АДСОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ
ADSORBENT FOR PURIFYING GASES AND LIQUIDS FROM HARMFUL IMPURITIES

Предлагаемое техническое решение относится к области очистки жидкостей и газов от вредных примесей, в том числе высокотоксичных и радиоактивных соединений, и может найти применение в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической, машиностроительной, атомной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод, дымовых газов и вентиляционных выбросов.
Известны сорбционные и ионообменные материалы в виде зерен, гранул и таблеток цилиндрической, сферической и овальной формы, изготовленных из так называемых активных углей, силикагелей, цеолитов и ионитов [Проскуриков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. - Л.: Химия, 1977, с.165, 169, 247, 252; Попова Н.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств. - М.: Химия, 1991, с.13, 53].
К причинам, препятствующим достижению данного технического результата, относятся низкая механическая прочность зерен, гранул и таблеток, приводящая к их измельчению и истиранию, особенно в аппаратах непрерывного действия с движущимся или псевдоожиженным слоем сорбентов, ионитов или зерен катализатора, что снижает производительность сорбции и увеличивает расход адсорбента.
Известны сорбционные и ионообменные материалы в виде волокон, которые сплетаются в нити, из которых изготовляют ткань или трикотаж, или остаются в виде нетканого материала и волокна [Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. T.1. - Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2003, с.718].
К причинам, препятствующим достижению заданного результата, относится снижение сорбционной емкости волокон по сравнению с сорбентами и ионитами в виде зерен, гранул и таблеток, что увеличивает их расход и снижает общую производительность процесса сорбции.
Известен способ получения сорбента, включающий обработку полихлорвиниловой фильтровальной ткани химическими реагентами с последующей термообработкой, при этом в качестве химического реагента используют хлорное железо или хлористый цинк [Авт. св. СССР №833278, B01D 12/04, 1981].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся невозможность использования такого сорбента в аппаратах непрерывного действия с движущимся или псевдосжиженным слоем, что уменьшает скорость массопереноса и снижает общую производительность сорбции.
Известен сорбент для гельхроматографии, представляющий собой пористые гранулы, при этом каждая гранула выполнена в виде пористой сферической оболочки, пронизанной порами субмолекулярного диаметра [Авт. св. СССР №639570, В01D 15/08, 1978].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложность изготовления пористой сферической оболочки и ее невысокая прочность, не позволяющая использовать такой сорбент в аппаратах с движущимся или псевдоожиженным слоем, что уменьшает скорость массопереноса и снижает общую производительность сорбции.
Известен сорбент «Чешуя» для извлечения растворенных компонентов из пульп, состоящий из частиц поглощающего материала, при этом каждая частица выполнена плоской с отношением ширины к толщине частицы 2/20, а для увеличения прочности частицы сорбента армированы, например, нитями, тканью или сеткой, выполнены с отверстиями или изогнуты [Авт. св. СССР №1022719, B01D 15/08, 1983].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится истирание и откалывание мелких зерен на краях частиц сорбента в местах, не армированных нитями, тканью или сеткой, особенно при их использовании в аппаратах с движущимся или псевдоожиженным слоем адсорбента, что снижает производительность и увеличивает расход адсорбента.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и принятому за прототип является адсорбент для дезактивации радиоактивных отходов и способ его получения, выполненный в виде гранул и включающий кремнийсодержащий материал. При этом он дополнительно содержит соединения щелочных и/или щелочноземельных элементов и связующее вещество и выполнен с покрытием в виде механической смеси, состоящей из соединений щелочных и/или щелочноземельных элементов и активатора [Патент РФ №2005139943, G21F 9/12, 2007]. Покрытие гранул осуществляют путем напыления на них механической смеси, состоящей из соединений щелочных и/или щелочноземельных элементов и активизатора, представляющего собой соли сульфидов и фторидов металлов, а также серно-кислого и углекислого бария.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся недостаточная прочность гранул и повышенное сопротивление процессу адсорбции напыленой на поверхность гранул механической смеси, закупоривающей микропоры адсорбента. Это уменьшает скорость адсорбции и производительность, а также ограничивает применение известного адсорбента в адсорберах непрерывного действия с движущимся или псевдоожиженным слоем адсорбента.
Задачей предлагаемого технического решения является увеличение срока службы гранул в адсорберах непрерывного действия с движущимся или псевдоожиженным слоем адсорбента за счет предотвращения его измельчения при истирании и ударе гранул друг о друга.
Техническим результатом является увеличение производительности и уменьшение расхода адсорбента за счет перехода от периодического к непрерывному режиму работы и уменьшению затрат на регенерацию отработанных гранул адсорбента.
Поставленный технический результат достигается тем, что адсорбент для очистки газов и жидкостей от вредных примесей выполнен в виде гранул, которые снабжены оболочкой из текстильного материала с ворсом, при этом элементы ворса обращены наружу и их длина равна 0.4-1.5 мм. Кроме того, текстильный материал выполнен, например, из сорбционного или ионообменного текстильного материала.
Выполнение оболочки гранул из текстильного материала (тканевого или трикотажного) с ворсом не позволяет при использовании этих гранул в движущемся или псевдоожиженном слое ударяться или истираться поверхностям гранул друг о друга, что предотвращает их измельчение и пылеобразование и увеличивает срок их службы, а значит и производительность, уменьшая время регенерации и возвращения гранул в режим адсорбции, уменьшает необходимость в новых гранулах адсорбента, т.е. уменьшает его расход.
