Способ получения активного угля

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО УГЛЯ, включающий карбонизацию гидролизованных растительных отходов и последующую активацию карбонизованных отходов, отличающийс я тем, что, с целью повышения производительности процесса, карбонизацию ведут до 140-400с со скоростью 10-40 град/мин, в интервале 400-600 С со скоростью 15-30 град/мин и с выдержкой при 500-600 С в течение 10-30 мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активацию ведут при 800-1000 С в течение 9 дут при 30 мин. I СЛ L 00 Ч ГО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

9(51) С 01 В 31 08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 2790904/23-26 (22) 12.07.79 (31) РЕ-1046 (32) 13.07.78 (33) BHP (46) 07.03. 84. Бюл. М 9 (72) Шандор Беркеш, Янош Иестль, Бела Семеш, Дьюла Кинчеш, Иштван Виг, Габор Ходошши, Лайош Дьердь, Ласло

Носко, Иштван Лакатош, Габор Немешхедьи, Антал Шиман, Габор Терек и Дьердь Фоти (BHP) (71) Пети Нитрогенмювек (ВНР) (53) 661.183.2(088.8) (56) 1, Патент США 9 3840476, кл. С 01 В 31/08, опублик. 1974.

2. Получение активного угля из гидролизного лигнина (перевод с болгарского). — "Лесохимия и подсочка", 1970, Р 5, с. 14-16 (прототип) GU „10 1 А (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО УГЛЯ, включающий карбонизацию гидролизованных растительных отходов и последующую активацию карбонизованных отходов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности процесса карбоГ низацию ведут до 140-400 С со скоростью 10-40 град/мин, в интервале

400-600 С со скоростью 15-30 град/мин о и с выдержкой при 500-600 С в течение 10-30 мин.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем что активацию ведут при 800-1000 С в течение 9

Б .30 мин.

1079172

Органическими кИслотами, посредством которых получается гидролиэованный растительный материал отходов, применяемый предлагаемыми способом в качестве исходного, с целесообразностью служат содержащие н материале отходов и/или освобожденные из него вследствие разложения органические кислоты, в частности уксусная кислота и/или муравьиная кислота (особенно первая).

Получаемый активированный уголь обладает соответствующим, заранее установленным или заранее определенным размером пор, его удельная поверхность и выход велики. Предлагаемый способ осуществляют непрерывно при незначительных затратах в результаI те которого активированный уголь подходит для целей защиты окружающей среды и его получение не вызывает

„ее загрязнения.

При активации путем надлежащего выбора параметров регулировать средний размер пор и их объем или при соответствующей загрузке распределение размеров пор в зависимости от сферы применения получаемого активированного угля. Размер пор получаемого предлагаемым способом активированного угля может составлять 5-1000 K.

Для получения такого активированного угля активацию целесообразно проводить при 800 900 С в течение 3-5 мин водяным паром или 20 — 30 мин двуокисью углерода или дымовым газом. Можно смешивать упомянутые средства активации друг с другом или применять их попеоеменно для получения активированного угля поры которого имеют преимущественно о размер 100-1000 А, целесообразно проводить активацию при 900-1000 С о и с периодом обработки 20-30 мин двуокисью углерода или дымовым газом, либо с периодом обработки 7-10 мин водяным паром.

При осуществлении способа целесообразно применять высушенный материал отходов. Размер зерен этого материала составляет 0,2-20 мм и зависит от величины частиц применяемого для кислотного гидролиза исходного материала, так как величина частиц исходного материала при способе почти не изменяется, величина частиц получаемого активированного угля„ в основном, оказывается в этих пределах.

Цель изобретения — повышение производительности процесса.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения актив-55 ного угля, включающему карбонизацию гидроизолированных растительных отходов и последующую активацию карбонизованных отходов, карбонизацию ведут до 140-400 C со скоростью 1040 град/мин, в интернале 400-б00 С со скоростью 15-30 град/мин и с выдержкой при 500 C в течение 10-30 мин. о

Причем активацию ведут при 8001000ОC в течение 9-30 мин. 65

Изобретение относится к способу получения активйрованного угля с большой удельной поверхностью и регулируемыми размерами пор и применяется для очистки промышленных сточных вод, 5

Известно, что при многих способах химической промышленности для удаления возникающих побочных продуктов или для очистки образующейся сточной воды применяется акти- 10 вированный уголь. Вследствие воз— росшего значения проблемы защиты окружающей среды большая часть получаемого активированного угля упот-ребляется для этих целей. Поэтому при получении актинировнного угля следует, в первую очередь, учитывать требования указанной области применения, как в отношении пористой структуры, так и в отношении дисперсности частиц активнога угля.

