Адсорбент для удаления воды из газов


 


Владельцы патента RU 2540433:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д.Зелинского (RU)

Изобретение относится к сорбционным технологиям, в частности к адсорбентам, используемым для осушки от воды газовых сред. Адсорбент для удаления воды из газов содержит пористую матрицу, в поры которой введено активное влагопоглощающее гигроскопическое вещество из группы галогенидов щелочноземельных металлов, при этом в качестве пористой матрицы используют мезопористые силикаты из группы, включающей силикат МСМ-41, алюмосиликат, цирконосиликат или титаносиликат, полученные методом золь-гель метода или темплатного синтеза с последующим прогреванием в токе воздуха при температуре 200-450°C в течение 1-4 ч, в мезопоры которых размером 2-10 нм и общим объемом пор более 1 см3/г методом пропитки из водного раствора введен безводный хлорид кальция в количестве 40-100 вес.% в расчете на сухое вещество матрицы и последующей сушкой адсорбента на воздухе при 100°C в течение 2 ч. Изобретение обеспечивает создание эффективного адсорбента с высокой емкостью по воде.

 

Изобретение относится к сорбционным технологиям и, в частности, к адсорбентам, используемым для осушки от воды газовых сред, включая воздух и технические газы.

Глубокая осушка воздуха и технических газов, т.е. удаление воды, используется во многих современных технологиях, и разработка адсорбентов с высокой емкостью по воде представляет собой важнейшую техническую задачу.

Известны оксидные (например, силикагель) и цеолитные (типа А, X. Y и др.) адсорбенты для удаления воды из воздуха и других газов и их смесей (Р.Айлер, Химия кремнезема, М.: Мир, 1982; Д. Брек, Цеолитовые молекулярные сита, М.: Мир, 1976). Они имеют ряд недостатков: низкая адсорбционная емкость по воде (не выше 20-30 вес.% в расчете на сухой адсорбент), медленная адсорбция и десорбция (регенерация адсорбента), высокие температуры, требующиеся для десорбции воды (обычно выше 300°С).

Известны адсорбенты, основанные на использовании пористых матриц, модифицированных добавками гигроскопических соединений (как правило, солей). Подобные сорбенты описаны в патенте DE 4130035, B01D 53/60, опубл. 23.09.1993, публикациях (I.V. Ponomarenko et al., Microporous and Mesoporous Materials, 129 (2010) 243; J. Mrowiec-Bialon et al., Chem. Mater., 9 (1997) 2486; Yu.I. Aristov et al., React Kinet. Catal., 592 (1996) 325; D.I. Kolokolov et al., J. Phys. Chem., C, 11233 (2008) 12853).

Известен композитный сорбент, содержащий пористую матрицу на основе оксида алюминия или силикагеля и активное влагопоглощающее вещество, импрегнированное в поры матрицы растворами из группы, содержащей хлорид кальция, сульфаты или нитраты щелочных и щелочноземельных металлов (RU 2169606, B01D 53/26, опубл. 27.06.2001).

Недостатком данного сорбента является невысокая емкость по воде, не превышающая 0.45 г Н2О на 1 г сухого адсорбента (т.е. 45 вес. %), и недостаточно низкие температуры регенерации (около 200°С). Невысокая емкость данных адсорбентов объясняется невысокими величинами объема пор, характерными для оксида алюминия (0,3-0,5 см3/г) и силикагеля (0,5-0,8 см3/г).

Прототипом предлагаемого адсорбента является твердый сорбент, состоящий из пористой матрицы из оксида алюминия, алюмосиликата или углеродного материала со средним диаметром пор 7-12 нм и общим объемом пор не менее 0,55 см3/г, с нанесенным на ее поверхность безводным хлоридом кальция в количестве до 20 мас. % в расчете на общий состав сорбента (RU 2343963, кл. B01D 53/28, опубл. 20.01.2009 г.).

Недостатком данного сорбента является недостаточная емкость по воде, не превышающая 0,31 г/г (31 вес. %).

Техническим результатом настоящего изобретения является создание эффективного адсорбента с емкостью по воде, достигающей 1,45 г/г, и температурами десорбции (регенерации) не выше 100°С.

