"Procédé de fabrication de charbon activé" L'invention concerne les procédés de fabrication du charbon activé et en particulier de charbon activé granulaire dont la dureté et la résistance à l'abrasion sont améliorées.
la fabrication industrielle des charbons activés comprend une activation chimique ou par la vapeur d'eau. Le procédé d'activation par la vapeur d'eau s'applique aux matières premières dont une partie notable est carbonisée ou qui sont totalement carbonisées soit naturellement comme dans le cas de la métamorphose des matières cellulosiques en lignite et en charbon bitumineux, soit artificiellement par chauffage d'une matière première carbonisée en l'absence d'air à une température atteignant habituellement 600[deg.]0, dans des cornues ou des fours de carbonisation.
Dans les deux cas, la carbonisation de la matière première provoque la décomposition des dérivés d'origine à base de carbone, d'hydrogène et d'oxygène par expulsion de l'oxygène et des dérivés gazeux du carbone de l'hydrogène et de l'oxygène, la teneur en composés volatils étant réduite et la teneur en carbone augmentant. En général, une matière première carbonée qui convient à l'activation industrielle à la vapeur d'eau a une
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l'humidité et des cendres.
La structure poreuse embryonnaire obtenue par carbonisation permet la pénétration de l'eau sous forme de vapeur. L'oxydation réglée du carbone résiduel par la vapeur d'eau à des températures supérieures à environ-70000 est le mécanisme réactionnel de l'activation par la vapeur d'eau. En pratique, dans l'industrie, les températures utilisées sont habituellement beaucoup plus élevées. Selon ce procédé, la structure poreuse embryonnaire créée par la carbonisation est étendue et agrandie, et la surface spécifique et la porosité des particules augmentent.
Lorsque la matière première carbonisée est molle, par exemple lorsque cette matière première est du charbon de bois,de la lignite ou du charbon bitumineux, le procédé d'activation par la vapeur d'eau donne un charbon activé mou.
Lorsque la matière première carbonisée est dure, par exemple lorsque cette matière est du charbon de coquilles de noix de coco ou du charbon bitumineux broyé et reconstitué avec des liants à base de brai, sous forme granulaire, la dureté étant augmentée, le procédé d'activation par la vapeur d'eau donne un charbon activé très dur.
En général, la plupart des applications en phase gazeuse et en phase liquide dans des colonnes nécessite un charbon résistant à l'abrasion et dur dont la dureté mesurée par roulement de billes dans une cuve rotative est au moins égale à 85, de préférence à 90. Dans la plupart des cas, un charbon obtenu
par activation à la vapeur d'eau d'une matière première carbonisée dure convient.
Le procédé d'activation chimique,par ailleurs, n'est habituellement appliqué dans l'industrie qu'à des matières premières faiblement carbonisées. Lorsque la teneur en oxygène et en hydrogène d'une matière carbonée est réduite, cette matière est difficile à activer par le procédé chimique étant donné que ce procédé implique l'élimination pratiquement totale et sélective de l'oxygène et de l'hydrogène par l'agent d'activation chimique
à des températures inférieures à environ 650[deg.]C, la carbonisation et l'activation étant simultanées.
En général, les matières premières carbonées dont la teneur en oxygène est inférieure à 25% et la teneur en hydrogène
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l'activation possible étant trop faible pour avoir un intérêt industriel. Les matières premières carbonées avantageuses sont, par exemple, le bois et la paille (matières premières préférées), dont la teneur en oxygène est de l'ordre de 49% et la teneur en hydrogène de l'ordre de 6% du poids diminué du poids de l'humidité et des cendres, et des matières telles que les lignites de qualité médiocre dont les teneurs en oxygène et en hydrogène sont au moins égales à environ 25 et 5% respectivement.
