Способ дегидратации цеолитов в процессе глубокой осушки аммиака

 

Изобретение относится к способам дегидратации цеолитов, применяемых в качестве осушителей в процессе глубокой осушки газов, и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности. Изобретение заключается в том, что в способе дегидратации цеолитов, например CaA, в процессе глубокой осушки аммиака, включающем разогрев с продувкой слоя адсорбента инертным газом, разогрев цеолитов осуществляют до температуры 450 - 600^oC, а продувку ведут инертным газом с содержанием влаги 0,002 - 0,010 г/нм³ до достижении за слоем точки росы инертного газа -50^oC-55^oC. Предварительно в процессе разогрева цеолиты выдерживают при температуре 200 - 220^oC в течение 1,5 - 2 часов. Изобретение позволит обеспечить осушку аммиака до остаточного содержания влаги не более 5·10^-4 мас.%.

Предполагаемое изобретение относится к способам дегидратации цеолитов, применяемых в качестве осушителей в процессах глубокой осушки газов, а именно в процессе глубокой осушки аммиака, и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности.

Известен способ регенерации цеолитов в процессе глубокой осушки газов, включающий их разогрев и продувку слоя адсорбента газом-носителем, содержащем пары воды, при этом разогрев цеолитов осуществляют до 350 400^oC при скорости подъема температуры от 1 до 4^oC/мин, а продувку ведут атмосферным воздухом с концентрацией паров воды от 2,8·10^-3 до 50 г/нм³ в течение 2 3 час (1). По данным (1) описанный способ регенерации цеолитов обеспечивает осушку аргона до точки росы -81^oC-82^oC.

Указанные выше условия подготовки не активируют цеолиты типа A для глубокой осушки аммиака (влажность воздуха велика, продолжительность регенерации недостаточна, температура 400^oC и ниже недостаточна).

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ дегидратации цеолитов типа A и X, включающий разогрев от 20 до 577^oC и продувку слоя адсорбента инертным газом, при этом pазогрев осуществляют ступенчато, а именно: при температурах до 377^oC в потоке сухого инертного газа с добавкой аммиака, при температурах 377 427^oC в потоке сухого инертного газа и при температурах 427 577^oC как с продувкой инертным газом, так и без продувки (2).

Дегидратированные указанным способом цеолиты предложено использовать для адсорбционного разделения воздуха, смесей углеводородов, для получения водорода высокой чистоты, очистки и осушки газов.

Указанный способ термической дегидратации синтезированных цеолитов позволяет предотвратить гидротермальное разрушение цеолитов путем добавления в продувочный газ незначительных количеств аммиака и увеличить статическую и динамическую емкость относительно азота, оксида углерода и метана.

Недостаток указанного способа состоит в том, что, если термическую дегидратацию цеолитов CaA проводить при температурах до 577^oC в течение 30 60 мин как с продувкой сухим инертным газом, так и без продувки, осушка аммиака до остаточного содержания влаги не более 5·10^-4 мас. не достигается, т.к. время подготовки недостаточно. Этот результат находится в соответствии с тем, что глубокая осушка аммиака патентом (2) не предусмотрена.

Для обеспечения заданной степени осушки в каждом конкретном случае условия и продолжительность термической подготовки сорбентов необходимо определять в специальных экспериментах.

Трудность термической подготовки цеолитов для глубокой осушки аммиака связана с тем, что, по-видимому, сорбция влаги из аммиака осуществляется за счет локализованного взаимодействия с катионами цеолитов, которые не могут быть сорбционными центрами даже при небольшом содержании влаги. При этом сорбция аммиака сильно снижает сорбируемость влаги цеолитами и приводит к тому, что реализуется небольшая доля влагоемкости цеолитов.

Чем выше температура подготовки и ниже влагосодержание продувочного газа, назначение которого удалить выделяющийся водяной пар и свести к минимуму парциальное давление влаги над поверхностью сорбента, тем более низкое остаточное содержание влаги в цеолите может быть достигнуто в процессе дегидратации. Уменьшение остаточной влажности цеолита значительно влияет на глубину осушки и на влагоемкость сорбента. Высший температурный предел, при котором в условиях длительной эксплуатации не наблюдается снижения сорбционных свойств цеолитов, 550 600^oC.

Целью предполагаемого изобретения является разработка способа дегидратации (активация синтезированных и регенерация отработанных) цеолитов CaA в потоке сухого инертного газа с последующим использованием цеолитов для глубокой осушки аммиака до остаточного содержания влаги менее 5·10^-4 мас.

Поставленная цель достигается тем, что в способе дегидратации цеолитов, например CaA, в процессе глубокой осушки аммиака, включающем разогрев с продувкой слоя адсорбента инертным газом, согласно предполагаемому изобретению разогрев цеолитов осуществляют до температуры 450 600^oC, а продувку ведут инертным газом с содержанием влаги 0,002 0,010 г/нм³ до достижения за слоем адсорбента точки росы инертного газа -50^oC-55^oC.

