способ активации сорбентов-катализаторов

Формула изобретения

Способ активации сорбентов-катализаторов, включающий приготовление аммиачного раствора, введение в нагретый раствор каталитических добавок в виде солей меди и хрома, обработку потерявшего активность сорбента-катализатора приготовленным пропиточным раствором и его термообработку, отличающийся тем, что аммиачный раствор, содержащий 10-25 мас.% карбоната аммония нагревают до 40-80^oC, после введения солей меди и хрома его разбавляют водой до содержания карбоната аммония 3-15 мас.% и добавляют в него 1-5 мас.% карбоната щелочного металла, а термообработку ведут при 100-250^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для восстановления каталитической активности сорбентов-катализаторов, дезактивированных в процессе длительного хранения. Регенерированные сорбенты-катализаторы могут быть использованы в процессах очистки промышленных газов или в средствах защиты органов дыхания.

В литературе описан способ химической регенерации активных углей путем обработки 1-2%-ным раствором NаОН с последующей сушкой (см. А.Д. Смирнов "Сорбционная очистка воды", Л., 1982, с. 112-116).

Известен способ получения сорбента, включающий пропитку гранул активного угля раствором соли металла (меди, хрома, серебра, никеля или железа) или их смесью с последующей термообработкой (RU 2023660 C1, 30.11.1994).

Известен способ получения сорбента-катализатора, включающий пропитку активного угля раствором каталитических добавок, содержащим 8 - 16% углекислоты, 10 - 25% купраната меди, 2 - 5% хрома при соотношении уголь-пропиточный раствор 1 : 0,5 - 0,9, и термообработку при 155 - 190^oC (RU 2083274 C1, 10.07.1997 г.).

Использование известных способов получения и регенерации катализаторов и углей не приводит к полному восстановлению активности сорбентов-катализаторов по плохосорбирующимся токсичным примесям.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ регенерации сорбентов-катализаторов путем обработки их химическим реагентом, в качестве реагента берут аммиачную воду, содержащую 8 - 20% углекислоты при соотношении сорбента-катализатора и аммиачной воды 1 : (0,4 - 0,7), а затем ведут термообработку при 120 - 200^oC в печи "кипящего слоя" (RU 2088524 C1, 27.08.1997).

Недостатком прототипа является нестабильность восстановленных сорбентов в процессе длительного хранения.

Задачей изобретения является восстановление первоначальной активности сорбентов-катализаторов по плохосорбируюшимся веществам после их длительного хранения.

Поставленная цель достигается предложенным способом активации сорбентов-катализаторов, включающим приготовление аммиачного раствора, введение в нагретый раствор каталитических добавок в виде солей меди и хрома, обработку потерявшего активность сорбента-катализатора приготовленным пропиточным раствором и его термообработку, отличающимся тем, что аммиачный раствор, содержащий 10 - 25 мас. % карбоната аммония нагревают до 40 - 80^oC, после введения солей меди и хрома его разбавляют водой до содержания карбоната аммония 3 - 15 мас. % и добавляют в него 1 - 5 мас.% карбоната щелочного металла, а термообработку ведут при 100 - 250^oC.

Из научно-технической литературы авторам неизвестно использование карбонатов щелочных металлов, последовательность операций при приготовлении пропиточного раствора, а также температурный режим термообработки.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В процессе длительного хранения сорбентов-катализаторов, представляющих собой активированные угли с нанесенными путем пропитки и термообработки каталитическими комплексами меди, хрома и др., происходит переход активных компонентов в кристаллическую форму и как следствие - потеря активности сорбента-катализатора.

В результате многочисленных экспериментов удалось установить, что определяющее значение при восстановлении дезактивированных центров имеют порядок приготовления импрегнирующего раствора, условия пропитки и термообработки, причем при растворении солей сначала в горячем концентрированном растворе (NH₄)₂CO₃, а затем разбавлении водой, химическая реакция протекает быстро и с высокой степенью превращения реагентов. В результате образуются активные аммиачно-карбонатные комплексы, стабильность которых далее обеспечивается введением карбонатов щелочных металлов (калия или натрия).

Способ осуществляют следующим образом.

В отдельный реактор заливают 10 - 25 мас.% раствор карбоната аммония, нагревают до 40 - 80^oC и при перемешивании загружают основную углекислую медь и соединения Сu⁺⁶ (например, бихромат калия) из расчета получения в готовом растворе 1 - 5 мас.% меди и 0,2 - 1,0 мас.% хрома. После растворения твердых реагентов, которое происходит обычно в течение 5 - 20 мин, раствор разбавляют водой до содержания карбоната аммония 3 - 15%, а затем прибавляют 1,0 - 5,0 карбонатов щелочных металлов (калия или натрия).