Выполнение оболочки гранул из текстильного материала с ворсом так, что элементы ворса обращены наружу, не позволяет непосредственно сталкиваться гранулам друг с другом, т.к. они амортизируют при сближении элементами ворса. Это уменьшает инерционные силы при ударе гранул друг о друга и предотвращает измельчение гранул внутри оболочки.
Увеличение длины элементов ворса выше указанного предела 1.5 мм при обычно среднем размере гранул адсорбента 4-5 мм приводит к потере устойчивости элементов ворса, особенно после нескольких стадий адсорбции и регенерации, их прилеганию на основную часть текстильного материала, образующую оболочку гранул, уменьшению фильтрующей способности оболочки и увеличению сопротивления для массообмена между очищаемой жидкостью или газом и поверхностью адсорбента, что приводит к снижению скорости адсорбции.
Уменьшение длины элемента ворса ниже указанного предела 0.4 мм вызывает увеличение жесткости элементов ворса, что при столкновении гранул адсорбента в движущемся или псевдоожиженном слое приводит к большим силам инерции и раскалыванию или истиранию гранул адсорбента. Это снижает срок его службы, увеличивает время регенерации и необходимость в свежем адсорбенте, а значит, снижает производительность.
Выполнение оболочки из сорбционного или ионообменного текстильного материала позволяет использовать его для дополнительного поглощения вредных веществ из газов и жидкостей, что приводит к возрастанию скорости массообмена и увеличению производительности процесса адсорбции.
На фиг.1-3 показан общий вид гранул с предлагаемой оболочкой, выполненной из текстильного материала с ворсом, когда элементы ворса обращены наружу и их длина равна 0.4-1.5 мм: на фиг.1 - гранула цилиндрической формы; на фиг.2 - гранула сферической формы; на фиг.3 - гранула овальной формы.
Адсорбент состоит из гранулы 1 с оболочкой 2, выполненной из текстильного материала, на наружной поверхности которого имеются элементы ворса 3 с длиной 0.4-1.5 мм.
Абсорбент работает следующим образом. Гранулы 1 адсорбента непрерывно подают в адсорбционную колонну сверху вниз, а навстречу им снизу вверх подают очищаемую жидкость или газ. При скорости жидкости или газа ниже скорости псевдоожиженния гранулы адсорбента под действием силы тяжести опускаются в виде плотного движущегося слоя вниз к выходному патрубку адсорбента и выводятся из колонны.
В процессе движения по колонне гранулы адсорбента не соприкасаются друг с другом, т.к. этому препятствуют элементы ворса 3 и сама поверхность оболочки из текстильного материала, но в то же время эта поверхность практически не создает диффузионного сопротивления для молекул вредных веществ, которые свободно проходят в поры гранул адсорбента. Так как элементы ворса 3 имеют длину не менее 0.4 мм при обычных размерах гранул 3-5 мм, то они не позволяют сближаться гранулам и истираться их поверхностям. В то же время длина элементов ворса 3 не превышает длину 1.5 мм, что обеспечивает их жесткость, препятствующую их прилеганию к поверхности текстильного материала оболочки 2 и возрастанию сопротивлению массообменным процессам при движении очищаемой жидкости или газа к поверхности гранул 1 адсорбента.
При скорости жидкости или газа выше скорости псевдоожижения гранулы 1 вместе с оболочкой 2 переходят в псевдоожиженное состояние, при котором скорость массопередачи значительно возрастает по сравнению с обычным процессом адсорбции в неподвижном или движущемся плотным слоем адсорбента. Оболочка 2 с элементами ворса 3 на наружной поверхности в псевдоожиженном слое защищает поверхность гранул 1 адсорбента от измельчения и истирания, т.к. препятствует их непосредственному столкновению в псевдоожиженном слое. Кроме того, колебания элементов ворса 3 на наружной поверхности способствуют увеличению массообменных процессов в гранулах 1 адсорбента.
Сталкиваясь в псевдоожиженном слое между собой элементами ворса 3, последние имея размеры 0.4-1 мм пружинят, смягчая удары и силы инерции, действующей на гранулы, что также уменьшает вероятность их разрушения, увеличивает срок службы, уменьшает расход адсорбента и способствует увеличению производительности адсорбционных процессов.
При регенерации гранул 1 адсорбента паром или горячей жидкостью оболочка 2, выполненная из текстильного материала с элементами ворса 3 на наружной поверхности, практически не препятствует процессам десорбции уловленных молекул вредных веществ из микропор гранул 1. Наоборот, зазор между гранулами 1, который обеспечивают элементы ворса 3, препятствует прилеганию поверхности гранул 1 друг к другу и облегчает движение пара или горячей жидкости около поверхности гранул 1. Это уменьшает время десорбции и в целом увеличивает производительность всего процесса.
Таким образом, гранулы адсорбента с оболочкой, выполненной из текстильного материала с ворсом, когда элементы ворса обращены наружу и их длина не превосходит 0.4-1.5 мм, позволяют вести процесс адсорбции в движущемся или псевдоожиженном слое адсорбента в непрерывном режиме без измельчения и истирания гранул адсорбента, загрязнения его микропор, с увеличением скорости массопередачи и степенью насыщения гранул молекулами извлекаемых веществ. Это увеличивает время работы гранул, уменьшает расход адсорбента, облегчает его регенерацию и увеличивает в целом производительность процесса адсорбции.