DD245646A5 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF ACTIVATED CARBON - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle aus aufbereiteter Braunkohle, die hergestellt wurde, indem die Braunkohle Scherkraeften unterworfen wurde, die dadurch erzeugte Masse verfestigt wurde und die Masse zur Bildung eines harten, verhaeltnismaessig dichten Produktes getrocknet wurde, umfasst die Schritte: (a) Pyrolysierung der aufbereiteten Braunkohle, vorzugsweise bei einer Temperatur von 350 bis 500C; (b) Aktivierung des pyrolysierten Produktes von Schritt (a) durch Behandlung mit Dampf bei erhoehter Temperatur, vorzugsweise 700 bis 800C; und (c) Kuehlen des Aktivkohleproduktes von Schritt (b) in einer inerten Atmosphaere.A process for producing charcoal from upgraded lignite prepared by subjecting the lignite to shear forces, solidifying the mass thus produced, and drying the mass to form a hard, relatively dense product comprises the steps of: (a) pyrolyzing the lignite treated lignite, preferably at a temperature of 350 to 500C; (b) activating the pyrolyzed product of step (a) by treatment with steam at elevated temperature, preferably 700 to 800 ° C; and (c) cooling the activated carbon product of step (b) in an inert atmosphere.
Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Aktivkohle mit großer wirksamer Oberfläche aus Braunkohle.The invention relates to the production of activated carbon with a large effective surface of lignite.
Eine geeignete aufbereitete Braunkohle kann durch das Verdichtungs-Härtungs-Verfahren der gleichfalls anhängigen australischen Anmeldung 24294/84 und die Anmeldung für eine Patentergänzung dazu Nr. PG 9283, eingereicht am 14. Februar 1985, gewonnen werden, und zwar ein Verfahren, bei dem die Kohle Scherung und Strangpressen in kontinuierlicher Form unterzogen wird, zum Beispiel in einer Sigma Knetmaschine HKS 50, hergestellt von Janke & Dunkel GmbH & Co, KG IKA-Werk Biengen.Suitable reclaimed lignite can be obtained by the densification-hardening process of co-pending Australian application 24294/84 and application for a patent supplement thereto, No. PG 9283, filed February 14, 1985, a process in which U.S.P. Coal shear and extrusion in continuous form, for example, in a Sigma kneading machine HKS 50, manufactured by Janke & Dunkel GmbH & Co, KG IKA Biengen plant.
Das oben genannte Verdichtungs-Härtungsverfahren stellt eine Möglichkeit zur Umwandlung von rohen weichen Braunkohlen in vergleichsweise harte, abriebbeständige Feststoffe dar. Kurz gesagt wird bei dem angemeldeten Verfahren Braunkohle Scherkräften ausgesetzt, um eine nasse plastische Masse zu erzeugen, die beispielsweise durch Strangpressen zu Pellets verfestigt und anschließend zur Bildung eines harten, verhältnismäßig dichten Produktes getrocknet wird, das in einer beliebigen granulären Größe und Ausführung erzeugt werden kann. Solchefesten Granulate oder Pellets, die sich aus aufbereiteter Braunkohle zusammensetzen, sind die geeignetsten Ausgangsstoffe für die Herstellung von Aktivkohlen mit großer wirksamerThe above densification-hardening process provides a possibility to convert crude soft lignite into comparatively hard, abrasion-resistant solids. Briefly, in the notified process, lignite is subjected to shearing forces to produce a wet plastic mass which, for example, is solidified into pellets by extrusion subsequently dried to form a hard, relatively dense product which can be produced in any granular size and finish. Such solid granules or pellets, which are composed of treated lignite, are the most suitable starting materials for the production of activated carbons with great efficiency
Oberfläche mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Eigenschaften der eingesetzten Pellets können durch die richtige Wahl der Kohlen oder durch entsprechende Zusatzstoffe umfassend variiert werden, damit sie den verschiedenen Qualitätsanforderungen entsprechen.Surface with the aid of the method according to the invention. The properties of the pellets used can be varied to suit the various quality requirements by the right choice of coals or by appropriate additives.