Известен способ активного угля, полученного в псевдоожиженном слое, осуществляемый в две стадии, в котором исходный материал сначала обрабатывают кислородсодержащим газом при 300-40 С, а затем газом, содержащим 50-о опара,,при 900

1100вС (1) .

-Получаемый данным способом активированный уголь особенно приго- 30 ден для связывания органических зазагрязнений, содержащихся в сточных водах нефтеперерабатывающих заводов.

Однако в данном способе продолжительность активации велика (около 35

7-20 ч), с увеличением продолжительности активации сильно уменьшается удельная поверхность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения активного угля, включающий карбонизацию гидролиэованных растительных отходов лигнина до 450 С в течение примерно

3,5 часов и последующую активацию при 800-850 С в течение 2-10 ч (2) .

Однако известный способ осущест45 вляется н течение длительного периода времени, что снижает производительность процесса, и в нем получают низкий выход активиронанного угля (до 193) . 50

В качестне исходного материала для способа можно применить, например, материалы отходов — остатки от получения фурфурола и кормовых дрожжей. В качестве примеров можно назвать материалы отходов, получаемые из опилок, кукурузных початкон, кукурузной соломы, древесных стружек, рисовой шелухи, камыша или его обрез1079172

6,5

7„0

28,0

18,5

19,4

7 с6

22,5

68,3

4,0

2,0

3,?

1,0

14 5

16,2

31,4

20,7

11,4

2,6

2,2

3 5 вес.Ъ зйой трубке, 200 С повыша60

65 ков путем кислотного автокаталитического гидролиза.

При осуществлении способа можно применять в качестве исходного влажный, содержащий например 5Ъ влаги, материал. В этом случае целесообразно для предварительной сушки материала подогревать до начальной температуры части подогрева термической обработки, т.е. до 150оС, со скоростью приблизительно 30оС/мин. Для 10 подогревания целесообразно применять непосредстненным или косвенным обогревом природный газ или дымовой газ

1 происходящий от сгорания образующихся при карбонизации продуктов раз- )5 ложения., Во время карбонизации можно пропускать через реакционное пространство, содержащее карбонизуемый материал, прямотоком или в протинотоке инертный газ, например азот, дву20 окись углерода или иной бескислородный или газ, содержащий мало кислорода (как дымовой газ), с целью вымывания продуктов разложения из остающегося углеродного каркаса.

Целесообразно конденсирующуюся долю продукта карбонизации вымораживать с помощью охлаждающей смеси ацетон/двуокись углерода, а затем подогревать до температуры активации и активировать.

Верхние предельные значения скоиости нагрева нельзя превышать изэа того, что выход способа снижается примерно на 3-4Ъ. Увеличение времени 35 пребывания неблагоприятно сказывается на качественных характеристиках активного угля, например, йодном числе или числе метиленовой сини, если они работают с более низкими скорос- 40 тями нагрева, чем выше укаэанные нижние предельные значения, а также и н отношении температур.

Пример 1. 100 r высушенного на воздухе остатка от процесса получения фурфурола из кукурузных початков химического состава.

Компоненты, вес.Ъ

Лигнин

Целлюлоза

Белковые вещества 50

Пентоэан

Зола

Фракционный состав, мм,Ъ:

2,0

0,63

0,5

0,2

0,16

0,08

0,05

0,05 и с содержанием влаги карбониэуют в пироли причем температуру до ют со C/ìèí, îò 200 до

400ОC со скоростью 10ОC/ìèí и от 400 до 600 С вЂ” со скоростью 16 C/Mèí.

Затем температуру 600 С поддерживают о

10 мин и материал таким образом карбонизуют. При этом через пиролизную трубку пропускают азот со скоростью

25 л/ч.

