Способ получения активного угля Советский патент 1984 года по МПК C01B31/08 

Изобретение относится к способу получения активированного угля с большой удельной поверхностью и ре гулируемыми размерами пор и применяется для очистки промьяиленных сточных вод. Известно, что при многих способах химической промышленности для удаления возникающих побочных продуктов или для очистки образующейся сточной воды применяется активированный уголь. Вследствие возросшего значения проблемы защиты окружающей среды большая часть получаемого активированного угля упо ребляется для этих целей. Поэтому при получении активировнного угля следует, в первую очередь, учитывать требования указанной области применения, как в отношении пористой структуры, так и в отношении дисперсности частиц активного угля Известен способ активного угля, полученного в псевдоожиженном слое осуществляемый в две стадии, в котором исходный материал сначала об рабатывают кислородсодержащим газом при 300-40°С, а затем газом, содержаидам 50% пара, при 900 1100°С 1 . - Получаемый данным способом активированный уголь особенно пригоден для связывания органических за загрязнений, содержащихся в сточных водах нефтеперерабатывающих заводов Однако в ранном способе продолжительность активации велика (около 7-20 ч), с увеличением продолжитель ности активации сильно уменьшается удельная поверхность. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения активного угля, включающий карбонизацию гидро лизованных растительных отходов лигнина до 450с в течение примерно 3,5 часов и последующую активацию при 800-850°С в течение 2-1о ч 2 Однако известный способ осуществляется в течение длительного периода времени, что снижает производительность процесса, и в нем получают низкий выход активированного угля (до 19%) . Цель изобретения - повышение про изводительности процесса. Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения акти иого угля, включающему карбонизацию гидроизолированных растительных отходов и последующую активацию карбо низованных отходов, карбонизацию ведут до 140-400°С со скоростью 10 40 град/мин, в интервале 400-600с со скоростью 15-30 гpaд/ 1ин и с выдержкой при в течение 10-30 м Причем активацию ведут при 8001000 С в течение 9-30 мин, Органическими кислотами, посредством которых получается гидролизованный растительный материал отходов, применяемый предлагаемым способом в качестве исходного, с целесообразностью служат содержащие в 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. Предлагаемь5й способ осуществляют непрерывно при незначительных затратах в результате которого активированный уголь подходит для целей защиты окружающей среды и его получение не вызывает 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 Л. ,Цля получения такого активированного угля активацию целесообразно проводить при eoO-gOO C в течение 3-5 мин водяным паром или 20-30 мин двуокисью, углерода или дымовым газом. Можно сме шивать упомянутые средства активации друг с другом ИЛИ применять их попеременно . рля получения активированного угля поры которого имеют преимущественно размер 100-1000 А, целесообразно проводить активацию при 900-1000 С 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 , В качестве 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 початков, кукурузной соломы, древесных стружек, рисовой шелухи, камыша или его обрезков путем кислотного автокаталитического гидролиза. При осуществлении способа можно применять в качестве исходного влаж ный, содержащий например 5% влаги, материал. В этом случае целесообраз но для предварительной сушки матери ала подогревать до начальной температуры части подогрева термической обработки, т.е. до 150°С, со скоростью приблизительно 30°С/мин. Для подогревания целесообразно применят непосредственным или косвенным обогревом природный газ или дымовой га происходящий от сгорания образующих ся при карбонизации продуктов разложения. Во время карбонизации можно пропускать через реакционное продтранство, содержащее карбонизуемый материал, прямотоком или в противотоке инертный газ, например азот, дву окись углерода или иной бескислород ный 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 изза того, что выход способа снижаетс примерно на 3-4%. Увеличение времен пребывания неблагоприятно сказывает ся на качественных характеристиках активного угля, например, йодном чи ле или числе метиленовой сини, если они работают с более низкими скорос тями нагрева, чем выше указанные ни ние предельные значения, а также и в отношении температур. Пример 1. 100 г высушенног на воздухе остатка от процесса полу чения фурфурола из кукурузных почат ков химического состава. .Компоненты, вес.% Лигнин22,5 Целлюлоза68,3 Белковые вещества 4,0 Пентозан2,0 Зола3,2 Фракционный состав, мм, %: 2,01,0 0,6314,5 0,516,2 0,231,4 0,1620,7 0,0811,4 0,052,6 0,052,2 и с содержанием влаги 3,5 вес.