RU2272669C2 - Способ извлечения летучих химических соединений из газовоздушных смесей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам извлечения летучих химических соединений из газовоздушных смесей. Способ включает пропускание газовоздушной смеси через слой порошкообразного полимерного адсорбента и последующую десорбцию. В качестве адсорбента используют порошок поливинилхлорида с размером частиц 0,16-10,00 мм и суммарной пористостью частиц от 29% до 52%. Десорбцию проводят под вакуумом при остаточном давлении от 0,001*10⁴ Па до 2,5*10⁴ Па. Процесс адсорбции осуществляют в периодическом режиме в адсорберах со стационарным слоем адсорбента. Изобретение позволяет проводить количественное извлечение широкого спектра органических веществ из газовоздушных смесей при упрощении технологического процесса очистки. 1 табл.

Description

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способу извлечения летучих химических соединений из газовоздушных смесей с помощью полимерного адсорбента на основе поливинилхлорида, и может быть использовано для очистки газовоздушных выбросов в химических производствах и для извлечения целевых летучих химических соединений в отходящих газах при рекуперации.

Одной из важных проблем химических производств является образование газовоздушных смесей, в результате чего происходит безвозвратная потеря дорогостоящих химических компонентов, выбросы которых ведут к экологическому загрязнению окружающей среды. Источниками загрязнения воздуха являются все газо- и нефтехимические, углехимические, многие биохимические, плазмохимические и лакокрасочные производства, силовые установки и автомобильный транспорт, действующие на основе углеводородных энергоносителей.

Очистку воздуха от органических соединений в зависимости от источника загрязнения и материально-технических возможностей производят с помощью различных каталитических систем, адсорбентов, абсорбентов, адсорбционных и мембранных технологий, технологий микробиологической очистки и сжигания, криогенирования, фотоокисления и окисления при воздействии на газовоздушную смесь электрического разряда и ускоренных электронов. Каталитические способы очистки воздуха от углеводородов, оксидов углерода и азота заключаются в контактировании газовоздушных потоков с катализаторами. В качестве катализаторов процесса применяют платину и родий (пат. 5490977 США, 13.02.1996), железную стружку (пат. 2048174 РФ, 20.11.1995), оксиды меди, марганца, хрома или смесь оксидов этих металлов, нанесенных на металлический носитель-подложку (пат. 21114686 РФ, 10.07.1998), палладий в композиции с оксидами никеля, алюминия, хрома и смесь оксидов палладия, никеля, хрома и алюминия (пат. 2054959 РФ, 27.02.1996). Контактирование газовоздушных потоков с каталитическими системами проводят при температуре 160-1100°С.

Известен способ очистки газовых выбросов, содержащих 0,0005-0,05 мас.% винилхлорида (пат. 4045538 США, 1977) каталитическим окислением винилхлорида действием кислородом при температуре 250-300°С. Активность катализатора зависит от температуры окисления винилхлорида, относительной влажности газа, содержащего винилхлорид, и от начальной и конечной концентрации винилхлорида в газе. Она снижается при окислении винилхлорида в результате обратимого отравления водой, поэтому катализатор регенерируют. Недостатками данного способа являются его сложность и ограничение по содержанию винилхлорида в газовых выбросах (не более 0,05% мас.).

Известен способ извлечения винилхлорида из газовых выбросов при его содержании от 1*10^-4 до 0,1 мас.%, который заключается в обработке газовых выбросов при температуре 80°С суспензией, содержащей 2-60 мас.% поливинилхлорида (ПВХ) с размером зерен 40-300 меш. (50-350 мкм), стабилизатор дисперсии и поверхностно-активное вещество. Десорбция винилхлорида осуществляется острым паром. Способ позволяет уменьшить содержание винилхлорида в газовых выбросах в 10-100 раз. К недостаткам способа следует отнести ограничение по начальному содержанию винилхлорида, что не позволяет использовать его для очистки концентрированных выбросов. Существенным недостатком является низкая степень очистки газовых выбросов. Кроме того, необходимо применять специальные меры, предотвращающие ценообразование и оседание суспензии (JP 52-130479, 1977).

Адсорбционные способы очистки газовоздушных выбросов от органических соединений основаны на использовании традиционных полимерных смол, полимерных материалов, активированных углей, углеродных волокон (пат. 4917711 США, 17.07.1990, заявка 4319895 ФРГ, 22.12.1994, заявка 95100354/04 РФ, 27.10.1996).

