FI129435B - Manufacturing method of carbon blocks - Google Patents
Manufacturing method of carbon blocks Download PDFInfo
- Publication number
- FI129435B FI129435B FI20196073A FI20196073A FI129435B FI 129435 B FI129435 B FI 129435B FI 20196073 A FI20196073 A FI 20196073A FI 20196073 A FI20196073 A FI 20196073A FI 129435 B FI129435 B FI 129435B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- mixture
- temperature
- furnace
- foam
- carbon
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/3007—Moulding, shaping or extruding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
- C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
- C01B32/336—Preparation characterised by gaseous activating agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/22—After-treatment of expandable particles; Forming foamed products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Denna uppfinning avser ett framställningsförfarande för kolstycken i synnerhet genom en kontinuerlig process, och en produkt som erhålls med denna förfarande. Vid förfarandet används ett biomaterialbaserat råmaterial genom att från en fraktionering av biomassa erhållna fraktioner bilda en blandning, som behandlas för att framställa ett kolstycke. Vid förfarandet värmebehandlas och förkolas och valfritt aktiveras en blandning av råmaterial eller ett skum därav. Det förfarande enligt uppfinningen lämpar sig som en kontinuerlig framställningsförfarande för kolstyckprodukter.This invention relates to a production process for carbon pieces in particular by a continuous process, and to a product obtained by this process. In the process, a biomaterial-based raw material is used by forming fractions obtained from a fractionation of biomass, a mixture which is treated to produce a piece of carbon. In the process, a mixture of raw materials or a foam thereof is heat-treated and charred and optionally activated. The process according to the invention is suitable as a continuous production process for carbon piece products.
Description
HIILIKAPPALEIDEN VALMISTUSMENETELMÄ Tekniikan ala Esillä oleva keksintö liittyy hiilikappaleiden valmistusmenetelmään, sekä tällä menetelmällä valmistettaviin tuotteisiin. Etenkin keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää hiillettyjen kappaleiden valmistamiseksi biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta, etenkin jatkuvatoimisella prosessilla. Keksintö koskee myös menetelmällä valmistettavaa hiilikappaletta, etenkin monikerroskappaletta. Tekniikan taso Erilaisille hiilituotteille löytyy käyttöä monissa eri käyttökohteissa, kuten puhdistuskohteissa, esimerkiksi kaasujen ja nesteiden puhdistuksessa, tai erilaisissa puhdistimissa, täytekappaleena tai katalyyttien runkoaineena. Erityisesti hiilikappaleet soveltuvat yleisesti käytettäväksi lämmöneristyksessä sekä erilaisissa suodattimissa. Huokoista hiiltä käytetään puolestaan etenkin katalyyttien kantaja-aineina niiden suuren N ominaispinta-alan vuoksi.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing carbon bodies, and to products manufactured by this method. In particular, the invention relates to a process for the preparation of carbonized bodies from a biomaterial-based starting material according to the preamble of claim 1, in particular by a continuous process. The invention also relates to a carbon body produced by the method, in particular a multilayer body. BACKGROUND OF THE INVENTION Various carbon products are used in many different applications, such as cleaning applications, for example in the cleaning of gases and liquids, or in various purifiers, as a filler or as a catalyst filler. Carbon bodies in particular are generally suitable for use in thermal insulation as well as in various filters. Porous carbon, in turn, is used in particular as a support for catalysts due to their high specific surface area N.
N <Q Hiillettyjä ja mahdollisesti aktivoituja hiilituotteita on tunnettua valmistaa sekä + © jatkuvatoimisilla että panosprosesseilla. Jatkuvatoimisia prosesseja, kuten pyöriviä rumpu-N <Q It is known to produce carbonized and possibly activated carbon products by both continuous and batch processes. Continuous processes such as rotating drums
I = ja ruuviprosesseja pystytään hyödyntämään jauhemaisille ja palamaisille syötteille, mutta 2 nämä eivät toimi kappaleille tai muuten muotoonsa tehdyille tuotteille. PatenttijulkaisuissaI = and screw processes can be utilized for powdered and lumpy feeds, but 2 these do not work for pieces or other shaped products. In patent publications
O S US2016244674 Al ja WO0189993 Al on esitetty pyörivä jatkuvatoiminen N valmistusprosessi hiilituotteille. Prosessissa valmistettava tuote altistetaan tietynlaiselle lämpötilaprofiilille pitämällä uunin eri kohtia eri lämpötiloissa. Hiilituotteet etenevät uuneissa pyörivän liikkeen mukana.O S US2016244674 A1 and WO0189993 A1 disclose a rotary continuous N manufacturing process for carbon products. The product produced in the process is exposed to a certain temperature profile by keeping different parts of the oven at different temperatures. Carbon products travel in the furnaces with a rotating motion.