Obwohl die Rohbraunkohle einen vergleichsweise hohen Gehalt an Sauerstoff und Wasserstoff hat, können die Verhältnisse dieser Elemente zu dem Kohlenstoff während der Pyrolyse, bei der es sich um einen Teil des thermischen Aktivierungsprozesses zur Herstellung von Aktivkohlen handelt, wesentlich verändert werden. In diesem Stadium resultiert der chemische Ausschluß von Wasser in einem Endprodukt, das einen vergleichsweise hohen Kohlenstoffgehalt hat (in der Größenordnung von 85%). Der geringe Aschegehalt vieler Braunkohlen von Victoria ist ebenfalls vorteilhaft, so daß die fertigen Aktivkohlen einen verhältnismäßig geringen Anteil an anorganischen Elementen aufweisen. Mit bestehenden Verfahren wird Aktivkohle durch die Pyrolyse und anschließende Dampfaktivierung von teueren Ausgangsstoffen, z. B. hochwertigen Kohlen, die von Natur aus fest und kohärent sind, oder aus Kokosnußschalen oder Torf hergestellt. Braunkohle wird nicht verwendet. Die Kosten der verwendeten Stoffe oder bestimmter, dem bisherigen Stand der Technik entsprechender Verarbeitungsbedingungen sind im allgemeinen viel höher als die der Braunkohle, die durch das oben genannte Verfahren aufbereitet wurde. Es wurde gleichfalls gefunden, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Erfolg Aktivierungstemperaturen angewandt werden können, die einige 50 bis 1000C unter denjenigen liegen, die bei herkömmlichen Verfahren angewandt werden.Although the raw lignite has a relatively high content of oxygen and hydrogen, the ratios of these elements to the carbon during pyrolysis, which is a part of the thermal activation process for producing activated carbons, can be substantially altered. At this stage, the chemical exclusion of water results in a final product having a comparatively high carbon content (of the order of 85%). The low ash content of many lignite from Victoria is also advantageous, so that the finished activated carbons have a relatively small proportion of inorganic elements. With existing processes activated carbon by the pyrolysis and subsequent steam activation of expensive starting materials, eg. B. high quality carbon, which are inherently strong and coherent, or made of coconut shells or peat. Lignite is not used. The cost of the materials used or certain prior art processing conditions are generally much higher than that of the brown coal processed by the above process. It has also been found that in the process according to the invention activation temperatures can be successfully applied which are some 50 to 100 ° C. lower than those used in conventional processes.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Verfugung gestellt, das die Pyrolyse von aufbereiteter Braunkohle und die anschließende Aktivierung zur Erzeugung der verlangten Aktivkohle umfaßt und technisch-ökonomische Vorteile gegenüber den Verfahren des Standes derTechnik aufweist.The invention provides a process comprising the pyrolysis of treated lignite and the subsequent activation to produce the required activated carbon and having technical-economical advantages over the prior art processes.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle mit großer wirksamer Oberfläche aus Braunkohle zu entwickeln.The object of the invention is to develop a process for the production of activated carbon with a large effective surface of lignite.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt werden Ausgangsstoffe zuerst durch die Aufbereitung von Braunkohlen mit Hilfe des oben genannten Verdichtungs-Härtungsverfahrens oder alternativ durch ein Verfahren gewonnen, bei dem nur ein Teil der Kohle geknetet (Scherung) wird und anschließend der Rest der Kohle in die auf diese Weise gewonnene plastische Masse kurz eingemischt wird. According to one aspect of the present invention, starting materials are first obtained by processing lignite using the above-mentioned densification hardening method, or alternatively by a method in which only a part of the coal is kneaded (shear) and then the rest of the coal is put into this way obtained plastic mass is mixed in briefly.
Nach einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt werden ausgewählte Braunkohlen mit Hilfe des oben genanntenVerfahrens aufbereitet. Eine Ausgangs-Pelletgröße von 2 bis 3mm Durchmesser ist im allgemeinen geeignet.According to another aspect of the invention, selected lignites are prepared by the above method. A starting pellet size of 2 to 3mm diameter is generally suitable.
Die frisch stranggepreßten Pellets läßt man anschließend bei oder nahe Umgebungstemperatur entweder bei ruhiger Luft oder mit mäßig bewegter Luft (in der Größenordnung von 0,1 m/s), um die Trockengeschwindigkeit zu erhöhen, trocknen. Nach 24 Stunden werden etwa 80% der enthaltenen Feuchtigkeit durch Verdunstung an die Atmosphäre entfernt worden sein. Nach weiteren zwei oder drei Tagen werden die Pellets annähernd einen Gleichgewichts-Wassergehalt (10 bis 15%) und eine maximale Festigkeit erreichen. Die letztere variiert stark ja nach der Beschaffenheit der Kohle und den während der Vorbereitung verwendeten Zusatzstoffen.The freshly extruded pellets are then allowed to dry at or near ambient temperature either in still air or with moderately agitated air (of the order of 0.1 m / s) to increase the drying rate. After 24 hours, about 80% of the moisture contained will have been removed by evaporation to the atmosphere. After a further two or three days, the pellets will reach approximately equilibrium water content (10 to 15%) and maximum strength. The latter varies greatly depending on the nature of the coal and the additives used during the preparation.
Die trockenen Pellets stehen dann für die Pyrolyse und Aktivierung zur Erzeugung der erwünschten wirksamen Oberfläche, die für die vorgesehenen Anwendungszwecke verlangt wird, zur Verfugung.The dry pellets are then available for pyrolysis and activation to produce the desired effective surface area required for the intended applications.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt besteht der erste Prozeßschritt aus der Pyrolyse bei im Bereich von 350 bis 500°C liegenden Temperaturen in einem inerten Gasstrom (normalerweise Stickstoff), um Restwasser, chemisch entwickeltes Wasser, niedrigmolekulare organische Bestandteile (vorwiegend Phenole) und Gase wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu entfernen. Es werden vernachlässigbare Teermengen erzeugt.According to a further aspect of the invention, the first process step consists of pyrolysis at temperatures ranging from 350 to 500 ° C in an inert gas stream (normally nitrogen), residual water, chemically developed water, low molecular weight organic compounds (predominantly phenols) and gases such as carbon dioxide To remove carbon monoxide and hydrogen. Negligible amounts of tar are generated.
