АДСОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

Предлагаемое техническое решение относится к области очистки жидкостей и газов от вредных примесей на молекулярном и ионном уровне, в том числе токсичных и радиоактивных соединений, и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, энергетической, атомной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки промышленных и бытовых сточных вод, дымовых газов и вентиляционных выбросов.
Известны сорбционные, каталитические и ионообменные материалы в виде зерен, гранул или таблеток цилиндрической, сферической и овальной формы, изготовленных из так называемых активных углей, силикагелей, цеолитов и ионитов [Проскуриков В.Α., 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 заданного технического результата, относятся невысокая интенсивность массообменных и химических процессов адсорбции и ионообмена из-за малой механической прочности зерен, гранул и таблеток, приводящей к их измельчению и истиранию, особенно в аппаратах непрерывного действия с движущимся или псевдоожиженным слоем зерен, гранул или таблеток, что снижает производительность массобменных и химических процессов во времени и увеличивает расход этих материалов.
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, относится невозможность использования такого сорбента в аппаратах непрерывного действия с движущимся или псевдоожиженным слоем фильтровальной ткани, что снижает интенсивность массообменных и химических процессов и общую производительность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является адсорбент для очистки газов и жидкостей от вредных примесей, выполненный в виде гранул, снабженных оболочкой из текстильного материала с ворсом, при этом элементы ворса обращены наружу и их длина равна (0,4÷1,5) мм, а сам текстильный материал с ворсом выполнен из сорбционного или ионообменного материала (описание изобретения к патенту РФ №2361662, B01J 20/20, 2009).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность массообменных или химических процессов из-за их торможения на оболочке из текстильного материала и поверхности гранул, что снижает производительность этих процессов и увеличивает расход адсорбента.
Задачей предлагаемого технического решения является интенсификация массообменного или химического процесса за счет увеличения скорости подвода молекул или ионов вредных примесей к поверхности гранул.
Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение производительности по очищаемой жидкости или газу от вредных примесей.
Поставленный технический результат достигается тем, что в адсорбенте для очистки газов и жидкостей от вредных примесей, выполненном в виде гранул, снабженных оболочкой из текстильного материала с ворсом, причем элементы ворса обращены наружу и их длина равна (0,4÷1,5) мм, при этом оболочка дополнительно снабжена внутренним слоем электропроводного текстильного материала.
Дополнительное снабжение оболочки внутренним слоем из электропроводного текстильного материала, например углеродной ткани или электропроводных полимерных материалов таких как полиацетилен, полипиррол, политиофен, полианилин и др. [Semiconducting Polymers; Vol., edited by G. Hadziioannou and P.F.v. Hutten (WILEY-VCH, Weinheim, 2007). Sirringhaus H.. Device physics of Solution-processed organic field-effect transistors. Adv. Mater. 1, (2005) S.2411; Смит В., Бочков Α., Кейпл P. Органический синтез. Наука и искусство: Пер. с англ. - М.: Мир, 2001. - 573 с, ил.]., позволяет вести массообменный и химический процессы в электрическом поле, под действием которого ионизированные молекулы вредных веществ в газе или ионы вредных веществ в жидкости движутся с большой скоростью к поверхности оболочки, что уменьшает внешне-диффузионное торможение, увеличивает массоотдачу молекул или ионов вредных веществ к поверхности гранул адсорбента и в целом увеличивает производительность по очистке газов и жидкостей от вредных примесей.
На фиг. 1-3 показан общий вид гранул с πpeдлагaeмoй оболочкой, выполненной из текстильного материала с ворсом, когда элементы ворса обращены наружу и их длина равна (0,4÷1,5) мм, при этом оболочка дополнительно снабжена внутренним слоем из электропроводного текстильного материала, например углеродной ткани; 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, при этом оболочка 2 дополнительно снабжена внутренним слоем из электропроводного текстильного материала 4, например углеродной ткани.
