Способ удаления растворенного кислорода

 

Изобретение относится к технологии удаления растворенного кислорода с помощью редоксионитов и может быть использовано для очистки аммиаксодержащих конденсатов паросиловых установок электростанций для предотвращения коррозии. Цель изобретения - обеспечение одновременной сорбции кислорода и аммиака из щелочных аммиачных растворов при высокой устойчивости редоксионитов в этих растворах. Способ осуществляют сорбцией растворенного кислородного и аммиака или его производных из щелочных растворов на редоксионитах на основе сульфокатионитов, обработанных раствором соли металла - восстановителя , в качестве которого используют ионы двухвалентного кобальта при их содержании в сульфокатионите, равном 2,89-8,56 мас.%. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (S1) 4 С 02 F 1/42! «j

"" 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4098478/23-26 (22) 25.07.86 (46) 23.07.89. Бюл. У 27 (75) А.К.Ахпебинин, К.Л.Анфилов, В.M.Êoïà÷ и Н.И.Савиткин (53) 661.18.12 (088.8) (54) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОГО, КИСЛОРОДА (57) Изобретение относится к технологии удаления растворенного кислорода с помощью редоксионитов и может быть использовано для очистки аммиаксодержащих конденсатов паросиловых установок электростанций для предотвращения коррозии. Цель изобИзобретение относится к технологии удаления растворенного кислорода. с помощью ионообменных материалов, а именно редоксионитов - ионитов, содержащих ионы металлов с.переменной вйлентностью, сочетающих окислительно-восстановительные и ионообменные функции, и может быть использовано для очистки конденсатов паросиловых установок тепловых и атомных электростанций, кораблей и предотвращения их коррозии в том случае, когда проводится обработка котловой воды аммиаком, либо его производными или существует опасность их аварийного выброса в систему, а также в химической промышленности»

Цель изобретения — обеспечение одновременной сорбции кислорода и аммиака или его производных из их

2 ретения — обеспечение одновременной сорбции кислорода и аммиака из щелочных аммиачных растворов при высокой устойчивости редоксионитов в .этих растворах. Способ осуществляют сорбцией растворенного кислорода и аммиака или его производных из щелочных растворов на редоксионитах на основе сульфокатионитов, обработанных раствором соли металла-восстановителя, в качестве которого используют ионы двухвалентного кобальта при их содержании в сульфокатионите, равном 2,89-8,56 мас.7. °

2 табл. щелочных растворов при высокой устойчивости редоксионита в этих растворах.

Способ осуществляют сорбцией растворенного кислорода и аммиака или его производных из щелочных аммиаксодержащих растворов на редоксиони тах на основе сульфокатионитов, обработанных раствором соли металла-восстановителя, в качестве которого используют ионы двухвалентного кобальта при их содержании в сульфокатиоЭ ните, равном 2, 89-8, 56 мас. X.

В предлагаемом способе используют сульфокатиониты КУ-2, КУ-2-8, КУ2-20, КУ-23 и т.д., которые обрабатывают раствором соли двухвалентного

2+ и, тем самым, переводят в Со -форму.

Наибольший интерес представляет кобальтовая (II) форма катионита

КУ-2-8 чс, который относится к иони3

1495304 там ядерного класса и широко применяется в процессах водоподготовки.

Для получения редоксионита катионит, например КУ-2-8 чс, массой 30 г помещают в раствор нитрата двухвалентного кобальта концентрацией 1 моль/л, объемом 100 мл и перемешивают 2 ч на магнитной мешалке. Полученный катионит промывают дистиллированной во- 10 дой до отсутствия ионов кобальта в фильтрате и сушат до постоянной мась сы при 60 С. Зерна катионита окрашены в вишневый цвет, содержание Со + составляет 2,2-2,8 мг-экв/г, плот- 15 ность 0,99 г/смз, статическая обменная емкость (СОЕ) по аммиаку иэ

0,25 молярного раствора составляет не менее 6 мг-экв/г, емкость по кислороду — более 8,5 мг/г. 20

Экспериментально установлено, что к достижению поставленной цели приводит использование только сульфокатионитов в качестве полимерной матрицы кобальтового редоксионита.

Попытки получить кобальтовые редоксиониты на основе других матриц при наличии других групп (фосфоно-, карбокси- и т.д. ) не привели к успеху. 30

Структуру получаемого кобальтового редоксионита на основе сульфокатионита можно представить формулой:

1и где RSO — структурное звено сульфоЭ катионита без противоионов, В. — структурное звено поли- 40 мерной матрицы, определенное природой исходного катионита; ш — среднестатистическое число структурных звеньев, 45 связанных с ионом кобальта (XI), принимает любые значения от 1 до 2;

n — степень полимеризации, определяемая природой исход- .

50 ного катионита (обычно 10000), Ион двухвалентного кобальта является сильным восстановителем толь" ко в виде комплексного соединения, которое образуется при попадании аммиака либо его производных в катионит. Существенным отличием пред4 лагаемого редоксионита от известного, например медьсодержащего катионита, является то, что ион-восстановитель

Со прочно связан с функциональными группами ионита и практически не вымывается в раствор.