Fi-pyöriviä jatkuvatoimisia uuneja, kuten tasouuneja, on tähän asti käytetty lähinnä esimerkiksi posliini-, lasi- ja metalliteollisuudessa. Eräs jatkuvatoiminen rullatyyppinen uuni on kuvattu mm. patenttijulkaisussa CN 105174257 A. Tällaisia uuneja ei kuitenkaan ole käytetty bioperäisille tuotteille, koska niitä ei tyypillisesti käytetä sellaisten tuotteiden kanssa, joista syntyy runsaasti haihtuvia komponentteja, jotka lauhdutetaan tai, joita mahdollisesti hyödynnetään lämmönlähteenä kyseessä olevan prosessin eri vaiheissa. Yleisesti hiilituotteita pyritään kuitenkin nykyisin valmistamaan yhä enemmän myös biomateriaalipohjaisista lähtöaineista. Patenttijulkaisussa CN105289563 A on puolestaan esitetty prosessi aktivoidun hiilen regeneroimiseksi hyödyntäen tunneliuunia, jossa on eri lämpötilavyöhykkeitä. Aktiivihiiltä säilytetään ensin ilmastoidussa tilassa, minkä jälkeen se laitetaan erillisiin säiliöihin, joissa se regeneroidaan. Myös patenttijulkaisussa CN 107381569 A on kuvattu menetelmä pallomaisen aktivoidun hiilen valmistamiseksi. Panosprosseja on käytetty etenkin hiilikappaleiden valmistamiseen. Panosprosesseissa tietty määrä käsiteltävää tuotetta lastataan panosuuniin ja käsitellään. Kaikki vaiheet suoritetaan joko samassa panosuunissa tai kappale siirretään panosuunista toiseen, mahdollisesti välivarastoinnin kautta. Tällaiset panosprosessit eivät mahdollista lämmönkierrätystä tai talteenottoa prosessin aikana ja ne sisältävät useita välivaiheita kappaleiden valmistamiseksi. Panosprosessi hiilikappaleiden valmistamiseksi on kuvattu mm. patenttijulkaisussa CN 105293490 A.Fi-rotating continuous furnaces, such as flat furnaces, have so far been used mainly in the porcelain, glass and metal industries, for example. A continuous roller-type oven has been described e.g. CN 105174257 A. However, such furnaces have not been used for bio-based products because they are not typically used with products that generate highly volatile components that are condensed or potentially utilized as a heat source at various stages of the process in question. In general, however, carbon products are now increasingly being made from biomaterial-based feedstocks. CN105289563 A, on the other hand, discloses a process for regenerating activated carbon using a tunnel furnace with different temperature zones. Activated carbon is first stored in an air-conditioned room, after which it is placed in separate tanks where it is regenerated. CN 107381569 A also describes a process for producing spherical activated carbon. Batch processes have been used especially for the production of carbon bodies. In batch processes, a certain amount of product to be processed is loaded into a batch furnace and processed. All steps are performed either in the same batch furnace or the piece is transferred from one batch furnace to another, possibly via intermediate storage. Such batch processes do not allow heat to be recycled or recovered during the process and include several intermediate steps to make the parts. The batch process for the production of carbon bodies has been described e.g. in CN 105293490 A.
N N Patenttijulkaisussa GB1162571 A on kuvattu koksin valmistusprosessi, jossa bitumipitoinen hiili syötetään prosessiin, jossa se muovautuu uunissa tietyn paksuiseksi S kerrokseksi palamisesta syntyvän lämmön johdosta.N11 Patent publication GB1162571 A describes a coke production process in which bituminous carbon is fed to a process in which it is formed in a furnace into a layer S of a certain thickness due to the heat generated by combustion.
x a © Hiilituotteen valmistusprosessin valinnassa on merkittävää huomioida käytetyt lähtöaineet, 3 lopputuotteen haluttu muoto sekä prosessin taloudellisuus.x a © When choosing the manufacturing process of a carbon product, it is important to take into account the starting materials used, 3 the desired form of the final product and the economy of the process.
O Edellä esitetyn perusteella hiilikappaleiden valmistusmenetelmissä on vielä paljon kehittämisen varaa. Erityisesti ekologisten lähtöaineiden käyttöä tulee tehostaa ja teollisuuden sivutuotteiden hyötykäyttöä lisätä entisestään. Ennen kaikkea, jatkuvatoimista valmistusmenetelmää nimenomaan hiilikappaleille ei ole vielä onnistuttu kehittämään. Mikään prosessi ei myöskään ole onnistunut optimoida kaikkia valmistettavan tuotteen edullisia ominaisuuksia samanaikaisesti ympäristöystävällisyyden ja taloudellisuuden kanssa. Tavoiteltavia ominaisuuksia ovat etenkin jatkuvatoimisuus ja prosessivirtojen tehokas hyödyntäminen. Keksinnön yleinen kuvaus Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen menetelmä hiilikappaleiden valmistamiseksi bioperäisistä lähtöaineista. Erityisesti tarkoituksena on saada aikaan jatkuvatoiminen valmistusmenetelmä hiillettyjen ja mahdollisesti aktivoitujen kappaletuotteiden valmistamiseksi käyttämällä ekologista ja kustannuksiltaan edullista prosessia, jolla saavutetaan kuitenkin valmistettavan tuotteen tarvittavat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet käytön kannalta. Ajatuksena on, että keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa energiatehokkaasti erimuotoisia sekä ominaisuuksiltaan erilaisia kappaleita tai muotoiltuja kappaleita. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen monikerroskappale, jonka eri kerroksilla on mahdollisesti erilaisia ominaisuuksia, mutta tuote on kuitenkin edullisesti N monoliittinen.O Based on the above, there is still a lot of room for improvement in the production methods of carbon bodies. In particular, the use of ecological feedstocks needs to be intensified and the utilization of industrial by-products needs to be further increased. Above all, a continuous manufacturing method specifically for carbon bodies has not yet been successfully developed. Nor has any process succeeded in optimizing all the advantageous properties of the product to be manufactured at the same time as being environmentally friendly and economical. The desired features are, in particular, continuous operation and efficient utilization of process flows. General Description of the Invention It is an object of the present invention to provide a novel process for the preparation of carbon bodies from bio-based starting materials. In particular, it is intended to provide a continuous manufacturing process for the production of carbonized and possibly activated bulk products using an ecological and cost-effective process which, however, achieves the necessary physical and chemical properties of the product to be manufactured for use. The idea is that the method according to the invention can be used to produce parts or shaped parts with different shapes and different properties in an energy-efficient manner. It is a further object of the invention to provide a novel multilayer body, the different layers of which may have different properties, but the product is preferably N monolithic.
