способ регенерации сорбентов-катализаторов из расснаряженных средств защиты

Формула изобретения

Способ регенерации сорбентов-катализаторов из расснаряженных средств защиты, включающий пропитку углекисло-аммиачными комплексами меди и хрома с концентрацией меди 0,5-5,0%, хрома 0,1-1,0% и термообработку в печи «кипящего слоя», отличающийся тем, что перед пропиткой катализаторы усредняют и подсушивают при t=90-150°C до влажности 1-7%, пропитку ведут при содержании в пропиточном растворе триэтилендиамина в количестве 0,5-3,0%, после пропитки продукт вылеживают в течение 1-2 ч, а после термообработки в печи «кипящего слоя» сорбент-катализатор рассеивают и отбирают фракцию с размером зерен 0,5-2,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для восстановления сорбционно-каталитических свойств катализаторов из расснаряженных средств защиты с истекшим сроком хранения. Регенерированные сорбенты-катализаторы могут быть использованы в процессах очистки промышленных газов или в средствах защиты органов дыхания.

Известен способ регенерации сорбентов-катализаторов, включающий обработку 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°С в печи «кипящего слоя» (RU 2088524 С1, 27.08 1997).

Использование данного способа не обеспечивает стабильность восстановленных сорбентов-катализаторов в процессе длительного хранения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является 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, при этом аммиачный раствор, содержащий 10-25% карбоната аммония, нагревают до 40-80°С, после введения солей меди и хрома его разбавляют водой до содержания карбоната аммония 3-15% и добавляют в него 1-5% карбоната щелочного металла, а термообработку ведут при 100-250°С (RU 2150321 С1, 29.04.1999).

Недостатком прототипа является нестабильность восстановленных сорбентов-катализаторов в процессе длительного хранения и их неоднородность по активности.

Задачей изобретения является восстановление первоначальной активности сорбентов-катализаторов по плохосорбирующимся веществам, повышение степени однородности и стабильности катализатора по данному показателю.

Поставленная задача решается предложенным способом регенерации сорбентов-катализаторов из расснаряженных средств защиты, включающим пропитку углекисло-аммиачными комплексами меди и хрома с концентрацией меди 0,5-5,0%, хрома 0,1-1,0% и термообработку в печи «кипящего слоя», отличающимся тем, что перед пропиткой катализаторы усредняют и подсушивают при t=90-150°C до влажности 1-7%, пропитку ведут при содержании в пропиточном растворе триэтилендиамина в количестве 0,5-3,0%, после пропитки продукт вылеживают в течение 1-2х часов, а после термообработки в печи «кипящего слоя» сорбент-катализатор рассеивают и отбирают фракцию с размером зерен 0,5-2,0 мм.

Из научно-технической литературы авторам не известен способ регенерации сорбентов-катализаторов с предварительным усреднением и подсушкой при t=90-150°С до влажности 1-7%

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Средства защиты органов дыхания с истекшим гарантийным сроком хранения (после длительного хранения на складах) не могут быть использованы по назначению. Сорбенты-катализаторы с каталитическими добавками меди и хрома из таких расснаряженных средств защиты теряют активность в течение длительного времени под действием влаги, перепада температуры и т.п.

В результате многочисленных экспериментов удалось подобрать химический реагент, обработка которым позволяет полностью восстановить химический состав катализатора и его каталитическую активность. Для обеспечения стабильности каталитической активности и получения однородного по своим характеристикам в промышленном объеме продукта введены стадии усреднения и подсушки катализатора перед пропиткой. В процессе хранения катализаторы сорбируют пары воды, при этом влажность их может колебаться в пределах 10-30%, т.е. часть сорбционного пространства оказывается заблокированной, и импрегнирование такого сорбента происходит неравномерно, а значит при обычной пропитке (по прототипу) готовый продукт получается неоднородным по своему составу и свойствам, что недопустимо при снаряжении в дальнейшем таким сорбентом-катализатором средств защиты органов дыхания. Для достижения более высокой степени однородности продукт вылеживают, в результате чего пропиточный раствор более равномерно распределяется в порах. Добавка триэтилендиамина препятствует кристаллизации и разложению каталитических компонентов во влажных условиях, обеспечивая тем самым стабильность активности катализатора в течение длительного времени.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут дезактивированный сорбент-катализатор из расснаряженных средств защиты, усредняют путем перемешивания в аппаратах типа «бетономешалки», подавая его одновременно из 2-4 емкостей (бункеров). Далее проводят сушку при t=90-150°C до влажности 1-7%. При использовании печи «кипящего слоя» («кс») сушку и усреднение проводят в одном аппарате, а именно - печи «кс», загружая катализатор в приемный бункер несколькими потоками.

