CS272763B2

CS272763B2 - Method of activated carbon production

Info

Publication number: CS272763B2
Application number: CS26986A
Authority: CS
Inventors: Alex Buerger; Karl-Friedrich Thom; Peter Schmidt
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1985-01-15
Filing date: 1986-01-13
Publication date: 1991-02-12
Also published as: DE3501073A1; EP0188203B1; US4760046A; EP0188203A2; CS26986A2; EP0188203A3; DE3663796D1

Description

Předložený vynález se týká způsobu výroby aktivního uhlí aktivací hořlavin, obsahujících uhlík fosforečnou kyselinou při zvýšených teplotách..

Chemická aktivace hořlavin, obsahujících uhlík, jako například dřeva, slámy, skořápek ořechů, bagasy, lignitu, rašeliny atd., fosforečnou kyselinou pro výrobu odbarvovacího uhlí je známa.

Při- takovém aktivačním postupu se nejedná - jako při aktivaci vodní parou - o přímý zásah do uhlíkové mřížky, ale především o proces dehydratace, jehož konečným výsledkem je vznik aktivního uhlíkového skeletu.

Je již známo, že při aktivaci vodní parou se surové materiály nebo/a surové produkty podrobují předběžné oxidaci působením kyslíku, například vzduchu, při teplotách pod jejich zápalnou teplotou.

Obvyklé teploty, při kterých se provádí v technicky únosných časech proces předběžné oxidace se například u kamenného uhlí pohybují mezi 200 až 250 °C.

Při těchto teplotách dochází však u čerstvých hořlavin již ve značné míre k termickému rozkladu, a to v pozoruhodné míře dokonce ještě před procesem oxidace. Tímto rozkladem materiálu se chemická a fyzikální struktura výchozích látek změní tak, že následující chemická aktivace zasáhne jiným způsobem a také zpomaleně, než je tomu v případě materiálu, který nebyl předběžně oxidován. Aktivní uhlí z takto termicky předběžně upravené výchozí látky nedosahuje již nikdy kvality obvyklého tržního produktu.

To souhlasí se skutečností, že jíž při teplotách asi 100 °C, tj-. při ostrém sušení, postačují takové teploty k tomu, aby se z části koloidní charakter těchto uvedených čerstvých hořlavin irreversibilně rozrušil, a tím změnil podmínky pro rozklad chemickou aktivací. Rozklad na nezměněném zbytku buňky výchozích materiálů však v podstatné míře určuje kvalitu konečného produktu. Výhoda, kterou sám o sobě poskytuje materiál, který byl předem obvyklým způsobem oxidován, nebyla dosud uspokojivým způsobem využita v připadě snadno se rozkládajících surovin pro chemickou aktivaci na bází celulózy, rašeliny nebo lignitu.

Zkušenost ukázala, že chemické aktiváty, tj. chemicky aktivované aktivní uhlí, které bylo získáno z předem neoxidovaných surovin, mohou reagovat se vzdušným kyslíkem snadněji, než takové aktiváty, při jejichž výrobě se vycházelo z předem oxidovaných surovin. ZvýSená reaktivita vůči kyslíku vede u chemických aktivátů na bázi předem neoxidovaných surovin k těžkostem při jejich manipulaci.

Úkolem předloženého vynálezu bylo proto dát k disposici postup, který by umož.ňoval výrobu jednoduše manipulovatelného aktivního uhlí se současně dobrými odbarvovacími schopnostmi.

S překvapením bylo nyní zjištěno, že se všechny tyto požadavky splní, jestliže se suspenze surovin obsahujících uhlík a fosforečné kyseliny podrobí před aktivací rychlé předběžné oxidaci a rychlé dehydrataci.

Předmětem předloženého vynálezu je proto způsob výroby aktivního uhlí aktivací hořlavin, obsahujících uhlík fosforečnou kyselinou při zvýšených teplotách, jehož podstata spočívá v tom, že suspenze sestávající z hořlavin, fosforečné kyseliny a vody se před vlastní aktivací při teplotách mezi 250 a 550 °C, výhodně mezi 350 a 550 °C, podrobí rychlé předběžné úpravě při teplotách 80 až 250 °C v přítomnosti vodní páry a kyslíku, přičemž vyhřátí na konečnou teplotu se provede v průběhu méně než 30 minut.

Tímto způsobem se daří z běžných suspenzí na bázi fosforečné kyseliny a hořlavin obsahujících uhlík vyrobit aktivní uhlí a výtečnou odb.arvovací schopností, přičemž r

jf

CS 272 763 B2 s vyrobeným aktivním uhlím lze bez přídavných opatření bez nebezpečí manipulovat i v přítomnosti vzdušného kyslíku a dále lze toto uhlí za uvedených podmínek bez nebezpečí skladovat a dopravovat.