Le procédé d'activation chimique est en outre limité dans l'industrie aux matières premières carbonées dont la porosité est suffisante pour permettre l'absorption de quantités suffi-santes de solutions d'agents d'activation chimique pour que la carbonisation et l'activation de la matière première soient simultanées selon le procédé d'activation chimique. Etant donné que les matières dont la porosité est suffisante sont toujours molles et que les matières dures ont toujours une porosité insuffisante,le procédé d'activation chimique est limité dans l'industrie aux matières premières carbonées molles et ne
donne que des charbons activés mous.
Pour cette raison, la mise en oeuvre des charbons activés chimiquement est limitée jusqu'à présent aux applications ne nécessitant pas de charbon dur et résistant à l'abrasion, habituellement aux applications en phase liquide dans lesquelles le charbon est sous forme finement divisée ou pulvérulente. Les charbons activés chimiquement et granulaires sont rarement utilisés en phase gazeuse et dans les applications en phase liquide dans les colonnes car leur dureté et leur résistance à l'abrasion sont insuffisantes pour qu'ils résistent aux conditions rigoureuses de ce type d'application qui représente un pourcentage élevé des applications industrielles.
Le procédé d'activation chimique permettant la fabrication de structures poreuses très variées,avec des diamètres moyens des pores ayant des dimensions petites à grandes qui conviennent aux applications en phase gazeuse et liquide, un procédé de fabrication compétitif de charbon activé granulaire et dur à partir de matières premières carbonées molles par activation chimique est recherché depuis longtemps. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 2 508 474 souligne cette longue recherche. Ce brevet décrit un procédé d'activation chimique qui satisfait la demande concernant un produit dur à base de charbon, ce produit ayant des duretés dont les valeurs sont comprises entre 81 et
87. Cependant, ce procédé ne concerne pas l'utilisation de liant décrite dans la présente invention et met en oeuvre un procédé relativement complexe et coûteux qui comprend de nombreuses étapes. Un procédé de ce type n'est apparemment pas du tout utilisé dans l'industrie, vraisemblablement parce que son coût est trop élevé et qu'il n'est réellement pas compétitif en ce qui concerne le prix ou la qualité du charbon activé obtenu par rapport au charbon activé par la vapeur d'eau.
Jusqu'à présent,aucun autre effort dans ce sens n'a été fait.
Le procédé de l'invention comprend de façon générale l'incorporation de certains liants carbonés avec l'agent d'activation chimique à la matière première carbonée avant la mise en forme,et la carbonisation et l'activation simultanées du mélange. Le procédé de l'invention qui convient particulièrement au traitement des matières premières carbonées molles donne, de façon surprenante, un charbon activé très satisfaisant, très dur et ayant une résistance à l'abrasion importante.
L'invention concerne un procédé de fabrication de charbon activé reconstitué à partir de matières premières relativement molles par activation chimique, le charbon obtenu étant très actif et ayant une dureté et une résistance à l'abrasion très importantes et convenant aux applications en phases gazeuse et liquide.
Le procédé de l'invention comprend généralement le broyage de la matière première carbonée jusqu'à ce que les particules aient une dimension inférieure à au moins 0,42 mm, puis le mélange de la matière première broyée, de l'agent d'activation chimique et du liant carboné en proportions prédéterminées.
La matière première carbonée peut être toute matière première organique solide comprenant essentiellement du carbone,
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d'oxygène (calculé par rapport au poids diminué de celui de l'humidité et des cendres) et dont la porosité suffit à l'absorption de la quantité d'agent d'activation chimique nécessaire à la décomposition de la matière et à l'élimination pratiquement totale et sélective de l'oxygène et de l'hydrogène sans élimination notable du carbone, le charbon obtenu ayant une structure amorphe et poreuse.
Le liant carboné utilisé selon l'invention peut être toute matière première organique qui contient essentiellement du car-bone, de l'hydrogène et de l'oxygène et dont la teneur en carbone est inférieure à 60% et la teneur en oxygène supérieure à
30% (calculée par rapport au poids diminué de celui de l'humidité et des cendres) cette matière première étant soit soluble, soit émulsifiable dans l'eau ou dans des solutions d'agent d'activation minéral et pouvant être décomposas par l'agent d'activation par retrait pratiquement total et sélectif de l'oxygène et de l'hydrogène sans retrait notable du carbone.