& Keksinnön mukaisessa jatkuvatoimisessa hiilikappaleiden valmistusmenetelmässä S biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta muodostetaan ensin seos. Tämä seos tai siitä E muodostettu vaahto saatetaan lämpökäsittelyyn, minkä jälkeen se hiillytetään ja © valinnaisesti aktivoidaan. Jatkuvatoiminen valmistusmenetelmä toteutetaan käyttämällä 3 yhtä tai useampaa tunneliuunia ja ainakin kahta uunivyöhykettä, jolloin kukin uunivyöhyke > on itsenäinen lämpötilan, kaasuatmosfäärin sekä kaasun syötön ja keräyksen osalta. Ainakin kaksi uunivyöhykettä eroavat toisistaan ainakin yhden edellä mainitun ominaisuuden osalta.& In the continuous process for the production of carbon bodies according to the invention, a mixture is first formed from the biomaterial-based starting material. This mixture or the foam formed therefrom is subjected to a heat treatment, after which it is carbonized and optionally activated. The continuous production process is carried out using 3 one or more tunnel furnaces and at least two furnace zones, each furnace zone> being independent in terms of temperature, gas atmosphere and gas supply and collection. At least two furnace zones differ in at least one of the above characteristics.
Edellä esitetyllä tavalla saadaan aikaan jatkuvatoiminen valmistusmenetelmä biomateriaalipohjaisille hiilikappaleille, jossa menetelmässä hyödynnetään prosessissa syntyviä jakeita lämmön lähteenä tai ne vaihtoehtoisesti lauhdutetaan ja hyödynnetään sisäisesti tai ulkoisesti energiana tai raaka-aineena. Täsmällisemmin sanottuna keksinnölle on tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa. Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Menetelmällä saadaan valmistettua hiilikappaleita jatkuvatoimisella prosessilla hyödyntäen tehokasta lämmön sekä eri komponenttien talteenottoa. Jatkuvatoiminen prosessi vähentää selvästi menetelmässä vaadittuja välivaiheita, koska ensimmäiseen uunivyöhykkeeseen syöttämisen jälkeen kappaleelle ei tarvitse suorittaa välitoimenpiteitä, vaan kappale liikkuu vaiheesta toiseen uunivyöhykkeiden läpi, ja viimeisen uunivyöhykkeen ulostulosta saadaan ulos valmis hiilikappale. Keksinnössä voidaan käyttää lähtöaineena hyvin laajasti erilaisia lignoselluloosapohjaisia raaka-aineita, kuten erilaisia kasveja ja niiden osia, erilaisten fraktiointiprosessien sivujakeita, sekä turve- ja biokaasulaitosten mädätteitä ja muita biologisesti osittain hajonneita tai käsiteltyjä materiaaleja. Keksinnössä käytettävät bioperäiset raaka-aineet vähentävät fossiilisten raaka-aineiden tarvetta ja pienentävät tuotteen N hiilidioksidijalanjälkeä Keksinnön mukaisessa menetelmässä on siten mahdollista N hyödyntää halvempia, puhdistamattomia, lähtöaineita tai puhdistettuja raaka-aineita, tai yhdistää näitä. Näin saadaan käytettyä hyödyksi myös fraktiointiprosessin sivujakeita.As described above, a continuous production process for biomaterial-based carbon bodies is provided, in which the fractions generated in the process are utilized as a heat source or alternatively condensed and utilized internally or externally as energy or raw material. More specifically, the invention is characterized by what is set forth in the characterizing parts of the independent claims. The invention provides considerable advantages. The method makes it possible to produce carbon pieces in a continuous process utilizing efficient heat and the recovery of various components. The continuous process clearly reduces the intermediate steps required in the method, because after feeding into the first furnace zone, the piece does not need to be intermediate, but moves from one stage to the other through the furnace zones, and the finished carbon piece is discharged from the last furnace zone. A wide variety of lignocellulosic feedstocks can be used as starting materials in the invention, such as various plants and parts thereof, by-products of various fractionation processes, as well as peat and biogas plant digests and other partially biodegraded or treated materials. The bio-based feedstocks used in the invention reduce the need for fossil feedstocks and reduce the carbon footprint of the product N. This also makes use of the side fractions of the fractionation process.