Nach dieser Pyrolysebehandlung führt weiteres Erhitzen der Pellets auf höhere Temperaturen nur zur Erzeugung der Gase Wasserstoff und Kohlenmonoxid.After this pyrolysis treatment, further heating of the pellets to higher temperatures will only produce the gases hydrogen and carbon monoxide.
Die Aktivierung besteht aus einer Dampfbehandlung, normalerweise im Temperaturbereich von 700 bis 8000C. Für diesen Zweck wird Dampf zu dem Stickstoffstrom zugeführt oder in diesen eingespritzt, und zwar mit einer gesteuerten Geschwindigkeit durch Wasser, das auf einer unter dem Siedepunkt befindlichen Temperatur (gewöhnlich 95°C) gehalten wird, um dadurch den verlangten Partialdruck von Wasser in dem Stickstoff zu gewährleisten. Der gemischte Gasstrom besitzt nun die Fähigkeit, selektiv Teile der pyrolysierten Pellets zu erodieren, um dadurch sehr große Innenflächen und eine mikroporöse Struktur zu schaffen. Wassergasreaktion kann dabei eine Rolle spielen, und möglicherweise auch andere Prozesse. Die Dampfbehandlung wird mehrere Stunden lang fortgesetzt, bis die verlangte Innenfläche entwickelt worden ist. Der Kohlenstoff wird in der inerten Atmosphäre gekühlt.Activation consists of steaming, usually in the temperature range of 700 to 800 ° C. For this purpose, steam is added to or injected into the nitrogen stream at a controlled rate by water at a temperature below the boiling point (usually 95 ° C) to thereby ensure the required partial pressure of water in the nitrogen. The mixed gas stream now has the ability to selectively erode portions of the pyrolyzed pellets to thereby provide very large internal surfaces and a microporous structure. Water gas reaction may play a role, and possibly other processes as well. The steaming is continued for several hours until the required inner surface has been developed. The carbon is cooled in the inert atmosphere.
Die Eigenschaften von granulären Aktivkohlen werden gewöhnlich hinsichtlich der Stickstoffadsorption der wirksamen Oberfläche, der Jodadsorption aus wäßrigem Medium und der Beständigkeit gegenüber Zerreiben durch Trommeln in einer wäßrigen Phase beurteilt. Tabelle 1 zeigt einen breiten Bereich von Werten solcher Eigenschaften, die von Proben ermittelt wurden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden waren.The properties of granular activated carbons are usually evaluated in terms of nitrogen adsorption of the effective surface, iodine adsorption from aqueous medium, and drumming resistance in an aqueous phase. Table 1 shows a wide range of values of such properties obtained from samples prepared by the method of the invention.
Probe (Kohlen ausdem LatrobeTal) (4 h Aktivierung bei 8000C) wenn nicht anderes angegeben istSample (coals ausdem LatrobeTal) (4 h activation at 800 0 C) unless otherwise indicated
Loy Yang,mittel-dunkel 250-500 μη\ 150-250 μ,ιηLoy Yang, medium-dark 250-500 μη \ 150-250 μ, ιη
Probe mit niedriger I2-ZaM Probe mit hoher I2-ZaM t Probe hergestellt aus 1 hlang gekneteter KohleLow I 2 -ZaM sample High I 2 -ZaM t sample prepared from 1 h of kneaded carbon
Loy Yang, mittel-dunkel - +5% Mg(OH)2, ganze Granulate Morwell C92(Maryvale)Loy Yang, medium dark - + 5% Mg (OH) 2 , whole granules Morwell C92 (Maryvale)
Der pH-Wert, der durch eine Aktivkohle entsteht, wenn sie in ein wäßriges Medium gegeben wird, hat für die Bestimmung des Adsorptionsausmaßes von Metallionen durch den Kohlenstoff einige Bedeutung. (Siehe Tabelle 2).The pH produced by an activated carbon when placed in an aqueous medium has some significance in determining the extent of adsorption of metal ions by the carbon. (See Table 2).
pH-Wert-Messungen von in Wasser dispergierten Kohlen und AktivkohlenpH measurements of water-dispersed coals and activated carbons
pH-WertPH value
Probesample
Kohlecoal
Aktivkohleactivated carbon
9,69.6
9,69.6
10,410.4
9,49.4
8,98.9
8,38.3
11,011.0
11,211.2
11,811.8
10,610.6
11,211.2
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft eine Verfahrensweise, bei dereine magnetische Aktivkohle erzeugt wird, d.h. eine, bei der die Granulate auf ein angelegtes magnetisches Feld ansprechen, so daß eine wirksame Rückgewinnung aus einem heterogenen System vorgenommen werden kann.A variant of the method according to the invention relates to a procedure in which a magnetic activated carbon is produced, i. one in which the granules respond to an applied magnetic field so that efficient recovery can be made from a heterogeneous system.
Nach einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt kann die für das Zerreiben der Kohle aufgewendete Gesamtenergie dadurch reduziert werden, daß nur ein Teil der Kohle geknetet wird und der nicht geknetete Rest damit vermischt wird.According to another aspect of the present invention, the total energy consumed for grinding the coal can be reduced by kneading only a part of the coal and mixing the non-kneaded residue therewith.