В частности известен нетрадиционный адсорбент, разработанный для поглощения углеводородов из паровой фазы, содержащий координационные полимеры на основе трет-бутилтриалкилборатов лития [трет-С₄Н₉ОВ(OR)₃Li:(R=С₄Н₉-С₁₁Н₂₃), нанесенные на поверхность волокон и твердых пористых материалов (пат. 2032459 РФ, 10.04.1995). Очевидно, что абсорбенты должны эффективнее, чем адсорбенты поглощать органические соединения из газовоздушных смесей. Однако к настоящему времени абсорбентов известно очень мало. Так для удаления хлорированных углеводородов из отходящего воздуха используют смесь органических соединений с высокой температурой кипения (заявка 4319102 ФРГ, 18.12.1994). Отходящий воздух очищают от углеводородов, спиртов, альдегидов, эфиров контактированием газовоздушной смеси с водной эмульсией, содержащей перекиси и ПАВ, с последующим контактированием воздуха и водной фазы при 105°С с оксидами металлов IB, IIB, IV, V, VI, VIIB и VIII групп (заявка Германии 19530896, В 01 D 53/75). Пенополиуретановые слои с открытыми порами (перфорациями) разного размера, обработанные вязким раствором полибутена в 1,1,1-трихлорэтане, используются в качестве адсорбента в воздушном фильтре для автомобильных двигателей (пат. 5573811 США, 12.11.1996).

Из RU 2112582, 10.06.1998 известен фильтрующий материал для очистки жидких и газообразных веществ, выполненный из активированного углеродного непрерывного пористого моноволокна диаметром 4-10 мкм, удельной поверхностью 590-2550 м²/г и объемом сорбционных пор 0,63-1,82 см³/г, поверхность которого покрыта пористой оболочкой диоксида кремния в количестве 0,8-9,8% от массы волокна, причем указанный материал изготовлен в виде нити, шнура или ткани. Однако указанный фильтрующий материал получают по достаточно сложной технологии, включающий пропитку гидратцеллюлозного волокна раствором кремнийорганического полимера в органическом растворителе с концентрацией 0,8-4,2 мас.% в течение 2,5-15 мин, его сушку на воздухе при 105-140°С, карбонизацию при 550-985°С в защитной газовой среде и активацию в окислительной среде при 855-960°С в течение 3-55 мин. Из RU 94025664, 27.06.1996, известен сорбент на основе пористого гранулированного ионита и гидроокиси железа (III) с большей эффективностью при извлечении из водных и газовых сред токсических веществ анионного типа за счет реализации ионообменной способности ионита и увеличения содержания гидроокиси железа, осажденной в его порах. Данный сорбент получают путем обработки ионита раствором соли железа (III) с последующим осаждением гидроокиси железа раствором щелочи или аммиака, при этом в качестве ионита используются пористые гранулированные аниониты и их обработка раствором соли железа ведется в средах, дающих анионы железа (III) (насыщенный раствор хлорида натрия, 8 н., 11 н., соляная кислота, 0,01 н. серная кислота и др.). В качестве анионитов используют сильно- и слабоосновные аниониты с различной структурой матрицы полистирольной, эпоксиполиамидовой, винилпиридиновой и др. Синтезированные сорбенты обладают большой поглотительной способностью по сульфид-анионам как за счет анионообменнных сорбции, так и за счет более высокого содержания активной гидроокиси железа. Однако они могут быть использованы в основном для очистки вод и газов от других токсических веществ анионного типа, для извлечения которых используется аниониты и адсорбенты на основе гидроокиси железа бораты, кремниевая кислота, соединения мышьяка и другие. Кроме того, используемый катионит КУ-2 является лишь пористым гранулированным носителем активной гидроокиси железа, его ионообменная способность реализуется лишь при получении сорбента, а не при его использовании в процессах очистки.

Если приведенные здесь способы оценить (проанализировать) в отношении экономичности, экологичности, технологичности и селективности, то преимущественная значимость абсорбционных и адсорбционных способов по всем номинациям очевидна.

