Способ очистки кислородсодержащих газов от примеси йода и сорбент для его осуществления - RU2035975C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к технологии очистки газового или парового потока от галогенов или их соединений, в частности к сорбенту и способу очистки кислород- и водородсодержащих газов и/или паров от йода или его органических соединений.

Известны сорбент и способ очистки газов и/или паров от йода и/или его органических соединений контактированием с этим сорбентом синтетическим цеолитом типа 13Х, модифицированным с помощью ионного обмена металлом из группы: серебро, свинец и другие общей формулы (0,9±0,2)˙М_2/nО˙Al₂O₃ ˙(2,5±0, 5)x x SiO₂ ˙(0-8)˙H₂O.

Недостаток известного, обеспечивающего наивысшую степень очистки, способа и соответствующего сорбента, цеолита, в котором натриевые ионы обменены ионами серебра, заключается в том, что при одновременном наличии в очищаемых газах водорода и кислорода серебро способствует каталитической рекомбинации водорода и кислорода до воды, в результате чего температура цеолита может повышаться до температуры воспламенения водорода, что отрицательно сказывается на безопасности процесса.

Целью изобретения является повышение безопасности процесса при одновременном наличии в газах и/или парах водорода.

Цель достигается предлагаемым способом очистки кислородсодержащих газов и/или паров от йода и/или его органических соединений путем контактирования газов и/или паров с натриевым цеолитом типа фожазита, у которого ионы натрия обменены на ионы серебра, отличительная особенность которого заключается в том, что в качестве натриевого цеолита используют цеолит общей формулы
aNa₂O˙b PbO c Ag₂O˙Al₂O₃ x
x (2,5±0, 5)SiO₂, где b 0,05 0,5; с 0,3-0,7 и а + b + с 1.

Предпочтительно используют смесь натриевого цеолита типа фожазита вышеприведенной формулы с натриевым цеолитом А, у которого ионы натрия также по меньшей мере частично обменены на ионы серебра и свинца. В случае натриевого цеолита А степень обмена на серебро может также содержать 0,3-0,7, а степень обмена на свинец 0,05-0, 5. Как в случае натриевого цеолита типа фожазита, так и в случае натриевого цеолита А содержание свинца в пересчете на обменявшиеся ионы b/(b + c) составляет 0,15-0,6. При использовании смеси соотношение натриевого цеолита А натрия предпочтительно составляет 80-90:10-20.

Цель достигается также предлагаемым сорбентом для очистки кислородсодержащих газов и/или паров от йода и/или его органических соединений, выполненным из натриевого цеолита типа фожазита, у которого ионы натрия обменены на ионы серебра и свинца, причем натриевый цеолит типа фожазита представляет собой цеолит общей формулы
aNa₂O ˙b PbO ˙c Ag₂O ˙Al₂I₃ x
x (2,5±0,5)SiO₂, где b 0,05-0,5; с 0,3-0,7 и а + b + с 1.

Предлагаемый сорбент может дополнительно содержать 10-20% в пересчете на сорбент натриевого цеолита А, у которого ионы натрия также обменены на ионы серебра и свинца, причем степень обмена на серебро составляет 0,3-0,7 а степень обмена на свинец 0,05-0,5.

Предпочтительно b/(b+с) 0,15-0,6.

При проведении предлагаемого изобретения можно исходить из уже содержащих серебро и свинец натриевых цеолитов. В случае, если обмен еще не осуществлялся, то его можно осуществлять известными приемами до проведения предлагаемого способа. После ионнообмена сорбент активируют в потоке воздуха. Обычная температура активации составляет 400-500^оС.

Вышеупомянутые цеолиты используют в виде шариков, малых стержней, зерен или осколков, диаметр или длина которых составляют лишь несколько сантиметров. Цеолиты могут содержать связующее.

Нижеследующие примеры поясняют изобретение и его положительный эффект, причем в примере 1 описывается проведенное известными приемами получение смеси натриевых цеолитов.

П р и м е р 1. К 30 кг натриевого цеолита Х с водосодержанием (после прокаливания) 25% добавляют 15 л 30%-ного золя кремневой кислоты с удельной поверхностью по БЭТ около 300 м²/г, и смесь перерабатывают в мешалке в гранулят величиной зерен 0,1-0,7 мм. Полученный гранулят подают на грануляционную тарелку.

Затем мелкопорошковый цеолит Х непрерывно подают на вращающуюся тарелку при одновременном напрыскивании 30%-ного золя кремневой кислоты на перемещающийся гранулят в другом месте тарелки. К золю добавляют через инъекционное приспособление поток жидкого стекла в количестве, обеспечивающем соотношение золя и жидкого стекла 9:1. Получают шарикообразный гранулят величиной зерен 2-4 мм.

5 кг вышеописанного связанного с силикагелем гранулята типа фожазита с водосодержанием 35% в пересчете на безводный продукт, имеющего величину зерен 2-4 мм, подают в емкость с ситчатой тарелкой. Через слой гранулята пропускают циркулирующий водно-щелочной раствор алюмината натрия. Получают этот раствор таким образом: 2,4 кг гидрата глинозема (с 65% Al₂O₃) растворяют в 45%-ном натровом щелоке (плотностью 1,48) при температуре кипения и полученный прозрачный раствор разбавляют в 33 л воды. Обработку алюмината сначала проводят в течение ночи (15 ч) при комнатной температуре. Затем циркулирующий раствор алюмината нагревают до температуры 45^оС при помощи установленного в цикле щелока теплообменника и перекачивают в течение 5 ч. Затем температуру поддерживают в течение дальнейших 3 ч. при 80^оС.

