Патент на изобретение №2316391
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГЕНЕРИРУЕМОГО ПОГЛОТИТЕЛЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
(57) Реферат:
Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония и может быть использовано в технологии получения регенерируемых поглотителей диоксида углерода для очистки атмосферы от диоксида углерода герметичных объектов, для создания контролируемой газовой среды в плодоовощехранилищах, для очистки атмосферного воздуха в топливных элементах. Способ заключается во взаимодействии основного карбоната циркония и вещества, образующего гидроксид циркония. При этом в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксиды и/или гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, а именно оксид магния, оксид кальция, гидроксид лития, гидроксид магния, гидроксид кальция, гидроксид бария. Изобретение позволяет упростить технологию изготовления поглотителя и снизить его себестоимость за счет сокращения количества используемых в процессе реагентов и уменьшения количества операций способа. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония и может быть использовано в технологии получения регенерируемых поглотителей диоксида углерода для очистки атмосферы от диоксида углерода герметичных объектов, для создания контролируемой газовой среды в плодоовощехранилищах, для очистки атмосферного воздуха в топливных элементах и других областях техники, где необходимо получение газов, свободных от диоксида углерода. Известен способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония, основанный на взаимодействии растворов солей циркония: оксихлоридов, оксинитратов или нитратов, с растворами гидроксидов щелочных металлов или аммиаком (Бойчинова Е.С. Автореферат диссертации «Иониты и окислительно-восстановительные полимеры на основе циркония». Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1973 г.). Способ заключается во взаимодействии разбавленных солей циркония (нитрат оксициркония и хлорид циркония) с растворами гидроокиси натрия, калия, цезия и аммония. Известен способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония, основанный на взаимодействии растворов солей циркония с растворами щелочей (АС СССР №865381, МКИ B01J 20/06, 1981 г.). Способ состоит в следующем. Готовят растворы азотнокислого цирконила и растворы щелочи (КОН или NaOH). Крепкий 3-4 н. раствор азотнокислого цирконила вводят при перемешивании в 8-20 н. раствор щелочи. Образующийся осадок гидроксида циркония отделяют от маточного раствора, сушат при температуре 50-60°С, обрабатывают раствором щелочи, промывают водой до отрицательной реакции на анионы, сушат. Для получения гранул порошок подвергают формованию известными способами. Недостатками обоих известных способов являются трудоемкость изготовления, заключающаяся в большом количестве операций, и использование дорогостоящих солей циркония оксихлоридов и оксинитратов. Известен способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода из влажной атмосферы герметичных объемов на основе гидратированной двуокиси циркония (АС СССР №643431, МКИ C01G 25/02, 1979 г.) взаимодействием соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония. Способ заключается во взаимодействии раствора азотнокислого цирконила с раствором едкого натра с последующей отмывкой и сушкой продукта. Для повышения дисперсности и сорбционной емкости по диоксиду углерода исходные растворы берут с концентрацией азотнокислого цирконила 3-4 н. и едкого натра 8-20 н., осадок перед отмыванием и сушкой подвергают дополнительным операциям сушки при 50-60°С и обработки раствором едкого натра, взятым в количестве 20-50% от первоначального. Полученный тонкодисперсный порошок формуют в гранулы на любом грануляторном устройстве. Однако этот способ характеризуется большой трудоемкостью, обусловленной многостадийностью процесса и необходимостью операций отмывки образующейся гидратированной двуокиси циркония от анионов, а также использованием большого количества реагентов на единицу конечного продукта. Задачей изобретения является упрощение технологии изготовления поглотителя и снижение его себестоимости. Техническим результатом изобретения является сокращение количества используемых в процессе реагентов и уменьшение количества операций способа. Технический результат достигается тем, что в способе получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода, включающем взаимодействие соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония, в качестве соли циркония используют основной карбонат циркония, а в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксиды и/или гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов. Оксидами и/или гидроксидами щелочных и щелочно-земельных металлов могут быть оксид магния (MgO), оксид кальция (СаО), гидроксид лития (LiOH), гидроксид магния (Mg(OH)2), гидроксид кальция (Са(ОН)2), гидроксид бария (Ва(ОН)2). Изменение типа исходных компонентов в способе получения поглотителя диоксида углерода позволяет, во-первых, исключить операцию приготовления исходных растворов, так как указанные компоненты взаимодействуют в твердой фазе, во-вторых, исключить операцию отмывки от анионов, так как анионом является ион карбоната, который взаимодействует с исходными компонентами, а избыток удаляется в виде газовой фазы. Кроме того, образующиеся карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов являются структурирующей добавкой, улучшающей диффузионные характеристики конечного продукта. При этом адсорбционно-десорбционные свойства конечного продукта не ухудшаются. Наряду с этим используемые компоненты имеют более низкую стоимость, чем нитраты и хлориды циркония (в частности, в настоящее время стоимость оксинитрата циркония 2400 руб./кг, оксихлорида циркония 2700 руб./кг, основного карбоната циркония 230 руб./кг). Способ осуществляется следующим образом. Смешивают порошок основного карбоната циркония и порошок одного из следующих веществ: окиси или гидроокиси магния, окиси