S E Siten keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä on etuna ympäristöystävällisyys, © yksinkertainen teknologia ja alhainen energian kulutus. Energian kulutusta voidaan 3 pienentää, kun hyödynnetään eri prosessivaiheissa käytettyjen kaasuvirtojen energiaa > ottamalla niitä talteen ja hyödyntämällä esimerkiksi esilämmityksessä. Hiiltämis-vaiheessa syntyviä haihtuvia jakeita voidaan myös hyödyntää energianlähteenä tai niistä voidaan ottaa lämpöä talteen lauhduttamalla, jolloin myös nämä nestejakeet voidaan hyödyntää muissa prosesseissa. Lauhtumattomat kaasut voidaan polttaa ja näin tuotettu energia voidaan hyödyntää esimerkiksi prosessissa, lämmityksessä tai sähköntuotannossa tms. Keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä on mahdollista myös kierrättää biomateriaalipohjaisia tuotteita regeneroimalla ne. Tuote voidaan regeneroida suoraan uudelleen kuumentamalla tai vaihtoehtoisesti murskaamalla, minkä jälkeen sitä voidaan käyttää uuden seoksen raaka-aineena. Seuraavassa tarkastellaan lähemmin keksinnön edullisia sovellusmuotoja oheiseen piirustukseen viitaten. Piirustuksessa on esitetty yksinkertaistettu kaaviokuva yhden sovellutusmuodon mukaisen menetelmän vaiheista. Piirustukset Kuvio 1 on lohkokaavio, jossa on esitetty yhden sovellutusmuodon mukaisen menetelmän vaiheet. Sovellutusmuodot Esillä oleva keksintö koskee jatkuvatoimista menetelmää hiilikappaleiden valmistamiseksi, sekä tällä menetelmällä valmistettavaa monikerroskappaletta. N Valmistettavista tuotteista käytetään seuraavassa yleisesti nimityksiä ”hiilikappale” ja N ”kappale” toistensa synonyymeina. Kyseessä on kolmiulotteinen hiilituote, jolla on jokin O muoto. Kappaleen muotoa ei ole mitenkään rajattu. +S E Thus, the manufacturing method according to the invention has the advantage of environmental friendliness, simple technology and low energy consumption. Energy consumption 3 can be reduced by utilizing the energy of the gas streams used in the different process steps> by recovering them and utilizing them, for example, in preheating. The volatile fractions generated in the carbonization step can also be utilized as an energy source or heat can be recovered from them by condensation, in which case these liquid fractions can also be utilized in other processes. Non-condensable gases can be burned and the energy thus produced can be utilized, for example, in process, heating or electricity generation, etc. With the production method according to the invention, it is also possible to recycle biomaterial-based products by regenerating them. The product can be regenerated directly by heating or alternatively by crushing, after which it can be used as a raw material for a new mixture. Preferred embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The drawing shows a simplified diagram of the steps of the method according to one embodiment. Drawings Fig. 1 is a block diagram showing the steps of a method according to one embodiment. Embodiments The present invention relates to a continuous process for producing carbon bodies, and to a multilayer body to be produced by this method. N In the following, the products to be manufactured are commonly referred to as “carbon body” and N “body” as synonyms for each other. It is a three-dimensional carbon product with some O-shape. The shape of the body is not limited in any way. +
O E Termillä ”jatkuvatoiminen” tarkoitetaan esillä olevan keksinnön yhteydessä menetelmää, © jossa valmistettavat kappaleet ovat jatkuvassa liikkeessä siirtyen vaiheesta toiseen tai, jossa O valmistettavat kappaleet siirtyvät suoraan seuraavaan menetelmävaiheeseen ilman > varastointia vaiheiden välillä, etenkin siten, että kappaleet siirtyvät uunivyöhykkeestä toiseen joutumatta vaiheiden välillä tekemisiin ulkopuolisen ympäristön kanssa. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että menetelmässä käytettävässä uunikokonaisuudessa on syöttö ja ulostulo, joiden välillä kappale liikkuu eteenpäin vaiheesta toiseen ilman erillisiä toimenpiteitä. Tapauksessa, jossa uunikokonaisuus sisältää vain yhden tunneliuunin, syötöllä ja ulostulolla tarkoitetaan luonnollisesti tämän kyseisen tunneliuunin syöttöä, josta kappale saatetaan uuniin, ja ulostuloa, josta valmis hiilikappale tulee ulos uunista. Useamman tunneliuunin tapauksessa uunikokonaisuuden syötöllä tarkoitetaan järjestyksessään ensimmäisen tunneliuunin syöttöä, josta kappale saatetaan uuniin, ja ulostulossa puolestaan järjestyksessään viimeisen tunneltuunin ulostuloa, josta valmis hiilikappale tuloo kaikkien vaiheiden jälkeen ulos. Hiilikappaleet ovat ”monoliittisiä”, millä tässä yhteydessä tarkoitetaan, että niiden runkorakenne koostuu kauttaaltaan samasta aineesta, eli hiilikappale on ”yhtä ainetta”. Yhden sovelluksen mukainen menetelmä on esitetty kuviossa 1. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä hiillettyjen kappaleiden valmistamiseksi biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta käsittää lähtöaineen seoksen muodostamisen biomassan fraktioinnista saatavasta jakeesta, minkä jälkeen seos muotoillaan tai siitä se vaahdotetaan ja muodostettu vaahto muotoillaan. Muotoiltu seos tai vaahto saatetaan lämpökäsittelyyn, minkä jälkeen se hiillytetään.OE In the context of the present invention, the term "continuous" means a process in which the workpieces are in continuous movement from one step to another or in which the workpieces are moved directly to the next process step without> storage between steps, in particular by moving the pieces from one oven zone to another. with the external environment. In practice, this means that the furnace assembly used in the method has an inlet and an outlet between which the piece moves forward from one stage to another without separate measures. In the case where the furnace assembly contains only one tunnel furnace, the feed and outlet naturally mean the feed of this particular tunnel furnace from which the piece is placed in the furnace and the outlet from which the finished carbon body exits the furnace. In the case of several tunnel furnaces, the feed of the furnace assembly means the feed of the first tunnel furnace in order from which the piece is placed in the furnace, and the outlet means the outlet of the last tunnel furnace in order. Carbon bodies are “monolithic”, which in this context means that their body structure consists of the same substance throughout, ie the carbon body is “one substance”. The process according to one embodiment is shown in Figure 1. The process according to the present invention for producing charred bodies from a biomaterial-based starting material comprises forming a mixture of the starting material from a fraction obtained from biomass fractionation, then shaping or foaming the mixture and shaping the formed foam. The shaped mixture or foam is subjected to a heat treatment, after which it is carbonized.