Wie in unserer gleichfalls anhängigen australischen Anmeldung PG 9107 dargelegt, stehen Möglichkeiten zur Verbesserung der Druckfestigkeit und der Abriebbeständigkeit von getrockneten verdichteten Kohlegranulaten mit entsprechenden Zusatzstoffen zur Verfugung. Der mögliche Verbesserungsgrad variiert je nach der Herkunft der Kohle und ihrem natürlichen pH-Wert.As set forth in our co-pending Australian application PG 9107, there are opportunities to improve the compressive strength and abrasion resistance of dried compacted carbon granules with appropriate additives. The possible degree of improvement varies depending on the origin of the coal and its natural pH.
Im allgemeinen zeigen sich durch Zusatzstoffe erzielte geringe Wirkungen nicht als deutliche Verbesserungen der Bruchfestigkeit oder der wirksamen Gesamtob'erfläche von Aktivkohlen.In general, minor effects achieved by additives are not manifest as significant improvements in breaking strength or total effective surface area of activated carbons.
Wenn jedoch erhebliche Wirkungen durch geeignete Zusatzstoffe erzielt worden sind, dann werden sie auch auf die Endprodukte übertragen und ergeben beträchtliche Verbesserungen.However, when significant effects have been achieved by suitable additives, they are also transferred to the final products and provide significant improvements.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden durch die folgenden nichteinschränkenden Beispiele erläutert.Preferred embodiments of the invention are illustrated by the following non-limiting examples.
Es wurde eine Reihe von Aktivkohleproben unter Anwendung der folgenden detaillierten Verfahrensweise hergestellt. 200g flöz-feuchte Kohle wurden fünf Stunden lang in einer langsam laufenden Knetmaschine geknetet, um eine nasse plastische Masse zu gewinnen, die anschließend durch eine Düse mit einem Durchmesser von 3 mm stranggepreßt wurde, die an einem handbetriebenen Schneckenextrudiergerät angebracht war. In den Fällen, in denen ein Zusatzmittel gefordert wurde, wurde dieseszu Beginn der Zerreibungsperiode zugesetzt. Die Zugabemenge wurde in Ma.-% in bezug auf die Trockenmasse der Kohle berechnet. Die stranggepreßten Pellets (in geeignete Längen geschnitten) konnten eine Woche lang in ruhiger Luft bei 200CA series of activated carbon samples were prepared using the following detailed procedure. 200 g of slush-wet coal was kneaded for 5 hours in a slow-speed kneading machine to obtain a wet plastic mass, which was then extruded through a 3 mm diameter die attached to a hand-operated screw extruder. In cases where an additive was required, it was added at the beginning of the attrition period. The amount of addition was calculated in terms of% by mass with respect to the dry matter of the coal. The extruded pellets (cut into appropriate lengths) were allowed to sit in a quiescent atmosphere at 20 ° C. for one week
trocknen, um ihre maximale Festigkeit zu entwickeln und das Feuchtigkeitsgleichgewicht mit der Atmosphäre zu erreichen (Gewöhnlich im Bereich von 10 bis 15%).dry to develop their maximum strength and reach the moisture balance with the atmosphere (usually in the range of 10 to 15%).
Die Pellets wurden als nächstes bei 400 bis 4500C pyrolysiert, und das entstandene Wasser sowie die entwickelten niedrigmolekularen organischen Verbindungen wurden unter Einsatz eines Schutzgasstromes {gewöhnlich Stickstoff) entfernt. Der Aktivierungsvorgang bestand aus der Erosion in dem dampf-angereicherten Stickstoffstrom bei einer nahe 750°C betragenen Temperatur. Der Partialdruck des Dampfes wurde durch Sättigung des Stickstoffstromes beim Hindurchleiten durch Wasser, das auf einer Temperatur von 95°C gehalten wurde, ermittelt. Die Aktivierung wurde über einen Zeitraum von vier Stunden fortgesetzt, und die Pellets wurden in einer inerten Atmosphäre gekühlt.The pellets were next pyrolyzed at 400 to 450 ° C. and the resulting water and the low molecular weight organic compounds developed were removed using a blanket gas stream (usually nitrogen). The activation process consisted of erosion in the steam-enriched nitrogen stream at a temperature approaching 750 ° C. The partial pressure of the vapor was determined by saturating the flow of nitrogen while passing through water maintained at a temperature of 95 ° C. The activation was continued for a period of four hours and the pellets were cooled in an inert atmosphere.