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lignosulfonate.
On a observé qu'un mélange de matières cellulosiques broyées telles que du bois et de liants selon l'invention, par exemple un lignosulfonate, ne donne pas des résultats aussi bons que ceux. obtenus selon le procédé de l'invention lorsque les particules préparées à partir d'un mélange de ce type sont activées par la vapeur et non pas un composé chimique.
Les agents d'activation chimique sont les composés chimiques connus qui peuvent éliminer sélectivement l'oxygène et l'hydrogène et laisser le carbone des matières carbonées. Bien que tous les agents habituellement utilisés conviennent selon le procédé de l'invention, l'acide phosphorique et le chlorure de zinc sont avantageux.
Selon le taux d'activité voulu et selon le type d'application à laquelle le charbon est destiné (application en phase gazeuse ou en phase liquide), le rapport de l'acide phosphorique
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0,35/1 dans le cas de certains charbons utilisés en phase gazeuse, et à 1,35/1 dans le cas de charbon pulvérulent activé chimiquement destiné à des applications en phase liquide.
Le mélange de la matière première broyée, du liant et de l'agent d'activation selon tous les procédés avantageux aboutit à l'obtention d'un produit dont l'homogénéité est telle qu'il peut être mis en forme et qu'il peut supporter ensuite l'agitation dans un four d'activation rotatif du type habituel. Ensuite, le mélange obtenu dont les particules ont la forme voulue est introduit dans le four de carbonisation et d'activation où il est chauffé à une température qui habituellement ne dépasse pas
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pratiquement dans l'atmosphère du four. Dans le présent mémoire, l'expression "atmosphère du four" désigne l'atmosphère obtenue dans le cas de la combustion pratiquement totale du gaz naturel ou du fuel-oil dans le four.
La température et la durée du traitement thermique de carbonisation et d'activation selon l'invention varient selon la composition du mélange et les propriétés voulues pour le charbon activé obtenu.
Selon une variante, l'atmosphère ambiante du four peut être modifiée par introduction d'un gaz de balayage tel que l'air ou la vapeur d'eau qui accélère la purge des produits de décomposition du traitement thermique de carbonisation et d'activation. Il faut remarquer que dans le cas de l'utilisation de la vapeur d'eau comme air de purge, il ne peut y avoir de confusion avec l'activation par la vapeur d'eau du mélange étant donné quo les températures sont trop basses pour que cette activation se produise.
Après le traitement thermique de carbonisation et d'activation, les particules de charbon activé sont lavées et l'acide phosphorique est ainsi éliminé et récupéré, puis les particules sont séchées selon un procédé habituel.
De façon surprenante et totalement inattendue, ce procédé donne un charbon très actif de forme et de dimension voulues, qui est extrêmement dur et qui a une résistance à l'abrasion importante, la dureté mesurée par roulement de billes dans une cuve rotative atteignant une valeur parfois égale à 97%.
Bien que le mécanisme détaillé conduisant à ce résultat surprenant ne soit pas connu, on suppose que la matière première est imprégnée par l'agent d'activation et revêtue du liant, ce dernier se mélangeant intimement à l'agent d'activation pendant le mélange. Pendant le traitement thermique des particules mises en forme du mélange, la matière première est simultanément carbonisée et activée et le liant est également décomposé de façon analogue et fournit éventuellement des liaisons du type charbon activé entre les particules de la matière première carbonée d'origine qui était molle. Les particules reconstituées, mises en forme, carbonisées et activées selon ce procédé ont une pureté et une résistance à l'abrasion nettement supérieures à celles
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mes matières premières carbonées.
Des essais appliqués au charbon activé obtenu selon le procédé de l'invention et destiné à des applications en phase gazeuse montrent que ce charbon activé a une activité mesurée par adsorption de tétrachlorure de carbone supérieure à 95% et une dureté déterminée par roulement de billes dans une cuve rotative de l'ordre de 97, c'est-à-dire supérieure à celle de .la plupart des charbons de noix de coco obtenus par le procédé d'activation à la vapeur d'eau. Un autre charbon activé fabriqué selon le procédé de l'invention et destiné à des applications en phase liquide a un indice de décoloration des mélasses égal à 90 et une dureté mesurée par roulement de billes dans une cuve rotative de l'ordre de 92.
Un charbon activé fabriqué à partir de la même matière première carbonée selon un procédé connu qui ne comprend pas l'incorporation du liant a une dureté mesurée par roulement de billes dans une cuve rotative comprise entre 60 et 70%. Il faut remarquer qu'un produit de ce type n'est pas compétitif sur le plan industriel dans le cas de la plupart des applications qui nécessitent un charbon activé granulaire dur et résistant à l'abrasion.
Les résultats de ces essais montrent que des particules de charbon activé, mises en forme et très dures peuvent être fabriquées selon le procédé de l'invention à partir de matières premières carbonées relativement molles, telles que le bois, la paille, la tourbe et les lignites de qualité médiocre ainsi que les matières carbonées analogues qui peuvent absorber l'agent d'activation chimique.
En outre, selon l'invention, la dureté du charbon activé peut être réglée dans certaines limites par détermination des proportions de matière carbonée et de liant carboné utilisés en fonction de la contribution apportée par chacun de ces composés à la teneur totale en carbone du mélange. Par exemple, lorsque la teneur en carbone du liant est environ de l'ordre de 24% de la teneur totale en carbone du mélange initial, la dureté, mesurée par roulement de billes dans une cuve rotative, du charbon activé est de l'ordre de 85%. L'augmentation du pourcentage de carbone provenant du liant jusqu'à environ 33% de. la teneur totale en carbone du mélange initial augmente la dureté du charbon activé jusqu'à 96%.
La teneur maximale en liant du mélange est limitée par des raisons économiques étant donné que le carbone du liant est plus coûteux que celui des matières premières carbonées préférées et en fait,les duretés supérieures à environ 97% nécessitent une augmentation disproportionnée de la teneur en liant.
Etant donné que des quantités relativement faibles de liant augmentent la dureté du charbon activé dans les quantités notables par rapport à celle obtenue selon les procédés connus, un charbon activé granulaire doit avoir une dureté mesurée par roulement de billes dans une cuve rotative au moins égale à environ 85% pour être compétitif par rapport au charbon activé par la vapeur d'eau fabriqué à partir de matières premières carbonisées dures dans le cas de la plupart des applications en phase gazeuse et en phase liquide dans des colonnes.
Il est important de remarquer que le procédé de l'invention représente un progrès notable de la technique car il concerne un procédé d'activation chimique compétitif par rapport au procédé d'activation par la vapeur d'eau.
Jusqu'à présent, malgré les avantages de l'activation chimique en ce qui concerne les rendements élevés, le réglage facile de la porosité et le coût modéré des équipements, le charbon granulaire activé chimiquement n'a qu'une diffusion restreinte sur le marché. Cependant, selon l'invention, l'activation chimique de charbon granulaire reconstitué donne un produit dont la qualité est au moins égale et, selon de nombreux essais, dont les caractzristiques sont même plus avantageuses que celles de tous les types de charbon obtenus par les procédés connus d'activation chimique et à la vapeur d'eau.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
EXEMPLE 1
On mélange 10 parties de bois broyé et 3 parties de ligaosulfonate d'ammonium ainsi que 13 parties d'acide phosphorique à.
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on les carbonise et on les active dans un four rotatif à 500[deg.]C pendant 75 mn. La résistance mécanique des granulés est suffisante pour qu'ils supportent l'agitation dans le four rotatif. Après être déchargés du four, les granulés sont lavés à l'eau chaude et l'acide phosphorique est récupéré puis ces granulés sont séchés. Les granulés de charbon activé ainsi obtenus ont une activité mesurée par l'absorption de tétrachlorure de car-
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dans une cuve rotative de l'ordre de 85%.
