CS224299B1 - Způsob výroby molekulových sít - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby molekulových sít pro oddělování plynu z jeho směsi, zejména oddělování kyslíku ze vzduchu, tepelným zpracováním dřevného uhlí nebo xylitu obsahujících prchavé hořlaviny, drcených, případně tvarovaných do válečků, kuliček spod.

K dělení plynů na tomto principu se používá např. zeolitických molekulových sít. Tato zeolitická molekulová síta nejsou chemicky inertní, jejich úprava je velmi složitá a nákladná. V případě dělení směsi kyslík-dusík (vzduch) je třeba dělenou směs dokonale vysušit. K edsorpci potom dochází přednostně u dusíku, což při složení vzduchu z 21 % kyslíku a 79 % dusíku znamená zpracovat čtyřikrát větší objem směsi, než je zapotřebí u molekulových sít, u nichž dochází přednostně k adsorpci kyslíku před dusíkem, tj. u molekulových sít uhlíkových.

Jsou známá uhlíková molekulové síta, vyrobená pyrolýzou plastických materiálů, např. polyvinylidenchlorid, polyvinylbenzen apod. Vykazují nulovou nebo jen velmi slabou selektivitu při adsorpci plynů přibližně stejných kinetických molekulárních rozměrů, jako např. kyslík a dusík, argon a kyslík nebo helium a metan. Je obtížné je připravit ve větších množstvích.

Dále jsou známa uhlíková molekulová síta upravená působením uhlovodíku na koks s obsahem až 5 % prchavých látek při teplotě od 600 do 900 °C. Z uhlovodíku uvolněný uhlík se ukládá do koksu a zmenšuje stávající póry. Jejich hlavní nevýhodou je malá životnost, která plyne z toho, že uvolněný amortní uhlík, zmenšující rozměry pórů koksu, není stabilní. Použití uhlovodíku v hlavní fázi procesu zvyšuje náklady na přípravu adsorbentu.

Jsou dále známe molekulová síta připravená z Sernáho práškového uhlí nebo jiného uhlíkatého materiálu nalézajícího se v přírodě tak, že se granulovaný materiál aktivuje při teplotě 300 ež 400 °C, načež' se kalcinuje při teplotě od 850 do 960 °C. Tím se získá granulované, vysoce aktivní uhlí. Teto aktivní uhlí s tzv. regulovatelnou eelektivností jsou určena pro dělení smísí uhlovodíků. Materiál je charakterizován středním rozměrem pórů asi 0,5 nm a není tedy vhodný pro dělení aměsi kyslík-dusík.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby uhlíkových molekulových sít podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že drcené, případně do válečků, kuliček apod. tvarované dřevné uhlí nebo hemixylit s obsahem 10 až 60 % hmot. prchavých hořlavin se zahřívá při teplotě vzrůstající od 1 do 100 °C za minutu s výdrží 1 až 10 hodin na konečné teplotě 600 °C až 1 100 °C v atmosféře neoxidujícího plynu, načež se produkt v téže atmosféře ochladí na teplotu od 10 do,40 °C.

Výhody spočívají v tom, že postup podle vynálezu je jednodušší, konečný produkt ee získává již ve fázi, kdy v jiných případech je k delšímu postupu připravena teprve surovina. Poměrně vysoký obsah prchavé hořlaviny ve výchozím materiálu zaručuje rozvinutou mikropórovitost a tím současně vysokou edsorpční kapacitu aít. Produkt získaný podle vynálezu je stabilní a má dlouhou životnost.

Postup výroby spočívá nejprve v nadrcení suroviny, tj. dřevného uhlí nebo heaixylitu, e vytřídění zrnění v rozsahu 0,1 až 5 mm, V případě, že je třeba připravit tvarované síto, vytřídí se zrněni pod 100 ^um, smíchá se ve vhodném poměru a dřevným dehtem a vytvaruje se, např. lisováním na hydraulickém lisu nebo na granulátoru. Vytříděná frakce nebo tvarované částice se zahřívají bu3 v pevném nebo pohyblivém loži v atmosféře neoxidujícího plynu, např. argonu, helia, dusíku, a podobně.

Zahřívání se provádí ze řízeného vzestupu teploty v rozmezí 1 ež 100 °C/min na konečnou teplotu 600 až 1 100 °C, Rozhodující fází pro kvalitu produktu je výdrž na konečné teplotě, která se pohybuje od 1 ež 10 hodin.

