способ получения сорбента для очистки газов от сернистых соединений

Формула изобретения

Способ получения сорбента для очистки газов от сернистых соединений, включающий взаимодействие оксидов цинка и магния с аммиачно-карбонатным раствором, сушку и прокаливание, отличающийся тем, что взаимодействие осуществляют при массовом соотношении аммиачно-карбонатный раствор : оксид цинка : оксид магния, равном (2,5-3):1:(0,005-0,12) соответственно, при температуре 45-50С, сушку осуществляют при повышении температуры с 50 до 90С до остаточной влажности 15-20 мас.% и после прокаливания проводят смешение массы с пластификатором, формование гранул, сушку и рассев.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при получении сорбентов сернистых соединений, используемых для очистки газов, например, в производстве аммиака.

Известны различные способы получения сорбентов на основе оксида цинка в формованном и неформованном виде, используемых для очистки газов от сернистых соединений.

Известен способ получения сорбента для очистки газов от сернистых соединений, включающий помол оксида цинка, его смешение с оксидом магния и пластификатором (полиакриламидом), формование гранул, сушку и рассев (SU 874134, B 01 J 20/06, 25.10.81).

Однако механическая прочность и активность сорбента недостаточно высоки.

Известен способ получения сорбента для очистки газов от сернистых соединений, включающий взаимодействие оксида цинка в две стадии с аммиачно-карбонатным раствором, сушку, термообработку, размол оксида цинка, его смешение с оксидом магния и пластификатором, формование гранул, их сушку и рассев (RU 2142335, В 01 J 20/06, 10.12.99).

Однако такой способ имеет следующие недостатки. Процесс взаимодействия оксида цинка с аммиачно-карбонатным раствором происходит в две стадии, причем взаимодействие на второй стадии происходит при температуре 60-80С, что способствует интенсивному удалению в газовую фазу диоксида углерода и аммиака и приводит к неполной карбонизации оксида цинка, к увеличению размера кристаллитов активного компонента - оксида цинка и как следствие к уменьшению динамической сероемкости и термостабильности сорбента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения смешанного оксидного цинк-алюминиевого сорбента, включающий смешение отходов, содержащих оксид цинка с оксидом алюминия и добавками соединений магния и/или кальция, обработку смеси раствором аммиака и диоксидом углерода, сушку при температуре 100-120С, прокаливание при температуре 360-400С (SU 1327955, В 01 J 20/06, 07.08.87).

Однако сорбент, полученный по данной технологии, обладает низкими сероемкостью и термостабильностью, получение его в неформованном виде неудобно при его использовании, и внесение достаточно большого количества добавок снижает долю активного компонента - оксида цинка в сорбенте.

Задачей изобретения является получение формованного сорбента с высокими динамической сероемкостью и термостабильностью.

Поставленная задача решается описываемым способом получения сорбента для очистки газов от сернистых соединений, включающим взаимодействие оксидов цинка и магния с аммично-карбонатным раствором при массовом соотношении аммиачно-карбоатный раствор : оксид цинка : оксид магния, равным (2,5-3):1:(0,005-0,12) соответственно, при температуре 40-50С, сушку осуществляют при повышении температуры с 50 до 90С до остаточной влажности 15 - 20 мас.% и после прокаливания проводят смешение массы с пластификатором, формование гранул, сушку и рассев.

Прокаливание проводится при температуре 350-400С до ППП не более 5-7 мас.%

В качестве пластификатора используют, например, поливиниловый спирт в количестве 50 л раствора 5%-ной концентрации на 100 кг сухого компонента.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что в известном способе взаимодействие отходов производства гидросульфита натрия и оксидов металлов с аммиачно-карбонатным раствором ведется при массовом соотношении аммиачно-карбонатный раствор : оксид цинка : оксид алюминия : оксид магния : и/или оксид кальция, равном соответственно 2,56:1:(0,008-0,04):(0,04-0,1):(0-0,05).

При таком соотношении при обработке аммиачно-карбонатным растворов оксидов металлов протекает процесс взаимодействия оксида магния с соединениями серы отходов и происходит частичная карбонизация оксида цинка, в результате чего образуются по данным рентгенофазового анализа гидроксокарбонат цинка, оксида цинка, сульфиты и сульфаты магния.

Сушка полученной массы в известном способе осуществляется при 100С. При данной температуре происходит интенсивное удаление в газовую фазу аммиака, углекислоты и воды, в результате чего происходит увеличение размера кристаллов гидроксокарбоната и оксида цинка. Суммарное воздействие указанных признаков приводит после прокаливания к получению сорбента с низкой дисперсностью активного компонента - оксида цинка (350 - 400 ), а роль оксида магния сводится к связыванию соединений серы, присутствующих в отходах, в устойчивое соединение и ни в коей мере не оказывает влияние на структуру оксида цинка, что подтверждается увеличенным размером кристаллитов (810 ) образца, полученного после прокалки при температуре 650С.

В предлагаемом способе при массовом соотношении аммиачно-карбонатный раствор : оксид цинка : оксид магния, равном (2,5 - 3):1:(0,005-0,12) соответственно, при температуре 45 - 50С процесс карбонизации происходит полностью с образованием, по данным рентгенофазового анализа, смешанного гидороксокарбоната цинка-магния.