EXEMPLE 2
On mélange 10 parties de bois broyé, 7,.5 parties d'une
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d'acide phosphorique à 75%. On extrude ce mélange en granulés puis on le carbonise et on l'active à 550[deg.]C pendant 120 mn. Le charbon activé obtenu a une activité mesurée par absroption de
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l'iode égale à 79%, ainsi qu'une dureté mesurée par roulement
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EXEMPLE 3
On mélange 10 parties de farine de bois, 9,25 parties d'une
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sont carbonisés et activés pendant 90 mn à 575[deg.]C. Le charbon activé obtenu a une activité mesurée par absorption de tétrachlorure de carbone égale à 67% et une dureté mesurée par roulement de billes dans une cuve,égale à 95%.
EXEMPLE 4
On mélange 10 parties de farine de bois et 2 parties de lignosulfonate d'ammonium solide, 6 parties d'une solution à
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bonisés et activés à 525[deg.]C pendant 110 mn. Le charbon activé obtenu a une activité mesurée par absorption de tétrachlorure de carbone égale à 96%, une surface spécifique égale à 1500 m<2>/g et une dureté mesurée par roulement de billes dans une cuve ro-
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EXEMPLE 5
On mélange 10 parties de bois broyé, 2 parties de matière solide de lignosulfonate d'ammonium, 4 parties d'une solution à
50% de lignosulfonate d'ammonium et 20 parties d'une solution de chlorure de zinc à 67[deg.] Baumé. Les granulés extrudés de ce mélange sont carbonisés et activés à 625[deg.]0 pendant 135 mn. Le charbon activé obtenu a un indice de décoloration des mélasses égal à 90 et une dureté mesurée par roulement de billes dans une cuve rotative comprise entre 91 et 92.
EXEMPLE 6
On mélange 10 parties de sciure de bois, 3,2 parties d'alcool polyvinylique et 17,5 parties d'acide phosphorique à
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activés pendant 100 mn à 550[deg.]0. Le charbon activé obtenu a une activité mesurée par absorption de tétrachlorure de carbone égale à 90% et une dureté mesurée par roulement de billes dans une cuve rotative de l'ordre de 91.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit sans sortir du cadre de l'invention.
"Process for manufacturing activated carbon" The invention relates to processes for manufacturing activated carbon and in particular granular activated carbon, the hardness and resistance to abrasion of which are improved.
the industrial manufacture of activated carbon comprises chemical or water vapor activation. The process of activation by water vapor applies to raw materials of which a significant part is carbonized or which are totally carbonized either naturally as in the case of the metamorphosis of cellulosic materials into lignite and bituminous coal, or artificially by heating a carbonized raw material in the absence of air to a temperature usually reaching 600 [deg.] 0, in retorts or carbonization furnaces.
In both cases, the carbonization of the raw material causes the decomposition of the original derivatives based on carbon, hydrogen and oxygen by expelling oxygen and gaseous derivatives of carbon from hydrogen and l oxygen, the content of volatile compounds being reduced and the carbon content increasing. In general, a carbonaceous raw material suitable for industrial steam activation has a
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moisture and ash.
The embryonic porous structure obtained by carbonization allows the penetration of water in the form of vapor. The controlled oxidation of residual carbon by water vapor at temperatures above about -70,000 is the reaction mechanism of water vapor activation. In practice, in industry, the temperatures used are usually much higher. According to this method, the embryonic porous structure created by the carbonization is extended and enlarged, and the specific surface area and the porosity of the particles increase.
When the carbonized raw material is soft, for example when this raw material is charcoal, lignite or bituminous coal, the steam activation process gives soft activated carbon.
When the carbonized raw material is hard, for example when this material is coconut shell charcoal or bituminous charcoal crushed and reconstituted with pitch-based binders, in granular form, the hardness being increased, the process of activation by water vapor gives a very hard activated carbon.
In general, most gas phase and liquid phase applications in columns require an abrasion resistant and hard carbon with a hardness measured by ball rolling in a rotary vessel is at least 85, preferably 90. In most cases, a charcoal obtained
by steam activation of a hard carbonized raw material is suitable.