Получаемые гранулы из полностью кристаллического смешанного цеолита промывают водой до значения рН отходящей промывочной воды, равной 9-10, и затем сушат их.

Согласно данным рентгеновского анализа, 80% гранул состоят из натриевого цеолита типа фожазита формулы Na₂O ˙Al₂O₃ 2,5 SiO₂ и 20% гранул состоят из натриевого цеолита А формулы Na₂O Al₂O₃˙2,0SiО₂.

П р и м е р 2. 1285 г описанного в примере 1, однако еще не активированного гранулята подают в затемненную колонку, смешивают с 3000 мл раствора нитрата свинца, содержащего 170 г нитрата свинца, и солевой раствор перекачивают в течение 8 ч. В конце процесса ионообмена в растворе больше не обнаруживается свинец. Затем процесс ионообмена продолжают с использованием 3000 мл раствора нитрата серебра, содержащего 281 г нитрата серебра. Гранулят промывают деионизированной водой, сушат при температуре 110^оС и затем активируют в потоке горячего воздуха при температуре 450^оС. Получают Ag- и Pb-содержащий цеолит формулы 0,35 Na₂O˙0,4 Ag₂O˙0,25 PbO˙ Al₂O₃ ˙2,42 SiO₂, который присутствует в виде смеси с 20% указанного в примере 1 натриевого цеолита, служащего в качестве связующего.

П р и м е р 3. Для исследования каталитических свойств смеси, содержащей серебро и свинец цеолитов согласно примеру 2, испытательный фильтр диаметром 2,5 см и толщиной 5 и 7,5 см соответственно обрабатывают подаваемой со скоростью 30 см/с смесью из 15% водорода, 28% водяного пара и 57% воздуха при температуре 200^оС в течение 20 ч. При этом не имеет место измеримый нагрев слоя цеолита, вызываемый взаимодействием водорода и кислорода. Кроме того, продление обработки фильтра водородсодержащей газовой смесью до 60 ч. не приводит к тепловому эффекту. При использовании содержащих только серебро цеолитов наблюдается повышение температуры до нескольких сотен градусов Цельсия. Таким образом, каталитическая реакция, приводящая к воспламенению водорода в зоне ведущих отходящие газы узлов, может исключаться.

При использовании же содержащих только серебро цеолитов наблюдается повышение температуры слоя цеолита до 600^оС, что указывает на каталитическую рекомбинацию водорода и кислорода.

П р и м е р 4. Для исследования адсорбционной способности смеси содержащих серебро и свинец цеолитов согласно примеру 2 испытательный фильтр диаметром 2,5 см и толщиной 5 и 7,5 см соответственно обрабатывают подаваемой с линейной скоростью 31 см/с смесью пара и воздуха в объемном соотношении 2,7: 1, при температуре 146^оС и давлении около 1 бар в течение 30 мин. Затем в течение 0,5 ч к указанному газовому потоку добавляют маркированный J-131 элементарный радиоактивный йод. После окончания процесса обработки указанный газовый поток подают еще в течение 1,5 ч. Адсорбцию йода на испытательном фильтре определяют измерением активности йода по зонам фильтра и в расположенных в направлении подачи газового потока за фильтром пропитанных слоях активного угля (для удаления радиоактивного йода). При этом получают результаты: толщина слоя, см: 5; 7,5; время контактирования, с: 0,16; 0,24; адсорбционная способность, 99,58; 99,76; показатель дезактивации 2400; 4200.

П р и м е р 5. Повторяют пример 4 с той разницей, что используют сорбент следующего состава:
А 0,25 Na₂O, 0,05 PbO, 0,7 Ag₂O, 2,65 SiO₂
Б 0, 2 Na₂O, 0,12 PbO, 0,68 Ag₂O, 2,8 SiO₂
B 0,2 Na₂O, 0,5 PbO, 0,3 Ag₂O, 2,5 SiO₂
Г 0,2 Na₂O, 0,4 PbO, 0,4 Ag₂O, 2,7 SiO₂.

При этом обработку фильтра смесью пара и воздуха осуществляют в течение 4,7-6 ч. Результаты опытов сведены в таблице.

Реферат

Использование: технология очистки кислород- и водородсодержащих газовых и паровых потоков от иода и его органических соединений. Сущность изобретения: очищаемый поток газов и/или паров контактирует с натриевым цеолитом типа фожазита, модифицированного путем ионного обмена свинцом и серебром следующей формулы: aNa₂O·bPbO·cAg₂O·Al₂O₃·(2,5± 0, 5)SiO₂, где b и c - степени обмена ионов натрия ионами свинца и серебра соответственно. Причем b = 0,05 - 0,5; c = 0,3 - 0,7; a+b+c=1. Натриевый цеолит типа фожазита может использоваться в смеси с натриевым цеолитом типа А, у которого ионы натрия также частично заменены ионами свинца и серебра. Степени обмена ионов натрия для цеолитов типа фожазита и типа А совпадают. Количество цеолита типа А в смеси составляет 10 - 20% . Отношение коэффициентов в формуле цеолита b/(b+c) предпочтительно составляет 0,15 - 0,6. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула