Сорбент для осушки газов

 

Изобретение относится к области сорбционной осушки газов и может использоваться в нефтяной и газовой промышленностях для осушки природного газа, газов нефтепереработки, а также воздуха, инертных и агрессивных газов. Сорбент представляет собой гранулу пористой структуры, изготовленную из сополимера стирола и дивинилбензола с макро-, микро- и переходными порами, где в макро- и переходные поры путем диффузии введен полиэфир. Сорбент обладает высокой влагоемкостью, механической прочностью и низкой температурой регенерации. 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области сорбционной осушки газов и может использоваться в нефтяной и газовой промышленности для осушки природного газа, газов нефтепереработки, а также воздуха, инертных и агрессивных.

Известен сорбент для очистки газов, выполненный в виде гранулы, состоящей из пористого носителя, являющегося сополимером стирола и дивинилбензола, и химически активного вещества, расположенного в макро-, микро- и промежуточных порах носителя в процессе сополимеризации. Химически активным веществом при этом является фторсодержащий экстрагент или алкиламин ( а.с. СССР N 912233, 1974 г.).

Недостатком его является практическая неспособность к сорбированию влаги (влагоемкость менее 1%), вследствие чего данный сорбент не может быть использован для осушки газов.

Известен сорбент для осушки газов, выполненный в виде гранул цеолита, имеющих пористую структуру с макро-, микро- и промежуточными порами ( US N 2030199, 1990 г.).

Недостатком данного сорбента являются низкие влагоемкость, механическая прочность, устойчивость по отношению к агрессивным газам и высокая температура регенерации 280-310^oC.

Известен также пористый полимерный сорбент на основе стирола и дивинилбензола, модифицированных введением твердых полиэтиленгликолей (ПЭГ) с молекулярной массой 3000-20000 предварительно растворенных в хлороформе. По мере отгонки хлороформа ПЭГ осаждается на поверхности всех пор в матрице в виде твердой пленки (Захарова Т.К. Кандидатская диссертация, 1975, НИФХИ им. Л.Я. Карпова).

Также известен сорбент, состоящий из пористой полимерной матрицы стирола и дивинилбензола, вся внутренняя поверхность которой покрыта твердой полимерной пленкой, нанесение пленки происходит путем полимеризации α - винилпиридина или его производных в высокочастотном разряде в присутствии полимерной матрицы, находящейся в виброкипящем состоянии (SU 662562, 1979).

Указанные сорбенты обладают низкой осушающей способностью и предназначены для газовой хроматографии при разделении органических веществ.

Технической задачей при создании сорбента являлось повышение его влагоемкости и снижение температуры регенерации.

Техническая задача решается за счет того, что сорбент выполнен в виде гранул, состоящих из пористого носителя, представляющего собой сополимер стирола и дивинилбензола с макро-, микро- и промежуточными порами, в макро- и промежуточных порах которого, путем диффузии, расположен жидкий полиэфир. При неполном заполнении пор пористого носителя, которое обеспечивается именно диффузией, сорбент приобретает способность сорбировать влагу с большей интенсивностью, чем полимерная пористая матрица-носитель и жидкие абсорбенты-полиэфиры. При полном заполнении пор описанный эффект отсутствует.

На чертеже схематически изображена гранула сорбента в разрезе.

Сорбент представляет собой гранулу пористой структуры, изготовленную из сополимера стирола и дивинилбензола с макропарами 1, переходными порами 2, микропорами 3, где в макро- и переходных порах расположен полиэфир 4.

Сорбент получается следующим образом.

Технический макропористый сополимер стирола и дивинилбензола смешанно-пористой структуры, содержащий 15-25% микропор, 50-60% переходных пор и 15-25% макропор с диаметром гранулы 0,1-5 мм, насыпным весом 0,3-0,5 г/см³, обрабатывают при перемешивании трибутилфосфатом (ТБФ) в гетерогенной системе ТБФ-вода в соотношении 1/1 для удаления примесей из внутреннего объема пор и очистки их поверхности. Затем ТБФ вытесняют гидроксилсодержащим растворителем (технические спирты), сополимер отфильтровывают и помещают в аппарат с мешалкой, заливают раствор 15-50% полиэфира в гидроксилсодержащем растворителе и перемешивают при комнатной температуре в течение 6 ч. Затем продукт отделяют на фильтре и выдерживают в токе осушенного воздуха или азота до постоянного веса.

Сорбент работает как в статическом, так и в динамическом режимах следующим образом. В первом случае он помещается в заданный объем с газом, находящимся в статическом состоянии, и, сорбируя на себя молекулы воды, доводит газ до требуемой степени осушки. Во втором - сорбент размещают в емкость, через которую под давлением подается с определенной скоростью осушаемый газ.

Влагоемкость заявленного сорбента, например при работе в динамическом режиме, определяется следующим образом. Сорбент помещается в хроматографическую колонку диаметром 3 мм и длиной 1 м, через которую с постоянной скоростью пропускают осушаемый газ. Газовый хроматограф типа "Цвет-600ГМ"с гелиево-ионизационным детектором регистрирует на хроматограмме прямую линию с высотой отклика, соответствующего содержанию воды в осушенном газе. По истечении определенного времени величина отклика начинает возрастать, что соответствует началу проскока влаги через осушаемую колонку. В этот момент измеряется прибыль массы сорбента путем взвешивания на аналитических весах и рассчитывается его критическая влагоемкость по формуле W_кр(%)=(m₂-m₁)/m₁·100, m₁ - начальная масса сорбента, m₂ - конечная масса сорбента.

Для регенерации сорбента, насыщенного водой, его помещают в поток осушенного воздуха или азота, поступающего со скоростью 1,3 л/минуту. Регенерация считается законченной при удалении 99% исходной влаги, с этого момента вес сорбента остается постоянным. Весь процесс продолжается 2-3 часа при температуре 80^o.

Сорбенты изготавливались и испытывались с пятью видами полиэфиров: 1 - с использованием триэтиленгликоля (ТЭГ); II - с использованием полиэтиленгликоля со среднечисленной молекулярной массой (М_n), равной 400 (ПЭГ-400); Ill - с использованием полиэтиленгликоля с М_n=600 (ПЭГ-600); IV - с использованием монометилового эфира этиленгликоля (глим); V- с использованием 18Кр6 (краун-эфир).

В табл. 1 под этими же номерами приведены критические влагоемкости в процентах предлагаемых сорбентов с использованием указанных полиэфиров в сравнении с критическими влагоемкостями самих полиэфиров и влагоемкостью полимерной матрицы.

В табл. 2 приведены влагоемкости заявленного сорбента в процессе осушки воздуха в статическом режиме в сравнении с влагоемкостью полимерной матрицы.

В табл. 3 приведены режимы регенерации насыщенных водой сорбентов в токе воздуха (азота) в сравнении с цеолитом - твердым пористым сорбентом, который используется в промышленности.

Из приведенных таблиц видно, что заявленный сорбент обладает влагоемкостью, превышающей влагоемкости полимерной матрицы и введенных в нее жидких полиэфиров, при этом температура регенерации значительно ниже, чем у цеолита.

Формула изобретения

Сорбент для осушки газов, выполненный в виде пористой гранулы с макро-, микро- и промежуточными порами, отличающийся тем, что гранула изготовлена из сополимера стирола и дивинилбензола, при этом в макро- и промежуточных порах ее путем диффузии расположен полиэфир, выбранный из ряда: триэтиленгликоль, полиэтиленгликоли с молекулярной массой 400 и 600, монометиловый эфир этиленгликоля и краун-эфир 18 Кр6.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4