The chemical activation process, on the other hand, is usually applied in industry only to weakly carbonized raw materials. When the oxygen and hydrogen content of a carbonaceous material is reduced, this material is difficult to activate by the chemical process since this process involves the substantially total and selective removal of oxygen and hydrogen by the 'chemical activating agent
at temperatures below about 650 [deg.] C, carbonization and activation being simultaneous.
In general, carbonaceous raw materials with an oxygen content less than 25% and hydrogen content
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the possible activation being too low to be of industrial interest. Advantageous carbonaceous raw materials are, for example, wood and straw (preferred raw materials), the oxygen content of which is of the order of 49% and the hydrogen content of the order of 6% by weight less weight of moisture and ash, and materials such as low grade lignites with oxygen and hydrogen contents of at least about 25% and 5% respectively.
The chemical activation process is furthermore limited in the industry to carbonaceous raw materials whose porosity is sufficient to allow the absorption of sufficient quantities of solutions of chemical activating agents for carbonization and activation. of the raw material are simultaneous according to the chemical activation process. Since materials of sufficient porosity are always soft and hard materials always have insufficient porosity, the chemical activation process is limited in industry to soft carbonaceous raw materials and not
gives only soft activated carbon.
For this reason, the use of chemically activated carbons has heretofore been limited to applications not requiring hard carbon and resistant to abrasion, usually to liquid phase applications in which the carbon is in finely divided or powder form. . Chemically activated and granular carbons are rarely used in gas phase and in liquid phase applications in columns because their hardness and abrasion resistance are insufficient to withstand the harsh conditions of this type of application which represents a high percentage of industrial applications.
The chemical activation process allowing the fabrication of a wide variety of porous structures, with average pore diameters having small to large dimensions that are suitable for gas and liquid phase applications, a competitive manufacturing process of granular and hard activated carbon from of soft carbonaceous raw materials by chemical activation has long been sought after. United States Patent No. 2,508,474 highlights this long research. This patent describes a chemical activation process which satisfies the demand for a hard carbon-based product, this product having hardness values of between 81 and
87. However, this process does not relate to the use of binder described in the present invention and implements a relatively complex and expensive process which comprises numerous steps. A process of this type is apparently not used at all in industry, presumably because its cost is too high and it is not really competitive as regards the price or the quality of the activated carbon obtained by compared to charcoal activated by water vapor.
So far, no further effort in this direction has been made.
The process of the invention generally comprises the incorporation of certain carbonaceous binders with the chemical activating agent into the carbonaceous raw material before shaping, and the simultaneous carbonization and activation of the mixture. The process of the invention which is particularly suitable for the treatment of soft carbonaceous raw materials surprisingly gives a very satisfactory activated carbon which is very hard and has a high abrasion resistance.
The invention relates to a process for the production of reconstituted activated carbon from relatively soft raw materials by chemical activation, the carbon obtained being very active and having very high hardness and abrasion resistance and suitable for gas phase applications and liquid.
The method of the invention generally comprises grinding the carbonaceous raw material until the particles have a dimension less than at least 0.42 mm, then mixing the crushed raw material, the activating agent. chemical and carbonaceous binder in predetermined proportions.
The carbonaceous raw material can be any solid organic raw material comprising essentially carbon,
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oxygen (calculated with respect to the weight less that of moisture and ash) and whose porosity is sufficient for the absorption of the quantity of chemical activating agent necessary for the decomposition of matter and for virtually total and selective elimination of oxygen and hydrogen without significant elimination of carbon, the carbon obtained having an amorphous and porous structure.
The carbonaceous binder used according to the invention can be any organic raw material which essentially contains carbon, hydrogen and oxygen and whose carbon content is less than 60% and the oxygen content of which is greater than
30% (calculated with respect to the weight less that of moisture and ash) this raw material being either soluble or emulsifiable in water or in solutions of inorganic activating agent and being able to be decomposed by the activating agent by practically total and selective removal of oxygen and hydrogen without significant removal of carbon.
