RU2275330C2 - Method for preparing chemosorbent - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical technology, sorbents.

SUBSTANCE: invention relates to sorption technique. Invention proposes a method for preparing a chemosorbent involving preparing an impregnating solution containing ferric (III) chloride, impregnation of activated carbon grains with this solution followed by their thermal treatment. Impregnation is carried out in the ratio carbon mass to volume of impregnating solution from 1:0.66 to 1:0.9 and thermal treatment is carried out at 100-109°C. The content of ferric chloride in the ready product is 3.5-6.5 % by mass. Proposed method provides preparing sorbent with high absorptive capacity by mercury vapors. Invention can be used for removal of toxic substances from air and for solution of broad spectrum of ecology problems.

EFFECT: improved preparing method of chemosorbent.

2 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области производства катализаторов, хемосорбентов в и осушителей и может быть использовано в различных областях сорбционной техники при очистке отходящих промышленных газов.The invention relates to the field of production of catalysts, chemisorbents and desiccants and can be used in various fields of sorption technology for the treatment of industrial exhaust gases.

Известен способ получения хемосорбента, включающий пропитку частиц активного угля раствором солей меди, хрома и серебра и триэтилендиамина, термообработку при температуре 105-150°C и россев гранул (см. патент РФ 2081822 кл. С 01 B 31/08, В 01 J 53/04, опубл. 20.06.97 г.).A known method of producing chemisorbent, including the impregnation of activated carbon particles with a solution of copper, chromium and silver salts and triethylenediamine, heat treatment at a temperature of 105-150 ° C and granules Ross (see RF patent 2081822 C. 01 B 31/08, 01 B J 53 / 04, published on 06/20/97).

Недостатком известного способа является сложность проведения процесса и высокая стоимость хемосорбента.The disadvantage of this method is the complexity of the process and the high cost of chemisorbent.

Наиболее близкий к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения хемосорбента, включающий импрегнирование активного угля с суммарной пористостью, равной 0,8-0,9 см³/г, раствором хлорида никеля при температуре 30-70°С, термообработку при температуре 150-250°С со скоростью подъема температуры 7-15°С/мин и выдержку при конечной температуре 30-40 мин. Причем массовая доля хлорида никеля в готовом продукте составляет 5-30% (см. патент РФ 2019288 кл. С 01 B 31/16, опубл. 15.09.94 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of producing chemisorbent, including impregnation of activated carbon with a total porosity of 0.8-0.9 cm ³ / g, a solution of nickel chloride at a temperature of 30-70 ° C, heat treatment at a temperature 150-250 ° C with a rate of temperature rise of 7-15 ° C / min and exposure at a final temperature of 30-40 min. Moreover, the mass fraction of nickel chloride in the finished product is 5-30% (see RF patent 2019288 class C 01 B 31/16, publ. 09/15/94).

Недостатком прототипа является низкая емкость полученного хемосорбента по парам ртути.The disadvantage of the prototype is the low capacity of the obtained chemisorbent for mercury vapor.

Поставленная цель достигается предложенным способом, авторам из научно-технической литературы неизвестного, включающего импрегнирование активного угля раствором неорганической соли, термообработку и россев гранул, отличающийся от прототипа тем, что в качестве неорганической соли используется хлорид железа III, в качестве основы используется активный уголь с отношением показателя объема макропор к суммарному объему пор 0,4 к 0,6; импрегнирование ведут при температуре 18-29°С при соотношении активный уголь : раствор от 1:0,66 до 1:0,9, термообработку осуществляют при температуре 100-109°С; в отличие от известного способа массовое содержание хлорида железа III в готовом продукте составляет 3,5-6,5%.This goal is achieved by the proposed method, the authors from the scientific and technical literature of the unknown, including impregnating activated carbon with a solution of inorganic salt, heat treatment and rossev granules, which differs from the prototype in that iron chloride III is used as an inorganic salt, with activated carbon with the ratio the indicator of the volume of macropores to the total pore volume of 0.4 to 0.6; impregnation is carried out at a temperature of 18-29 ° C with a ratio of active carbon: solution from 1: 0.66 to 1: 0.9, heat treatment is carried out at a temperature of 100-109 ° C; in contrast to the known method, the mass content of iron chloride III in the finished product is 3.5-6.5%.