Die Pellets wurden getestet, indem ihre Druckfestigkeit im anfänglichen getrockneten Zustand und nach der Aktivierung bestimmt wurde sowie die Aufnahme von Jod aus wäßrigem Medium (die Jodzahl) gemessen wurden. Die Jodzahl ist die Anzahl Milligramm Jod, die aus einer 0,05 N wäßrigen Jodlösung durch ein Gramm Kohlenstoff adsorbiert werden, wenn der Jodgehalt des zurückbleibenden Filtrats nicht weniger, als 0,02 N beträgt. Für die Messung wird der Kohlenstoff fein gemahlen, eine gesiebte Fraktion entnommen und der Kontakt mit der Jodlösung auf eine festgesetzte kurze Zeitspanne begrenzt. Von den Werten der Jodzahl wird gesagt, daß sie zahlenmäßig annähernd die gleichen wie die wirksamen Oberflächen (in m2/g) seien, wie durch BET Stickstoffadsorptionsverfahren ermittelt wurde.The pellets were tested by determining their compressive strength in the initial dried state and after activation, and measuring the uptake of iodine from aqueous medium (the iodine value). The iodine value is the number of milligrams of iodine adsorbed by a gram of carbon from a 0.05N aqueous iodine solution when the iodine content of the remaining filtrate is not less than 0.02N. For the measurement, the carbon is finely ground, a sieved fraction taken and the contact with the iodine solution limited to a fixed short period of time. The values of iodine number are said to be numerically approximately the same as the effective surface area (in m 2 / g) as determined by BET nitrogen adsorption method.
In Tabelle 3 sind die Messungen enthalten, die an Proben vorgenommen wurden, die aus einer Auswahl von Braunkohlen aus Victoria hergestellt wurden, und zwar Loy Yang, Morwell und Maddingley.Table 3 shows the measurements made on samples made from a selection of Victoria lignites, Loy Yang, Morwell and Maddingley.
Die obige Tabelle zeigt den Bereich von Druckfestigkeiten (10 bis 60MPa), der bei getrockneten Granulaten festgestellt wurde, die mit keinerlei Zusatzstoff modifiziert worden waren. Während die schwächeren (sauren) Kohlen eine erhebliche Verbesserung der Festigkeit nach Pyrolyse und Dampfaktivierung aufweisen, scheinen die festeren Kohlen nach diesen Behandlungen an Festigkeit zu verlieren.The above table shows the range of compressive strengths (10 to 60 MPa) found on dried granules which had not been modified with any additive. While the weaker (acid) coals show a significant improvement in strength after pyrolysis and steam activation, the more solid coals seem to lose strength after these treatments.
Doppelt wirkende Zusatzstoffe, wie in Tabelle 3 gezeigt (das heißt Zusatzstoffe zur Erhöhung des pH-Wertes und zur Bereitstellung zusätzlicher Brücken-Bindungs-Spezies) verbessern nicht nur die Festigkeit der getrockneten Granulate, sondern führen auch zu sehr ausgeprägten Verbesserungen der Festigkeit bei den dampfaktivierten Granulaten (Loy Yang, mittel-dunkel). Die Verbesserung der Festigkeit ist gewöhnlich von einer Verringerung der wirksamen Oberfläche begleitet (wie aus der geringeren Jodadsorption hervorgeht), aber diese kann in Fällen, in denen ungewöhnlich feste Granulate gefordert werden, toleriert werden.Double acting additives, as shown in Table 3 (i.e., pH enhancers and additional bridging-bonding species), not only improve the strength of the dried granules, but also result in very marked improvements in steam-activated strength Granules (Loy Yang, medium-dark). The improvement in strength is usually accompanied by a reduction in the effective surface area (as evidenced by lower iodine adsorption), but this can be tolerated in cases where unusually strong granules are required.
Geeignete Zusatzstoffe verbessern nicht nur die Druckfestigkeit von Aktivkohlen (siehe Tabelle 3), sondern sie können auch die Abriebbeständigkeit von Aktivkohlegranulaten sehr erheblich erhöhen, wie aus den Angaben in Tabelle 4 zu entnehmen ist. In diesem Fall wurde durch den einzigen Zusatzstoff Ammoniumhydroxid eine beträchtliche Verbesserung der Abriebbeständigkeit eines verhältnismäßig schwachen, von mittel-dunkler Loy Yang Kohle gewonnenen Kohlenstoffs erzielt.Suitable additives not only improve the compressive strength of activated carbons (see Table 3), but they can also significantly increase the abrasion resistance of activated carbon granules, as can be seen from the information in Table 4. In this case, the single additive ammonium hydroxide has achieved a significant improvement in the abrasion resistance of a relatively weak carbon derived from medium-dark Loy Yang coal.
