СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОГО УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА Российский патент 1997 года по МПК C01B31/08 

Изобретение относится к адсорбционной техники, а именно к получению углеродных адсорбентов из синтетических материалов, и может быть использовано при адсорбции токсических веществ из газовой и жидкой фаз, в частности, при очистке лекарственных препаратов, при энтеросорбции, при гемо-, лимфо- и плазмосорбции, в процессах адсорбции как в стационарном, так и в движущемся, и кипящих слоях.

Известен способ получения углеродсодержащего сорбента со сферической формой гранул /1/.

По этому способу сорбент сферической формы получают без связующего из спекающихся каменных углей гранулированием предварительного измельченного до 100 мк угля, агломерацией на тарельчатом грануляторе, сушкой во вращающейся печи, карбонизацией при 700-800^oC со скоростью 3-20 град/ч и активацией гранул при 820-900^oC.

Однако сорбент, полученный данным способом, обладает низкой адсорбционной способностью на единицу слоя, например, по бензолу от 0,175 см³г при насыпном весе 0,68 г/см³ до 0,183 см³/г при насыпном весе 0,475 г/см³/г при насыпном весе 0,475 г/см³, а также низкой прочностью угля при степени обгара 50%
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сферического адсорбента, согласно которому сорбент сферической формы получают без связующего путем смешивания углеродсодержащей смеси термореактивного мономера и катализатора отверждения, дальнейшего формирования смеси в гранулы путем диспергирования полученной семи в нагретую несмешивающуюся с ней среду с образованием суспензии эластичных гранул в несмешивающейся с ними жидкости.

Далее полученные гранулы отверждают, подвергают карбонизации т затем в зависимости от практического применения активируют до той или иной степени. Этот способ принят за прототип.

Недостатком прототипа является его низкая производительность, а также неудовлетворительная сорбционная способность получаемого эти способом адсорбента, на единицу слоя, например, по бензолу и другим углеводородам, токсичным веществам в крови, а также плохая сферичность гранул адсорбента, приводящая к большому пылению и разрушению форменных элементов крови.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение адсорбционной способности на единицу слоя сорбента, а также максимально возможное увеличение сферичности гранул и, кроме того, увеличение производительности выпуска адсорбента.

В неподвижном слое сферичность гранул позволяет достичь равномерной набивки / так как такие гранулы не имеют острых углов/, уменьшается перепад давления. В подвижном слое эти преимущества усиливаются.

Задача достигается предлагаемым способом получения сферического углеродного адсорбента следующим образом.

В начале проводят смешивание углеродсодержащего термореактивного органического вещества, например, фурфурола с катализатором отверждения, например, серной кислотой при весовом соотношении компонентов в исходной смеси, равном 4: /9-1/, формование путем диспергирования полученной смеси в нагретую до 7-155^oC несмешивающуюся с ней среду, в качестве которой используют полиметилсилоксановые жидкости или продукты перегонки нефти с температурой кипения более 160^oC.

В результате формования образуются эластичные гранулы сфероидальной формы в жидкой среде, то есть суспензия гранул в жидкости.

Далее проводят отверждение сформованного продукта путем нагрева суспензии гранул в формующей жидкости до 70-300^oC со скоростью подъема температуры 50-100 град/ч при объемном соотношении гранул и жидкости 1 /1-20/ с последующей выдержкой /вылеживанием/ гранул до полного отверждения.

После выдержки проводят карбонизацию продукта при подъеме температуры до 820^oC и активирование отвержденного продукта в избытке двуокиси углерода при температуре 850^oC до получения углеродного адсорбента.

В результате многочисленных экспериментов выявлено, что при отверждении эластичных гранул необходимо обеспечить наличие несмешивающейся с ними жидкости в заданном объемном соотношении с гранулами. При объемном соотношении гранул и жидкости больше 1 происходит столкновение и слипание эластичных гранул и соответственно образование адсорбента с неудовлетворительной, недостаточной сферичностью /неравномерная сферичность/. Если это соотношение меньше 1/20, то /при удовлетворительной сферичности/ это приводит к увеличению расходов на энергию сырье и т.д. то есть к удорожанию процесса отверждения, а значит и всей технологии изготовления адсорбента.

Предлагаемый способ значительно увеличивает производительность за счет проведения процесса отверждения гранул при нагреве от 70 до 300^oC за несколько часов, тогда как в способ по прототипу сформованные гранулы отверждаются вылеживанием на воздухе в течение нескольких дней.

Скорость подъема температуры при отверждении гранул ниже 50^oC в час приводит к увеличению продолжительности производственного процесса, увеличению потребления энергии, количества смен, то есть удорожанию технологии. Скорость большая, чем 100 град/ч при отверждении гранул отрицательно влияет на качество конечного продукта, так как происходит снижение объема микропор.

Очень важно соблюдать указанный в формуле интервал температур: температура суспензии меньше 70^oC приводит к увеличению длительности процесса термоотверждения, и таким образом, к удорожанию продукта. Температура суспензии больше 300^oC приводит к ухудшению качества продукта, так как снижается объем сорбирующих пор адсорбента. ///2 Пример. Для получения сферического углеродного адсорбента берут серную кислоты /ГОСТ 4204-66/-1 объемную часть и вливают в фурфурол /ГОСТ 10930-74/-10 объемных частей, смесь тщательно перемешивают. Затем смесь диспергируют в реакторе в виде капель в несмешивающуюся с ней среду-компрессорное масло КС 19, нагретое до 120^oC.

Далее берут суспензию сформованных эластичных гранул в нерастворяющей их жидкости в соотношении объемов 1 к 10 и пропускают через аппарат-накопитель с диффузором, в котором температура суспензии поднимается до 300^oC со скоростью 60 град/час до полного отверждения гранул.

Затем проводят карбонизацию продукта при скорости подъема температуры 150 град/ч до конечной температуры 820^oC.

Активацию ведут в избытке двуокиси углерода до температуры 820^oC, скорость подъема которой 150 град/час, до получения углеродного адсорбента.

В таблице представлены характеристики сферического углеродного адсорбента, полученного предлагаемому способу, а также /доя сопоставления/ характеристики сферического углеродного адсорбента, полученного по способу прототипу. Из сопоставления приведенных в таблице данных видно, что полученный предлагаемый способ углеродный адсорбент обладает по сравнению с прототипом более высокой прочностью, более высокой адсорбционной емкостью по органическим веществам их жидкой и газовой фазы благодаря его большой суммарной пористости /сумма объемом микро- и мезопор/, а также меньшим пылением, что есть большей прочностью.

Смешивают углеродсодержащее термореактивное органическое вещество и катализатор отверждения, формуют сферические гранулы из полученной смеси путем диспергирования в нагретую несмешивающуюся с ней среду. Отверждение гранул проводят путем нагревания суспензии гранул до 7-300^oС со скоростью подъема температуры 50-100 град/час в нерастворяющей гранулы жидкости при объемном соотношении гранул и жидкости 1:1-20 с последующей выдержкой гранул до полного отверждения. 1 табл.

Способ получения сферического углеродного адсорбента, включающий смешивание углеродсодержащего термореактивного органического вещества и катализатора отверждения, формование сферических гранул из полученной смеси путем диспергирования в нагретую не смешивающуюся с ней среду, отверждение гранул, их карбонизацию и активирование, отличающийся тем, что отверждение гранул проводят путем нагревания суспензии гранул до 70 300^oС со скоростью подъема температуры 50 100 град./ч в не растворяющей гранулы жидкости при объемном соотношении гранул и жидкости 1 2 20 с последующей выдержкой гранул до полного отверждения.