Например, для технологических условий реализации адсорбционного способа поглощения углеводородов из газовоздушной среды не требуется применение дорогостоящих драгоценных металлов, как в каталитическом способе уничтожения (разложения) углеводородов. Технологическое оборудование для осуществления способа адсорбции и оборудование для выполнения норм техники безопасности может быть использовано в самом простейшем варианте. В то время как для процессов нейтрализации газообразных углеводородов в условиях высоких и низких температур, высоковольтного электрического разряда и ускоренных электронов требуется оборудование, соответствующее самым высоким технико-технологическим требованиям. Углеводороды по способу адсорбции не разлагаются (не уничтожаются) до воды и углекислого газа, как в технологиях катализа, сжигания и окисления с применением электрического разряда и ускоренных электронов, а накапливаются в порах адсорбента. Это увеличивает конкурентную способность способа в отношении экологичности и экономичности.

Известен адсорбент (ГОСТ 26996-86), используемый для адсорбции улеводородов из газовоздушной смеси - полипропилен изотактической структуры (ГОСТ 26996-86).

Недостатком полипропиленового адсорбента является его низкая адсорбционная емкость из-за его высокой кристалличности. Из Fr 2498470, 30.07.1982 известен сорбент на основе макропористого полимера - гомо- или сополимера этилвинилбензола или дивинилбензола со стиролом. Однако данный сорбент имеет ограниченное назначение и используется только для разделения газа или жидкости. Из RU 2182849, 27.05.1992 известен адсорбент, представляющий собой смесь стереополимеров пропилена с содержанием атактического полипропилена от 5 до 50 мас.% и синтезирован суспензионной полимеризацией пропилена в среде гептана при температуре 50-70°С в присутствии каталитической системы: МСК-TiCl₃-Al(С₂Н₅)_хCl_у, где МСК - микросферический катализатор, TiCl₃ - титан треххлористый, Al(С₂Н₅)_хCl_у - этилалюминий хлорсодержащие соединения.

Адсорбцию углеводородов проводят пропусканием (фильтрованием) газовоздушной смеси через слой адсорбента, далее осуществляют десорбцию уловленных веществ из адсорбента.

В изобретении в качестве адсорбата использована очень сложная смесь алифатических и ароматических углеводородов под общим названием «Нефрас», являющаяся отходом производства микросферического катализатора на Томском нефтехимическом комбинате. После пяти циклов адсорбции-десорбции емкость адсорбентов уменьшается лишь на 5-8%.

Адсорбент с содержанием доли атактического полипропилена выше 50 мас.% переходит из порошкообразного пористого состояния в пасту, поэтому не технологичен в применении.

Наиболее близким по технической сущности с заявленным изобретением является известный способ извлечения (адсорбции) алифатических, ароматических, непредельных углеводородов и галогенпроизводных из газовой фазы путем пропускания (фильтрования) газовоздушного потока через слой адсорбента в фильтре, с последующей регенерации адсорбента продуванием воздуха через слой адсорбента (RU 2225756, 20.03.2004). Для ускорения процесса регенерации адсорбента продувание его слоя воздухом проводят при 50-60°С. Десорбцию нефраса с адсорбента контролируют гравиметрическим методом. После регенерации адсорбента процесс поглощения углеводородов из нефрасо-воздушного потока повторяют до полного использования емкости адсорбента. В качестве адсорбента в известном способе используют адсорбент, который получают смешением в расплаве от 5 до 15 мас.% атактического полипропилена с изотактическим полипропиленом в смесителе типа Бембери при температуре 170°С, 200 об/мин червяков в течение 7-8 мин. Полученный продукт после охлаждения в среде жидкого азота измельчают (дробят) высоковольтными импульсами с частотой 7 с^-1, амплитудой 200 кВ и энергией 500 Дж. Для поглощения углеводородов из газовоздушного потока отбирают (высевают) фракцию адсорбента с размером частиц 200-500 мкм. Адсорбцию углеводородов проводят пропусканием (фильтрованием) газовоздушного потока через слой адсорбента в фильтре. В качестве адсорбата использована сложная смесь алифатических и ароматических углеводородов под общим названием «Нефрас», являющаяся отходом в производстве катализатора на Томском нефтехимическом комбинате.