Výroba aktivního uhlí postupem podle vynálezu se provádí tak, že se výchozí materiál, jako například hrubé piliny, hobliny, zrnité nebo mletá rašelina nebo podobné látky obsahující uhlík, smísí s nutným množstvím fosforečné kyseliny. Fosforečná kyselina má být přitom tak koncentrovaná, aby při požadovaném poměru jednotlivých složek směsi nebyla směs lepivě vlhká, ale spíše suše drolivá. Zpravidla se pracuje s poměrem oxidu fosforečného ku látce obsahující uhlík vysušené na vzduchu od 1 : 0,5 až 1 : 1,5 hmot. procenta a s obsahem vody 20 až 35 % hmot., vztaženo na čerstvou směs.

Tato směs se bezprostředně natlačí do sušicího agregátu, ve kterém se průchodem horkých plynů, například horkého vzduchu nebo topných plynů atd. pokud možno rychle, tj. v průběhu nejvýše 30 minut, sníží obsah vody v suspenzi na méně než 15 %, výhodně pod 6 %.

Výhodně se postup podle vynálezu provádí přitom tak, že v průběhu předběžné tepelné úpravy činí obsah kyslíku v plynné fázi 3 až 15 % objemových a obsah vodní páry činí alespoň 20 % objemových, výhodně 25 až 40 % objemových. Směs se přitom má vždy podle požadovaných vlastností uhlí - zahřát na konečnou teplotu 120 až 250 °C. Rychlost odváděni vody je podstatná pro požadovaný efekt, takže více nebo méně v šocích prováděných sušením lze značnou měrou regulovat proces, a tím strukturu pórů hotového uhlí. Zvláště příznivých výsledků se dosáhne tim, jestliže se směs během předběžné tepelné úpravy vysuší na obsah vody menší než 15%. Po sušení probíhajícím V šocích se materiál, který má být aktivován, aktivuje při teplotách od 350 do 550 °C, k čemuž je zapotřebí, vždy podle použitého materiálu asi 0,5 až 3 hodin.

Aktivace se provádí za přímého nebo nepřímého ohřevu v kelímkových pecích, muflových pecích, rotačních trubkových pecích nebo popřípadě ve fluidizačních pecích. Předběžnou úpravu lze provádět ve stejných zařízeních, takže celý proces aktivace lze provádět v podstatě kontinuálním způsobem.

Další provedení postupu podle vynálezu spočívá v tom, že se materiál získaný po vlastní aktivaci promyje až 50 % fosforečnou kyselinou a potom vodou a potom se kapalina oddělí. Dalšího zlepšení vlastností materiálu se dosáhne tím, že se materiál po promytí neutralizuje a promyje se demineralizovanou vodou.

Při výhodném provedení postupu podle vynálezu se aktivovaný produkt suspenduje v předložené zředěné fosforečné kyselině, potom se ve filtračním zařízení oddělí a potom se v procesu promývání postupně nebo kontinuálně vede v souproudu nebo v protiproudu za účelem zpětného získávání fosforečné kyseliny za extrakce fosforečnou kyselinou různé koncentrace a konečně se promyje zcela demineralizovanou vodou. Obsah fosforečnanů v takto získaném produktu se pohybuje mezi 4 a 8 % hmot., vztaženo na suchý produkt. Potom následuje, například v promývací věži, protiproudné promývání teplou vodou o teplotě 35 °C, například pitnou vodou, potom se provede neutralizace přidáním zředěného, například 1 až 20 % roztoku uhličitanu sodného a konečně dodatečné promytí zcela demineralizovanou vodou.

Získaný aktivát se potom známým způsobem zbaví vody, rozemele se a vysuší se.

Příklad 1 la) 25O.g hoblin s přirozenou vlhkostí (= 178 g absolutně suché látky) se rozmíchá se 475 g 50% fosforečné kyseliny (= 172 g oxidu fosforečného). Výsledný poměr složek ve směsi činí 1 : 0,966.

CS 272 763 B2

Tato směs se potom rozprostře plošně v sušárně a během 20 minut se zahřeje na teplotu 170 °C. Obsah vody je potom menší než 0,1 %.

Takto vysušená směs se zahřívá v uzavřeném kelímku za účelem aktivace po dobu 15 minut ne teplotu 430 až 4-50 °C a po ochlazení se důkladně promyje vodou, vysuší se a rozemele se.

lb) Stejná směs jako v příkladu la) se zahřeje v uzavřeném kelímku vedením 1 litru/min vodní páry se 6 % objemovými kyslíku po dobu 20 minut za vnějšího zahřívání na 170 °C. Obsah vody ve směsi po této úpravě činí 5,5 %·

Aktivace a zpracování se provádí stejným způsobem, jako v příkladu j.-.), lc) Stejná směs jako v příkladu la) se vysuší pod inertním plynem ve vakuu. Zbytek vody je potom menší než 0,1 %.