4((К$0 ),„Сo J„+6n ИН +и О +

+2n H<0=4$(RS0>) Co(NH )ü 7 > +

+4n ОН

Таблица 1

Темпера- Концентрация ионов в расттура, С, воре, мг/л о

Co +Co

0,85

0,31

0,25

0,41

207,9

179,8

197,4

111,2

Переход в раствор ионов меди иэ медьсодержащего редоксионита приводит к повышению солесодепяанив в

Наличие химической связи между ионом двухвалентного кобальта и сульфогруппами подтверждено ИК-спектрами. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что сорбция аммиака и кислорода является взаимосвязанным процессом. Удаление кислорода происходит за счет окисления ионов двухвалентного кобальта до трехвалентного, который, в свою очередь, становится сорбентом аммиака или его производных.

Образующиеся в редоксионите аммиачные комплексы являются весьма устойчивыми в щелочных средах (для

1Со(ИН )Д К4„.= 6 10 ) . В табл. 1 приведены данйые по содержанию ионов двух- и трехвалентного кобальта в растворе при обработке кобальтовой (II) формы катионита КУ-2-8 чс

0,25 М раствором аммиака при различных температурах. Для сравнения здесь же представлены данные по стабильности медьсодержащего сульфокатионита при одинаковых условиях опыта. Как следует из сопоставления полученных результатов, устойчивость кобальтового редоксионита в щелочных аммиачных растворах на два с лишним порядка выше, чем у медного.

5 149530 питающей воде выше допустимых пределов и резко снижает эффективность применения известных редбксионитов для обработки котловой воды паросиловых установок аммиаком или его про5 изводными.

Содержание, 7

Пример

Редоксионит

КислороКонцентрация

О, мг/л

Концентрация ионов кобальта, мг/л в кондоемкость, мг/л

Со (ISO ) „„

Началь- Конечная ная енсате

КУ-23+Со 2+

КУ-2-8 с+Со

2 КУ-2-8чс+Со б

КУ-2-Зчс+Со

КУ-23+Со

8,56

6,79

2,95

2,89

8,73

91,44

93,21

97,05

97, 11

91,27

9,05 0,08 8,97 0,05

9,00 0,96 8,84 0,04

8,71 4,80 3,91 0,00

8,83 5,08 3,75 0,00

8 97 0 01 8 96 1 45

I кислорода 0,00 мг/л. Кислород в системе полностью поглощен, причем для его поглощения использовано всего

25 20 г редоксионита. Динамическая обменная емкость (ДОЕ) по аммиаку сосставляет 7, 19 мг-экв/г. Б тех же условиях ДОЕ катионита КУ-2-8 чс (который является наиболее эффективным из известных сорбентов аммиака) составляет 3,54 мг-экв/г, т.е ° в два раза меньше. При этом полностью снижается концентрация кислорода в фильтрате, что является существенным фактором, уменьшающим коррозию материа5 лов установки.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно повысить эффективность очистки щелочных амми40 аксодержащих растворов от кислорода и аммиака за счет увеличения активной емкости редоксионита, предотвратить коррозию паросиловых установок электростанций, увеличить срок служ5 бы ионообменного фильтра примерно в два раза.

Формула изобретения

Способ удаления растворенного кислорода сорбцией на редоксионите, на основе сульфокатионитов, обработанных раствором соли металла-восстановителя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одновременной сорбции кислорода и аммиа° ка или его производных из их щелочных растворов при высокой устойчивости редоксионита в этих растворах, - Верхний предел содержания ионов кобальта (II) обусловлен тем, что повышение содержания кобальта (II) в редоксионите свыше 8,56Х приводит к сильному загрязнению конденсата ионами кобальта. Например, при увеличении содержания ионов кобальта (II) до 8,737., концентрация их в растворе возрастает в 29 раз и достигает 1,45 мг/л (пример 5). Такое содержание ионов кобальта в кондея= сате недопустимо, так как может вызвать появление отложений на тепловыделяющих поверхностях.

Содержание ионов кобальта (II), соответствующее нижнему пределу (2,89Х), выбрано с учетом полного отсутствия вымывания ионов кобальта в раствор при таком соотношении компонентов (пример 4) и сохранении достаточно высокой величины емкости по кислороду. Дальнейшее уменьшение содержания ионов кобальта (ТТ) в редоксионите, например до 1Х приводит к падению емкости по кислороду, ниже емкости известных редоксионитов, что, . в свою очередь, нецелесообразно, поскольку приводит к необходимости увеличения загрузки фильтра.

Пример ° В замкнутой системе, содержащей 80 см кислорода, пропускают 150 мл раствора с концентрацией аммиака 50,15 г/л и кислорода . 9,2 мг/л через ионообменный фильтр, содержащий 100 см редоксионита КУ2-8 чс + Со + при содержании Со ., равном 6,797.. Остаточная концентрация аммиака составляет 1,54 г/л,. а

4 6

В табл. 2 представлены данные по сорбции кислорода сульфокатионитами в кобальтовой (II) форме при температуре 20 С и времени экспозиции 2 ч в зависимости от содержания компонентов в редоксионите.

Та блица 2

7 1495304 в в качестве восстановителя используют их содержании в сульфокатионите, ионы двчхвалентного кобальта,при равном 2,89-8,56 мас.X.

Составитель Ю.Фелькушов

Редактор Н.Яцола ТехредА.Кравчук ) Корректор С.Шекмар

Заказ 4206/22 Тираж 828 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101