Адсорбент работает следующим образом. Гранулы 1 адсорбента непрерывно подают в адсорбционную колонну сверху вниз, а навстречу им снизу вверх подают очищаемую жидкость или предварительно ионизированный газ. В колонне установлены перфорированные цилиндры, подключенные к полюсам источника постоянного тока (патент на полезную модель РФ №101940, B01D 53/02, 2011.
При скорости жидкости или газа ниже скорости псевдоожижения гранулы 1 адсорбента под действием силы тяжести опускаются сверху вниз навстречу потоку жидкости или газа в виде плотного движущегося слоя и выводятся из колонны.
Под действием электрического поля ионы загрязняющих веществ в очищаемой жидкости или газа двигаются с большой скоростью к противоположно заряженным перфорированным цилиндрам и сталкиваются с текстильным материалом оболочек 2 гранул 1.
Так как оболочка 2 дополнительно снабжена внутренним слоем 4 из электропроводного текстильного материала, то ионы загрязняющих веществ разряжаются на нитях электропроводного текстильного материала, проходят сквозь них к поверхности гранул 1, на которых идет процесс массообмена или химическая реакция. Большая скорость движения заряженных ионов загрязняющих веществ в электрическом поле к нитям внутреннего слоя 4 из электропроводного текстильного материала интенсифицирует внешний процесс массопереноса, а значит увеличивает производительность очистки газов или жидкостей от вредных примесей. Кроме того, наличие на наружной поверхности оболочки 2 элементов ворса 3, смягчает удары гранул 1 друг о друга и о стенки корпуса аппарата и перфорированные цилиндры, предотвращает истирание и измельчение гранул 1, что способствует увеличению времени работы гранул 1, а значит приводит к росту производительности процесса очистки газов и жидкостей от вредных примесей.
При скорости жидкости или газа выше скорости псевдоожижения гранулы 1 вместе с оболочкой 2, дополнительно снабженной внутренним слоем 4 из электропроводного текстильного материала переходят в псевдоожиженное состояние. В этом случае процесс очистки от вредных примесей ведут в аппарате для проведения сорбционных процессов во взвешенном слое (патент РФ №2078410, B01D 53/06, 1997), снабженном кольцом и стаканом с перфорированным днищем из электропроводного материала, которые подсоединены к противоположным полюсам источника постоянного тока. Гранулы 1 адсорбента вместе с оболочкой 2, дополнительно снабженной внутренним слоем 4 из электропроводного текстильного материала, непрерывно подаются сверху вниз в корпус аппарата и переводятся во взвешенное состояние поступающим в аппарат снизу вверх потоком очищаемого газа или жидкости. Так как нити внутреннего слоя 4 из электропроводного текстильного материала, получают одноименный заряд от стенки стакана, то гранулы 1 адсорбента отталкиваются друг от друга, что уменьшает возможность их столкновения и измельчения гранул 1 при ударе. Это увеличивает время работы гранул 1 адсорбента и способствует увеличению производительности. Кроме того, электрическое поле увеличивает скорость подвода противоположно заряженных ионов или молекул вредных веществ к поверхности внутреннего слоя 4 выполненного из электропроводного текстильного материала, что способствует интенсификации массообменных процессов на поверхности гранул 1, а значит приводит к росту производительности при очистке газов и жидкостей от вредных примесей.
При регенерации гранул 1 адсорбента паром или горячей жидкостью текстильный материал оболочки 2 с внутренним слоем 4 из электропроводного текстильного материала, практически не препятствует процессам десорбции уловленных молекул или ионов вредных веществ из микропор гранул 1. Наоборот, зазор между гранулами 1, который обеспечивают элементы ворса 3, препятствуют 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 1 адсорбента с текстильным материалом оболочек 2, дополнительно снабженной внутренним слоем 4 из электропроводного текстильного материала с элементами ворса 3 на наружной поверхности оболочек 2 позволяет вести процесс адсорбции в движущемся или псевдоожиженном слое адсорбента в непрерывном режиме в электрическом поле без измельчения и истирания гранул 1. Это интенсифицирует массообменные процессы, увеличивает время работы гранул 1, уменьшает расход адсорбента, облегчает его регенерацию и увеличивает в целом производительность процесса адсорбции.