Известный способ осуществляют следующим образом. Газовоздушный поток формируют с помощью компрессора при исходном давлении 2,026*10⁴ Па и со скоростью выноса сорбата (нефраса) из барбатажной емкости 7-8 мл/ч. Сформированный таким способом нефрасо-воздушный поток пускают через слой порошкообразного адсорбента (полипропилен ПП, ПАП-5, ПАП 10, ПАП-15) в фильтре до установления термодинамического равновесия адсорбции. Количество поглощенного нефраса адсорбентом определяют гравиметрическим методом. После установления равновесия адсорбент регенерируют продуванием воздуха через слой адсорбента. Описанный известный способ очистки газовых выбросов от летучих химических соединений имеет ограниченное применение из-за несовершенства стадии десорбции, а также недостаточной эффективности его по отношению к хлорированным углеводородам. Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности извлечения широкого круга органических веществ из газовоздушных смесей и упрощение процесса извлечения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе извлечения летучих химических соединений, включая хлорорганические соединения, эфиры, углеводороды из газовоздушных смесей, включающий пропускание газовоздушной смеси через слой порошкообразного полимерного адсорбента и последующую десорбцию его, в качестве порошкообразного полимерного адсорбента используют порошок поливинилхлорида с размером частиц 0,16-10,00 мм и суммарной пористостью от 29 до 52%, десорбцию проводят под вакуумом, при остаточном давлении от 0,001*10⁴ Па до 2,5*10⁴ Па, и процесс осуществляют с использованием чередования циклов адсорбции со стационарным слоем адсорбента.

В качестве адсорбента в заявленном способе используют порошок поливинилхлорида, полученный суспензионной полимеризацией винилхлорида в присутствии растворимого в мономере инициатора (перекись бензоила, лаурила и т.п.), защитного коллоида и, возможно, модифицирующих добавок, обуславливающих в совокупности получение порошка поливинилхлорида с указанными характеристиками (Энциклопедия полимеров, М., 1972, Советская Энциклопедия, т.1, с.448-450).

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример №1.

Адсорбер диаметром Д=0,012 м и высотой Н=0,25 м заполняют порошком ПВХ, частицы которого имеют следующие характеристики: размер частиц, d₀ от 0,16 мм до 0,25 мм, удельная поверхность S_уд=2,3 м²/г, пористость Е=29%.

Перед проведением экспериментов проводят абсолютную дегазацию порошка ПВХ продувкой горячим азотом в течение 24 часов. Удельную поверхность измеряют методом тепловой десорбции аргона с использованием сорбтометра. Пористость частиц определяют из значений необратимо поглощенного пластификатора, которые измеряют по ГОСТ 25265-82. Фракционирование частиц ПВХ производят рассевом порошка полимера по ситам.

Через адсорбер пропускают газовую смесь азот-винилхлорид с расходом Q=60 см³/мин, при содержании винилхлорида С_вх=20 об.%. В адсорбере поддерживают температуру Т_а=25°С путем термостатирования рубашки адсорбера и исходной газовой смеси.

Газовую смесь после выхода из адсорбера анализируют на остаточное содержание винилхлорида методом газожидкостной хроматографии.

Анализ показывает отсутствие винилхлорида в газовой смеси после выхода из адсорбера до начала проскока С⁰=0. Проскок винилхлорида произошел через t=7 мин, что является временем защитного действия данного слоя адсорбента. Емкость ПВХ по винилхлориду до начала проскока составляет С=0,5 мас.%.

Десорбцию винилхлорида проводят путем поддержания в течение 1 ч в адсорбере вакуума, с остаточным давлением W=2,5*10⁴ Па (~190 мм рт.ст.). Температура десорбции равна температуре адсорбции. Вакуум создается водоструйным насосом. Десорбированный винилхлорид поступает в конденсатор, где конденсируется. Количество собранного винилхлорида определяем весовым методом. Качественный состав уловленных соединений определяем методом газожидкостной хроматографии.

После проведения десорбции рабочий цикл адсорбции повторяют и проводят анализ газовой смеси после выхода из адсорбера на остаточное содержание винилхлорида. Анализ показывает содержание винилхлорида в газовой смеси после 1-го цикла адсорбции-десорбции в концентрации С=7*10^-4 об.% (фоновая концентрация). До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается.

Проводят 10 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание винилхлорида в газовой смеси в концентрации С¹⁰=7*10^-4 об.%. До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается.

Проводят 30 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание винилхлорида в газовой смеси в концентрации С³⁰=7*10^-4 об.%. До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается. Время защитного действия слоя частиц ПВХ до начала проскока после 30-ти циклов адсорбции-десорбции не уменьшается и составляет t³⁰=7 мин.

Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице.

Примеры №№2, 3, 4.

Способ осуществляют как в примере №1. Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице.

Пример №5.

Используют адсорбер - колонка высотой 1,5 м и диаметром 0,024 м, далее в условиях примера №1. Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице.

Примеры №6÷10.

Способ осуществляют как в примере №5. Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице.

Пример №11.

Способ осуществляют как в примере №5, но через адсорбер пропускают 132 см³/мин газовой смеси воздух-винилхлорид при содержании винилхлорида - 10 об.%. Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице.

Примеры №№12-14.

Способ осуществляют как в примере №5. Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице.

Пример №15. Хлористый этил.

Адсорбер диаметром 0,04 м и высотой 2,00 м заполняют порошком ПВХ, частицы которого имеют следующие характеристики: размер частиц от 0,50 мм до 1,00 мм, удельная поверхность - 4,9 м³/г, пористость - 50%.

Перед проведением экспериментов проводят абсолютную дегазацию порошка ПВХ продувкой горячим азотом в течение 24 часов. Удельную поверхность измеряют методом тепловой десорбции аргона с использованием сорбтометра. Пористость частиц определяют из значений необратимо поглощенного пластификатора, которые измеряют по ГОСТ 25265-82. Фракционирование частиц ПВХ производят рассевом порошка полимера по ситам.

Через адсорбер пропускают 300 см /мин газовой смеси азот - хлористый этил при содержании хлористого этила - 18,1 об.%. В адсорбере поддерживают температуру +20°С путем термостатирования рубашки адсорбера и исходной газовой смеси.

Газовую смесь после выхода из адсорбера анализируют на остаточное содержание хлористого этила методом газожидкостной хроматографии.

Анализ показывает отсутствие хлористого этила в газовой смеси после выхода из адсорбера до начала проскока С⁰=0. Проскок хлористого этила произошел через t=55 мин, что является временем защитного действия данного слоя адсорбента. Емкость ПВХ по хлористому этилу до начала проскока составляет 0,9 мас.%.

Десорбцию хлористого этила проводят путем поддержания в течение 1 ч в адсорбере вакуума с остаточным давлением 2,5*10⁴ Па (~190 мм рт.ст.). Температура десорбции равна температуре адсорбции. Вакуум создается водоструйным насосом. Десорбированный хлористый этил поступает в конденсатор, где конденсируется. Количество собранного хлористого этила определяем весовым методом. Качественный состав уловленных соединений определяем методом газожидкостной хроматографии.

После проведения десорбции рабочий цикл адсорбции повторяют и проводят анализ газовой смеси после выхода из адсорбера на остаточное содержание хлористого этила. Анализ показывает содержание хлористого этила в газовой смеси после выхода из адсорбера после 1-го цикла адсорбции-десорбции в концентрации С¹=6*10^-4 об.%. (фоновая концентрация). До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается.

Проводят 10 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание хлористого этила в газовой смеси после выхода из адсорбера в концентрации С¹⁰=8*10^-4 об.%. До начала проскока фоновая концентрация остается на одном уровне.

Проводят 30 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание хлористого этила в газовой смеси после выхода из адсорбера в концентрации C³⁰=8*10^-4 об.%. До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается. Время защитного действия слоя частиц ПВХ до начала проскока после 30-ти циклов адсорбции-десорбции не уменьшается и составляет 55 мин.

Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице №1.

Пример №16. Хлороформ.

Адсорбер диаметром 0,04 м и высотой 2,00 м заполняют порошком ПВХ, частицы которого имеют следующие характеристики: размер частиц от 0,50 мм до 1,00 мм, удельная поверхность - 4,9 м²/г, пористость - 50%.

Перед проведением экспериментов проводят абсолютную дегазацию порошка ПВХ продувкой горячим азотом в течение 24 часов. Удельную поверхность измеряют методом тепловой десорбции аргона с использованием сорбтометра. Пористость частиц определяют из значений необратимо поглощенного пластификатора, которые измеряют по ГОСТ 25265-82. Фракционирование частиц ПВХ производят рассевом порошка полимера по ситам.

