способности его реагировать со щелочным металлом.

При частичной или полной отработке поглотитель содержит оксиды и (или) гидроксиды щелочных металлов и поглощает, из газов также примеси с кислыми свойствами, такие как диоксид углерода и диоксид серы. Полностью отработанный пЬглотитель может быть утилизован для регенерации графита и извлечения щелочи.

П р и м е р 1. 4,С г (0,33 моль)

графита с размером зерен от 0,5 до 2 мм вакуумируют в кварцевой трубке при 300°С в течение 1 ч. Затем температуру понижают до 250^0 и через слой графита пропускают 0,8 г (0,02 моль;мольное соотношение калия и графита 6,2:100) паров металлического калия. Азот,содержащий 0,1 об.% кислорода и влаги, пропускают через полученный поглотитель со скоростью 150 л/ч, поддерживая температуру поглотителя 250°С. Остаточное содержание кислорода и влаги в очищенном азоте не выше, чем с использованием известного способа, однако очищенный предлагаемым способом газ содержит меньше летучих углеродеодержащих веществ - компонентов поглотителя (табл.). Аналогичные результаты получают при очистке аргона и метана;

П р и м е Р 2. Для очистки азота используют поглотитель, приготовленный сплавлением натрия с пиролитическим графитом при 220 С в течение .

2 ч и содержащий 21 вес % металла (мольное соотношение натрия и графита в соединении 1:7,2). Содержание кислорода и влаги в азоте до очистки составляет 0,5 об.%.Азот пропускают со

5

915912

6

скоростью 200 л/ч через поглотитель, имеющий температуру 18°С. В процессе очистки газа температура поглотителя вследствие экзотермического процесса повышается до 63°С.Остаточное содер. жание кислорода и влаги в очищением 5 азо.те такое же,как и при использовании

» известного способа,однако очищенный предлагаемый способом газ практически не содержит примесей углеродсодержащих веществ, При повышении температуры процесса очистки до 150^й С предлагаемый способ обладает еще большим преимуществе»! пр сравнению с известию! способом (табл.}. Аналогичные результаты получают при очи- ]5 стке аргона, водорода, метана и бутана.

ПримерЗ. Для очистки азота используют поглотитель, приготовленной смешиванием 3,0 г поглотителя из примера 2 с 3,0 г измельченного кварцевого стекла. Размер частиц поглотителя и наполнителя от 0,5 до 1 мм. Поглотитель с наполнителем перед пуском нагретого до 200°С газа имеют комнатную температуру. В процес-*-* се . пропускания со скоростью 120 л/ч азота, содержащего 0,1 об.% кислорода и влаги, поглотитель за 0,5 ч нагревается до 185°С. Остаточное содержание кислорода и паров воды в 30 очищенном азоте не превышает 2Ί(Γ$ об.%. Очищенный известию! способом в том же Температурном режиме газ содержит большее количество летучего углеродсодержащего вещества (табл.). 35 Аналогичные результаты получают при очистке арЬона и пропана.

ПримерД. Для очистки используют поглотитель, приготовленный смешиванием .>2,0 г соединения лития 40 с графитом (содержание лития 7,4 вес%, мольное соотношение лития и углерода 1:7,3) с 6 мл вазелинового масла до образования суспензии. Аргон через суспензию барботируют со скоростью 45 120 л/ч. Температуру поглотителя поддерживают в интервале от 70 до 80°С. Содержание кислорода и влаги в аргоне в результате очистки уменьшается от 0,1 до 2*10'*об.%. Той же степени очйстки аргона достигают при использовании известного способа, однако в этом случае газ содержит примеси летучих углеродсодержащих веществ (см.табл.). При повышении _д температуры процесса очистки до 150С очищенный предлагаемым способом газ содержит меньшее количество летучих •примесей, чем газ, очищенный известным способом (табл.). Аналогичные результаты получают при очистке во- 40 дорода и моноксида углерода.

Пример 5. Отличается от примера 4 тем, что поглотителем заполняют колонку со стеклянными бусами (объем колонки 25 мл), используют 65

вместо вазелинового масла равное по объему количество апиезона марки "М" (смесь высококипящих углеводородов) , а скорость газа увеличивают до 240 л/ч при температуре очистки 150°С Степень очистки газа аналогична приведенной в примере 4. Преимущество предлагаемого способа очистки перед известным способом видно из данных по содержанию в газе летучих углеродсодержащих примесей (табл.)

Примерб. 24,Ог (2 моль) графита насыщают при 300°С 0,78 г (о,02 моль) металлического калия. Полученное соединение с мольным соотношением металла и углерода 1:100 используют в качестве поглотителя кислорода и влаги из азота, как описано в примере 1. При различных температурных режимах очистки предлагаемый способ обладает преимуществом перед известным способом очистки (табл.). Аналогичные результаты получают при замене калия на эквимолярное количество натрия, или лития, или рубидия, или цезия. Той же степени очистки по кислороду и влаге и содержанию летучих углеродсодержащих веществ достигают при пропускании через поглотитель водорода (при 0°С), метана (при 0°С и 150°С) и аргона (250°С и 400°С).