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lignosulfonate.
It has been observed that a mixture of ground cellulosic materials such as wood and binders according to the invention, for example a lignosulphonate, does not give results as good as those. obtained according to the process of the invention when the particles prepared from a mixture of this type are activated by steam and not by a chemical compound.
Chemical activating agents are the known chemical compounds which can selectively remove oxygen and hydrogen and leave carbon in carbonaceous materials. Although all the agents usually used are suitable according to the process of the invention, phosphoric acid and zinc chloride are advantageous.
Depending on the desired activity rate and the type of application for which the carbon is intended (gas phase or liquid phase application), the ratio of phosphoric acid
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0.35 / 1 in the case of certain carbon used in the gas phase, and 1.35 / 1 in the case of powdered chemically activated carbon intended for applications in the liquid phase.
The mixing of the ground raw material, of the binder and of the activating agent according to all the advantageous methods results in obtaining a product whose homogeneity is such that it can be shaped and that it can then withstand agitation in a rotary activation furnace of the usual type. Then, the mixture obtained, the particles of which have the desired shape, is introduced into the carbonization and activation furnace where it is heated to a temperature which usually does not exceed
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practically in the oven atmosphere. In the present specification, the expression "furnace atmosphere" denotes the atmosphere obtained in the case of the substantially complete combustion of natural gas or fuel oil in the furnace.
The temperature and the duration of the thermal carbonization and activation treatment according to the invention vary according to the composition of the mixture and the desired properties for the activated carbon obtained.
According to a variant, the ambient atmosphere of the furnace can be modified by introducing a scavenging gas such as air or water vapor which accelerates the purging of the decomposition products of the heat treatment, carbonization and activation. It should be noted that in the case of using steam as the purge air, there can be no confusion with the steam activation of the mixture since the temperatures are too low for that this activation occurs.
After the heat treatment of carbonization and activation, the activated carbon particles are washed and the phosphoric acid is thus removed and recovered, then the particles are dried according to a usual method.
Surprisingly and completely unexpectedly, this process results in a highly activated carbon of the desired shape and size, which is extremely hard and which has high abrasion resistance, the hardness measured by rolling balls in a rotary vessel reaching a value sometimes equal to 97%.
Although the detailed mechanism leading to this surprising result is not known, it is believed that the raw material is impregnated with the activating agent and coated with the binder, the latter mixing intimately with the activating agent during mixing. . During the heat treatment of the shaped particles of the mixture, the raw material is simultaneously carbonized and activated and the binder is also decomposed in an analogous manner and optionally provides activated carbon-like bonds between the particles of the original carbonaceous raw material which was limp. The particles reconstituted, shaped, carbonized and activated according to this process have a purity and a resistance to abrasion clearly superior to those
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my carbonaceous raw materials.
Tests applied to the activated carbon obtained according to the process of the invention and intended for gas phase applications show that this activated carbon has an activity measured by adsorption of carbon tetrachloride greater than 95% and a hardness determined by ball rolling in a rotary vessel of the order of 97, that is to say greater than that of most of the coconut charcoals obtained by the process of activation with steam. Another activated carbon produced according to the process of the invention and intended for applications in the liquid phase has a molasses decolorization index equal to 90 and a hardness measured by rolling balls in a rotary vessel of the order of 92.
An activated carbon made from the same carbonaceous raw material according to a known process which does not include the incorporation of the binder has a hardness measured by rolling balls in a rotary vessel of between 60 and 70%. It should be noted that a product of this type is not industrially competitive for most applications which require hard and abrasion resistant granular activated carbon.
The results of these tests show that activated carbon particles, shaped and very hard can be manufactured according to the process of the invention from relatively soft carbonaceous raw materials, such as wood, straw, peat and peat. Poor quality lignites and similar carbonaceous materials which can absorb the chemical activating agent.