Через адсорбер пропускают 1170 см³/мин газовой смеси азот-хлороформ при содержании хлороформа - 5,5 об.%. В адсорбере поддерживают температуру +20°С путем термостатирования рубашки адсорбера и исходной газовой смеси.

Газовую смесь после выхода из адсорбера анализируют на остаточное содержание хлороформа методом газожидкостной хроматографии.

Анализ показывает отсутствие хлороформа в газовой смеси после выхода из адсорбера до начала проскока С⁰=0. Проскок хлороформа произошел через t=10 мин, что является временем защитного действия данного слоя адсорбента. Емкость ПВХ по хлороформу до начала проскока составляет 0,5 мас.%.

Десорбцию хлороформа проводят путем поддержания в течение 1 ч в адсорбере вакуума с остаточным давлением 1*10⁴ Па (~76 мм рт.ст.). Температура десорбции равна температуре адсорбции. Вакуум создается водоструйным насосом. Десорбированный хлороформ поступает в конденсатор, где конденсируется. Количество собранного хлороформа определяем весовым методом. Качественный состав уловленных соединений определяем методом газожидкостной хроматографии.

После проведения десорбции рабочий цикл адсорбции повторяют и проводят анализ газовой смеси после выхода из адсорбера на остаточное содержание хлороформа. Анализ показывает содержание хлороформа в газовой смеси после 1-го цикла адсорбции-десорбции в концентрации С¹=7000*10^-4 об.% (фоновая концентрация). До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается.

Проводят 10 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание хлороформа в газовой смеси после выхода из адсорбера в концентрации С¹⁰=7000*10^-4 об.%. До начала проскока фоновая концентрация остается не изменяется.

Проводят 30 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание хлороформа в газовой смеси после выхода из адсорбера в концентрации С³⁰=7000*10^-4 об.%. До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается. Время защитного действия слоя частиц ПВХ до начала проскока после 30-ти циклов адсорбции-десорбции не уменьшается и составляет 10 мин.

Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице №1.

Пример №17. Этилацетат.

Адсорбер диаметром 0,018 м и высотой 1,50 м заполняют порошком ПВХ, частицы которого имеют следующие характеристики: размер частиц от 0,50 мм до 1,00 мм, удельная поверхность - 4,9 м²/г, пористость - 50%.

Перед проведением экспериментов проводят абсолютную дегазацию порошка ПВХ продувкой горячим азотом в течение 24 часов. Удельную поверхность измеряют методом тепловой десорбции аргона с использованием сорбтометра. Пористость частиц определяют из значений необратимо поглощенного пластификатора, которые измеряют по ГОСТ 25265-82. Фракционирование частиц ПВХ производят рассевом порошка полимера по ситам.

Через адсорбер пропускают 900 см³/мин газовой смеси азот-этилацетат при содержании этилацетата - 6,9 об.%. В адсорбере поддерживают температуру +20°С путем термостатирования рубашки адсорбера и исходной газовой смеси.

Газовую смесь после выхода из адсорбера анализируют на остаточное содержание этилацетата методом газожидкостной хроматографии.

Анализ показывает отсутствие этилацетата в газовой смеси после выхода из адсорбера до начала проскока С⁰=0. Проскок этилацетата произошел через t=10 мин, что является временем защитного действия данного слоя адсорбента. Емкость ПВХ по этилацетату до начала проскока составляет 1,2 мас.%.

Десорбцию этилацетата проводят путем поддержания в течение 1 ч в адсорбере вакуума с остаточным давлением 0,5*10⁴ Па (~38 мм рт.ст.). Температура десорбции равна температуре адсорбции. Вакуум создается водоструйным насосом. Десорбированный этилацетат поступает в конденсатор, где конденсируется. Количество собранного этилацетата определяем весовым методом. Качественный состав уловленных соединений определяем методом газожидкостной хроматографии.

После проведения десорбции рабочий цикл адсорбции повторяют и проводят анализ газовой смеси после выхода из адсорбера на остаточное содержание этилацетата. Анализ показывает содержание этилацетата в газовой смеси после 1-го цикла адсорбции-десорбции в концентрации С¹=3000*10^-4% об. (фоновая концентрация). До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается.

Проводят 10 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание этилацетата в газовой смеси после выхода из адсорбера в концентрации С¹⁰=3000*10^-4 об.%. До начала проскока фоновая концентрация остается не изменяется.