Další zpracování probíhá stejně jako v příkladu 1a).

Aktiváty připravené ze směsí postupy popsanými v příkladech 1a) až 1c) mají následující odbarvovací schopnost:

Tabulka 1 příklad

Ta) Ib) 1c) melasové číslo při extinkci 0,38, označované

jako ^,rmelasový faktor (MP)	2,03	0,84	2,60
melasové číslo při extinkci 0,10, označované jako melasová hodnota (MW)	1,45	0,87	2,30
melasové číslo při extinkci 0,03	1,08	0,90	1,70
melasové číslo pří extinkci 0,02	0,98	0,91	1,50

Průběh křivek znázorňujících odbarvovací schopnost je znázorněn na obr. 1. Srovnává se průběh melasových isoterm uhlí podle příkladů 1a) až 1c) oproti standardnímu uhlí (C).

Vyhodnocení se provádí podle ANSI/ASTM D 2355 (str. 339-342).

Příklad 2

070 kg hoblin s přirozenou vlhkostí (= 860 kg absolutně suché látky) se smísí s 50 % fosforečnou kyselinou (poměr složek ve směsi: 1 : 0,90) a zaváděním vodní páry s obsahem 25 % objemových vzduchu po dobu 20 minut se zahřeje na 150 °C. Obsah zbylé vody činí 8,3 96. Tento materiál se potom zahřívá v kelímkové peci po dobu 3 hodin bez přístupu vzduchu na teplotu 450 °C a 30 minut se udržuje na této teplotě. Surový aktivát se promývá 50% fosforečnou kyselinou a vodou, potom se upraví na pH 5 až

CS 272 763 B2 pomocí 20% roztoku uhličitanu sodného a konečně se znovu promyje demineralizovanou vodou. Potom se produkt rozemele tak, aby velikost částic byla menší než 0,07 mm a vysuší se.

Vlastnosti získaného aktivátu jsou popsány v tabulce 2, sloupec 2a a· 2b. Tyto produkty mají teploty samozápalu, které jsou podstatně vyšši, než teploty samozápalu na trhu obvyklých chemických aktivátú A, B, popřípadě C (srov. tabulku 2).

Příklad 3 g aktivního uhlí C (srov. tabulku 2) se suspenduje v 5 litrech pitné vody o teplotě asi 35 °C, suspenze se zfiltruje a zbytek na filtru se znovu suspenduje. Potom se hodnota pH suspenze upraví přidáním 20% roztoku uhličitanu sodného na 5. Směs se potom zfiltruje a zbytek na filtru se promyje 2 litry demineralizované vody. Práškový rozemletý aktivát, vysušený při teplotě 110 °C, vykazuje při zkoušce na exothermní reakci pomocí vzdušného kyslíku teplotu samozápalu 190 °C (srov. θ').

příklad 2

	2a)	2b)
melasový faktor (MF)	1 ,o	0,9
popel	2,7	2,6
pH	5,7	6,3
	1 ,90	1 ,65
teplota samozápalu se vzdušným kyslíkem	200 °C	21 5 '

exothermní od

Claims

PŘEDMĚT

1 k a 2 na trhu obvyklé chemické

A aktiváty B C příklad 3 c' 0,9 0,8 0,9 3,1 5,4 1,4 2,0 7,0 2,3 7,3 4,2 5,7 2,9 120 °C 155 o°C 120 °C 190 °C V Y NÁLEZU

1. Způsob výroby aktivního uhli aktivací hořlavin, obsahujících uhlík fosforečnou kyselinou při zvýšených teplotách, vyznačující se tím, že se směs sestávající z hořlavin, fosforečné kyseliny a vody podrobí před vlastní aktivací při teplotách mezi 250 a 550 °C, výhodně při teplotách 350 až 550 °C, rychlému předběžnému tepelnému působení při teplotách 80 až 250 °C v přítomnosti vodní páry a kyslíku, přičemž zahřátí na konečnou teplotu se provede v intervalu kratším než 30 minut.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že během předběžného tepelného působeni činí obsah kyslíku v plynné fázi 3 až 15 % objemových a obsah vodní páry činí alespoň 20 % objemových, výhodně 25 až 40 % objemových.
3. Způsob podle jednoho z bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se směs během předběžného tepelného působení vysuší na obsah vody nižší než 15 %.
4. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že se materiál získaný po

CS 272 763 B2 vlastní aktivaci proraývá až 50% fosforečnou kyselinou a potom vodou, po promytí se neutralizuje a potom se na něj působí demineralizovanou vodou, kapalina .se oddělí a produkt se vysuší.