Результат интеллектуальной деятельности: ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ МАССА ДЛЯ ОЧИСТКИ КАРБИДНОГО АЦЕТИЛЕНА ОТ ПРИМЕСЕЙ

Изобретение относится к области очистки газов от примесей, например карбидного ацетилена от фосфина (РН₃) и сероводорода (H₂S), и может быть использовано в различных областях промышленности для очистки газов от аналогичных примесей.

Количество примесей в неочищенном газообразном ацетилене в виде РН₃ и H₂S зависит от качества исходного сырья (карбида кальция кускового) и способа его разложения водой. Практическое же содержание таких примесей в исходном ацетилене колеблется в пределах, % об.: РН₃ от 0,03 до 0,18; H₂S от 0,08 до 1,5 [В. А. Ковалевский и др. Устройство и эксплуатация оборудования для получения ацетилена. М.: Высшая школа, 1965, с.25-26].

Необходимость очистки карбидного ацетилена от РН₃ и H₂S обусловлена, в основном, двумя факторами:
1) отношением РН₃ и H₂S к сильнодействующим ядовитым веществам;
2) присутствие их в ацетилене в большом количестве снижает качество сварного соединения при сварке специальных сталей и некоторых цветных металлов [В.А. Ковалевский и др. Устройство и эксплуатация оборудования для получения ацетилена. М.: Высшая школа, 1965, с.25-26].

Известны составы для очистки газов от РН₃, содержащие:
1) хлорное железо, сернокислую соль двухвалентной меди, гидрат карбоната натрия, окись ртути, инфузорную землю и воду;
2) порошкообразную инфузорную землю, пропитанную хромовым ангидридом и серной кислотой, с содержанием влаги до 20% мас. [И.И. Стрижевский. Технические основы и безопасность производства газообразного и растворенного ацетилена. М.: Химия, 1968, с.72-75].

Данные составы приготовлены на основе носителя - инфузорной земли.

К основным недостаткам таких составов относятся: многокомпонентность, сложность в приготовлении, использование ядовитых, токсичных и агрессивных реагентов (окись ртути, хромовый ангидрид, серная кислота), большой расход составов в процессе очистки (в среднем 270-300 г/дм³) по причине ограниченного срока службы, высокое динамическое сопротивление потоку очищаемого газа за счет склонности сорбента к слеживаемости, а также дефицит инфузорной земли и дороговизна.

Известен состав для очистки газов от РН₃, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту, йодид калия, инфузорную землю и воду [Авторское свидетельство СССР 806084, М.кл. B 01 D 53/14, С 10 Н 23/00, 1975г.].

Известный состав приготовлен на основе носителя - инфузорной земли и содержит йодид калия.

К основным недостаткам данного состава относятся высокая токсичность и агрессивность (за счет использования хромового ангидрида и серной кислоты), сложность в приготовлении и использовании, а также дефицит инфузорной земли и дороговизна.

Из авторского свидетельства СССР. 940890, B 01 D 53/02, 1982 известен состав для очистки газа от РН₃ и H₂S, содержащий галогенид железа, золу экибастузского угля и воду в следующих количествах, мас.%:
Галогенид железа - 13,4-26,7
Зола - 55,5-69,7
Вода - Остальное
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является состав для очистки карбидного ацетилена от фосфина и сероводорода, содержащий хромовый ангидрид, свободную серную кислоту, йодистый калий, порошкообразный глинозем и воду (RU 2145516). Общим с прототипом являются следующие признаки: наличие йодистого калия и воды.

К недостаткам прототипа следует отнести: токсичность, недостаточный срок службы, образование неутилизируемых отходов, высокую себестоимость очистки.

Задача изобретения - устранение токсичности, многократное увеличение срока службы поглотителя, возможность утилизации образующихся отходов, снижение материальных затрат.

Поставленная задача решена путем очистки карбидного ацетилена от примесей фосфина и сероводорода поглотительной массой, приготовленной на основе активного рекуперационного угля (Угли активные. Каталог. Чебоксары, 1983, с. 4), со следующими характеристиками: насыпная плотность 0,55-0,60 кг/дм³, прочность гранул на истирание не менее 70%, массовая доля фракции 1,0-5,0 мм не менее 98%, обработанного (до адсорбции) йодистым калием, при этом масса содержит компоненты в количестве (мас.%):
Йодистый калий - 1,5-4,0
Активный рекуперационный уголь - 95,0-98,0
Вода - Остальное
Отличительной особенностью предлагаемой поглотительной массы, по сравнению с прототипом, является использование активного рекуперационного угля, имеющего названные выше показатели. А указанная выше совокупность признаков позволила решить поставленную задачу.

По сравнению с ранее используемыми носителями - инфузорной землей (аналоги) и золой экибастузского угля - углеродный носитель выгодно отличается высокой прочностью гранул (65-75 г/дм³), устойчивостью к разрушительному воздействию среды (механическому, химическому), отсутствием запыленности и слеживаемости, возможностью длительного хранения.

Предлагаемая масса на основе углеродного носителя экологически чистая, не токсична, обладает возможностью многократного использования, не слеживается, что позволяет снизить динамическое сопротивление газовому потоку при равномерном его распределении в массе. После полной отработки возможна ее утилизация на ТЭЦ в качестве топлива.