5g Probe, 30ml Wasser wurden in einem 250-ml-Zylinder 8 Stunden lang mit 40 U/min über die Enden gedreht. Probe5g sample, 30ml of water were spun in a 250ml cylinder over the ends for 8 hours at 40rpm. sample
Loy Yang, mittel-dunkelLoy Yang, medium dark
(a) niedrigeI2-ZaIiI(a) low I 2 -ZaIiI
(b) hohel2-Zahl Loy Yang, blaß-hell Loy Yang, mittel-dunkel(b) hohel 2- number Loy Yang, pale-light Loy Yang, medium-dark
(a) 1:1 geknetet: ungeknetet(a) 1: 1 kneaded: not kneaded
(b) 1:1 geknetet: ungeknetet + 0,50ANH4OH + 1,0% NH4OH(b) 1: 1 kneaded: unkneaded + 0.5 0 ANH 4 OH + 1.0% NH 4 OH
So wie Modifikationen durch Zusatzstoffe erreicht werden können, ist es auch möglich, die Eigenschaften von getrockneten Granulaten und der daraus hergestellten Aktivkohlen durch Verändern der Zerreibungsbedingungen zu variieren. Wie bereits gesagt, kann eine solche Veränderung in einem längeren Kneten nur eines Teiles der Kohle und einem anschließenden kurzen Einmischen des Restes der Kohle in die auf diese Weise geschaffene plastische Masse bestehen. Alternativ kann die Knetzeit der Gesamtmasse der Kohle erheblich variiert werden, wobei trotzdem zufriedenstellende Endprodukte erzeugt werden. In beiden Fällen kann die für das Zerreiben der Kohle aufgewendete Energie in Verbindung mit anderen brauchbaren Ergebnissen (die unten ausführlich erläutert werden) vorteilhaft verringert werden.As modifications can be achieved by additives, it is also possible to vary the properties of dried granules and the activated carbons produced therefrom by varying the frying conditions. As already stated, such a change can consist in a prolonged kneading of only a part of the coal and a subsequent brief mixing in of the remainder of the coal in the plastic mass created in this way. Alternatively, the kneading time of the total mass of the coal can be varied considerably while still producing satisfactory end products. In either case, the energy spent for grinding the coal can be advantageously reduced in conjunction with other useful results (discussed in detail below).
Die folgende Verfahrensweise wurde angewandt, um die Wirkungen zu untersuchen, die sich durch das Kneten nur eines Teiles der Kohle ergeben: 200g flöz-feuchte Kohle, die durch einmaliges Hindurchleiten durch eine Hammermühle in der Größe reduziert worden war, wurden in zwei gleiche Teile geteilt, von denen einer fünf Stunden lang in einer Sigma-Knetmaschine geknetet wurde, während der andere bis zum Ende dieses Zeitraumes zurückgehalten und dann in der Knetmaschine kurz (2 Minuten) in die plastische Masse eingemischt wurde. Das Strangpressen und die anschließende Behandlung der Granulate wurden nach der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise vorgenommen. Diebei diesen Granulaten vorgenommenen Messungen sind in Tabelle 5 wiedergegeben.The following procedure was used to study the effects of kneading only a portion of the coal: 200g of flooded coal, which had been reduced in size by passing once through a hammer mill, was divided into two equal parts of which one was kneaded for five hours in a sigma kneader, while the other was held until the end of this period and then blended briefly (2 minutes) in the plastic mass in the kneading machine. The extrusion and the subsequent treatment of the granules were carried out according to the procedure described in Example 1. The measurements made on these granules are shown in Table 5.
Es zeigt sich, daß Aktivkohlen von angemessener Festigkeit mit großen wirksamen Oberflächen gewonnen werden können, wenn nur ein Teil der ursprünglichen Kohle geknetet wird und dieser geknetete Teil als Bindungsphase für die übrige Kohle verwendet wird.It turns out that activated carbons of adequate strength can be obtained with large effective surfaces if only a part of the original coal is kneaded and this kneaded part is used as a binding phase for the remaining coal.
Die auf diese Weise hergestellten Aktivkohlen haben den beträchtlichen Vorteil, daß sie gelöste Stoffe viel schneller absorbieren als diejenigen, die aus vollständig gekneteter Kohle hergestellt wurden. Offensichtlich bieten die Fragmente von Rohkohle mit ihrer hohen Porosität selbst nach der Pyrolyse eine bessere Eindringmöglichkeit für gelöste Stoffe zu der Innenflächen der Granulate. Die Wirkung wirdm derfolgenden Tabelle 6dargestellt. ·The activated carbons produced in this way have the considerable advantage that they absorb solutes much faster than those made from fully-kneaded coal. Obviously, the fragments of raw coal with their high porosity, even after pyrolysis, offer better penetration of solutes to the internal surfaces of the granules. The effect is shown in the following Table 6. ·
Probesample
(a) vollständig geknetet(a) fully kneaded
(b) 1:1 geknetet: ungeknetet(b) 1: 1 kneaded: not kneaded
Die Zeit für das Kneten der Kohle kann auch erheblich verkürzt werden (von 5 h auf 1 h), ohne daß ein nennenswerter Verlust an Druckfestigkeit oder der wirksamen Gesamtoberfläche der resultierenden Aktivkohlen zu verzeichnen wäre, wie aus den Angaben derTabelle 7 zu entnehmen ist.The time for kneading the coal can also be shortened considerably (from 5 h to 1 h), without a noticeable loss of compressive strength or the effective total surface area of the resulting activated carbons, as can be seen from the data in Table 7.
