Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

поглотитель, способ его приготовления (варианты) и способ удаления диоксида углерода из газовых смесей

Классы МПК:B01J20/06 содержащие оксиды или гидроксиды металлов, не отнесенных к рубрике  20/04
B01J20/30 способы получения, регенерации или реактивации
B01D53/02 адсорбцией, например препаративной газовой хроматографией 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-03-30
публикация патента:

Изобретение относится к области адсорбционного разделения газов. Предложен поглотитель диоксида углерода, содержащий карбонат калия, нанесенный на пористую матрицу из оксида иттрия. Описаны два варианта метода приготовления поглотителя. Предложен способ удаления диоксида углерода из газовых смесей при температуре 20-200°C. Способ можно использовать для адсорбционного выделения диоксида углерода из атмосферного воздуха в циклических процессах в условиях термической регенерации, либо короткоцикловой безнагревной адсорбции. Технический результат - высокая динамическая емкость и скорость поглощения диоксида углерода. 4 н.п. ф-лы, 4 пр., 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2493906

поглотитель, способ его приготовления (варианты) и способ удаления   диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2493906 поглотитель, способ его приготовления (варианты) и способ удаления   диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2493906

Изобретение относится к области адсорбционного разделения газов.

Адсорбционное удаление CO2 из газовых смесей является одним из широко используемых приемов химической технологии и активно используется при очистке природного газа, тонкой очистке воздуха перед криогенным разделением, при приготовлении защитных атмосфер и т.д. К числу новых областей применения этого метода можно отнести очистку катодного газа от CO2 для щелочных топливных элементов.

Вместе с тем, производство чистого диоксида углерода для различных областей техники с использованием вышеуказанных источников также представляет большой интерес.

Существующие адсорбционные методы выделения CO2 зачастую оказываются непригодными для очистки влажных газовых смесей, поскольку традиционные типы поглотителей (цеолиты, активированные угли) имеют, как правило, значительно большее сродство к воде, нежели к CO2, поэтому резко снижают свою емкость во влажной атмосфере.

Для уменьшения влажности очищаемой газовой смеси и повышения емкости цеолитов по диоксиду углерода в ряде патентов предложено использовать блок предварительной осушки, устанавливаемый перед адсорбером с цеолитом (US 6309445, B1D 53/02, 30.10.2001; US 6106593, B1D 53/04, 22.08.2000). Однако такой метод решения проблемы ведет к существенному усложнению технологической схемы процесса.

В патенте (US 3865924, B1D 53/02, 11.02.1975) описан регенерируемый поглотитель CO2, представляющий собой механическую смесь порошков оксида алюминия и карбоната калия. Такой поглотитель предлагают применять для удаления диоксида углерода в системах жизнеобеспечения, например, подводных лодок. Вода здесь не препятствует сорбции CO2, а, напротив, является необходимым компонентом, т.к. поглощение CO2 осуществляется по реакции:

K2CO 3+H2O+CO2=2KHCO3

В патенте (ЕР 1084743, B1D 53/02, 21.03.2001) для удаления CO 2 предлагают использовать оксид алюминия, допированный небольшими добавками щелочных металлов (до 7,25 мас.% K2 O и/или Na2O). Достоинством данного метода удаления CO2 является то, что активное вещество находится в порах матрицы и не вызывает коррозии оборудования, а сам поглотитель может выпускаться в виде гранул любого размера и формы или блоков. В то же время небольшое содержание оксидов щелочных металлов не обеспечивает высокой емкости поглотителя.

Аналогичная система разработана и для процесса короткоцикловой безнагревной адсорбции (US 5656064, B1D 53/02, 12.08.1997).

Наиболее близким является способ удаления CO2 пористыми материалами (активированный уголь, оксид алюминия, цеолит, кизельгур или их смесь), на которые нанесен гидрат карбоната калия и/или натрия (JP 08040715, А2, 13.02.1996)). Регенерацию сорбента производят паром. Активным компонентом поглотителя, обеспечивающим его высокую емкость, является диспергированный в порах матрицы карбонат щелочного металла. В то же время это высокореакционное соединение, способное вступать в необратимые химические взаимодействия с некоторыми носителями. Это приводит к уменьшению сорбционной емкости поглотителя в многоцикловом режиме эксплуатации.

Авторы патента (РФ № 2244586, B1D 53/02, 20.01.2005) показали, что наиболее предпочтительным носителем для карбоната калия является оксид алюминия. Поглотитель с матрицей из оксида алюминия обладал наиболее высокой скоростью сорбции CO2, однако подвергался значительной дезактивации в ходе циклов сорбции/регенерации. Для уменьшения скорости образования фазы KAl(CO3) 2×1.5H2O, несорбирующей диоксид углерода, было предложено проводить предварительную щелочную обработку поверхности Al2O3 с целью вытравливания кислых центров поверхности, взаимодействующих с карбонатом калия. Такая обработка, хотя существенно снижает скорость падения сорбционной емкости, но не позволяет полностью предотвратить процесс дезактивации поглотителя.