Для достижения технического результата предлагается адсорбент для удаления воды из газов, содержащий пористую матрицу, в поры которой введено активное влагопоглощающее гигроскопическое вещество из группы галогенидов щелочноземельных металлов, отличающийся тем, что в качестве пористой матрицы используют мезопористые силикаты из группы, включающей силикат МСМ-41, алюмосиликат типа МСМ-41, цирконосиликат типа МСМ-41 или титаносиликат со структурой МСМ-41, полученные золь-гель методом или темплатным синтезом с последующим прогреванием в токе воздуха при температуре 200-450°С в течение 1-4 ч, в мезопоры которых размером 2-10 нм и общим объемом мезопор более 1 см3/г методом пропитки из водного раствора введен безводный хлорид кальция в количестве 40-100 вес. % в расчете на сухое вещество матрицы и последующей сушкой на воздухе при 100°С в течение 2 часов.

Исключительно важную роль в золь-гель процессах играют режимы и способ осуществления термической обработки (прогревания) получаемой пористой матрицы. В зависимости от параметров температурного режима и времени прогревания могут быть получены различные структуры пористых матриц, с различным значением удельной поверхности.

Поэтому перед введением в поры матрицы из водного раствора активного влагопоглощающего гигроскопического вещества хлорида кальция, пористую матрицу, полученную золь-гель методом или темплатным синтезом, подвергают прогреванию (термической обработке) при температурном режиме 200-450°С в течение 1-4 час.

Использование золь-гель метода и темплатного синтеза при определенном температурном режиме прогревания позволило получить пористую матрицу с наличием и преобладанием мезопор с диаметром 2-10 нм и отсутствием микропор (<2 нм) из силикатов, представляющих оксидные и смешанные оксидные системы на основе оксидов кремния, циркония, алюминия и титана. При этом удельная поверхность полученных силикатов составила более 1000 м2/г.

Таким образом, в отличие от прототипа новые характеристики и свойства, которые приобретает предлагаемый в настоящем изобретении адсорбент, определяются способом его получения золь-гель методом или темплатным синтезом и определенным температурным режимом последующего прогревания, введением в пористую матрицу безводного хлорида кальция в количестве 40-100%, а также сушкой адсорбента при 100°С в течение 2 часов.

Регенерация адсорбента осушителя газов осуществляется нагреванием в токе сухого воздуха или инертного газа при температурах 60-100°С.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. Для приготовления адсорбента используют мезопористый силикат типа МСМ-41, полученный золь-гель методом, который перед введением хлорида кальция предварительно прогревают в токе воздуха при 200°С в течение 3 ч. Удельная поверхность по БЭТ 1023,9 м2/г, общий объем мезопор (диаметр пор 2-3 нм) 1,947 см3/г, объем микропор (диаметр пор ≤2 нм) 0,253 см3/г. Хлорид кальция наносят на 10 г предварительно прогретого мезопористого силиката МСМ-41 из 1М водного раствора методом пропитки матрицы по влагоемкости при 20°С в три приема. После нанесения 80 вес.% СаСl2 (8 г), адсорбент сушат на воздухе при 100°С в течение 2 часов. Емкость осушителя по воде определяют в статической установке по поглощению паров воды при 20°С при относительной влажности 75% до постоянного веса, после чего взвешиванием определяют количество адсорбированной воды. Емкость по воде составила 1,15 г/г.

Пример 2. Силикат МСМ-41, полученный темплатным синтезом, прогревают в токе воздуха при 350°С в течение 2 часов. Удельная поверхность по БЭТ 1023 м2/г, общий объем мезопор (диаметр пор 3-4 нм) 1,140 см3/г, объем микропор (диаметр пор ≤2 нм) 0,147 см3/г, количество хлорида кальция на 10 г предварительно прогретого мезопористого силиката типа МСМ-41 составило 100 вес. % СаСl2 (10 г). Емкость по воде составила 1,43 г/г.

Пример 3. Мезопористый цирконосиликат структуры МСМ-41, приготовленный золь-гель методом, предварительно прогревают в токе воздуха при 400°С в течение 4 час. Удельная поверхность по БЭТ 1023 м2/г, общий объем мезопор (диаметр пор 5-10 нм) 1,66 см3/г. Хлорид кальция наносят на 10 г предварительно прогретого мезопористого цирконосиликата из 1 М водного раствора методом пропитки матрицы по влагоемкости при 20°С в три приема. После нанесения 40 вес. % СаСl2 (4 г), адсорбент сушат на воздухе при 100°С в течение 2 часов. Емкость адсорбента осушителя по воде определяют как в примере 1. Емкость составила 1,14 г/г.