Сущность предложенного способа заключается в следующем: для поглощения паров ртути из газовых выбросов важно подобрать такую неорганическую соль, которая бы эффективно связывала ртуть в виде нерастворимой соли, и, с другой стороны, обеспечить такую пористую структуру основы, которая позволяла бы равномерно ввести наибольшее количество соли. Поскольку молекулы хлорида железа довольно большие (м.в.=162,2), а, с другой стороны, техническая соль имеет 6-гидратную форму, которая не полностью диссоциирует на стадии приготовления раствора и поэтому частично уходит в поры в недисооциированном виде, требуется определенное отношение крупных макропор к общему объему пор.The essence of the proposed method is as follows: to absorb mercury vapor from gas emissions, it is important to select such an inorganic salt that would effectively bind mercury in the form of an insoluble salt, and, on the other hand, provide such a porous structure of the base that would allow to introduce the largest amount of salt uniformly . Since the molecules of iron chloride are quite large (mv = 162.2), and, on the other hand, the technical salt has a 6-hydrate form, which does not completely dissociate at the stage of preparation of the solution and therefore partially goes into the pores in an undisociated form, it is required a certain ratio of large macropores to the total pore volume.

Таким образом, приготовление пропиточного раствора и термообработка продукта должна вестись в "мягких" температурных режимах, обеспечивающих как удаление излишней влаги, так и закрепление неорганической соли на активной поверхности угля. При этом само количество хлорида железа должно быть достаточным для достижения высокой поглотительной способностями, но, с другой стороны, не ухудшать кинетику поглощения.Thus, the preparation of the impregnating solution and heat treatment of the product should be carried out in “mild” temperature conditions, providing both the removal of excess moisture and the fixing of inorganic salt on the active surface of coal. At the same time, the amount of iron chloride itself must be sufficient to achieve a high absorption capacity, but, on the other hand, not worsen the absorption kinetics.

Предложенный способ осуществляется следующим образом: берут активный уголь в виде зерен с размерами частиц 0,5-2 мм типа СКТ (СКТ-6А ТУ 6-16-2333-79), или типа АГ (АГ-5 ГОСТ 20777-75), или иного типа с суммарным объемом пор 0,82-1,0 см³/г, затем готовят водный раствор хлорида железа с концентрацией от 45 до 86 г/л. Пропитывание ведут в аппарате типа бетоносмесителя, куда дозируется сначала активный уголь, а затем приливают раствор хлорида железа в количестве, соответствующем его содержанию в готовой продукте 3,5-6,5%, причем вводят его при отношении объема раствора к массе активного угля 0,66-0,90:1. Пропитанный уголь выгружают из аппарата и вылеживают на открытом воздухе до сыпучести. Вылежанные частицы продукта сушат в печи "кипящего слоя" или вращающейся печи при температуре 100-109°С в течение 40-50 мин. Полученный хемосорбент охлаждают до комнатной температуры и проводят оценку его поглотительной способности по парам ртути при следующих условиях: скорость газо-воздушного потока 0,2 м/сек; начальная концентрация паров ртути 3,5 мг/дм³; температура испытаний 18-25 °С; относительная влажность газовоздушного потока 50%, высота слоя хемосорбента 10 см.The proposed method is as follows: take activated carbon in the form of grains with particle sizes of 0.5-2 mm type SKT (SKT-6A TU 6-16-2333-79), or type AG (AG-5 GOST 20777-75), or another type with a total pore volume of 0.82-1.0 cm ³ / g, then prepare an aqueous solution of iron chloride with a concentration of from 45 to 86 g / L. Impregnation is carried out in an apparatus such as a concrete mixer, to which activated carbon is dosed first, and then a solution of iron chloride is poured in an amount corresponding to its content in the finished product 3.5-6.5%, and it is introduced at a ratio of solution volume to active carbon mass 0, 66-0.90: 1. Impregnated coal is discharged from the apparatus and aged in the open air to flowability. The matched product particles are dried in a fluidized bed furnace or rotary kiln at a temperature of 100-109 ° C for 40-50 minutes. The resulting chemisorbent is cooled to room temperature and its absorption capacity is evaluated for mercury vapor under the following conditions: gas-air flow rate of 0.2 m / s; initial concentration of mercury vapor 3.5 mg / DM ³ ; test temperature 18-25 ° C; relative humidity of the air flow 50%, the height of the layer of chemisorbent 10 cm

Полученный по данному способу хемосорбент имел поглотительную способность по парам ртути 8,8-14,5 мас.%.The chemisorbent obtained by this method had an absorption capacity for mercury vapor of 8.8-14.5 wt.%.

