Химический поглотитель диоксида углерода

 

Изобретение относится к области сорбционной техники, а именно к химическим поглотителям диоксида углерода, и может быть использовано для очистки выхлопных и отходящих газов в химической промышленности от углекислого газа. Сущность изобретения состоит в том, что поглотитель CO₂ модифицируют добавлением хлорида лития при следующем содержании компонентов (мас.%): Ca(OH)₂ -83,0-78,0, NaOH - 0,1-3,7, LiCl - 3,7-0,1, H₂O - 13,2-18,2. 3 табл.

Изобретение относится к области получения сорбентов - химических поглотителей диоксида углерода и может быть использовано на предприятиях химической промышленности для его удаления из выхлопных и отходящих газов, а также в приборах для регенерации и кондиционирования воздуха.

Известно, что для поглощения углекислого газа используется химический поглотитель известковый (ХПИ). Стандартный материал, предназначенный для использования в народном хозяйстве и для снаряжения средств химической защиты, изготовлен из маломагнезиальной извести и гидроксида и содержит не менее 96% гидроксида кальция и 4% гидроксида натрия (ГОСТ 6755-88. Поглотитель химический известковый ХП-И. М.: Издательство стандартов, 1988 г.). Стандартный химический поглотитель используется в увлажненном состоянии (16-21%) при T = 35^oC и концентрации CO₂ = 4 об.% и не может быть использован при более высоких температурах и концентрации диоксида углерода.

В зависимости от назначения ХПИ его состав варьируется. Анализ технической и патентной литературы показал, что в состав хемосорбента могут вводиться различные модифицирующие добавки, например гидроокиси натрия или калия, хлориды щелочных или щелочноземельных металлов. Массовая доля модификатора составляет 4 мас.%, влажность ХПИ = 18%, время защитного действия данных ХПИ определялась при T = 20^oC и концентрации CO₂ = 2 об.% (В.В.Самонин, И.В.Кругликова, Н.Ф.Федоров. ЖПХ, 1994 г., т. 67, вып. 2).

Наиболее близким к качественному и количественному составу к предлагаемому изобретению являются известковый химический поглотитель углекислого газа, используемый при подводном погружении (патент Канады N 1151633, опубликованный 09.08.83 г., кл. B 01J 20/04). Он имеет следующий состав компонентов (мас.%): Ca(OH)₂ - 75-85 CaCl₂ - 0,1-1,0 KOH - 1,0-2,0 NaOH - 2,0-3,0 H₂O - 15-20 Однако поглотитель данного состава, исходя из его рецептуры, не может быть использован для очистки выхлопных газов, например, которые характеризуются повышенной температурой и высоким содержанием диоксида углерода, ввиду отсутствия в их составе компонента, обладающего хорошими влагоудерживающими свойствами.

Задача, поставленная авторами предлагаемого изобретения, состоит в разработке рецептуры состава химического поглотителя диоксида углерода, сохраняющего хорошие эксплуатационные характеристики и обладающего высокой защитной мощностью при условии его использования в газовоздушном потоке с концентрацией диоксида углерода до 20 об.% и при повышенной (до 70^oC) температуре.

Для решения этой задачи в состав известного химического поглотителя промышленной рецептуры вводят в качестве модифицирующей добавки хлорид лития при следующем соотношении компонентов (мас.%): Ca(OH)₂ - 83,0-78,0 NaOH - 0,1-3,7 LiCl - 3,7-0,1
H₂O - 13,2-18,2
Сущность изобретения состоит в том, что вводимая модифицирующая добавка обладает высокой гигроскопичностью и низкой вязкостью. Влагопоглотительная и влагоудерживающая способность модификатора LiCl сообщает химическому поглотителю высокую хемосорбционную активность в условиях повышенной (до 70^oC) температуры, а NaOH обеспечивает щелочность ХП, необходимую для интенсивного поглощения диоксида углерода (его концентрация может достигать 20 об.%).

Влагоудерживающие характеристики химического поглотителя с содержанием модификаторов LiCl-NaOH при T = 70^oC показаны в табл. 1 и характеризуются процентом массовым влагопотерь.

Данные табл. 1 показывают оптимальность сочетания двух модификаторов NaOH-LiCl, равную 2,5-1,5 мас.%, при увеличении продолжительности термовоздействия.

Вязкость раствора модификатора, образующего водную пленку на активной поверхности ХПИ, влияет на время защитного действия хемосорбента и связана с ним обратной зависимостью (см. табл. 2). Испытания, результаты которых приведены в данной таблице, проводились при нормальных условиях (T = 20^oC, концентрация CO₂ = 2 об.%).