Из полученных продуктов разложения конденсирующиеся продукты вымораживают в присоединенной к пиролизной трубке и охлаждаемой охлаждающей смесью ацетон/двуокись углерода ловушке. По окончании дегазации трубку охлаждают н токе используемого газа. Продукт вносят в хорошо закрывающийся сосуд. Таким образом получают 38 г 38Ъ)карбониэованного продукта.

Карбониэованный продукт в пиролизной трубке со скоростью 16 C/мин доводят до 900 С и при этой темпео ратуре активируют 10 мин — в трубку со скоротью подачи 100 г/ч вводят воду и образующийся из воды водяной пар пропускают через материал, причем в качестве газа-носителя используют азот со скоростью 25 л/ч. По окончании актинирования пиролизную трубку при поддерживании тока азота оставляют охлаждаться до комнатной температуры. Продукт закрывают в хорошо закрывающемся сосуде и таким образом получают 22 г актинного угля, что соответствует выходу 57,89Ъ в расчете на карбонизированный 7Ipo дукт и выходу 22Ъ н расчете на используемый в качестве исходного вещества остаток после получения фурфу-. рола.

Активный уголь имеет следующие характеристики:

Йодное число 891 мг/г пробы, число метиленовой сини 4,8 см метиленового синего/0„1 г прсбы, Фракционный состан активного угля, мм, Ъ:

2,0

0,63

0,5

0,2

0,08

0,05

0,05

Пример 2. 100 .- высушенного на воздухе (содержание влаги 3,5 нес.Ъ) остатка от получения фурфурола из кукурузных початков (его химический и фракционный состав такой же, как в примере 1) карбониэуют н гиролизной трубке, причем температуру до о

200 С повышают со скоростью 20 С/мин, от 200 до 400оC со скоростью

25оC/мин и от 400 до 600 С со скоростью 30 C/ìèí. Затем температуру

600 С поддерживают 15 мин и материл о таким образом карбонизуют. Тем нре1079172

40 менем c:ñ скоростью 25 л/ч в пиролиз— ную тг>у бку прову скают азот.

Из полученных продуктов разложения конде:.=ирующиеся продукты выморажива;от в присоединенной к пиролиз, — ной трубке и охлаждаемой охлаждаюшей смесью апетон/двуокись углерода ловушке, По окончании дегазации трубку оставляют охлаждаться в токе используемого газа. Продукт вносят в хорошо закрывающийся сосуд. Таким 10 образом получают 4" r (41%) продукта карбонизации.

Карбонизированный продукт в пиролизной трубке со скоростью 35 C/ìèí доводят до 900 С и активируют при 15 этой температуре 15 мин. При этой же температуре со скоростью 100 г/ч вводят в трубку воду и образующийся из воды водяной пар пропускают через материал, причем в качестве газа-носителя используют азот со скоростью 25 л/ч. По окончании активировани"- пиролизную трубку оставляют охлаждаться до комнатной температуры при пропускании тока азота. Продукт закрывают в хорошб закрывающемся сосуде. Таким образом получают 27 г активного угля, что соответствует « ходу 65,85о в расчете на карбонизииованный продукт и выходу

27Ъ в расчете на используемый в

30 качестве исходного вещества остаток иэ способа получения фурфурола.

Активный уголь имеет следующие характеристики:

Иодное число 710 мг/г пробы. 35 число метиленовой сини, 5,9 см метиленового синего/0,1 г пробы.

Фракционный состав активного угЛЯ ММ, о.

2,0 0

0,63 7,2

0,5 6,8

0,.2 24,0 ) 6 17,0

0,08 18,2 45

0,,05 19,8

О,С5 7,0

Пример 3. 100 г высушенного на воздухе (влажность 4,0 вес.%) остатка от получения фурфурола из древесных стружек/химический состав.

Компоненты, вес,Ъ:

Лигнин 28,3 целлюлоз а 67,2

Белковые вещества 2,1

Пентозан 1,0 55

Зола 1,4 нитеобразная структура волокна дли- ной 0,05-2,0 мм карбонизируют в пи ролиэной трубке, причем температуру до 200ОС повышают со скоростью 60 ростью 16ОС/мин, от 200 до 400 С со скоростью 10 C/ìèí, и от 400 до 550 С со скоростью 16 C/ìèí. Затем материал карбонизируют 10 мин при 550 С, причем в качестве инертного газа через пиролизную трубку пропускают двуокись углерода с объемной скоростью 25 л/ч.