Проводят 30 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание этилацетата в газовой смеси после выхода из адсорбера в концентрации С³⁰=3000*10^-4 об.%. До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается. Время защитного действия слоя частиц ПВХ до начала проскока после 30-ти циклов адсорбции-десорбции не уменьшается и составляет 10 мин.

Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице №2.

Пример №18. Пары бензина А-76 (включая пропан, бутан и др.).

Адсорбер диаметром 0,05 м и высотой 3,00 м заполняют порошком ПВХ, частицы которого имеют следующие характеристики: размер частиц от 0,5 мм до 10,0 мм, удельная поверхность - 4,9 м²/г, пористость - 50%.

Перед проведением экспериментов проводят абсолютную дегазацию порошка ПВХ продувкой горячим азотом в течение 24 часов. Удельную поверхность измеряют методом тепловой десорбции аргона с использованием сорбтометра. Пористость частиц определяют из значений необратимо поглощенного пластификатора, которые измеряют по ГОСТ 25265-82. Фракционирование частиц ПВХ производят рассевом порошка полимера по ситам.

Через адсорбер пропускают 250 см³/мин газовой смеси азот-пары бензина при содержании паров бензина -20,0 об.%. В адсорбере поддерживают температуру +20°С путем термостатирования рубашки адсорбера и исходной газовой смеси.

Газовую смесь после выхода из адсорбера анализируют на остаточное содержание углеводородов методом газожидкостной хроматографии.

Анализ показывает отсутствие паров бензина в газовой смеси после выхода из адсорбера до начала проскока С⁰=0. Проскок паров бензина произошел через t=15 мин, что является временем защитного действия данного слоя адсорбента. Емкость ПВХ по бензину до начала проскока составляет 0,5 мас.%.

Десорбцию паров бензина проводят путем поддержания в течение 1 ч в адсорбере вакуума с остаточным давлением 2,5*10⁴ Па (~190 мм рт.ст.). Температура десорбции равна температуре адсорбции. Вакуум создается водоструйным насосом. Десорбированные углеводороды поступает в конденсатор, где конденсируется. Количество собранных углеводородов определяем весовым методом. Качественный состав уловленных соединений определяем методом газожидкостной хроматографии.

После проведения десорбции рабочий цикл адсорбции повторяют и проводят анализ газовой смеси после выхода из адсорбера на остаточное содержание паров бензина. Анализ показывает содержание паров бензина в газовой смеси после 1-го цикла адсорбции-десорбции в концентрации С¹=7*10^-4 об.%. (фоновая концентрация). До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается.

Проводят 10 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание паров бензина в газовой смеси после выхода из адсорбера в концентрации C¹⁰=7*10^-4 об.%. До начала проскока фоновая концентрация не изменяется.

Проводят 30 циклов адсорбции-десорбции в одинаковых условиях, анализ показывает содержание паров бензина в газовой смеси после выхода из адсорбера в концентрации С³⁰=7*10^-44 об.%. До начала проскока фоновая концентрация не увеличивается. Время защитного действия слоя частиц ПВХ до начала проскока после 30-ти циклов адсорбции-десорбции не уменьшается и составляет 15 мин.

Пример №19 (для сравнения).

Адсорбер по примеру №1 заполняют углем газовой серии марки СЕТ, имеющей удельную поверхность ~1230 м²/г, йодное число ~1150 мг/г, суммарный объем пор ~1 см³/г, размер гранул - от 2 мм до 5 мм.

Через адсорбер пропускают 60 см³/мин газовой смеси азот - винилхлорид при содержании винилхлорида - 20 об.%. В адсорбере поддерживают температуру +25°С путем термостатирования рубашки и исходной газовой смеси.

Газовую смесь после выхода из адсорбера анализируют по примеру №1. Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице.

Пример №20 (для сравнения).

Адсорбер по примеру №5 заполняют углем газовой серии СКТ по примеру №19. Через адсорбер пропускают 130 см³/мин газовой смеси воздух - винилхлорид, при содержании винилхлорида - 50 об.%. Охлаждающая рубашка адсорбера не справляется с разогревом. Произошло воспламенение адсорбента. Условия проведения процесса приведены в таблице.

Примеры №№21-23 (для сравнения).

По примеру №1. Условия проведения процесса и характеристики газовой смеси после выхода из адсорбера приведены в таблице.