N Keksinnön mukainen kappale valmistetaan jatkuvatoimisella prosessilla yhdessä tai N useammassa tunneliuunissa käyttäen ainakin kahta uunivyöhykettä, joista kukin on O itsenäinen lämpötilan, kaasuatmosfäärin sekä kaasun syötön ja keräyksen osalta, jolloin S ainakin kaksi vyöhykettä eroaa toisistaan ainakin yhden edellä mainitun ominaisuudenThe body according to the invention is produced by a continuous process in one or more tunnel furnaces using at least two furnace zones, each of which is independent of temperature, gas atmosphere and gas supply and collection, S at least two zones differing in at least one of the above properties.
I x osalta.For I x.
S © Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa muodostetaan seos, joka sisältää vähintään 50 paino- > % kuiva-aineesta biomassan fraktioinnista saatavaa jaetta. Biomassasta saatu fraktio voi olla joko käsittelemättömänä tai käsiteltynä tai näiden seoksena. Yhden sovellutusmuodon mukaan seokseen lisätään useampia biomassan fraktioinnista saatavia jakeita. Tyypillisesti lisättävät jakeet sisältävät esimerkiksi biomassasta saatavia orgaanisia komponentteja, kuten ligniiniä, uuteaineita, furfuraalia tai tanniinia, tai monomeerisiä, oligomeerisiä tai polymeerisiä sakkarideja, jotka ovat peräisin selluloosasta tai hemiselluloosasta. Esillä olevassa keksinnössä pystytään siis hyödyntämään tehokkaasti fraktiointiprosessin erilaisia sivujakeita. Lisäksi lisättävät jakeet voivat olla puhtaita tai puhdistamattomia. Kunkin tällaisen jakeen osuus vaahdotettavan seoksen kiintoaineesta voi olla esimerkiksi noin 0,1-25 paino-%. Yhden sovellutusmuodon mukaan biomassan fraktioinnista saatava jae on etenkin ligniiniä tai tanniinia, tai näiden seosta. Edullisesti ligniinin tai tanniinin osuus lähtöaineen kuiva- aineesta on vähintään 50 paino-%. Yhden sovellutusmuodon mukaan biomassan jakeista muodostettu seos sisältää vähintään 1 paino-% li gniiniä, edullisesti vähintään 5 paino-% ligniiniä, edullisemmin 10-90 paino- % ligniiniä, esimerkiksi 50-70 paino-% ligniiniä seoksen kuivapainosta laskettuna. Yhden sovellutusmuodon mukaan jakeista muodostettu seos sisältää vähintään 1 paino-% ligniiniä, edullisesti vähintään 5 paino-% ligniiniä, edullisemmin 10-75 paino-% ligniiniä, N esimerkiksi 30—50 paino-% ligniiniä seoksen kokonaispainosta laskettuna.In the first step of the process, a mixture is formed which contains at least 50% by weight of the dry matter fraction obtained from the fractionation of biomass. The fraction obtained from the biomass can be either untreated or treated or a mixture of these. According to one embodiment, several fractions from biomass fractionation are added to the mixture. Typically, the fractions to be added contain, for example, organic components derived from biomass, such as lignin, extractants, furfural or tannin, or monomeric, oligomeric or polymeric saccharides derived from cellulose or hemicellulose. Thus, the present invention is able to efficiently utilize various side fractions of the fractionation process. In addition, the fractions to be added may be pure or crude. The proportion of each such fraction in the solids of the mixture to be foamed may be, for example, about 0.1 to 25% by weight. According to one embodiment, the fraction obtained from the fractionation of biomass is in particular lignin or tannin, or a mixture thereof. Preferably, the proportion of lignin or tannin in the dry matter of the starting material is at least 50% by weight. According to one embodiment, the mixture formed from the biomass fractions contains at least 1% by weight of lignin, preferably at least 5% by weight of lignin, more preferably 10-90% by weight of lignin, for example 50-70% by weight of lignin, based on the dry weight of the mixture. According to one embodiment, the mixture formed from the fractions contains at least 1% by weight of lignin, preferably at least 5% by weight of lignin, more preferably 10-75% by weight of lignin, N for example 30-50% by weight of lignin, based on the total weight of the mixture.
N Tyypillisesti ligniinipitoinen jae on peräisin biomassasta, kuten puusta tai yksi- tai monivuotisista kasveista. Jae saadaan esimerkiksi uuttamalla biomassaa vesiliuoksilla, S esimerkiksi kuumavesiuutolla tai paineistetulla kuumavesiuutolla tai perinteisellä E kemiallisella sellukeitolla. Vesiliuokset sisältävät sopivimmin ligniinin liukenemista © edistäviä komponentteja, kuten alkaleja, esim. alkalimetalli- tai maa-alkalimetalli 3 hydroksideja, karbonaatteja, sulfideja tai näiden seoksia. Uuttoliuokset voivat myös sisältää > peroksideja sekä orgaanisia yhdisteitä, kuten permuurahaishappoa tai Caronin suolaa. Uutto voidaankin suorittaa myös orgaanisilla tai ionisilla liuottimilla.N Typically, the lignin-containing fraction is derived from biomass, such as wood or annual or perennial plants. The fraction is obtained, for example, by extracting the biomass with aqueous solutions, for example by hot water extraction or pressurized hot water extraction or by conventional E chemical pulp digestion. Aqueous solutions preferably contain lignin-dissolving components such as alkalis, e.g. alkali metal or alkaline earth metal 3 hydroxides, carbonates, sulfides or mixtures thereof. Extraction solutions may also contain peroxides as well as organic compounds such as perforic acid or Caron's salt. The extraction can also be carried out with organic or ionic solvents.