ПРИМЕР 1: Берут 1 кг активного угля АГ-5 с суммарной пористостью 0,82 см³/г, загружают в пропиточный аппарат; готовят водный раствор хлорида железа с концентрацией 54,9 г/л и пропитывают им уголь при соотношении 0,66:1, при этом содержание хлорида железа составит 3,5%; пропитку ведут в течение 20 мин при температуре 18°С; пропитанные зерна выгружают и вылеживают на открытом воздухе 15 мин (до сыпучего состояния); затем частицы продукта сушат в печи "кипящего слоя" при температуре 100°С в течение 50 мин; хемосорбент выгружают из печи, охлаждают и производят оценку его поглотительной способности, которая составила 8,8 мас.%.EXAMPLE 1: Take 1 kg of activated carbon AG-5 with a total porosity of 0.82 cm ³ / g, loaded into an impregnation apparatus; prepare an aqueous solution of iron chloride with a concentration of 54.9 g / l and impregnate coal with it at a ratio of 0.66: 1, while the content of iron chloride will be 3.5%; impregnation is carried out for 20 minutes at a temperature of 18 ° C; the impregnated grains are unloaded and aged in the open air for 15 minutes (to a loose state); then the product particles are dried in a fluidized bed furnace at a temperature of 100 ° C for 50 minutes; the chemisorbent is discharged from the furnace, cooled, and its absorption capacity is estimated, which amounted to 8.8 wt.%.

ПРИМЕР 2: Берут 1 кг активного угля АГ-5 о суммарной пористостью 0,88 см³/г, загружают в пропиточный аппарат; готовят водный раствор хлорида железа с концентрацией 57 г/л и пропитывают им уголь при соотношении 0,75:1, при этом содержание хлорида железа составит 4,1%; пропитку ведут в течение 20 мин при температуре 22°С, время вылеживания как в примере 1, сушка в печи "кипящего слоя" при температуре 105°С в течение 45 мин, далее, как в примере 1. Полученный продукт имел поглотительную способность по парам ртути 12 мас.%.EXAMPLE 2: Take 1 kg of activated carbon AG-5 with a total porosity of 0.88 cm ³ / g, loaded into an impregnation apparatus; prepare an aqueous solution of iron chloride with a concentration of 57 g / l and impregnate coal with it at a ratio of 0.75: 1, while the content of iron chloride will be 4.1%; the impregnation is carried out for 20 min at a temperature of 22 ° C, the aging time as in example 1, drying in a fluidized bed furnace at a temperature of 105 ° C for 45 min, then, as in example 1. The resulting product had a vapor absorption capacity mercury 12 wt.%.

ПРИМЕР 3: Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что в качестве основы брали активный уголь СКТ-6A с суммарной пористостью 1,0 см³/г, пропитку вели раствором с концентрацией 86 г/л при соотношении 0,9:1 и температуре 29°С, что обеспечивает введение в хемосорбент 6,5% хлорида железа и сушка в печи "кипящего слоя" при 109°С в течение 40 мин. Полученный продукт имел поглотительную способность по парам ртути 14,3%.EXAMPLE 3: The implementation of the process as in example 1, except that as the base was taken active carbon SKT-6A with a total porosity of 1.0 cm ³ / g, the impregnation was carried out with a solution with a concentration of 86 g / l at a ratio of 0.9 : 1 and a temperature of 29 ° C, which ensures the introduction of 6.5% iron chloride into the chemisorbent and drying in a fluidized bed furnace at 109 ° C for 40 minutes. The resulting product had a mercury vapor absorption capacity of 14.3%.

Хемосорбент, полученный по известному способу (см. патент РФ 2019288 кл. С 01 B 31/16, опубл. 15.09.94 г.), имел в аналогичных условиях испытания поглотительную способность по парам ртути 5,7 мас.%.The chemisorbent obtained by a known method (see RF patent 2019288 class C 01 B 31/16, publ. September 15, 94), under similar test conditions, had an absorption capacity for mercury vapor of 5.7 wt.%.

Таким образом, предложенный способ позволяем изготавливать хемосорбент, имеющий поглотительную способность по парам ртути на 54-150% выше, чем у полученного по известному способу.Thus, the proposed method allows us to produce a chemisorbent having an absorption capacity for mercury vapor is 54-150% higher than that obtained by the known method.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.From the foregoing, it follows that each of the features of the claimed combination to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, and the entire population is sufficient to characterize the claimed technical solution.

Claims (2)

1. Способ получения хемосорбента, включающий импрегнирование активного угля раствором неорганической соли, термообработку и рассев гранул, отличающийся тем, что в качестве неорганической соли используют хлорид железа (III), импрегнирование ведут при температуре 18-29°С при соотношении уголь:раствор=1:(0,66-0,90), а термооработку осуществляют при температуре 100-109°С.1. A method of producing a chemisorbent, including impregnation of activated carbon with an inorganic salt solution, heat treatment and sieving of granules, characterized in that iron (III) chloride is used as inorganic salt, impregnation is carried out at a temperature of 18-29 ° C with a ratio of coal: solution = 1 : (0.66-0.90), and heat treatment is carried out at a temperature of 100-109 ° C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация хлорида железа (III) в растворе составляет 45-86 г/л.2. The method according to claim 1, characterized in that the concentration of iron (III) chloride in the solution is 45-86 g / L.