Способ очистки воздуха от углекислого газа

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 сю 4 В 01 Э 13/02

И.

13

MLii3," со, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3855303/31-26 (22) 18.12.84 (46) 15,08.86. Бюл. Х- 30 (71) Кубанский государственный университет (72) В.И.Заболоцкий, Н.В.Шельдешов, Н.П.Гнусин, Л.Ф,Ельникова, В.M.Áëåäных, С.И.Етеревскова, В.П.Королев и Л.И.Гаврилов (53) 621.3.035 ° 2(088.8) (56) Ионный обмен /Под ред. M.М.Сенявина.M.:Íàóêà, 1981, с. 217.

Патент C11IA Nl 3330750, кл. 204 — 180, опублик. 11.07.67.

„„Я0„„25О318 (54)(57) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ

УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА электродиализом в электродиализаторе с ианообменными мембранами, образующими камеры сорбции и концентрирования, заполненные ионообменной насадкой, с подачей воздуха в камеры сорбции, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения удельных энергозатрат и повьпнения удельной производительности,в камеры сорбцин дополнительно подают раствор карбоната щелочного металла концентрацией 0 01

0,5 н. и электродиализ ведут при плотности тока 20 — 40 А/м г

1250318

Изобретение относится к технике и технологии очистки газов от примесей кислых газов, конкретно для очистки воздуха от примесей углекислого газа, и может быть использова- 5 но в системах жизнеобеспечения и

40 для поддержания санитарных норм воздуха в производственных помещениях некоторых отраслей промышленности.

Цель изобрения — снижение энергозатрат и повышение удельной произ- водительности.

На чертеже показана схема электродиализной технологии очистки воздуха от углекислого газа по предлагаемому способу.

Схема включает электродиализатор

1, буферную емкость 2 .с растворами карбонатов щелочных металлов (карбонатный буфер), служащих для увлажнения очищаемого воздуха; раз-. делительную емкость 3, служащую для разделения сконцентрированного углекислого газа и воды, Насос 4 обеспечивает циркуляцию увлажняющего раствора. Злектродиализатор 1 состоит из чередующихся биполярных 5 и анионообменных 6 мембран, образующих камеры 7 сорбции, заполненные анионообменной насадкой 8, и камеры 9 концентрирования, заполненные катионообменной насадкой 10. Очищаемый от углекислого газа воздух подают в камеры 7 сорбции электродиализатора 1, заполненные анионообменной 35 смолой 8, Камеры 7 сорбции непрерывно увлажняют раствором карбонатов щелочных металлов, поступающим из буферной емкости 2. Под действием электрического поля на биполярной мембране 5 происходит разложение воды, при этом генерированные ионы водорода направляются непосредственно в камеры 9 концентрирования, а анионы гидроксила мигрируют через ионо- 45 обменную насадку 8, замещая в анионообменной смоле ионы НСО на ионы з

ОН и осуществляя тем самым их непрерывную регенерацию. Вытесненные из анионита 8 бикарбонатные ионы 50 через анионообменную мембрану,6 MHI рируют в камеру 9 концентрирования, где рекомбинируют с ионами водорода.

Очищенный от углекислого газа воздух с раствором карбонатов щелочных металлов направляют в буферную емкость

2 и после отделения от жтдкой фазы подают потребителю. Сконцентрирован3 ный углекислый газ и перенесенный электроосмотически в камеры 9 концентрирования раствор направляют в разделительную емкость 3.

После газожидкостного разделения углекислый газ выводят из схемы или подают на дальнейшую переработку в кислород. Жидкие фазы с буферной 2 и разделительной 3 емкостей смешивают и с помощью жидкостного насоса

4 подают на увлажнение камер 7 сорбции электродиализатора 1.

Присутствие карбонатного буфера в камере 7 сорбции злектродиализатора 1 с концентрацией карбоната щелочного металла 0 01-0 5 н. позволяет изменить. ионный состав анионообменной смолы в сторону увеличения содержания в ней карбонатных ионов и уменьшения содержания гидроксильных ионов. Это приводит к увеличению числа переноса карбонатного иона, выхода СО по току и как следствие, повышению производительности и снижению удельных энергозатрат на процесс газоочистки, .