Knetzeit hKneading time h
Masseverlust % bei AktivierungWeight loss% at activation
Jodzahl mg/gIodine number mg / g
Druckfestigkeit MPaCompressive strength MPa
60 64 6360 64 63
764 860 901764 860 901
41 58 4741 58 47
Wie in der allgemeinen Beschreibung des Verfahrens erwähnt wurde, besteht die Aktivierung in einer Behandlung der getrockneten und pyrolysierten Granulate mit Hochtemperaturdampf, bei dem es sich um einen Bestandteil einer ansonsten inerten Atmosphäre handelt. Wichtige Variable bei dem Aktivierungsvorgang sind der Partialdruck des Wasserdampfes in der Aktivierungsatmosphäre, die Temperatur, bei der die Aktivierung vorgenommen wird und die Behandlungszeit. Zur Untersuchung dieser Variablen wurden getrocknete Granulate unter Anwendung der ausführlich in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt. Nach einer vorausgehenden Pyrolyse wurden die Granulate unter variierenden Bedingungen aktiviert. Die Endprodukte wurden hinsichtlich der Jodzahl beurteilt, und in einigen Fällen durch Messung des Masseverlustes während der Aktivierung, weil dieser ziemlich stark mit.der Härte der Bedingungen variieren kann. Die Ergebnisse der Versuche mit verschiedenen Braunkohlen aus Victoria sind in Tabelle 8 wiedergegeben.As mentioned in the general description of the process, the activation consists of treating the dried and pyrolyzed granules with high temperature steam, which is a constituent of an otherwise inert atmosphere. Important variables in the activation process are the partial pressure of the water vapor in the activation atmosphere, the temperature at which the activation is carried out and the treatment time. To study these variables, dried granules were prepared using the procedure detailed in Examples 1 and 2. After a preliminary pyrolysis, the granules were activated under varying conditions. The final products were evaluated for iodine value, and in some cases by measuring mass loss during activation, because this can vary quite considerably with the severity of the conditions. The results of the experiments with various lignites from Victoria are shown in Table 8.
LithotypLithotyp
Dampipartialdruck (Temp, derSteam partial pressure (Temp
Dampferzeu gung 0CSteam generation 0 C
Aktivier,-(Temp.) 0CActivator, - (Temp.) 0 C
Temp. 0C pH2, mmHgTemp. 0 C pH2, mmHg
75 289,175,289.1
95 633,995 633.9
100 760100 760
Aktivier.- zeit hActivation time h
Jodzahliodine
desof
Produk-production
desof
mg/gmg / g
Die Punkte (I) und (II) in Tabelle 8 zeigen die Bedeutung, die der Dampfpartialdruckfür die Erzielung einer wirksamen Aktivierung hat. Durch die Erhöhung des relativen Partialdruckes (siehe Kästchen unterhalb der Tabelle 8) von dem 289 bei75°C entsprechenden auf den 760 bei 100°C entsprechenden, wurde eine Vergrößerung der wirksamen Oberfläche von aktivierten Proben um das 2- bis 2,5fache erzielt.Items (I) and (II) in Table 8 show the importance that the vapor partial pressure has for achieving effective activation. Increasing the relative partial pressure (see box below Table 8) from the 289 at 75 ° C corresponding to the 760 at 100 ° C, increased the effective surface area of activated samples by 2 to 2.5 times.
Es könnte daher ein Vorteil sein, wenn der höchste praktisch anwendbare Dampfpartialdruck, bei dem das Verfahren angemessen gesteuert werden kann, angewandt wird. Wenn siedendes Wasser für die Bereitstellung des Dampfes eingesetzt wird, dann wird die Aktivierung sehr rasch vor sich gehen und kann zu einem ernstlichen Abbau der Granulate führen. Das Verfahren wird daher wahrscheinlich am erfolgreichsten sein, wenn der Schutzgasstrom einen verhältnismäßig hohen Partialdruck des Dampfes ausweist, aber nicht mit diesem Bestandteil gesättigt ist.It might therefore be an advantage to apply the highest practical vapor partial pressure at which the process can be adequately controlled. If boiling water is used to provide the steam, activation will be very rapid and can lead to serious degradation of the granules. The process will therefore probably be most successful if the shielding gas stream has a relatively high partial pressure of the vapor but is not saturated with that ingredient.