Настоящее изобретение решает задачу получения поглотителя диоксида углерода с высокой и стабильной сорбционной емкостью.

Задача решается составом поглотителя, способом его приготовления и процессом удаления диоксида углерода из газовых смесей.

Предложен поглотитель диоксида углерода, содержащий активный компонент, нанесенный на носитель, в качестве носителя он содержит оксид иттрия в количестве 10-90 мас.%, остальное - карбонат калия.

Для данного поглотителя предлагается использовать два варианта способа приготовления.

Первый вариант заключается в нанесении активного компонента на носитель с последующей сушкой и отличается тем, что в процессе приготовления поглотителя носитель, представляющий собой пористую матрицу из оксида иттрия, пропитывают раствором карбоната калия.

Основное отличие предлагаемого второго варианта приготовления состоит в том, что в поры носителя - оксида иттрия предварительно вносят гидроксид калия, далее поглотитель выдерживается в атмосфере углекислого газа при температуре 40-60°С. В результате такой обработки гидроксид калия, локализованный в порах, переходит в карбонат калия. Данный способ позволяет вносить карбонат калия в поры оксида иттрия в количестве до 90 мас.%.

Для применения данных поглотителей предложен способ удаления диоксида углерода из газовых смесей при температуре 20-200°С, в т.ч. для адсорбционного выделения диоксида углерода из атмосферного воздуха в циклических процессах в условиях термической регенерации либо короткоцикловой безнагревной адсорбции. Таким образом, основным отличием данного способа удаления CO2 является использование предложенного поглотителя для связывания диоксида углерода.

Предлагаемым способом применения данного поглотителя является удаление диоксида углерода из влажных газовых смесей, в т.ч. выделение диоксида углерода из атмосферного воздуха и тонкая очистка катодного газа для щелочных топливных элементов.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. (Сравнительный).

3 г гранулированного носителя гамма-оксида алюминия пропитывают по влагоемкости 40% раствором K2CO3 и высушивают на роторном испарителе до содержания воды 1.5 моль на 1 моль K2 CO3. Полученный сорбент загружают в проточный адсорбер, на вход которого подают смесь насыщенного при 20°С парами воды воздуха с 2 об.% CO2, объемная скорость подачи 150 нсм3/мин. Динамическую емкость определяют как отношение количества поглощенного до момента проскока диоксида углерода газа к массе сорбента и в первом цикле она составляет около 40 мг/г. Затем сорбент регенерируют прокаливанием в токе паров воды и повторяют эксперимент. Состав поглотителя представлен двумя компонентами: оксидом алюминия в количестве 10-90 мас.%, карбонат калия 90-10 мас.%.

Изменение динамической емкости в ходе испытаний показано на Фиг.1, кривая 1.

Пример 2.

Аналогично примеру 1, но в качестве носителя берут гранулированный оксид иттрия.

График зависимости изменения динамической емкости приведен на Фиг.1, кривая 2.

Пример 3. (Сравнительный).

В проточный адсорбер загружают 6 г сорбента на основе гамма-оксида алюминия, приготовленного аналогично примеру 1. В течение 23 ч через адсорбер продувается воздух со скоростью около 500 мл/мин, затем проводят регенерацию паром. Объем выделяющегося CO 2 определяют с помощью газового цилиндра.

График зависимости изменения емкости приведен на Фиг.2, кривая 1.

Пример 4.

Аналогично примеру 3, но используют поглотитель, приготовленный пропиткой пористого носителя из оксида иттрия 30% раствором гидроксида калия с последующей карбонизацией поглотителя в атмосфере углекислого газа при температуре 40-60°С. Состав поглотителя: оксид иттрия в количестве 10-90 мас.%, остальное - карбонат калия.

График зависимости изменения емкости приведен на Фиг.2, кривая 2.

Сорбенты, в которых в качестве носителя используют гамма-оксид алюминия и оксид иттрия, исследуют методом рентгенофазового анализа.

После 15 циклов сорбции-регенерации на дифрактограмме сорбента с носителем из оксида алюминия появляются пики, отвечающие образованию смешанной фазы KAl(CO3)2×1.5H 2O.

На дифрактограмме сорбента с носителем из оксида иттрия образования пиков смешанной фазы калия - иттрия не наблюдается.

Таким образом, как видно из приведенных примеров и иллюстраций, предлагаемый способ позволяет получить регенерируемый поглотитель, пригодный для удаления CO2 из влажных газов, имеющий высокие динамическую емкость и скорость поглощения диоксида углерода.

Поглотитель по предлагаемому изобретению может найти широкое применение для выделения CO 2 из атмосферного воздуха, а также для тонкой очистки газов в щелочных топливных элементах.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Поглотитель диоксида углерода, содержащий активный компонент - карбонат калия, нанесенный на носитель, отличающийся тем, что в качестве носителя он содержит пористую матрицу из оксида иттрия в количестве 10-90 мас.%, остальное - карбонат калия.