Пример. Смесь воздуха с 0,57 углекислого газа H раствор карбоната калия с концентрацией 0,005-1,0 N подают в камеры 7 сорбции электродиализатора i, заполненные анионообменной насадкой 8 АВ-17. Камеры 9 концентрирования заполнены катионообменной насадкой 10 КУ-2. Насадку ионообменных смол 8 и 10 в камерах 7 сорбции и в камерах 9 концентрирования располагают в виде монослоя (слоем толщиной в одно зерно). На электродиализный аппарат I подают электрический ток плотностью 10—

55 A/м . В качестве биполярных мембран 5 используют отечественные мембраны МБ-З, в качестве анионообменных мембран 6 — сильноосновные анионообменные мембраны MA-41. Камеры

9 концентрирования выполнены непроточными: раствор и газы извне в них не подаются. Температуру поддерживают постоянной и равной 25 С. Использование в качестве буфера карбоната калия обусловлено следующими причинами. В ряду щелочных металлов

Ы, Na, К, Rb, Сз активность металлов и электропроводность карбонатов увеличивается, но так как

Rb C0 H Cs C0ä являются редкими и дорогостоящими солями, была выбрана соль К СОз как более распространенная в проыашленности.

i 250318

Продолжение таблицы

1 1I

40 14,6

8,5

2,00

Удельные

Произ-.

ВыПло тКонцентводиность тока (1), А/м ход

СО по току (Ч), Е тельэнергозатрация карбонаность ° 10 аппарата по

СО,в расчете на 1дм15 мембранного

0,5 раты (w), вт ч/л та. калия (Г)ь г-экв/л пакета (V) л/ч

90

0,27

0,13

20 3,2

0,28

0,40

30 2,1

24 0,28

1,97

О 35 30

40 2,0

55 2,0

10 14 ьб

20 12,3

30 9,8

Прототип

10 2,0 25ь1 Оь09

20 2,0 31,6 О, 18

30 2,0 38,4 0,26 .

40 2,0 45,2 0,35

55 2ьО 51 ь3 О 48

0,005

0,48

Н О

0,72

1,08

0,01

6,6

10,5

13,7

1,38

555 40

9,0

16,2

19,8 1,78

7,64

0,72

Как видно из таблицы, удельные энергозатраты и производительность аппарата по предлагаемому способу при концентрации карбонатного буфера, равной 0,005 М и 1,0N и при плотности тока 10 — 55 А/м ниже или равны тем же характеристикам по известному способу. При использовании в качестве карбонатного буфера раствора карбоната калия с концентрацией 0,01 N,0,05 N, 0,1 N u

0,5. N удельные энергозатраты уменьшаются, а производительность аппара" та повышается по сравнению с прототипом. Оптимальные результаты полу0,05

10!

4,2

6,0

23,5

4,6

2,22

18,1 б,б

2,66

7,0

3,04

19 0

7,2

18ь8 1 ь69

0,51

1,22

0,1

8,9 8,9

20

12,9

7,5

17,5

6,7

2,50

В таблице представлены характеристики предлагаемого и известного способов очистки воздуха и углекислого газа

Предлагаемый способ

0,005 N 10 6,1

50 4,8

10 2,0

20 3,5

30 3,5

40 4,0

55 8,1

10 1,1

20 3,1

30 1,0

40 2,3

55 .8,2

26,8 1, 12

10,9 0,10

22,6 0,54

27,0 0,84

26,2 0,62

13 5 1,86

32,0 0,05

40,0 0,27

1250318

Составитель 0.3обнин

Редактор M.Ïåòðîâà Техред В. Кадар Корректор С.Шекмар

Заказ 4359/8 Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чены при наложении на аппарат электрического тока плотностью 20—

40 А/м

Так, например, при концентрации карбоната калия 0,05 N и токе

20 А/м удельные энергозатраты рав— ны согласно предлагаемому способу

4,6 Вт.ч/л, а по прототипу

31,6 Вт ч/л, производительность рав- 1О на 2,22 и 0,18 л/ч соответственно.

При уменьшении плотности тока ниже 20 А/м и повышении больше

40 А/м . возрастают энергозатраты и уменьшается производительность 1S аппарата за счет снижения выхода по току углекислого. газа из камеры концентрирования электродиализного аппарата.

При уменьшении концентрации карбоната калия ниже 0,01 N и повышенин его концентрацйи выше 0,5 N происходит снижение производительности аппарата, выхода по току СО . Этот эффект вызван уменьшением числа переноса карбонатного иона в фазе анионообменной насадки, как следствие, увеличивается "проскок" гидроксильных ионов, не вступивших в реакцию с карбонат — ионом, в камеры концентрирования.