Пример?. Поступают аналогично тому, как описано в примере 2, используя в качестве поглотителя соединение щелочного металла с графитом с молярным соотношением металίла и графита' 1:8, однако вместо . натрия применяют калий. В отличие от примера 2 очистку азота проводя^ не только при температурах 18 и 150С, но и при 400°С. Достигают степени очистки газа по кислороду и влаге, •указанной в таблице. Очищенный предлагаемым способом газ содержит меньше органических примесей, чем очищенный известным способом газ. Такие же результаты получают при замене калия на эквимолярное· количество рубидия, или натрия, или цезия.

Примеры 8 и 9. Аналогичны примерам 4 и 5 соответственно с тем лишь отличием, что в качестве активного поглотителя кислорода и влаги из газа используют соединение лития с графитом, содержащее 8,8 вес.% лития (мольное соотношение лития и графита 1:6). Результаты очистки

•диалогичны приведенным в примере 4.

Пример 10. Используют поглотитель из примера 7, смешивая его с тщательно обезвоженным., асбестом в весовом соотношении 1:2. Очистку газов проводят так, как описано в примере 3, достигая такой же высокой степени очистки азота, аргона и метана, как и в примере 3,и получая га_:зы,содержащие меньшее количество лёΊ

915912

8

тучих углеродсодержащих веществ, по сравнению с очищенными известным способом газами. Такие,же результаты получают при замене асбеста на графит и цеолит марки ЫаХ (табл.).

Пример 11. Поглотитель гото- 5 вят так,как описано в примере 4, однако вместо вазелинового масла используют равное по объему количество полиметилсилоксановой жидкости (например марки ПМС-60 с вязкостью 60сСт Ю при + 20°С), из которой предварительно удаляют низкомолекулярные вещества, в том числе воду и растворенный кислород. Нагретую до 200°С суспензию со скоростью 0,05 л/ч по- 15 дают в абсорбер емкостью 0,1 л. Противотоком в абсорбер вводят аргон со скоростью 90 л/ч. Непрерывный процесс очистки газа позволяет снизить содержание кислорода и влаги в газе 20 от 0,1 до 2 10'^об. % . Содержание летучих углеродсодержащих веществ в очищенном по предлагаемому способу

аргоне меньше, чем в аргоне, очищенном в том же непрерывном режиме известным способом (табл.). Аналогичные результаты получают при замене полиметилсилоксана на полиэтилсилоксан (например марки ПЭС-4) или полиметилфенилсилоксан (например марки ФМ-б).

Использование предлагаемого способа очистки газов от кислорода и влаги обеспечивает по сравнению с известными предотвращение загрязнения газов летучими углеродсодержащими веществами, а также сочетание высокой степени очистки с доступностью сырья и простотой приготовления и регенерации поглотителя, что поз-* воляет Получать газы, практически не содержащие кислорода и влаги и не требующие очистки от летучих углеродсодержащих веществ.

Результаты очистки газов предлагаемым и известным способами.

1	Известный Предлагаемый	2 50 250	1,2 1,2	10*5	0,47 0,0001
10*5	Менее
2	Известный ч*	18	• 2.	10*5		0,064
		150	1,5	1 О*5		0,18
	Предлагаемый	18	2	10'*	Менее	0,0001
		150	1,5	10'5	Менее	0,0001
3?10	Известный	185	2	10*5		0,23
	Предлагаемый	185	2	10‘5	Менее	0,0001
4:5;	Известный	7 5 ±5	2	10*5		0,11
8:9
		150	1,5	10'^		0,21
	Предлагаемый	75+5	2	ΙΟ*5	Менее	0,0001
		150	1,3	ΙΟ'5	Менее	0,0001
6	Известный	о.	2	10*5		0,029
		150	1,4	10-5		0,17
		250	1,4	ΙΟ*5		0,52
		400	0,8	10*5		1,3

9

915912

10

Продолжение таблицы

1	2	3	4	5
	Предлагаемый	0	2Ю'5	Менее 0,0001
		150	1,5-10**	Менее 0,0001
		250	1,2-10'*	Менее 0,0001
		400	0,8-10"*	0,0001
7	Известный	18	2-10"5	0,042
		150	1,3 -10"5	0,17
		400	"θ,6·1θ'ε	1,1
	Предлаг аемый	18	2 · 10"*"	Менее 0,0001
		150	1,4-10"*	Менее 0,0001
		. 400	0,8 · 10'5	Менее 0,0001
11	Известный	200	2 -10"*	0,33
	Предлаг аемый	200	2 · 10'5	Менее 0,0001

Claims (3)

1. Формула изобретения

   Способ очистки газов от кислорода й влаги путем .поглощения последних соединением щелочных металлов с углеродсодержащим веществом, о т.л и чающийся тем, что, с целью предотвращения загрязнения газов ле- « тучим углеродсодержащим веществом, в качестве углеродсодержащего вещества используют графит при мольном

   соотношении в соединении щелочного металла и графита от 1:6 до 1:100.

   Источники· информации, принятые во внимание при экспертизе

   1. Патент Великобритании № 795113, кл. 34(1)А, 1958.
2. 2. Авторскор свидетельство СССР № 481297, кл. В 01 В 53/16, 1975.
3. 3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2868527/26,

   ,кл. В 01 ϋ 53/14, 14.01.80.