Берут дезактивированный сорбент-катализатор и помещают его в пропиточный аппарат типа "бетономешалки", далее при перемешивании подают пропиточный раствор в соотношении (мас. ) сорбент-раствор 1 : 0,3 - 0,6. Затем пропитанный сорбент выгружают в приемный бункер печи "кипящего слоя" и далее проводят термообработку газовоздушной смесью при 100 - 250^oC.

В качестве газовоздушной смеси используют продукты сгорания природного газа в смеси с воздухом.

Готовый продукт выгружают в герметичную тару и анализируют. Полученный сорбент-катализатор обладает высокой динамической активностью по синильной кислоте.

Пример 1.

Готовят пропиточный раствор следующим образом. В реактор с подогревом заливают 100 л аммиачного 10%-ного раствора карбоната аммония и нагревают до 40^oC, затем загружают 3,6 кг основной углекислой меди CuCO₃ Cu(OH)₂ и 2,3 кг бихромата калия при постоянном перемешивании. После растворения твердой фазы в реактор заливают 100 л воды, при этом получают раствор с содержанием 5% карбоната аммония, 1% меди и 0,2% хрома (шестивалентного). Далее прибавляют 2 кг углекислого калия. Температуру раствора в процессе разбавления и загрузки солей поддерживают 40^oC.

Берут 100 кг дезактивированного сорбента-катализатора, полученного на основе активированного угля АГ-3, содержащего 4,8% меди, 1,5% хрома и имеющего время защитного действия по синильной кислоте - 28 мин, и помещают в бетономешалку. Через мерник-дозатор приливают 50 л импрегнирующего раствора, перемешивают в течение 5-10 мин и выгружают в приемный бункер печи "кипящего слоя". Далее проводят термообработку при температуре 100^oC до удаления избытка влаги и аммиака. Полученный сорбент выгружают и проводят оценку динамической активности по синильной кислоте.

Определение динамической активности по синильной кислоте проводят на динамическом приборе при следующих условиях испытаний: концентрация паров синильной кислоты - 3,0 мг/л; высота слоя сорбента - 3 см, удельный объемный расход паровоздушной смеси - 0,5 л/минсм²; относительная влажность воздуха - 50%.

Полученный сорбент-катализатор имел динамическую активность 40 мин.

Пример 2.

Готовят раствор как в примере 1, за исключением того, что берут 20%-ный раствор карбоната аммония, а процесс растворения ведут при 80^oC, при этом термообработку осуществляют при 250^oC.

Полученный сорбент-катализатор имел динамическую активность 43 мин.

Пример 3.

Готовят раствор как в примере 1, за исключением того, что берут 20% раствор карбоната аммония, процесс растворения ведут при 80^oC, а после разбавления водой прибавляют 10 кг углекислого натрия. Термообработку осуществляют при 200^oC, Полученный сорбент-катализатор имел динамическую активность 51 мин.

Пример 4.

Готовят раствор как в примере 1, за исключением того, что берут 25%-ный раствор карбоната аммония, процесс растворения ведут при 80^oC, а после разбавления водой прибавляют 8 кг углекислого калия. Берут сорбент-катализатор с динамической активностью по синильной кислоте - 26 мин и проводят пропитку и термообработку как в примере 1, за исключением того, что температуру в 5 секции устанавливают 180^oC.

Полученный сорбент-катализатор имел динамическую активность 49 мин.

Пример 5.

Берут сорбент-катализатор с динамической активностью 30 мин. Готовят раствор как в примере 2, а термообработку проводят при 120^oC.

Полученный сорбент-катализатор имел динамическую активность - 53 мин.

Как следует из приведенных примеров в результате обработки дезактивированного сорбента-катализатора пропиточным раствором, приготовленным предложенным способом, и термообработки при 100 - 250^oC в печи "кипящего слоя" происходит восстановление активности катализатора по плохосорбирующимся веществам (например, синильной кислоте) на 30 - 40%.

Из изложенного следует, что каждый из признаков предлагаемой совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной задачи, а именно, восстановление активности сорбентов-катализаторов после длительного хранения, а вся совокупность является достаточной для характеристики предлагаемого технического решения.