2. Способ приготовления поглотителя диоксида углерода нанесением активного компонента - карбоната калия на носитель с последующей сушкой, отличающийся тем, что в процессе приготовления носитель, представляющий собой пористую матрицу из оксида иттрия, пропитывают раствором карбоната калия, в результате получают поглотитель, содержащий оксид иттрия в количестве 10-90 мас.%, остальное - карбонат калия.

3. Способ приготовления поглотителя диоксида углерода нанесением активного компонента - карбоната калия на носитель с последующей сушкой, отличающийся тем, что в процессе приготовления в поры носителя, представляющего собой пористую матрицу из оксида иттрия, предварительно вносят гидроксид калия, далее поглотитель выдерживается в атмосфере углекислого газа при температуре 40-60°C, в результате получают поглотитель, содержащий оксид иттрия в количестве 10-90 мас.%, остальное - карбонат калия.

4. Способ удаления диоксида углерода из газовых смесей при температуре 20-200°C, в том числе для адсорбционного выделения диоксида углерода из атмосферного воздуха в циклических процессах в условиях термической регенерации либо короткоцикловой безнагревной адсорбции, отличающийся тем, что используют поглотитель по п.1 или приготовленный по любому из пп.2 и 3.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2493906

patent-2493906.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01J20/06 содержащие оксиды или гидроксиды металлов, не отнесенных к рубрике  20/04

Патенты РФ в классе B01J20/06:
способ получения сорбентов на основе zn(oh)2 и zns на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2528696 (20.09.2014)
способ получения гранулированной фильтрующей загрузки производственно-технологических фильтров для очистки скважинной воды -  патент 2528253 (10.09.2014)
способ получения сорбентов на основе гидроксида трехвалентного железа на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2527240 (27.08.2014)
адсорбент для очистки газов от хлора и хлористого водорода и способ его приготовления -  патент 2527091 (27.08.2014)
магнитоуправляемый сорбент для удаления билирубина из биологических жидкостей -  патент 2524620 (27.07.2014)
способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода -  патент 2524607 (27.07.2014)
способ удаления бария из воды -  патент 2524230 (27.07.2014)
способ получения сорбентов на основе гидроксида железа и сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2523466 (20.07.2014)
сорбент для очистки водных сред от мышьяка и способ его получения -  патент 2520473 (27.06.2014)
способ получения сорбента с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с водной поверхности -  патент 2518586 (10.06.2014)

Класс B01J20/30 способы получения, регенерации или реактивации

Патенты РФ в классе B01J20/30:
способ получения углеродминерального сорбента -  патент 2529535 (27.09.2014)
способ получения сорбентов на основе zn(oh)2 и zns на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2528696 (20.09.2014)
гуминово-глинистый стабилизатор эмульсии нефти в воде -  патент 2528651 (20.09.2014)
способ получения полимер-неорганических композитных сорбентов -  патент 2527217 (27.08.2014)
способ получения плавающего углеродного сорбента для очистки гидросферы от нефтепродуктов -  патент 2527095 (27.08.2014)
адсорбент для очистки газов от хлора и хлористого водорода и способ его приготовления -  патент 2527091 (27.08.2014)
способ получения сорбента для извлечения соединений ртути из водных растворов -  патент 2525416 (10.08.2014)
способ получения фильтрующей гранулированной загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды открытых источников водоснабжения -  патент 2524953 (10.08.2014)
способ получения адсорбирующего элемента -  патент 2524608 (27.07.2014)
способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода -  патент 2524607 (27.07.2014)

Класс B01D53/02 адсорбцией, например препаративной газовой хроматографией 

Патенты РФ в классе B01D53/02:
модульная установка очистки воздуха от газовых выбросов промышленных предприятий -  патент 2529218 (27.09.2014)
способ очистки природного газа и регенерации одного или большего числа адсорберов -  патент 2525126 (10.08.2014)
способ адсорбции кочетова -  патент 2524972 (10.08.2014)
горизонтальный адсорбер кочетова -  патент 2524229 (27.07.2014)
адсорбер для очистки воздуха от паров ртутьсодержащих веществ -  патент 2523803 (27.07.2014)
горизонтальный адсорбер кочетова -  патент 2521928 (10.07.2014)
сорбент на основе сшитого полимера-углерода для удаления тяжелых металлов, токсичных материалов и диоксида углерода -  патент 2520444 (27.06.2014)
поглотитель хлористого водорода -  патент 2519366 (10.06.2014)
способ определения содержания труднолетучих органических соединений в газообразной среде, композиция в качестве сорбента, применение сорбента -  патент 2510501 (27.03.2014)
вертикальный адсорбер кочетова -  патент 2508932 (10.03.2014)

Наверх