Срок службы ее увеличивается в десятки-сотни раз (по сравнению с аналогами и прототипом) за счет снижения влаги до 1,0% масс. и возможностью использования в двух режимах попеременно (адсорбция-десорбция).

Обработку углеродного носителя проводят следующим образом.

1. Углеродный носитель предварительно промывают химочищенной водой до полного визуального удаления пылевидных частиц (в случае их присутствия).

2. Углеродный носитель, обработанный по п.1, высушивается при температуре 110-120^oС (подъем температуры не более 10^oС в минуту) до конечного остаточного содержания воды не более 1% масс. и охлаждается до комнатной температуры.

3. Затем ведется тщательная обработка углеродного носителя водным раствором йодистого калия (из расчета 0,5-4,5% масс KJ) при равномерном постоянном перемешивании массы. После пропитки масса в растворе KJ выдерживается 30 минут.

4. После 30-минутной выдержки масса сушится и охлаждается при аналогичных условиях, изложенных в п.2.

Поглотительная масса опробирована в лабораторных условиях и на реальном газе ацетиленовой установки производительностью 20 м³/час.

Схема лабораторной установки и условия испытания выполнялись в соответствии с ТУ 6-21-33-78, с изм. 1-5 "Масса каталитическая для очистки ацетилена от фосфористого водорода".

В U-образную трубку загружали 0,1 дм³ испытуемой массы. Расход ацетилена из баллона определяли газовым счетчиком.

Содержание примесей РН₃ и H₂S в ацетилене до и после очистки первоначально (через 0,5 часа) определяли по индикаторным бумажкам с чувствительностью (% об.) по: РН₃ не более 0,002; H₂S - не более 0,005. При получении проскока определение проводили по ГОСТ 5457-75, с изм. 1-3 "Ацетилен растворенный и газообразный технический".

При проведении лабораторных опытов содержание примесей в карбидном ацетилене получено, % об.:
РН₃ до очистки 0,08-0,10; после очистки от отсутствия до 0,06 (в зависимости от компонентного состава испытуемого образца);
H₂S до очистки 0,007-0,01; после очистки - практическое отсутствие.

Норма в обоих случаях не более 0,05% об.

Возможность реализации предлагаемого изобретения показана на примерах, представленных в табл.1.

Как видно из табл.1, предложенная поглотительная масса (примеры 1-6) обладает более высокой поглотительной способностью, по сравнению с примерами 7-9, где наблюдалась более низкая активность. В примере 10, где содержание KJ составляло 4,5% масс. , получена также высокая степень очистки, равная 100%, как и в примере 1, где KJ в очищаемой массе составил 4,0% масс. Более низкая активность массы в примерах 7-9 объясняется неоптимальным содержанием компонентов в сорбенте.

Промышленные испытания проведены на техническом ацетилене, полученном из карбида кальция, в стационарных генераторах системы "вода на карбид" и "карбид в воду".

Испытуемый сорбент соответствовал составу примера 6 (табл.1) с процентом очистки, равным 100.

В процессе промышленных испытаний остаточное содержание РН₃ и H₂S в ацетилене контролировалось первоначально по индикаторным бумажкам до получения проскока (по РН₃ более 0,002% об, по H₂S более 0,005% об.) и при получении проскока по ГОСТ 5457-75, с изм. 1-3 "Ацетилен растворенный и газообразный технический".

В результате проведенных испытаний в режиме адсорбция-десорбция попеременно получено (табл.2) остаточное содержание примесей в газе (% об.): РН₃ 0,02-0,04 (на входе 0,08), H₂S<0,005-0,006 (на входе 0,01). Норма для обоих случаев не более 0,05% об.

Предложенная масса не токсична, экологически чистая, обладает высокой поглотительной способностью. Очищенный карбидный ацетилен отвечает требованиям Госстандарта по остаточному содержанию примесей в виде РН₃ и H₂S. Существенно снижены затраты при приготовлении и эксплуатации поглотительной массы. Исключены ядовитые, токсичные и агрессивные компоненты (окись ртути, хромовый ангидрид, серная кислота). Исключена возможность травматизма и коррозии оборудования, снижены трудозатраты при эксплуатации (сведено до минимума годовое количество перегрузок химочистителей).

Поглотительная масса работает в режиме адсорбция-десорбция. Десорбция примесей проводится в токе инертного газа (азота) в период естественной перегрузки генератора по сырьевым компонентам.

Использование массы не требует монтажа нового оборудования и изменения норм, предусмотренных регламентом.

Срок пробега массы, с учетом регенерации (десорбции), увеличивается в десятки-сотни раз без снижения поглотительной способности.

При промышленных испытаниях (загрузка двух параллельно работающих химочистителей) за период с 12.04. по 30.12.99г. поглотительная масса отработала (в режиме адсорбция-десорбция) 2500 часов без перегрузки и дополнительных вмешательств извне в процесс очистки. При этом заметного снижения активности испытуемой массы не наблюдалось, нет и разрушений углеродного носителя. Полной отработки сорбента не достигнуто.

Отработанная масса может быть утилизирована в качестве топлива, например на ТЭЦ.

Экономический эффект от реализации предложенного изобретения получен в сумме 1063,41 тыс. руб./год.