Способ очистки инертных газов от кислорода

 

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ИНЕРТНЫХ. ГАЗОВ ОТ КИСШОРОДА, включающий пропускание их через водный раствор обратимо окисляющегося органического реагента и восстановление последнего , отличающийся тем, что, с целью снижения остаточного содержания кислорода, в качестве органического реагента используют восстановленную форму дигапогенида виологен, а восстановление его ведут электрохимическим способом. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что используют дигалогенид метилвиологена или бензилвиологена с концентрацией 1 -10 5-ICT моль/л.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (11)

4(зц В 01 D 53/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

И ЕВТОССИОВУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21).3347442/23-26 . (22) 27.07.81 (46) 30.03.85. Бюл. У 12 (72) А.А.Казакова и Е.Ю.Кац (71) Институт фотосинтеза АН СССР (53) 66.074.35(088.8) (56) 1.. Шарло Г. Методы аналитической химии,.M., "Химия", 1969, с. 819.

2. Патент Великобритании

В 2008081, кл. В 01 D 53/00, 1979. (54) (57) 1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ИНЕРТНЫХ

ГАЗОВ ОТ; включающий пропускание их через водный раствор обЕ ратимо окисляющегося органического реагента и.восстановление последнего отличающийся тем, что, с целью сникения остаточного содержания кислорода, в качестве органического реагента используют восстановленную форму дигалогенида виологенц, а восстановление его.ведут электрохимическим способом.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю -. шийся тем, что используют дигалогенид метилвиологена или бензилвиологена с концентрацией 1 10 3

5 1(Г моль/л.

11ч 7425

Изобретение относится к получению и очистке инертных газов и азота и может быть использовано в лабораторных и промьпппенных условиях.

Известны способы очистки инертных.газов и азота от кислорода путем пропускания газа через раствор восстановителя, окисляющегося кислородом. В качестве восстановителей для поглощения кислорода используют пирогаллол, триацетилгидрохинон, дитионит и некоторые другие (1) .

Недостатком данных способов является необратимость окислений используемых восстановителей и, следовательно, их непрерывный расход или поглощение кислорода из газовой смеси. Такие способы требуют периодической замены отработанного (окисленного) раствора восстановителя.

В связи с этим способы находят приме нение лишь в лабораторной практике и не могут быть внедрены в промышленность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки инертных газов от кислорода, включающий пропускание их через водный раствор обратимо окисляющегося органического реагента из группы гидрохинонов, содержащего также хиноны и гидразины, восстанавливающие хиноны до гидрохинонов (21 .

Известный способ обеспечивает остаточное содержание кислорода в

-z газах порядка 1 r 10 об. Х, Целью изобретения является снижение. остаточного содержания кислорода.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу очистки инертных газов от кислорода, включающему пропускание их через водный раствор обратимо окисляющегося органического реагента и восстановление последнего, в качестве органичес кого реагента используют восстановленную форму дигалогенида виологе на, а восстановление его ведут электрохимическим спесобом.

Предпочтительно использовать дигалогенид метипвиологена нли бензилвиологена с концентрацией 1; 10—

5; 10 моль/л:

Технология способа заключается в следующем.

З5

В электролизере с разделенными катодным и анодным пространствами производят восстановление метилвиологена. Катодное пространство, в котором образуется восстановленная форма метилвиологеяа, является одновременно абсорбером. Инертный гаэ (или азот) с примесью кислорода барботируют через катодное пространство электролизера, где происходит химическое взаимодействие кислорода с восстановленным метилвиологеном.

Стационарную концентрацию восстановленной формы метнлвиологена поддерживают путем проведения электролиза.

Эффективное перемешивание в электролизере достигают путем барботаже инертного газа в непосредственной близости от катода.

Пример 1. Для высокой степени очистки инертных газов (или азота) от примеси кислорода в лабораторных условиях используют устройство, в котором катодное пространство электролизера отделено от анодного пространства стеклянной диафрагмой,.

Электролизер изготовлен из стекла.

Катод и анод изготовлены из свинца.