Пример 4. Мезопористый алюмосиликат со структурой МСМ-41, приготовленный золь-гель методом и предварительно прогретый в токе воздуха при 450°С в течение 3 ч. Удельная поверхность по БЭТ 1023 м2/г, общий объем мезопор (диаметр пор 3-10 нм) 1,3 см3/г. Хлорид кальция наносят на 10 г предварительно прогретого мезопористого алюмосиликата из 1 М водного раствора методом пропитки матрицы по влагоемкости при 20°С в три приема. После нанесения 80 вес. % CaCl2 (8 г), адсорбент сушат на воздухе при 100°С в течение 2 часов. Емкость адсорбента по воде определяют как в примере 1. Емкость составила 1,10 г/г.

Пример 5. Мезопористый титаносиликат типа МСМ-41, приготовленный золь-гель методом и предварительно прогретый в токе воздуха при 350°С в течение 1 ч. Удельная поверхность по БЭТ 1023 м2/г, общий объем мезопор (диаметр пор 3-10 нм) 1,25 см3/г. Хлорид кальция наносят на 10 г предварительно прогретого мезопористого титаносиликата из 1 М водного раствора методом пропитки матрицы по влагоемкости при 20°С в три приема. После нанесения 80 вес. % CaCl2 (8 г), адсорбент сушат на воздухе при 100°С в течение 2 часов. Емкость адсорбент осушителя по воде определяют как в примере 1. Емкость составила 1,08 г/г.

Пример 6. Мезопористый силикат типа МСМ-41, полученный темплатным синтезом и предварительно прогретый в токе воздуха при 200°С в течение 3 ч. Удельная поверхность по БЭТ 1023.9 м2/г, общий объем мезопор (диаметр пор 3-5 нм) 1,947 см3/г, объем микропор (диаметр пор ≤2 нм) 0,253 см3/г. Хлорид кальция наносят на 10 г предварительно прогретого мезопористого силиката МСМ-41 из 1 М водного раствора методом пропитки матрицы по влагоемкости при 20°С в три приема. После нанесения 60 вес. % СаСl2 (6 г), адсорбент сушат на воздухе при 100°С в течение 2 часов. Емкость осушителя по воде определяют в статической установке по поглощению паров воды при 20°С при относительной влажности 75% до постоянного веса, после чего взвешиванием определяют количество адсорбированной воды. Емкость по воде составила 1.45 г/г.

Пример 7 (сравнительный). Мезопористый титаносиликат типа МСМ-41, приготовленный золь-гель методом и предварительно прогретый в токе воздуха при 550°С в течение 1 ч. Удельная поверхность по БЭТ 487 м2/г, общий объем мезопор (диаметр пор 11-15 нм) 0,92 см3/г. Объем микропор (диаметр пор ≤ 2 нм) 0,354 см3/г. Хлорид кальция наносят на 10 г предварительно прогретого мезопористого титаносиликата из 1 М водного раствора методом пропитки матрицы по влагоемкости при 20°С в три приема. После нанесения 80 вес. % СаСl2 (8 г), адсорбент сушат на воздухе при 100°С в течение 2 часов. Емкость адсорбент осушителя по воде определяют как в примере 1. Емкость составила 0,68 г/г. Этот пример показывает, что увеличение температуры термической обработки до 550°С и уменьшение общего объема мезопор менее 1 см3/г приводит к снижению адсорбционной емкости по воде. При этом увеличение вклада микропор (менее 2 нм) не приводит к улучшению адсорбционных свойств.

Пример 8 (сравнительный). Образец готовят по примеру 1, за исключением того, что количество хлорида кальция на 10 г мезопористого силиката типа МСМ составило 30% (3 г). Емкость по воде составила 0,41 г/г. Таким образом, при уменьшении содержания хлорида кальция менее 40 вес.%, емкость по воде снижается.

Пример 9 (сравнительный). Образец готовят по примеру 1, за исключением того, что количество хлорида кальция на 10 г мезопористого силиката типа МСМ составило 130% (13 г). Емкость по воде составила 0,43 г/г. Таким образом, при увеличении содержания хлорида кальция более 100 вес. %, емкость по воде снижается.

Пример 10. Адсорбент по примеру 1, насыщенный водой до содержания 1,15 г/г, регенерируют сушкой в токе воздуха при 60°С в течение 1 часа. Содержание воды при этом снижается до 0,15 г/г.