Параллельно в отдельный реактор заливают раствор карбонизованной аммиачной воды (КАВ) с содержанием 5-20% аммиака и 5-15% углекислоты, подогревают до t=40°C, при перемешивании загружают основную углекислую медь, соединения Cr⁺⁶ (например, K ₂Cr₂O₇ или CrO₃) и прибавляют триэтилендиамин из расчета получения в готовом растворе 0,5-5,0% меди и 0,1-1,0% хрома, 0,5-3,0% триэтилендиамина. Продолжают перемешивание раствора и его нагрев до t=60-70°C. Перемешивание ведут до полного растворения твердых реагентов. Затем усредненный и подсушенный катализатор пропитывают раствором в аппарате типа «бетономешалки», при этом на 100 кг катализатора подают 40-80 дм³ раствора. Затем пропитанный катализатор выгружают в приемный бункер, где продукт вылеживается в течение 1-2 часов и далее проводят термообработку в печи «кипящего слоя» при 120-180°С. После термообработки катализатор подают на рассев, отбирают фракцию с размером зерен 0,5-2,0 мм.

Готовый катализатор выгружают в герметичную тару и анализируют каждую упаковку. Полученный сорбент-катализатор однороден по своему химическому составу и обладает высокой динамической активностью по хлорциану, стабилен в течение длительного времени.

Пример 1

Берут сорбент-катализатор из расснаряженных средств защиты и загружают в приемный бункер печи «кс» одновременно из 2-х емкостей, проводят сушку в печи при t=100-110°C до влажности катализатора 5%. В реактор с паровой рубашкой заливают 500 л карбонизованной аммиачной воды, содержащей 7% аммиака и 5% углекислоты, нагревают до 40°С и загружают 17,4 кг основной углекислой меди CuCO₃ Cu(ОН)₂ (в пересчете на медь - 2%) и 7 кг бихромата калия (в пересчете на хром - 0,5%), перемешивают в течение 20-30 мин, добавляют 5 кг триэтилендиамина, продолжают перемешивание и нагрев до 60°С. Далее, 1 т подсушенного и усредненного катализатора загружают в пропиточный аппарат, заливают приготовленным раствором, время пропитывания составляет 5-20 мин. Затем влажный продукт подают в приемный бункер печи «кс», где вылеживают его в течение 1-2 часов для обеспечения более равномерного распределения каталитических добавок в массе катализатора, затем проводят термообработку в печи «кс» при t=150°C. Далее ведут рассев продукта на сетках с размером ячеек 0,5 мм (нижняя) и 1,5 мм (верхняя), отбирают готовую фракцию катализатора 0,5-1,5 мм, выгружают в герметичные стальные барабаны и направляют на испытания каждый барабан. Динамическую активность по хлорциану определяют на динамическом приборе ДП-2 при следующих условиях:

- концентрация паров хлорциана - 5 мг/л

- высота слоя сорбента-катализатора - 3,5 см

- удельный объемный расход паровоздушной смеси - 0,5 л/мин см²

- относительная влажность воздуха - 50%

Полученный по предложенному способу катализатор имел время защитного действия по хлорциану от 36 до 39 мин, отклонения полученных показателей активности катализаторов из разных барабанов находились в пределах 10%, что свидетельствует о высокой степени однородности готового продукта. Через 6 месяцев хранения при повторной проверке полученный катализатор имел время защитного действия по хлорциану от 36 до 39 минут, что свидетельствует о сохранении активности катализатора и его стабильности.

Пример 2

Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что сушку катализатора проводят при 120°С до влажности 3%, а при приготовлении пропиточного раствора в карбонизованную аммиачную воду загружают 8,7 кг CuCO₃Cu(ОН)₂ (в пересчете на медь - 1%) и 4 кг триэтилендиамина (0,8% мас). Термообработку ведут в печи «кс» при t=130°C.

Полученный катализатор имел время защитного действия по хлорциану от 33 до 36 мин.

Пример 3

Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что при приготовлении раствора в КАВ загружают 14,5 кг К₂Cr₂O₇ (в пересчете на Cr - 1%) и 10 кг триэтилендиамина (2% мас). Термообработку ведут в печи «кс» при t=140°C.

Полученный катализатор имел время защитного действия по хлорциану от 36 до 40 мин.

Пример 4

Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что сушку катализатора проводят при 90°С до влажности 7% в сушилках шкафного типа (полочных), а рассев термообработанного продукта ведут на сетках с размером ячеек 1,0 мм (нижняя) и 2,0 мм (верхняя), при этом отбирают годную фракцию сорбента с диаметром зерен 1,0-2,0 мм.

Полученный катализатор имел время защитного действия по хлорциану от 33 до 37 мин.

Как следует из приведенных примеров в результате усреднения, сушки с последующей пропиткой углекисло-аммиачными комплексами меди и хрома и термообработкой в печи «кс» происходит восстановление активности катализаторов, причем полученный катализатор имеет высокую степень однородности, разброс результатов по динамической активности в пределах одной партии продукта не превышает 10-15%, что находится на уровне относительной погрешности метода испытаний. Данный показатель обеспечивается введением в технологический процесс стадий усреднения, подсушивания и вылеживания, причем экспериментально установлено, что впитываемость раствора сорбентом ухудшается при повышении его влажности более 7%, а вести сушку до влажности продукта менее 1% экономически нецелесообразно. Содержание триэтилендиамина в пропиточном растворе в заданных пределах по данному изобретению обеспечивает получение катализатора, стабильного по своим свойствам в течение длительного времени.

Из изложенного следует, что каждый из признаков предлагаемой совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики предлагаемого технического решения.