Die Punkte (III) und (IV) in Tabelle 8 zeigen, daß die Aktivierung bei Temperaturen von über etwa 680°C erreicht werden kann, daß aber die günstigsten Ergebnisse bei etwa 8000C erzielt werden. Unter 68O0C werden die Aktivierungszeiten unangemessen lang. .The points (III) and (IV) that activation at temperatures above about 680 ° C can be achieved, but that the best results are obtained at about 800 0 C show in Table 8 below. Under 68O 0 C, the activation times become unreasonably long. ,
Innerhalb von Grenzen steht die erzielte wirksame Oberfläche mit dem prozentualen Masseverlust während der Aktivierung in Beziehung. Ein zu großer Masseverlust kann zu kleineren Flächen führen, weil die Struktur des Kohlenstoff abgetragen wird. Die Punkte (V), (Vl) und (VII) in Tabelle 8 besagen, daß die wirksamen Oberflächen durch längere Einwirkzeiten des aktivierenden Gases im Bereich von 1 bis 6 Stunden erheblich vergrößert werden. Die Wirkungen sind allerdings von der Herkunft der Kohle abhängig. Loy-Yang-Kohle, die Granulate ergab, die zu Beginn verhältnismäßig schwach waren, erzielt eine hohe wirksame Oberfläche in einer verhältnismäßig kurzen Zeit, wobei die Wirkungen nach einer längeren Einwirkungszeit aber reduziert sind. Morwell-Kohle, die feste getrocknete Granulate ergibt, ergibt geringe wirksame Oberflächen bei kurzen Einwirkungszeiten, reagiert aber auf längere Einwirkung gut. Maddingley-Kohle scheint nach einer Aktivierungszeit von etwa einer Stunde eine maximale wirksame Oberfläche zu erreichen, wobei eine Abnahme der wirksamen Oberfläche bei längerer Aktivierung zu verzeichnen ist. ' [Within limits, the effective surface area achieved is related to percent mass loss during activation. Too much mass loss can lead to smaller areas because the structure of the carbon is removed. Points (V), (Vl) and (VII) in Table 8 indicate that the effective surfaces are significantly increased by longer exposure times of the activating gas in the range of 1 to 6 hours. However, the effects depend on the origin of the coal. Loy-yang coal, which gave granules that were relatively weak at the beginning, achieves a high effective surface in a relatively short time, but the effects are reduced after a longer exposure time. Morwell coal, which gives solid dried granules, gives low effective surface area with short exposure times, but reacts well for extended exposure. Maddingley coal appears to reach a maximum effective surface area after an activation time of about one hour, with a decrease in the active surface upon prolonged activation. '[
Die Rückgewinnung aktivierter Kohlenstoffgranulate (oder von Fragmenten davon) aus heterogenen Systemen, wie Suspensionen von Mineralien in Wasser, wird erleichtert, wenn der Kohlenstoff auf ein angelegtes magnetisches Feld anspricht. Eine Aktivkohle mit dieser Eigenschaft wurde aus Braunkohle durch Einarbeiten von feinem Eisenoxid während der Vorbereitung der Granulate erzeugt. Das Herstellungsverfahren entsprach in seinen Einzelheiten dem des obigen Beispiels 1 unter Verwendung von dunkler Lithotyp-Kohle von Loy Yang. Während des Knetens der Kohle wurden 10 Ma.-% feines Eisenoxid der nassen plastischen Masse zugesetzt und gründlich damit vermischt. Die auf diese Weise hergestellten Granulate trocknen in der normalen Weise, und während der Pyrolyse und der Aktivierung erfolgt eine ausreichende Reduktion des Eisenoxids, so daß die Granulate stark auf ein magnetisches Feld ansprechen. Die Reduktion ist vermutlich auf den Wasserstoff und das Kohlenmonoxid zurückzuführen, die während des Erhitzens der Kohle entwickelt werden. Vom funktionellen Gesichtspunkt aus gibt es durch das Vorhandensein der reduzierten Eisenphasen keine schwerwiegenden nachteiligen Auswirkungen weder auf die Festigkeit noch auf die erzielbare wirksame Oberfläche der Granulate. Die magnetischen Eigenschaften der Aktivkohlen werden durch Eintauchen in wäßriges Medium nicht zerstört, und tatsächlich hat es sich als äußerst schwierig erwiesen, irgendeinen nennenswerten Teil des Eisens mit wirksamen Lösungsmitteln für das Metall oder die Oxide zu extrahieren. Die magnetischen Eigenschaften blieben nach derartigen Extraktionen einwandfrei erhaltenThe recovery of activated carbon granules (or fragments thereof) from heterogeneous systems, such as suspensions of minerals in water, is facilitated as the carbon responds to an applied magnetic field. An activated carbon having this property was produced from lignite by incorporating fine iron oxide during the preparation of the granules. The manufacturing process was similar in detail to that of Example 1 above using Loy Yang dark lithotype coal. While kneading the coal, 10 mass% of fine iron oxide was added to the wet plastic mass and mixed thoroughly therewith. The granules prepared in this way dry in the normal way, and during the pyrolysis and the activation a sufficient reduction of the iron oxide, so that the granules respond strongly to a magnetic field. The reduction is believed to be due to the hydrogen and carbon monoxide being developed during the heating of the coal. From a functional point of view, the presence of the reduced iron phase does not have serious adverse effects on either the strength or the achievable effective surface area of the granules. The magnetic properties of the activated carbons are not destroyed by immersion in aqueous medium, and in fact it has proved extremely difficult to extract any appreciable portion of the iron with effective metal or oxide solvents. The magnetic properties were perfectly preserved after such extractions
Die Eigenschaften gehen aus Tabelle 9 hervor. The properties are shown in Table 9.
Beide Präparate (mit und ohne Fe^O3) gewinnen an Festigkeit bei der Aktivierung, das letztere etwas weniger als das erstere. Die Erosion während der Aktivierung ist durch das vorhandene Eisen etwas reduziert, und das zeigt sich durch eine erheblich geringere wirksame Oberfläche; es könnten jedoch härtere Aktivierungsbedingungen angewandt Werden, um bei Bedarf eine größere Oberfläche zu erzeugen.Both preparations (with and without Fe ^ O 3) are gaining strength in the activation, the latter slightly less than the former. The erosion during activation is somewhat reduced by the presence of iron, and this is evidenced by a significantly lower effective surface area; however, harder activation conditions could be used to create a larger surface area as needed.
Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung in ihren allgemeinen Aspekten nicht auf die darin erläuterten spezifischen Einzelheiten beschränkt ist.It is to be understood that the invention in its broader aspects is not limited to the specific details set forth therein.
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