Пример 11. Адсорбент по примеру 1, насыщенный водой до содержания 1.15 г/г, регенерируют сушкой при 100°С в течение 1 часа. Содержание воды при этом снижается до 0,02 г/г.

Пример 12 (сравнительный). Адсорбент по примеру 1, насыщенный водой до содержания 1,15 г/г, регенерируют сушкой при 50°С в течение 1 часа. Содержание воды при этом снижается до 0,4 г/г. Следовательно, оптимальная температура регенерации составляет 60-100°С, и дальнейшее повышение температуры не приведет к улучшению характеристик и лишь приводит к увеличению расхода энергии. Таким образом, предлагаемые в настоящем изобретении адсорбенты для удаления воды из газов (осушители), полученные золь-гель методом или темплатным синтезом при определенном последующим температурном режиме прогревания, характеризуются более высокой емкостью по воде, достигающей 1,45 г/г, чем известные системы, и более низкой температурой десорбции воды для регенерации адсорбента (60-100°С).

Адсорбент для удаления воды из газов, содержащий пористую матрицу, в поры которой введено активное влагопоглощающее гигроскопическое вещество из группы галогенидов щелочноземельных металлов, отличающийся тем, что в качестве пористой матрицы используют мезопористые силикаты из группы, включающей силикат МСМ-41, алюмосиликат, цирконосиликат или титаносиликат, полученные методом золь-гель метода или темплатного синтеза с последующим прогреванием в токе воздуха при температуре 200-450°C в течение 1-4 ч, в мезопоры которых размером 2-10 нм и общим объемом пор более 1 см3/г методом пропитки из водного раствора введен безводный хлорид кальция в количестве 40-100 вес.% в расчете на сухое вещество матрицы и последующей сушкой адсорбента на воздухе при 100°C в течение 2 часов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу удаления использованного регенеранта из регенерированного сушильного аппарата в системе для изомеризации потока углеводородов, богатого углеводородами C4 и/или богатого по меньшей мере одним из углеводородов C5 и C6.

Изобретения могут быть использованы при очистке жидкостей и газов от органических загрязнений. Для осуществления способа загрязненные жидкость или газ подают в очистной резервуар, содержащий адсорбент на основе углерода в форме слоя, опирающегося на плиту на дне резервуара.
Изобретение относится к способу регенерации твердого фильтра, содержащего йод в форме йодида и/или йодата серебра и возможно физически сорбированный молекулярный йод в твердом фильтре, содержащем серебро в форме нитрата.

Изобретение относится к способу регенерации очистительного слоя, находящегося в сосуде, который применяется в процессах полимеризации олефинов, а также к системе регенерации очистительного слоя, находящегося в сосуде при выполнении вышеуказанного процесса.
Изобретение может быть использовано на очистных сооружениях производственного и хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также при очистке сточных вод от силикатов.

Настоящее изобретение относится к применению водородной формы легированного палладием цеолита ZSM-5 для поглощения летучих органических соединений (VOC), образующихся из органического вещества.

Изобретение относится к удалению фурфурола и уксусной кислоты из потока, содержащего воду, C5, C6 и соединение, выбранное из уксусной кислоты и фурфурола. Способ включает стадии взаимодействия первого потока с адсорбционной средой, которая предварительно взаимодействовала со вторым потоком, содержащим те же самые компоненты.

Изобретение относится к способу удаления загрязняющих веществ из газовых потоков путем контакта с регенерируемым сорбентом. Способ включает а) контактирование потока газа, включающего H2S, с хлорсодержащим соединением для образования смешанного газового потока; b) контактирование смешанного газового потока с сорбентом в зоне сорбции для получения первого продуктового газового потока и насыщенного серой сорбента, где сорбент включает цинк, диоксид кремния и металл-промотор; c) сушку насыщенного серой сорбента, чтобы посредством этого получить высушенный насыщенный серой сорбент; d) контактирование высушенного насыщенного серой сорбента с регенерационным газовым потоком в зоне регенерации для получения регенерированного сорбента, включающего цинксодержащее соединение, силикат и металл-промотор, и отходящего газового потока; е) возврат регенерированного сорбента в зону сорбции для получения обновленного сорбента, включающего цинк, диоксид кремния и металл-промотор; и f) контактирование обновленного сорбента с указанным смешанным газовым потоком в зоне сорбции для образования второго продуктового газового потока и насыщенного серой сорбента.

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для реактивации отработанных активных углей без их выемки с целью их дальнейшего применения в системах водоочистки.