Кроме того, в процессе разогрева цеолиты выдерживают при температуре 200 220^oC в течение 1,5 2 часов.

Согласно предполагаемому изобретению дегидратируют цеолиты CaA со связующим и без связующего в виде гранул, таблеток или шариков. В качестве связующего используют каолинит.

Нагрев цеолита для дегидратации может быть выполнен любым способом. Колонку с цеолитом помещают в печь, нагревают цеолит и продувают через него сухой инертный газ или используют продувочный газ в качестве теплоносителя, и пропускают газ через слой адсорбента. В качестве продувочных газов используют азот, аргон, гелий. В случае необходимости газ дополнительно осушают и очищают от масла. Цеолит выдерживают при конечной температуре подготовки до достижения за слоем сорбента точки росы продувочного газа не выше -50^oC-55^oC. Достижение указанной точки росы за слоем сорбента в выбранных условиях подготовки свидетельствует о глубокой дегидратации цеолита. Затем адсорбент охлаждают. На охлажденный цеолит подают газообразный аммиак под давлением 0,1 1,2 МПа с содержанием влаги 1·10^-3 3·10^-2 мас. после очистки активированным углем от масла и стекловолокном от угольной пыли. Получают аммиак с содержанием влаги не более 5·10^-4 мас.

Предполагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Колонку с синтезированным цеолитом CaA без связующего вещества в количестве 32 г при высоте слоя 4 см помещают в печь и по достижении температуры 150^oC в колонку подают аргон с содержанием влаги 0,005 г/нм³. Температуру в слое поднимают со скоростью 150^oC/час. Температуру 210^oC поддерживают в течение полутора часов. Затем температуру поднимают до 450^oC и выдерживают в течение 10 часов. Гигрометром контролируют содержание влаги в продувочном газе, выходящем из колонки. Через 8 10 часов точка росы продувочного газа за слоем цеолита становится постоянной и составляет -55^oC. Нагрев выключают и подачу аргона прекращают. Цеолит охлаждают до температуры окружающей среды. Технический аммиак под давлением 0,1 МПа после очистки активированным углем от масла и стекловолокном от угольной пыли подают в колонку с цеолитом. Получают аммиак с содержанием влаги 2·10^-4 мас.

Пример 2.

Отработанный в процессе глубокой осушки аммиака цеолит CaA со связующим в количестве 33 г при высоте слоя 10 см помещают в колонку в печь и подают в колонку азот с содержанием влаги 0,010 г/нм³. Включают нагрев колонки, температуру поднимают со скоростью 60^oC/час. Периодически контролируют содержание аммиака в продувочном газе. При температуре 450^oC содержание аммиака в газе падает до 0,02 0,05 об. После снижения концентрации аммиака до сотых долей процента контролируют содержание влаги. Температуру поднимают до 550^oC и выдерживают в течение 13 15 час. Через 13 15 час влажность продувочного газа, выходящего из колонки, становится постоянной и составляет 0,032 г/нм³ (т. р. -50^oC). Цеолит охлаждают в потоке азота до 300^oC, затем подачу азота прекращают. После охлаждения цеолита до температуры окружающей среды в колонку подают аммиак, очищенный от масла и угольной пыли, под давлением 0,2 МПа. Содержание влаги после осушки не превышает 5·10^-4 мас.

Пример 3.

Синтезированный цеолит CaA в количестве 25 кг при высоте слоя 0,7 м нагревают горячим азотом, который подают в адсорбер сверху вниз. Содержание влаги в азоте 0,002 г/нм³. Температуру 200^oC поддерживают в течение двух часов. Сорбент нагревают до температуры 550 600^oC. Контролируют содержание влаги в азоте на выходе из адсорбера и заканчивают активацию цеолита по достижении за слоем адсорбента точки росы продувочного газа не более -50^oC-55^oC (через 15 20 час). Охлаждают адсорбент азотом (ход азота в стадии охлаждения снизу вверх). По достижении цеолитом температуры окружающей среды в адсорбер подают аммиак после очистки от масла и угольной пыли под давлением 1,2 МПа. Ход аммиака в стадии осушки снизу вверх. Получают продукт с содержанием влаги менее 5·10^-4 мас.

Как видно из примеров, предложенные условия дегидратации цеолитов CaA обеспечивают осушку аммиака до остаточного содержания влаги не более 5·10^-4 мас.

Формула изобретения

1. Способ дегидратации цеолитов типа СаА, используемого в процессе глубокой осушки аммиака, включающий разогрев слоя цеолита с продувкой его инертным газом, отличающийся тем, что разогрев осуществляют до 450 - 600^oС, а продувку ведут инертным газом с содержанием влаги 0,002 0,010 г/нм³ до достижения за слоем цеолита температуры точки росы инертного газа минус 50 минус 55^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе разогрева цеолит выдерживают в течение 1,5 2,0 ч при 200 220^oС.