В электролизер наливают водный раст-3 вор метилвиологена дихлорида 10 M через герметично закрывающиеся горловины. К электродам прикладывают постоянное напряжение (2-3 В), достаточное для электролитического восстановления метилвиологена. При потенциале катода (-0,8 — (-0,9) В относительно нормального каломельно- го электрода происходит восстановление метилвиологена. Достижение необходимо для восстановления метилвиолопена потенциала катода и, следовательно, напряжения на электролизере контролируют по появлению синей окраски характерной для восста1 новленной формы метилвиологена.

Электролиз проходит при плотности тока 1мА/см (величина плотности тока существенно зависит от режима перемешивания раствора потоком газа и,не является определяющей для данного процесса) . Подают инертный гаэ (аргон)., содержащий примесь кислорода в количестве 1 10 об.X со ска. ростью 1 мл/с в катодное пространство. Очищенный газ содержит

1, 10" об .% О . Таким образом конФ центрация кислорода в инертном газе уменьшена на два порядка. Эффек1147425

ЗНИИПИ .Заказ 1439/9 Тираж 659 Подинсмос

4илнаа ШШ "Патаат" ° г.Уагород, уа.Проектная, 4 тинной очистки достигают через 2030 мин после включения электролиза, когда достигают стационарной кои. центрации восстановленного метилвиологена 8 ° 10 4моль/л в катодном пространстве. Затем процесс продолжается в стационарном режиме неограниченно долго.

Пример 2 ..Проводят в условиях примера t, используют раствор 10 бензилвиологена дихлорида в донцен» трации 1, 10 M. Редокс-потенциал бензилвиологена Е =-0,63 В относио тельно нормального каломельнаго электрода. Восстановление данного ви- 15 ологена начинается при потенциале катода на О, 1 В менее отрицательном, чем в случае метилвиологена.

Процесс электрохимического восстановления бензилвиологена протекает 2р

: при напряжении на электролизере

2-3 В, так же как для метилвиологена. Все операции процесса и их ре-жимы такие же, как в примере 1. Степень очистки инертного газа от кисло- 25 рода такая же, как при использовании метилвиологена.

Пример 3. Проводят в условиях примера 1, используют растворы метилвиологена дийодида или бензил- 311 виологена дийодида в концентрациях

1 10 М. Получены результаты, идентичные примеру 1. Показано, что добавки к .растворам солей нитрата, сульфата, фосфата, карбоната пер35 хлората и ацетата натрия в конценЭ трации 1, 1(Г И не влияют на электрохимическое. восстановление метилвиологена и бенэилвиологена и степень очистки инертных газов от кислорода.

Следовательно, виологены могут быть использованы в виде различных солей

t содержащих различные анионы.

Пример 4. Концентрация раствора виологена может варьироваться в широких пределах от 1 10 до

-1

1 10 М. Однако оптимальная концентрация виологена составляет 1 10

-Ъ

5 ° 10 . При этих концентрациях достигается достаточно высокая концентрация восстановленной формы виологена, обеспечивающая высокую степень очистки инертного газа от кислорода.

При концентрации метилвиологена I (аналогично бензилвиологена) 1 ° 1б M ф снижается концентрация восстановленной формы виологена. Это приводит к снижению степени очистки инертныхгазов от кислорода примерно в 1020 раз при концентрации кислорода в исходном газе меньше 1 ° 1F 7, а при концентрации кислорода больше

1 7. делает очистку невозможной в результате быстрого реокисления всего восстановленного виологена. При концентрациях 1 ° 10 — 1.10 М на катоде происходит образование кристаллов восстановленной формы виологена, что снижает эффективность злектрохимического восстановления виологена. Хотя при этом эффективность очистки инертного газа от кислорода не снижается, процесс приводит к образованию кристаллов восстановленного виологена, не участвуюших в процессе очистки.

Предлагаемый способ позволяет снизить остаточное содержание кислорода в аргоне или гелие на два— три порядка при однократной очистке.

Предельно достигаемая концентрация

- о кислорода около 1О моль/л.

Однако способу присущи низкие энергоэатраты.

При напряжении на электролизере

2 В и расходе четырех фарадееф (4.96500 К) на 1 моль кислорода требуется 0,3 кВтч/моль электроэнергии для очистки инертного газа.

При низком содержании кислорода экономические преимущества возрастают, так как расход электроэнергии пропорционален содержанию кислорода в инертном газе.

Способ наиболее выгоден для тонкой очистки инертных газов в лабораторных условиях или в промышленности на последней стадии. очистки, когда содержание кислорода невелико.