% карбонизуют в пиролизной трубке, причем температуру до 200°С повыиают со скоростью 16 с/мин, от 200 до 400°С со скоростью Ю С/мин и от 400 до - со скоростью 1бс/мин. Затем температуру 600°С поддерживают 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 в токе используемого газа. Продукт вносят в хорошо закрывающийся сосуд. Таким образом получают 38 i (38% карбонизованного пpoдiктa Карбонизованный продукт в пкролизной трубке со скоростью 1б°С/мин доводят до 900°С и при этой температуре 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 активирования пиролизную трубку при поддерживании тока азота оставляют охлаждаться йо комнатной температуры. Продукт закрывают в хорсшо закрывающемся сосуде и таким образом получают 22 г активного угля, что соответствует выходу 57,89% в расчете на карбонизированный продукт и выходу 22% в расчете на используег/ий в качестве исходного вещества остаток после получения фурфурола. Активный уголь имеет следующие характеристики: Йодное число 891 мг/г пробы, число метиленовой сини 4,8 см метиленового синего/0,1 г пробы. Фракционный состав активного угля, мм,%: 2,0О 0,636,5 0,57,0 0,228,0 0,0818,5 0,0519,4 0, Пример 2. 100 г высушенного на воздухе (содержание влаги 3,5 вес.%) остатка от получения Фурфурола из кукурузных початков (его химический и фракционный состав такой же, как в примере 1) карбонизуют в пиролиэной трубке, причем температуру до 200 С повышают со скоростью 2О С/мин, от 200 до 400с со скорость ю 25°С/мин и от 400 до со скоростью ЗО С/мин. Затем температуру 60О с поддерживают 15 iин и материг л таким образом карбонизуют. Тем времонем со скоростью 25 л/ч в пиролиз ную тру610/ пропускают азот. Из полученных продуктов разложения коиценсирующиеся продукты вымораживают Б присоединенной к пиролиз ной трубке и охлаждаемой охлаждающей смесью ацетон/двуокись углерода ловушке По окончании дегазации трубку оставляют охлаждаться в токе используемого газа. Продукт вносят в хорошо закрывающийся сосуд. Таким образом получают 41 г (41% продукт карбонизации. Карбонизированный продукт в пиро лизной трубке со скоростью ЗЗ С/мин доводят до и активируют при 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 активирования пиролизную трубку оставляют охлаждаться до комнатной температуры при пропускании тока азота. Продукт закрывают в хорошо закрывающемся сосуде. Таким образом получают 27 г активного угля, что соответ ствует выходу 65,85% в расчете на карбонизиоованный продукт и выходу 27% в расчете на используемый в качестве исходного вещества остаток из способа получения фурфурола. Активный уголь имеет следующие характеристики: Йодное число, 710 мг/г пробы число метиленовой сини, 5,9 см метиленового синего/ОД г пробы. Фракционный состав активного угл я, мм. %: 2,оо 0,637,2 0,5 6,8 0,224,0 0,1617.,0 0,0818,2 О „ О 519,8 0,С57,0 Пример 3, 100 г высушенног на воздухе (влажность 4,0 вес.%} остатка от получения фурфурола из древесных стружек/химический состав Компоненты, вес,%: Лигнин28,3 Целлюлоза67,2 Белковые вещества 2,1 Пентозан1,0 Зола1,4 нитеобразная структура волокна длиной 0,05-2,0 мм карбонизируют в пиролизной трубке, причем температуру до повышают со скоростью ростью 16°С/мин , от 2Ь,0.до 400с со ск ростью lO G/мин. йот 400 до со скоростью 16-с/ 4ин. Затем матери ал карбонизируют 10 мин при 550с, 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 пиролизную трубку оставляют охлаждаться в используемой для карбонизации атмосфере. Продукт вносят в хорошо закрывающийся сосуд. Таким образом получают 36 г (36%) карбонизированного продукта. Полученный карбонизированный продукт в пиролизной трубке со скоростью 20°С/мин доводят до 850-950 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 63,8% в расчете на карбонизированный продукт и выходу 23% в расчете на остаток от способа получения фурфурола. Активный уголь имеет следукяцие характеристики. Йодное число 702 мг/г пробы; число метиленовой сини 6,9 см метиленового синего/0,1 г пробы. Фракционный состав полученного активного угля, мм, %: 2,0О 0,6313,0 0,58,2 0,232,3 0,1610,9 0,088,9 0,0510,0 0,0516,7 Пример 4. 100 г высушенного на воздухе (содержание влаги 4,0 вес.% остатка от процесса получения фурфурола из древесных опилок (его химический и фракционный состав такой же как в примере 3) карбонизуют в пиролизной трубке, причем температуру до повышается ссэ скоростью 18°С/мин, от 200 до 400с со скоростью40°С/мин и от 400 до со скоростью 30°С/мин. Затем материал в течение 20 мин карбонизируют при 550с, причем в качестве инертного газа пропускают азот с объемной скоростью 25 л/ч через пиролизную трубку. Из продуктов разложения конденсирующиеся продукты вымораживают в присоединенной к пиролизной трубке и заполненной охлажденной смесью ацетон/двуокись углерода ловушке. По окончании дегазации пиролизную трубку охлаждают в используемой для карбонизации атмосфере. Продукт вносят в хорошо закрывающийся сосуд. Таким образом получают 37 г (37%) карбонизированного продукта. Полученный карбонизированный продукт в пиролизной трубке со скоростью нагрева 400с/мин доводят до 850-950°С. Эту температуру поддерживают 10 мин, причем в трубку вводят воду со скоростью 120 г/ч и азот с объемной скоростью 25 л/ч. Активирую щее 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 карбонизированный продукт и выходу 26% в расчете на остаток от получения фурфурола. Активный уголь имеет следующие характеристики. Йодное число 680 мг иода/г пробы, число метиленовой сини, 7,2 см метиленового синего/0,1 г пробы. Фракционный состав полученного активного угля, мм, %: 2,0О 0,6314,1 0,59,0 0,230,3 0,1612,0 0,0810,0 0,058,4 0,0516,2 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.

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