В процессе сушки при постепенном повышении температуры с 50 до 90С до остаточной влажности 15-20 мас.% происходит постепенное удаление аммиака, углекислоты и воды, в результате образуется высокодисперсная масса.

Суммарное воздействие указанных признаков приводит после прокаливания к образованию высокодисперсного оксида цинка (80-100 ) с дефектной кристаллической решеткой, соединения магния рентгенофазовым анализом не выявляются, что свидетельствует о его рентгеноаморфности. Кроме того, размер кристаллитов оксида цинка с повышением температуры прокаливания до 650С увеличивается до 410 , в то время как по прототипу до 810 , что свидетельствует о высокой термостабильности активного компонента - оксида цинка, полученного по предлагаемому способу при его взаимодействии в присутствии оксида магния с аммиачно-карбонатным раствором. В данном способе оксид магния - это структурообразующий стабилизирующий компонент.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1. В реактор с мешалкой заливается аммиачно-карбонатный раствор (АКР) объемом 1500 л состава: аммиак 140-160 г/л, диоксида углерода 90-120 г/л. Температура в реакторе должна быть 45-50С. Затем при работающей мешалке загружается смесь оксида магния (2,5 кг) и оксида цинка (500 кг) при соотношении AKP:ZnO:MgO=3:1:0,005. Полученная суспензия перемешивается в течение 1-2 ч. Далее суспензия сушится при повышении температуры с 50 до 90С при разрежении до остаточной влажности 15-20%.

Высушенная масса прокаливается при температуре 360С до ППП в пределах 5-7 мас.% и после охлаждения размалывается и смешивается с раствором пластификатора (на 100 кг сухого компонента расходуется 50 л 5%-ного раствора поливинилового спирта в воде), затем масса формуется в гранулы диаметром 5-6 мм и сушится до остаточной влажности сорбента не более 6,0 мас.%. Сухой сорбент отсеивается от крошки и упаковывается.

После прокаливания состав полученной массы в пересчете на оксиды составляет, мас.%: ZnO 99,50; MgO 0,50.

Пример 2. Сорбент получают по примеру 1 с тем отличием, что оксида магния берут 25 кг и соотношение AKP:ZnO:MgO=3:1:0,05. После прокаливания состав полученной массы в пересчете на оксиды составляет, мас.%: ZnO 95,24, MgO 4,76.

Пример 3. Сорбент получают по примеру 2 с тем отличием, что соотношение АКР:ZnO:MgO=2,5:1:0,05, и температура прокаливания массы равна 380С. После прокаливания состав полученной массы соответствует примеру 2.

Пример 4. Сорбент получают по примеру 3 с тем отличием, что температура прокаливания равна 650С. После прокаливания состав полученной массы соответствует примерам 2, 3.

Пример 5. Сорбент получают по примеру 3 с тем отличием, что берут оксида магния 35 кг, соотношение AKP:ZnO:MgO=2,5:1:0,07, и температура прокаливания массы равна 400С. После прокаливания состав полученной массы в пересчете на оксиды составляет, мас.%: ZnO 93,46; MgO 6,54.

Пример 6. Сорбент получают по примеру 5 с тем отличием, что оксида магния берут 60 кг, соотношение AKP:ZnO:MgO=2,5:l:0,12, и температура прокаливания массы равна 400С. После прокаливания состав полученной массы в пересчете на оксиды составляет, мас.%: ZnO 89,29; MgO 10,71.

Пример 7. Сорбент получают по примеру 1 с тем отличием, что оксида магния берут 60 кг, соотношение АКР:ZnO:MgO=3:l:0,12, и температура прокаливания массы равна 400 °С. После прокаливания состав полученной массы в пересчете на оксиды составляет, мас.%: ZnO 89,29; MgO 10,71.

Пример 8. Сорбент получают по примеру 7 с тем отличием, что температура прокаливания равна 650С. После прокаливания состав полученной массы соответствует примеру 7.

Пример 9 (прототип). 100 г сухих отходов производства гидросульфита натрия, содержащих, мас.%: ZnO 87,0, неустойчивые сернистые соединения 0,6 (в пересчете на элементарную серу), нелетучие примеси - остальное, смешивают с 0,8 г оксида алюминия и 1,0 г оксида магния. Полученную смесь обрабатывают водным раствором (256 г), аммиаком (120 г/л) и диоксидом углерода (95 г/л) при 40 - 50С в течение 3 ч. Затем массу сушат при 100С и прокаливают при 400С. Получают сорбент состава, мас.%: ZnO 84,4; Аl₂O₃ 0,8; MgO 1,0; примеси - остальное.

Пример 10. Сорбент получают по примеру 19, с тем отличием, что температура прокаливания равна 650С. После прокаливания состав полученной массы соответствует примеру 9.

Результаты испытаний полученных сорбентов, описанных в примерах 1-8, а также прототипа - примеры 9, 10 - приведены в таблице.

Из таблицы видно, что по всем показателям динамической сероемкости и термостабильности известный сорбент уступает предлагаемому сорбенту.

Таким образом решена задача получения высокоактивного, термостабильного формованного сорбента.