Ligniini voi olla missä tahansa muodossa, kuten alkaaliligniininä, tioli-muodossa tai lignosulfonaatin metallisuolana. Yhden sovellutusmuodon mukaan muodostettu seos muotoillaan ja saatetaan lämpökäsittelyyn, minkä jälkeen se hiillytetään. Toisen sovellutusmuodon mukaan muodostettu seos vaahdotetaan ennen lämpökäsittelyyn saattamista. Siten menetelmän toinen vaihe käsittää joko muotoillun seoksen tai siitä muodostetun muotoillun vaahdon saattamisen lämpökäsittelyyn, ja sen jälkeen hiillytykseen. Yhden sovellutusmuodon mukaan menetelmällä valmistettava kappale saatetaan ennalta määrättyyn muotoon muotin avulla, edullisesti muotoiltavan seoksen tai vaahdon käsittely suoritetaan kokonaisuudessaan muotissa. Muotin avulla vaahdotettu tuote saa kolmiulotteisen selkeän muodon, jota ei ole mitenkään rajattu. Se voi olla esimerkiksi kuutio, kartio, lieriö tai pallo. Edullisen sovellutusmuodon mukaan muotti on suljettava. Muotti voi kuitenkin olla myös avoin. Yhden sovellutusmuodon mukaan muodostettu seos sisältää nestemäisen väliaineen, joka on vesi, orgaaninen liuos, kuten alkoholi, tai ioninen liuos. Nestemäinen väliaine voi olla myös useamman eri nesteen seos. Erityisesti seos sisältää nestemäisen väliaineen, mikäli se aiotaan vaahdottaa. Tässä tapauksessa seoksen sisältämä nestemäinen väliaine toimii N seoksessa vaahdottajana. Käyttämällä nestemäistä väliainetta, jolla on alhainen N kiehumispiste, voidaan pienentää vaahdon kuivatukseen tarvittavaa energian määrää.The lignin may be in any form, such as an alkaline lignin, a thiol form, or a metal salt of a lignosulfonate. According to one embodiment, the formed mixture is shaped and subjected to a heat treatment, after which it is carbonized. According to another embodiment, the formed mixture is foamed before being subjected to heat treatment. Thus, the second step of the process comprises subjecting either the shaped mixture or the shaped foam formed therefrom to heat treatment, followed by carbonization. According to one embodiment, the body to be produced by the method is brought into a predetermined shape by means of a mold, preferably the treatment of the mixture or foam to be formed is carried out entirely in the mold. With the help of the mold, the foamed product acquires a clear shape in three dimensions, which is in no way limited. It can be, for example, a cube, a cone, a cylinder or a ball. According to a preferred embodiment, the mold must be closed. However, the mold can also be open. In one embodiment, the formed mixture comprises a liquid medium which is water, an organic solution such as an alcohol, or an ionic solution. The liquid medium can also be a mixture of several different liquids. In particular, the mixture contains a liquid medium if it is to be foamed. In this case, the liquid medium contained in the mixture acts as a blowing agent in the N mixture. By using a liquid medium with a low boiling point N, the amount of energy required to dry the foam can be reduced.
S Yhden sovellutusmuodon mukaan muodostettu seos sisältää nestemäistä väliainetta 0,1-70 E paino-%, edullisesti 1-50 paino-%, edullisemmin 5-30 paino-%, esimerkiksi noin 20 © paino-%, seoksen kokonaispainosta laskettuna.The mixture formed according to one embodiment contains a liquid medium of 0.1 to 70% by weight, preferably 1 to 50% by weight, more preferably 5 to 30% by weight, for example about 20% by weight, based on the total weight of the mixture.
O > > Yhden sovellutusmuodon mukaan vaahdotukseen käytetty nestemäinen väliaine voidaan kerätä talteen ja kierrättää käytettäväksi uudelleen.O>> In one embodiment, the liquid medium used for flotation can be recovered and recycled for reuse.
Saattamalla vaahdotettu seos keksinnön mukaiseen menetelmään saadaan aikaan huokoisia muotoiltuja hiilikappaleita. Vaahdotuksen jälkeen huokoinen materiaali käsittää lähinnä makrohuokosia. Tyypillisesti huokosten pienin ulottuvuus on tällöin ainakin 0,01 mm. Edullisen sovellutusmuodon mukaan seos vaahdotetaan ennen sen syöttämistä muottiin, jolloin muotti saadaan täytettyä huolellisesti täyteen ja vaahdotetusta kappaleesta saadaan juuri muotin muotoinen. Seos voidaan vaahdottaa myös sen jo ollessa muotissa. Muotti voi olla lämmitettävä vaahdon kiinteytymisen edistämiseksi. Etenkin vaahdotetun seoksen tapauksessa muotti voidaan poistaa ennen muotoillun vaahdon saattamista lämpökäsittelyyn. Seos voidaan vaahdottaa millä tahansa yleisesti tunnetulla vaahdotusmenetelmällä, kuten kuumentamalla, mekaanisesti sekoittamalla, puhalluskaasuprosessilla tai suolaliuosprosessilla. Edullisesti seos vaahdotetaan mekaanisesti sekoittamalla tai kemiallisesti. Kemiallisessa vaahdottamisessa voidaan käyttää esimerkiksi natriumbikarbonaattia tai kaliumkarbonaattia, jotka hajotessaan tuottavat hiilidioksidia ja, joiden alkaliosa toimii samalla lannoitteena ja aktivoinnin apuaineena. Vaahdotus voidaan suorittaa esimerkiksi sekoitussäiliössä. Vaahdotuksen edistämiseksi seokseen voidaan lisätä vaahdotusainetta, kuten pinta- aktiivista ainetta, kuten polysorbaattia, esim. noin 0,1-10 paino-% seoksen kuiva-aineesta. Edullisen sovellutusmuodon mukaan vaahdotus suoritetaan normaalipaineessa tai pienessä N yli- tai alipaineessa, esimerkiksi 0,1—10 bar:n absoluuttisessa paineessa.By introducing the foamed mixture into the process of the invention, porous shaped carbon bodies are obtained. After flotation, the porous material mainly comprises macropores. Typically, the smallest dimension of the pores is then at least 0.01 mm. According to a preferred embodiment, the mixture is foamed before it is fed into the mold, whereby the mold is carefully filled and the foamed body is made exactly mold-shaped. The mixture can also be foamed while it is already in the mold. The mold may need to be heated to promote solidification of the foam. Especially in the case of a foamed mixture, the mold can be removed before subjecting the shaped foam to heat treatment. The mixture can be foamed by any commonly known flotation method, such as heating, mechanical stirring, a blast gas process, or a brine process. Preferably, the mixture is foamed by mechanical agitation or chemically. In the case of chemical foaming, for example, sodium bicarbonate or potassium carbonate can be used, which decompose to produce carbon dioxide and whose alkali moiety also acts as a fertilizer and activation aid. The flotation can be performed, for example, in a mixing tank. To promote foaming, a blowing agent such as a surfactant such as polysorbate may be added to the mixture, e.g. about 0.1-10% by weight of the dry matter of the mixture. According to a preferred embodiment, the flotation is carried out at normal pressure or at a low N overpressure or underpressure, for example at an absolute pressure of 0.1 to 10 bar.