Изобретение относится к очистке сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов и может использоваться для очистки жидких радиоактивных отходов атомных электростанций (АЭС), дезактивации грунтовых вод и водоемов питьевой воды, очистке технологических растворов и сточных вод промышленных предприятий, а также в системах водоочистных станций и водоподготовки.

Изобретение относится к получению сорбентов для выделения и детекции рекомбинантных белков, содержащих полигистидиновые последовательности. Предложен способ получения магнитного аффинного сорбента для выделения рекомбинантных белков.

Изобретение относится к области получения силикатных материалов. Предложен способ получения обращенно-фазовых гидрофобизированных полисиликатных сорбентов, включающий взаимодействие в водной среде гидрофильного силикатного компонента с амфифильным силикатным компонентом.

Группа изобретений относится к области хроматографии. Предложен способ получения наполнителя.

Изобретение относится к способу адсорбционного выделения одного соединения из смеси C8 ароматических углеводородов, а именно, пара-ксилола. Способ выделения пара-ксилола из смеси исходного сырья включает введение жидкости, содержащей нежелательный изомер, в контакт со слоем адсорбента, включающего кристаллы металлоорганической каркасной структуры, выбираемые из группы, состоящей из Al-MIL-53, Zn-MOF-5 и их смесей, и извлечение пара-ксилола из адсорбента.

Изобретение относится к области катализа. Описан способ получения оксида металла на подложке и восстановленного оксида металла на подложке, пригодного для использования в качестве предшественника для катализатора или сорбента, включающий стадии: (i) импрегнирования материала подложки раствором нитрата металла в растворителе, (ii) выдерживания импрегнированного материала в газовой смеси, содержащей оксид азота, при температуре в пределах 0-150°C для удаления растворителя из импрегнированного материала с одновременным высушиванием и стабилизацией нитрата металла на подложке, с получением диспергированного на подложке нитрата металла и (iii) кальцинирования диспергированного на подложке нитрата металла для осуществления его разложения и образования оксида металла на подложке, где кальцинирование осуществляют в газовой смеси, которая состоит из одного или нескольких инертных газов и оксида азота и концентрация оксида азота в газовой смеси находится в пределах 0,001-15% об.
Группа изобретений относится к области биохимии, экологии, охране окружающей среды. Предложен препарат для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений, содержащий микроорганизмы - деструкторы нефти, сорбент, криопротектор - глицерин, микроудобрения - азотнокислый натрий 0,5% и фосфорнокислый калий 0,5%.

Изобретение относится к газопоглощающим материалам, в частности к спеченным неиспаряющимся геттерам, и может быть использовано в вакуумной технике и микроэлектронике, в частности в разрядных приборах.

Изобретение относится к удалению оксидов азота из выхлопных газов и отходящих газов из двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. Способ удаления оксидов азота осуществляется путем введения восстановительного реагента и восстановления оксидов азота в присутствии катализатора, который является слоем катализатора на основе цеолита на волнистом монолитном носителе, при этом носитель обладает плотностью от 50 г/л до 300 г/л и пористостью 50%, пористость монолитного носителя обусловлена порами, обладающими глубиной от 50 до 200 мкм и диаметром от 1 до 30 мкм.

Наполнитель туалета для домашних животных содержит пористые гранулы, выполненные из пенобетона с удельной плотностью от 0,4 до 0,6 г/см3. Для изготовления гранул использованы отходы производства пенобетонных блоков, материал которых включает портландцемент, известь, вспенивающий компонент, кремнеземистый компонент, отходы производства ячеистого бетона-сырца и воду.

Изобретение относится к области воздухоочистки и вентиляции и может найти применение в быту, лечебных учреждениях, в производственных помещениях и т.д. Фотокаталитический воздухоочиститель включает корпус, который выполнен в виде закрученной в спираль постоянной по площади поперечного сечения трубки, образующей фотокаталитический блок, внутренняя поверхность которого покрыта слоем фотокатализатора, насос-вентилятор и пылевой фильтр с органическим или неорганическим адсорбентом.

Изобретение относится к очистке воздуха и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности. Техническим результатом является создание блока осушки с адсорбером, конструкция которого позволит исключить попадание капельной влаги на зерна адсорбента. Адсорбер содержит корпус, выполненный в виде полого цилиндра, профилированные фланцы со штуцерами, установленные с обоих торцев корпуса для подвода и отвода осушаемого воздуха, продольные ребра, установленные внутри корпуса.
Наверх