Из приведенных примеров по предлагаемому способу №№1-14 видно, что при извлечении винилхлорида из газовых выбросов с использованием в качестве адсорбента порошка ПВХ с пористостью частиц от 29% до 52% степень извлечения, по сравнению с прототипом, сохраняется (содержание винилхлорида в газовой смеси после выхода из адсорбера менее 10*10^-4 об.%) и не зависит от удельной поверхности частиц ПВХ, диаметра частиц ПВХ, температуры адсорбента, концентрации винилхлорида в газовых выбросах. Кроме того, использование негорючего продукта в качестве адсорбера повышает безопасность процесса и делает возможным извлечение летучих химических соединений из газовых смесей, содержащих кислород, например воздух-винилхлорид, что расширит технологические возможности способа.

Из приведенных примеров по предлагаемому способу №№1-14 также видно, что использование при извлечении винилхлорида из газовых выбросов в качестве адсорбента порошка ПВХ с размером частиц 0,16-10,00 мм и суммарной пористостью частиц от 29% до 52% позволяет проводить стадию десорбции без нагрева адсорбента путем создания в адсорбере умеренного вакуума (при остаточном давлении от 0,001*10⁴ Па до 2,5*10⁴ Па), легко достигаемого в промышленных условиях, причем степень извлечения летучих химических соединений из газов при этом, по сравнению с прототипом, сохраняется (содержание винилхлорида в газовой смеси после выхода из адсорбера менее 10*10^-4 об.%) и не зависит от количества циклов десорбции. Более того, при данных условиях десорбции, время защитного действия адсорбента постоянно и также не зависит от количества рабочих циклов. Аналогичные результаты достигаются при использовании предлагаемого способа для извлечения углеводородов и эфиров (см. примеры №№15-18).

Из приведенных для сравнения примеров №№19-22 следует, что при использовании в качестве адсорбента углей значительно возрастает время защитного действия, однако десорбция винилхлорида из углей умеренным вакуумом невозможна. Для десорбции винилхлорида из углей необходима обработка последнего острым паром, что значительно усложнит аппаратурно-технологическое оформление процесса.

Из приведенного для сравнения примеров также следует, что адсорберы с активированным углем не могут использоваться для очистки систем, содержащих кислород.

Кроме того, из приведенных для сравнения примеров следует, что использование, при извлечении летучих химических соединений из газовых выбросов, в качестве адсорбента порошка ПВХ с пористостью частиц более 52% или менее 29% не позволяет достичь требуемой степени очистки газов от винилхлорида.

Из приведенных для сравнения примера №23 следует, что проведение десорбции при остаточном давлении более 2,5*10⁴ Па приводит к снижению эффективности извлечения летучих химических веществ из газовых выбросов даже при использовании порошка ПВХ с пористостью частиц от 29% до 52%. Проведение десорбции при остаточном давлении менее 0,001*10⁴ Па приводит к использованию многоступенчатых вакуум-насосов, применение которых вследствие сложности их эксплуатации и низкой надежности, значительно усложняет аппаратурное оформление процесса и означает качественный скачок в повышении сложности технологии.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что при использовании в качестве адсорбента для извлечения летучих химических соединений, например винилхлорида, из газовых выбросов порошка ПВХ с размером частиц 0,16-10,00 мм и суммарной пористостью частиц от 29% до 52% и проведении десорбции под вакуумом при остаточном давлении от 0,001*10⁴ Па до 2,5*10⁴ Па упрощается аппаратурно-технологическое оформление процесса, повышается безопасность и расширяются технологические возможности способа при содержании извлекаемого соединения, например винилхлорида, в газовой смеси после выхода из адсорбера менее 10*10^-4 об.%.

Claims (1)

1. Способ извлечения летучих химических соединений, включая хлорорганические соединения, эфиры, углеводороды, из газовоздушных смесей, включающий пропускание газовоздушной смеси через слой порошкообразного полимерного адсорбента и последующую десорбцию, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют порошок поливинилхлорида с размером частиц 0,16-10,00 мм и суммарной пористостью частиц от 29 до 52%, десорбцию проводят под вакуумом при остаточном давлении от 0,001·10⁴ до 2,5·10⁴ Па, при этом процесс адсорбции осуществляют в периодическом режиме в адсорберах со стационарным слоем адсорбента.