Pro zlepěení průběhu karbonizečního procesu a příznivé ovlivnění vlastností produktu je vhodné provést před karbonizacl chemickou úpravu kyslíkem nebo vzduchem. Teto úprava ae realizuje v pevném nebo fluidním loži pod zápalnou teplotou zpracovávaného materiálu po dobu 1 až 50 hodin za průtoku plynu 0,5 ež 4 1/g vzorku. Nízkoteplotní oxidace pod zápalnou teplotou vede k rovnoměrné oxidaci v celé částici zpracovávaného materiálu, snižuje spékavost při tepelném zpracování za vyšších teplot a zejméne rozvíjí mikropórovitost, což znamená, že dochází k zvyšování podílu mikropórů.

Pro odstranění nežádoucí oxidace je prováděno ochlazování konečného produktu na teplotu místnosti v atmosféře neoxidujícího plynu.

Výěe popsaným postupem dochází k modifikaci pórovité struktury dřevných uhlí a hemixylitů. Teto modifikace má'za náaledek vymezení oblasti rozměrů pórů produktu, nebol dojde k zúžení vstupních otvorů pórů na velikost průměru kolem 0,3 nm. Tento průměr pórů je blízký kinetickému průměru molekul kyslíku, což je nutnou podmínkou pro jeho separaci ze vzduchu, případně pro dělení plynů s rozdílnými rozměry molekul.

Přikladl

Navážka dřevného uhlí z dřeva borovice v zrnění 2 až 3 mm se zahřívá ▼ pevném loži rychlostí ohřevu 5 °C/min ež na konečnou teplotu 800 °C v atmosféře argonu s výdrží m konečné teplotě 6 hodin. Následuje ochlazení produktu v proudu argonu na pokojovou teplotu. Podrobíme-li produkt zkouěce, získáme po jednoatupňové adsorpcí ze vzduchu plyn v množství 4 ml/g adsorbentu s obsahem 26 ež 30 % Oj.

Příklad 2

Navážka hemixylitu (lom Kristina, Hrádek η. N) v zrnění 2 až 3 mm se podrobí chemické úpravě vzduchem ve fluidním loži při teplotě 240 °C a průtoku 30 1 vzduchu/h.100 g po dobu 4 hodin. Následuje zahřívání rychlostí 80 °C/min na konečnou teplotu 850 °C do odplynění vzorku v atmosféře dusíku. Po ochlazení produktu v proudu dusíku na teplotu místnosti je produkt podroben zkoušce dělení kyslíku ze vzduchu s výsledkem 5 ml plynu/g vzorku s obsahem 30 % 0₂.

Uhlíková molekulová síto připravené podle vynálezu je možno použít pro dělení nejrůznějěích směsí plynů, zejména věak pro selektivní separaci kyslíku ze vzduchu. V praxi při aplikaci v adsorpční metodě založené na kolísání tlaku, která je založena na rychlém střídání cyklů adsorpce a desorpce, je možné získat ze vzduchu plyn obohacený kyslíkem (35 % obj. jednostupňově, 60 až 80 % obj. vícestupňové), který může sloužit jako výchozí zdroj pro výrobu čistého kyslíku anebo, což je podstatnější, v různých technologických procesech (výroba oceli, výroba barevných kovů, chemické výroby, biochemie, čištění odpadních vod a splašků, zplyňování uhlí, spalovécí procesy atd.) nahradí drahý kyslík z frakční destilace zkapalněného vzduchu. Uvedené příklady nejsou limitní z hlediska kvality adsorbemtu (kapacita a selektivita), ale pouze ilustrují předmět vynálezu.

Claims (2)

1. Způsob výroby molekulových sít pro oddělování plynu z jeho směsi, zejména oddělování kyslíku ze vzduchu, tepelitfm zpracováním dřevného uhlí nebo xylitu obsahujících prchavé hořlaviny, drcených, případně tvarovaných do válečků, kuliček apod., vyznačený tim že drcené, případně do válečků, kuliček apod., tvarované dřevné uhlí nebo hemixylit s obsa hem 10 až 60 % hmot. prchavých hořlavin se zahřívá při teplotě vzrůstající od 1 do 100 °C za minutu s výdrží 1 až 10 hodin na konečné teplotě 600 až 1 100 °C v atmosféře neoxidujíclho plynu, načež se produkt v téže atmosféře ochladí na teplotu od 10 do 40 °C.

2. Způsob výroby molekulových sít podle bodu 1, vyznačený tím, že granulované, případně do válečků, kuliček apod., tvarované dřevné uhlí nebo hemixylit se před tepelným zpracováním upravují po dobu 1 až 50 hodin chemicky vzduchem nebo kyslíkem při teplotě od 80 do 450 °C.