или гидроокиси кальция, гидроокиси бария, гидроокиси лития, при мольном соотношении металла к цирконию от 1:0,5 до 1:2,0. Смешение осуществляют в любом пригодном для смешения порошкообразных материалов, например в двухлопастном смесителе, в течение 1,0-1,5 часов. В процессе смешения компоненты взаимодействуют друг с другом с образованием твердой фазы гидроксида циркония. Полученный продукт смешивают с обычным связующим, например поливиниловым спиртом или поливинилацетатной эмульсией, в количестве 1-3% в расчете на сухие вещества. Затем осуществляют формование гранул любым известным способом (шнекование, таблетирование, закатка), полученные гранулы рассеивают и подвергают сушке при температуре 20-110°С. При смешении порошка основного карбоната циркония и порошков, вышеупомянутых веществ, протекает твердофазная химическая реакция с образованием гидроксида циркония и карбонатов вышеупомянутых веществ. Например: ZrO(OH)CO3+Са(ОН)2=ZrO(OH)2+СаСО3,+Н2O ZrO(OH)CO3+Ва(ОН)2=ZrO(OH)2+ВаСО3,+Н2О ZrO(ОН)СО3+Mg(OH)2=ZrO(OH)2+MgCO3,+Н2O ZrO(ОН)СО3+MgO+Н2O=ZrO(OH)2+MgCO3, ZrO(ОН)СО3+CaO+Н2O=ZrO(OH)2+СаСО3, ZrO(ОН)СО3+LiOH=ZrO(OH)2+LiCO3 Образующиеся карбонаты металлов являются высокодисперсными, нерастворимыми в воде веществами. Они оказывают структурирующее действие, улучшают кинетические характеристики поглотителя и повышают стабильность работы поглотителя в циклических условиях. Пример 1 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZrO2, смешивают с 43 г Са(ОН)2, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 15,26 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 2 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZiO2., смешивают с 51,5 г Са(ОН)2, перемешивают в течение 40-60 мин, добавляют 37,06 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 3 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZrO2, смешивают с 275 г Ва(ОН)28Н2O, перемешивают в течение 40-60 мин, добавляют 97,9 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течении 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 4 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZrO2, смешивают с 220,5 г Ва(ОН)2·8Н2О, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 85,7 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 5 200 г основного карбоната циркония, содержащего 0,7 моль ZrO2, смешивают с 38,5 г Mg(OH)2, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 40,0 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 6 200 г основного карбоната циркония, содержащего 0,7 моль ZrO2, смешивают с 82,0 г Mg(OH)2, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 35,5 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 7 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZiO2, смешивают с 23,5 г MgO, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 30,5 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 8 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZrO2, смешивают с 31,5 г MgO, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 43,5 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 9 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZrO2, смешивают с 25,2 г СаО, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 45,6 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 10 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZrO2, смешивают с 30,5 г СаО, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 40,56 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 11 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZrO2, смешивают с 453 мл 4,4% раствора LiOH, перемешивают в течение 40 мин, пасту подсушивают при 80°С до сухого состояния, добавляют 50,06 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 12 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моль ZrO2, смешивают с 758 мл 4,4% раствора LiOH перемешивают в течение 40 мин, пасту подсушивают при 80°С до сухого состояния добавляют 25,13 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Испытания полученного заявляемым способом регенерируемого поглотителя диоксида углерода осуществлялись на установке, имитирующей условия работы поглотителя для очистки воздуха герметичного объекта, регенерация поглотителя осуществлялась продувкой водяным паром. Условия проведения испытаний: – объем навески поглотителя 150 см3; – расход воздуха через слой поглотителя (16±1) л/мин; – объемная доля диоксида углерода в газовоздушной среде (0,3±0,02)%; – температура газовоздушной среды (20-65)°С; – относительная влажность воздуха (30-80)%. Результаты испытаний поглотителей представлены в таблице.
Изобретение позволяет повысить технологичность процесса изготовления поглотителя диоксида углерода без ухудшения сорбционных характеристик поглотителя.
Формула изобретения
1. Способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода, включающий взаимодействие соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония, отличающийся тем, что в качестве соли циркония используют основной карбонат циркония, а в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксиды и/или гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов. 2. Способ по п.1, отличающийся, тем, что в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют гидроксид кальция. 3. Способ по п.1, отличающийся, тем, что в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют гидроксид бария. 4. Способ по п.1, отличающийся, тем, что в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют гидроксид магния. 5. Способ по п.1, отличающийся, тем, что в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют гидроксид лития. 6. Способ по п.1, отличающийся, тем, что в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксид кальция. 7. Способ по п.1, отличающийся, тем, что в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксид магния. 8. Способ по п.1, отличающийся, тем, что взаимодействие компонентов осуществляют при мольном соотношении металла и циркония от 1:0,5 до 1:2,0.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