Из продуктов разложения конденсирующиеся продукты вымораживают в присоединенной к пиролизной трубке и заполненной охлаждающей смесью ацетон/двуокись углерода ловушке.

По окончании дегазациИ пиролиэную трубку оставляют охлаждаться в используемой для карбонизации атмосфере. Продукт вносят в хорошо закрывающийся сосуд. Таким образом получают

36 г (Збо) карбонизированного продукта.

Полученный карбонизированный продукт в пиролизной трубке со скоростью 20 ОС/мин доводят до 850-950О С.

Температуру поддерживают 15 мин, причем в трубку вводят воду со скоростью подачи 100 г/ч и двуокись

„углерода с объемной скоростью 25 л/ч.

Активирующее средство — водяной пар— движется через трубку в токе двуокиси углерода, служащей в качестве газа-носителя. По окончании активирования пиролизную трубку оставляют охлаждаться в атмосфере азота. Продукт закрывают в хорошо закрывающемся сосуде ° Таким образом получают

23 г активного угля, что соответству ет выходу 63,8Ъ в расчете на карбонизированный продукт и выходу 23Ъ в расчете на остаток от способа получения фурфурола.

Активный уголь имеет следующие характеристики.

Иодное число 702 мг/г пробы; число метиленовой сини 6,9 см метиленового синего/0,1 r пробы.

Фракционный состав полученного активного угля, мм, %

2,0 О

0,63 13,0

0,5 8,2

0,2 32,3

0,16 10,9

0,08 8,9

0,05 10,0

0,05 16,7

Пример 4. 100 r высушенного на воздухе (содержание влаги 4,0 вес.Ъ1 остатка от процесса получения фурфурола из древесных опилок (его химический и фракционный состав такой же

1 как в примере 3) карбониэуют в пиролизной трубке, причем температуру до ?ОО C повышается сО скоростью

18 C/ìèí, от 200 до 400 С со скоростью 40 С/мин и от 400 до 550 С— со скоростью 30 С/мин. Затем материо ал в течение 20 мин карбонизируют при 550ОС, причем в качестве инертного газа пропускают азот с объемной скоростью 25 л/ч через пиролизную трубку.

Из продуктов разложения конденсирующиеся продукты вымораживают в,7

1079172

10 акти

0

0

15 0

Составитель Т. Ильинская

Редактор Н. Ковалева Техред A.Áàáèíåö Корректор В. Бутяга

Заказ 996/56 Тираж 464

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 присоединенной к пиролиэной трубке и заполненной охлажденной смесью ацетон/двуокись углерода ловушке.

По окончании дегазации пиролиэную трубку охлаждают в используемой для карбонизации атмосфере. Продукт вносят в хорошо закрывающийся сосуд.

Таким образом получают 37 r (37%) карбонизированного продукта.

Полученный карбонизированный продукт в пиролизной трубке со скоростью нагрева 40ВС/мин доводят до

850-950ОС. Эту температуру поддерживают 10 мин, причем в трубку вводят воду со скоростью 120 r/÷ и азот с объемной скоростью 25 л/ч. Активирующее средство — водяной пар — движется через трубку под током азота, слу° жащего в качестве газа-носителя.

По окончании активирования пиролизную трубку оставляют охлаждаться в атмосфере азота. Продукт закрывают в хорошо закрывающемся сосуде. Таким образом получают 26 г активного угля, что соответствует выходу 70,2% в расчете на карбониэированный продукт и выходу 26% в расчете на остаток от получения фурфурола.

Активный уголь имеет следующие характеристики.

5 Йодное число 680 мг иода/г пробы, число метиленовой сини, 7,2 см метиленового синего/0,1 r пробы.

Фракционный состав полученного вного угля, мм, %: ,0 0 ,63 14,1 ,5 9,0 ,2 30,3 ,16 12,0

0,08 10,0

0,05 8,4

0,05 16,2

Таким образом, по предлагаемому способу получают качественный активный уголь с большим выходом за более короткое время, т.е. предлагаемый способ обладает более высокой производительностью, чем известные.