N Vaahdotuslämpötila on edullisesti yli 20 °C, mutta alle 300 °C. Reaktio on eksoterminen eli ilman kuumentamista vaahdotus on paremmin hallittavissa ja kappaleen muovaaminen S on helpompaa.N The flotation temperature is preferably above 20 ° C but below 300 ° C. The reaction is exothermic, i.e. without heating the flotation is more controllable and the shaping of the body S is easier.
x a © Seokseen voidaan lisätä myös muita aineita. Yhdessä sovelluksessa seokseen lisätään 3 yhteen tai useampaan seuraavista ryhmistä kuuluva aine: > valmistettavien kappaleiden mekaanisia ominaisuuksia muokkaava aine (etenkin niiden lujuutta kasvattavia aineita), kuten orgaanisia tai epäorgaanisia kuituja, valmistettavien kappaleiden palon- ja homeen- sekä lahonkesto-ominaisuuksia muokkaava aine, katalyytti, tai valmistettavissa kappaleissa insektisidinä toimiva aine. Kappaleisiin voidaan lisätä myös sähkönjohtavuutta lisäävää ainetta, kuten metalli, maametalli, alkalimetalli, jalometalli tai jokin niiden suola. Edelleen seokseen on mahdollista lisätä myös erilaisia täyteaineita, kostutusaineita ja stabilointiaineita. Edellä esitettyjen aineiden ja komponenttien määrät ovat yhteensä tyypillisesti noin 0,01— 25 paino-%, etenkin noin 0,1—10 paino-% lähtöaineen kuivapainosta. Yhden sovellutusmuodon mukaan seos tai vaahto kuivataan ennen lämpökäsittelyä, edullisesti tämä tapahtuu 50-120 °C lämpötilassa, edullisemmin 80—120 °C lämpötilassa. Kuivaus kestää tyypillisesti noin 5-300 minuuttia, edullisesti 10-240 minuuttia, esimerkiksi 15-100 minuuttia. Mahdollisen kuivauksen jälkeen seos tai vaahto lämpökäsitellään. Yhden sovellutusmuodon mukaan lämpökäsittely tapahtuu korkeintaan 300 *C:ssa, esimerkiksi 50-300 *C:ssa, edullisesti 80-300 °C lämpötilassa. Lämpökäsittelyn avulla seos tai vaahto lujitetaan. Yhden sovellutusmuodon mukaan seoksen tai vaahdon viipymä lämpökäsittelyssä eli lämpökäsittelyn kesto on 5-300 minuuttia, edullisesti 10-240 minuuttia, esimerkiksi 15-150 minuuttia. N Lämpökäsitelty kappale hiillytetään tyypillisesti hapettomassa kaasuatmosfäärissä N korkeintaan 1500 °C lämpötilassa, edullisesti 500—1200 °C lämpötilassa, edullisemmin 600-1000 °C lämpötilassa. Hiillyttämisessä käytetään yleensä inerttiä kaasufaasia, joka voi S sisältää mitä tahansa kaasuja, jotka ovat olennaisesti inerttejä hiillyttämisen olosuhteissa. E Esimerkkeinä tällaisista kaasuista mainittakoon typpi, helium, hiilidioksidi ja argon sekä © niiden seokset.x a © Other substances can be added to the mixture. In one application, 3 substances belonging to one or more of the following groups are added to the mixture:> a substance which modifies the mechanical properties of the articles to be manufactured (in particular their strength-enhancing substances), such as organic or inorganic fibers; or an insecticide in the articles being prepared. An electrically conductive agent such as a metal, an earth metal, an alkali metal, a precious metal or a salt thereof may also be added to the bodies. Furthermore, it is also possible to add various fillers, wetting agents and stabilizers to the mixture. The amounts of the above substances and components are typically about 0.01 to 25% by weight in total, especially about 0.1 to 10% by weight based on the dry weight of the starting material. According to one embodiment, the mixture or foam is dried before the heat treatment, preferably at a temperature of 50 to 120 ° C, more preferably at a temperature of 80 to 120 ° C. Drying typically takes about 5 to 300 minutes, preferably 10 to 240 minutes, for example 15 to 100 minutes. After possible drying, the mixture or foam is heat treated. According to one embodiment, the heat treatment takes place at a temperature of at most 300 ° C, for example at 50-300 ° C, preferably at 80-300 ° C. The heat treatment strengthens the mixture or foam. According to one embodiment, the residence time of the mixture or foam in the heat treatment, i.e. the duration of the heat treatment, is 5 to 300 minutes, preferably 10 to 240 minutes, for example 15 to 150 minutes. N The heat-treated body is typically carbonized in an oxygen-free gas atmosphere N at a temperature of up to 1500 ° C, preferably at a temperature of 500 to 1200 ° C, more preferably at a temperature of 600 to 1000 ° C. An inert gas phase is generally used in carbonization, which may include any gases that are substantially inert under the conditions of carbonization. E Examples of such gases are nitrogen, helium, carbon dioxide and argon and mixtures thereof.