Гранулы формованного химического поглотителя предлагаемого состава получают смешением гашеной извести с растворами гидроксида натрия и хлорида лития 40%-ной концентрации. При замесе в пасту добавляют воду для создания необходимой влажности (20-40%). Материал формуют, сушат при температуре 150^oC в течение 20-22 ч, затем ломают, рассеивают и увлажняют.

Пример 1. (нижняя граница заявляемого интервала по NaOH).

К 85 г порошка гидроксида кальция, содержащего 2 г воды (сухого гидроксида кальция 83 г), приливают 0,25 г 40%-ного раствора NaOH (сухого NaOH 0,1 г), 9,25 г 40%-ного раствора LiCl (сухого LiCl 3,7 г) и воду для получения массы влажностью 31-38% в зависимости от качества приходящей на производство извести. Массу тщательно гомогенизируют, формуют в гранулы, термообрабатывают 2 ч при температуре 150^oC до влажности 2%, вновь увлажняют до влажности 13,2%, герметично упаковывают. Состав готового поглотителя: 83% Ca(OH)₂, 0,1% NaOH, 3,7% LiCl, 13,2% H₂O.

Пример 2. (середина заявляемого интервала по NaOH).

К 81,5 г порошка гидроксида кальция, содержащего 2 г воды (сухого гидроксида кальция 79,5 г), приливают 4,75 г 40%-ного раствора NaOH (сухого NaOH 1,9 г), 4,75 г 40%-ного раствора LiCl (сухого LiCl 1,9 г) и воду для получения массы влажностью 31-38% в зависимости от качества приходящей на производство извести. Массу тщательно гомогенизируют, формуют в гранулы, термообрабатывают 2 ч при температуре 150^oC до влажности 2%, вновь увлажняют до влажности 16,7%, герметично упаковывают. Состав готового поглотителя: 79,5% Ca(OH)₂, 1,9% NaOH, 1,9% LiCl, 16,7% H₂O.

Пример 3. (верхняя граница заявляемого интервала по NaOH).

К 80 г порошка гидроксида кальция, содержащего 2 г воды (сухого гидроксида кальция 78 г), приливают 9,25 г 40%-ного раствора NaOH (сухого NaOH 3,7 г), 0,25 г 40%-ного раствора LiCl (сухого LiCl 0,1 г) и воду для получения массы влажностью 31-38% в зависимости от качества приходящей на производство извести. Массу тщательно гомогенизируют, формуют в гранулы, термообрабатывают 2 ч при температуре 150^oC до влажности 2%, вновь увлажняют до влажности 18,2%, герметично упаковывают. Состав готового поглотителя: 78% Ca(OH)₂, 3,7% NaOH, 0,1% LiCl, 18,2% H₂O.

Испытания образцов проводились на специальной установке с возможностью создания температуры слоя ХПИ и очищаемого газа до 100^oC, концентрации CO₂ в потоке от 0,1 до 100,0 об.%, влажности газа от 0,1 до 100,0 отн.%. Чувствительность детектора позволяет фиксировать концентрацию CO₂ за слоем хемосорбента от 0,01 об.%. При исследовании полученных образцов использовались динамические трубки с площадью сечения 3 см², высота слоя ХПИ составляла 20 см, линейная скорость газа достигала 0,05 м/с.

Данные табл. 3 характеризуют хемосорбционную емкость предлагаемого поглотителя (дм³/кг) по сравнению с составами промышленной и лабораторной рецептуры (без использования хлорида лития в качестве модифицирующей добавки) в условиях высоких значений температур и содержания диоксида углерода в газовоздушном потоке до 27 об.% (сравнить с показателями рецептуры прототипа в данных условиях не представляется возможным).

Сравнение свойств разных рецептур ХПИ показывает, что при низком содержании диоксида углерода в газовоздушном потоке разработанный поглотитель незначительно (на 8%) превосходит лабораторный образец. Повышение содержания CO₂ до 20 об.% при T = 70^oC приводит к резкому различию в емкости образцов. Материал, модифицированный хлоридом лития, уже значительно (на 30%) превосходит аналогичный образец по хемосорбционной емкости. При повышении содержания CO₂ в газовоздушном потоке до 27 об.% емкость модифицированного ХП превышает характеристику аналога почти на 40%.

Таким образом, предложенный химический поглотитель, содержащий значительное количество модификатора LiCl, сохраняет большую влажность, позволяющую ему более длительное время осуществлять процесс хемосорбции, обладает высокими эксплуатационными характеристиками и не разрушается в жестких условиях.

Формула изобретения

Химический поглотитель диоксида углерода, включающий гидроксид кальция, гидроксид натрия, модифицирующую добавку и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид лития в качестве модифицирующей добавки, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.

Ca(OH)₂ 83,0 78,0
NaOH 0,1 3,7
LiCl 3,7 0,1
H₂O 13,2 18,2н

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2