In addition, according to the invention, the hardness of the activated carbon can be regulated within certain limits by determining the proportions of carbonaceous material and of carbonaceous binder used as a function of the contribution made by each of these compounds to the total carbon content of the mixture. . For example, when the carbon content of the binder is about 24% of the total carbon content of the initial mixture, the hardness, measured by rolling balls in a rotating tank, of the activated carbon is of the order by 85%. The increase in the percentage of carbon from the binder up to about 33%. the total carbon content of the initial mixture increases the hardness of the activated carbon up to 96%.
The maximum binder content of the mixture is limited for economic reasons since the carbon of the binder is more expensive than that of the preferred carbonaceous raw materials and indeed hardnesses above about 97% require a disproportionate increase in the binder content. .
Since relatively small amounts of binder increase the hardness of the activated carbon in significant amounts compared to that obtained according to known methods, a granular activated carbon must have a hardness measured by rolling balls in a rotary vessel at least equal to about 85% to be competitive with steam activated carbon made from hard carbonized raw materials for most gas phase and liquid phase applications in columns.
It is important to note that the process of the invention represents a significant advance in the technique because it relates to a competitive chemical activation process compared to the activation process by water vapor.
Until now, despite the advantages of chemical activation in terms of high yields, easy adjustment of porosity and low cost of equipment, chemically activated granular carbon has only a limited diffusion in the market. . However, according to the invention, the chemical activation of reconstituted granular carbon gives a product whose quality is at least equal and, according to numerous tests, the characteristics of which are even more advantageous than those of all types of carbon obtained by known methods of chemical and water vapor activation.
The following examples illustrate the invention.
EXAMPLE 1
10 parts of ground wood and 3 parts of ammonium ligaosulphonate are mixed together with 13 parts of phosphoric acid.
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they are carbonized and activated in a rotary kiln at 500 [deg.] C for 75 min. The mechanical strength of the granules is sufficient for them to withstand agitation in the rotary kiln. After being discharged from the oven, the granules are washed with hot water and the phosphoric acid is recovered and then these granules are dried. The activated carbon granules thus obtained have an activity measured by the absorption of carbon tetrachloride.
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in a rotating tank of the order of 85%.
EXAMPLE 2
10 parts of crushed wood, 7.5 parts of a
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75% phosphoric acid. This mixture is extruded into granules and then carbonized and activated at 550 [deg.] C for 120 min. The activated carbon obtained has an activity measured by absorption of
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iodine equal to 79%, as well as a hardness measured by rolling
<EMI ID = 12.1>
EXAMPLE 3
Mix 10 parts of wood flour, 9.25 parts of a
<EMI ID = 13.1>
are charred and activated for 90 min at 575 [deg.] C. The activated carbon obtained has an activity measured by absorption of carbon tetrachloride equal to 67% and a hardness measured by rolling balls in a tank, equal to 95%.
EXAMPLE 4
10 parts of wood flour and 2 parts of solid ammonium lignosulphonate, 6 parts of a solution of
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bonuses and activated at 525 [deg.] C for 110 minutes. The activated carbon obtained has an activity measured by absorption of carbon tetrachloride equal to 96%, a specific surface area equal to 1500 m <2> / g and a hardness measured by rolling balls in a red tank.
<EMI ID = 16.1>
EXAMPLE 5
10 parts of ground wood, 2 parts of solid ammonium lignosulphonate, 4 parts of a solution of
50% ammonium lignosulphonate and 20 parts of a 67 [deg.] Baumé solution of zinc chloride. The granules extruded from this mixture are carbonized and activated at 625 [deg.] 0 for 135 min. The activated carbon obtained has a molasses decolorization index equal to 90 and a hardness measured by rolling balls in a rotating tank of between 91 and 92.
EXAMPLE 6
10 parts of sawdust, 3.2 parts of polyvinyl alcohol and 17.5 parts of phosphoric acid are mixed with
<EMI ID = 17.1>
activated for 100 min at 550 [deg.] 0. The activated carbon obtained has an activity measured by absorption of carbon tetrachloride equal to 90% and a hardness measured by rolling balls in a rotating tank of the order of 91.
It goes without saying that numerous modifications can be made to the method described without departing from the scope of the invention.