Способ обезвреживания газов, содержащих фториды хлора

 

Использование: снижение токсичности фтор- и хлорсодержащих газовых выбросов. Сущность изобретения: газовый поток с примесью фторидов хлора последовательно пропускают через три слоя гранулированного карбоната кальция. Температуры слоев составляют 230-600, 15-35 и 300-600^oC соответственно. 1 табл.

Изобретение относится к области очистки производственных газовых выбросов, в частности к обезвреживанию активных фтор и хлорсодержащих газов.

Фториды хлора являются одними из наиболее химически активных соединений. Они взаимодействуют практически со всеми органическими и неорганическими солями и большинством металлов и не металлов. Поэтому проблемы по их обезвреживанию, то есть до их фактического отсутствия в выбрасываемых газах как таковых, не возникает. Однако, взаимодействуя с различными веществами, фториды хлора частично разлагаются на газообразные составляющие, например, монофторид хлора, молекулярные хлор и фтор, и др. которые, в свою очередь, либо также разлагаются (монофторид хлора), либо, например хлор, не вступают в дальнейшее взаимодействие с поглотителями и фактически направляются в конечный выброс.

По своему химическому действию трифторид хлора, а также монофторид хлора, подобен фтору.

Известен способ, выбранный в качестве прототипа, разложения (или фактически обезвреживания) фторидов хлора.

При осуществлении способа очищаемую газовую смесь приводят в контакт с адсорбционной и/или каталитической массой на основе TiO₂. При этом происходит каталитический гидролиз при 250-600^oC и сорбция при температуре ниже 250^oC.

Мы предлагаем производить обезвреживание газов, содержащих фториды хлора, последовательно пропуская газы через три отличные по температуре зоны карбоната кальция. На первой стадии поддерживают температуру от 230 до 600^oC, на второй от 15 до 35^oC (фактически температуру помещения) и в третьей от 300 до 600^oC.

В качестве поглотителя используют либо природный карбонат кальция (например, мраморную крошку), либо насыщенный углекислым газом химический поглотитель известковый (ХПИ).

Наиболее опасным компонентом таких газов является трифторид хлора, поэтому далее рассмотрим смеси, содержащие трифторид хлора.

Газы, содержащие трифторид хлора, поступают сначала в зону с температурой 230-600^oC, в которой происходят процессы полного разложения трифторида хлора с одновременным поглощением основного количества фтора и выделения хлора в виде Cl₂. При этом за счет того, что фтор вытесняет хлор из образующегося хлорида кальция, а также за счет того, что скорость реакции ClF₃ и F₂ значительно выше скорости взаимодействия хлорида с карбонатом кальция, основное количество хлора с потоком газа, содержащего также некоторое количество фтора, поступает на вторую (холодную) стадию. Соединения фтора, как показано нашими исследованиями, лучше поглощаются на холодном карбонате. Поэтому на второй стадии при температуре от 15 до 35^oC происходит практически полное улавливание фторной составляющей исходного газа. На третью стадию поглощения фториды практически не поступают и, следовательно, процессов вытеснения хлора из поглотителя не наблюдается. Молекулярный хлор с холодным CaCO₃ практически не взаимодействует. На третьей стадии поглощения при температуре от 300 до 600^oC происходит обезвреживание выделившегося на первой стадии молекулярного хлора.

Интервал температуры первой зоны от 230^oC до 600^oC обусловлен тем, что при данных температурах при достаточно высокой степени обезвреживания фторидов, происходят процессы эффективного разложения фторидов хлора.

Температура второй зоны обусловлена тем, что при этих температурах, равных 15-35^oC, эффективно обезвреживаются присутствующие в газе фторсодержащие компоненты, поступающие с первой стадии. При температуре ниже 15^oC возможна частичная конденсация, как правило, присутствующего в подобных газах фторида водорода, а при температуре выше 35^oC степень улавливания фторидов снижается.

Температурный интервал третьей стадии, равный 300-600^oC, обусловлен тем, что скорость реакции Cl₂ с CaCO₃ при температуре выше 300^oC увеличивается более чем в 1,5 раза, а при 600^oC более чем в 2,5 раза и, соответственно, процессы поглощения хлора идут более интенсивно. При температуре выше 600^oC константа равновесия реакции поглощения хлорида уменьшается до значения меньше первоначального, что сказывается на степени обезвреживания хлора в виде Cl₂. Кроме того, повышение температуры выше максимально оптимального приведет к повышенному расходу энергии.

Пример. Газы, содержащие трифторид хлора, фторид водорода, монофторид хлора и азот, пропускали с расходом 0,2 м³/²·мин через три слоя гранулированного CaCO₃ высотой по 4,8 м каждый. После каждой стадии обезвреживания отбирали пробы газа для проведения массспектрометрического анализа.

Результаты представлены в таблице (примеры 1-4- по условиям изобретения, примеры 5 и 6 по условиям, выходящим за границы изобретения).

Как следует из таблицы, по условиям изобретения степень улавливания соединений фтора составляет около 99% а хлора не ниже 98% в то время, как в режимах, выходящих за пределы изобретения, степень улавливания хлора уменьшается до 91% Предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом повышает степень улавливания хлора, как продукта разложения фторидов хлора; повышает степень обезвреживания фторных компонентов газов; процесс обезвреживания протекает равномерно, без опасности взрыва.

Внедрение изобретения позволяет: уменьшить количество выбрасываемых в атмосферу токсичных химических веществ, в том числе фторидов и хлора; улучшить экологическую обстановку производства.

Формула изобретения

Способ обезвреживания газов, содержащих фториды хлора, включающий пропускание газов через твердое вещество, отличающийся тем, что пропускание газов ведут через карбонат кальция последовательно при 230 600^oС, 15 - 35^oС и 300 600^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1