S > Yhden sovellutusmuodon mukaan hiillytyksen viipymä eli kesto on 10-360 minuuttia, edullisesti 30-300 minuuttia, esimerkiksi 60—240 minuuttia.According to one embodiment, the residence time or duration of the carbonization is 10 to 360 minutes, preferably 30 to 300 minutes, for example 60 to 240 minutes.
Yhden sovellutusmuodon mukaan hiillyttämisen lisäksi myös muihin vaiheisiin, kuten lämpökäsittelyyn, voidaan syöttää olennaisesti inerttiä kaasua, kuten typpeä, jotta kaasutila pysyy inerttinä eli estetään, ettei uunivyöhykkeeseen pääsee liikaa happea. Näin voidaan varmista, ettei uunivyöhykkeisiin synny liian suurta alipainetta, jolloin prosessitilaan imeytyisi ilmaa sisään mahdollisesti pilaten valmistettavan tuotteen. Inertti kaasutila myös pienentää tulipalo- ja räjähdysriskiä. Lisäksi mahdollisesti syötettävän inertin kaasun avulla varmistetaan, että kaasut virtaavat vyöhykkeessä ja ne saadaan tarvittaessa pois uunivyöhykkeestä esimerkiksi huollon ajaksi. Edullisesti inerttiä kaasua lisätään saman uunivyöhykkeen sisällä useampaan kohtaan, etenkin ainakin kahteen kohtaan. Yhden sovellutusmuodon mukaan hiillytetty kappale voidaan edelleen grafitoida ennen kappaleen mahdollista aktivoimista kuumentamalla kappale vielä korkeampaan, yli 1500 C:n lämpötilaan. Grafitoinnilla voidaan edelleen muokata hiilikappaleen ominaisuuksia. Yhden sovellutusmuodon mukaan hiillytetty tai grafitioitu kappale voidaan myös aktivoida. Tyypillisesti aktivointi suoritetaan yli 500 *C lämpötilassa, edullisesti 600-900 °C lämpötilassa. Aktivoidun kappaleen ominaispinta-ala on yli 300 m?, edullisesti 500- 1500 m?, edullisemmin 600-1200 m?. Yhden sovelluksen mukaan kappaleen viipymä aktivointivaiheessa on 10-400 minuuttia, edullisesti 30-360 minuuttia, esimerkiksi 60-300 minuuttia.According to one embodiment, in addition to carbonization, substantially inert gas, such as nitrogen, may be fed to other stages, such as heat treatment, to keep the gas space inert, i.e. to prevent too much oxygen from entering the furnace zone. This ensures that no excessive vacuum is created in the furnace zones, which would allow air to enter the process space, possibly spoiling the product to be manufactured. An inert gas space also reduces the risk of fire and explosion. In addition, any inert gas supplied ensures that the gases flow in the zone and, if necessary, are removed from the furnace zone, for example during maintenance. Preferably, the inert gas is added within the same furnace zone at several points, in particular at least two points. According to one embodiment, the carbonized body can be further graphitized before the body can be activated by heating the body to an even higher temperature, above 1500 ° C. Graphitization can further modify the properties of a carbon body. In one embodiment, the carbonized or graphitized body may also be activated. Typically, the activation is performed at a temperature above 500 ° C, preferably at a temperature of 600-900 ° C. The specific surface area of the activated body is more than 300 m, preferably 500 to 1500 m, more preferably 600 to 1200 m. According to one embodiment, the residence time of the body in the activation step is 10-400 minutes, preferably 30-360 minutes, for example 60-300 minutes.
N N Yhden sovellutusmuodon mukaan kappale aktivoidaan kemiallisesti.N N In one embodiment, the body is chemically activated.
Aktivointikemikaaleina voidaan käyttää esimerkiksi alkalisuoloja, fosforihappoa, S sinkkikloridia tai rikkihappoa tai näiden seosta.As the activating chemicals, for example, alkali metal salts, phosphoric acid, S zinc chloride or sulfuric acid or a mixture thereof can be used.
x a © Toisen sovellutusmuodon mukaan kappale aktivoidaan fysikaalisesti, jolloin hiili 3 aktivoidaan kaasun avulla. Käytettävä kaasu voi olla esimerkiksi vesihöyry, hiilidioksidi tai > näiden seos. Aktivoinnin eksotermisten reaktioiden seurauksena materiaalista poistuu vetyä, hiilimonoksidia ja hiilidioksidia.x a © According to another embodiment, the body is physically activated, whereby carbon 3 is activated by means of a gas. The gas used can be, for example, steam, carbon dioxide or a mixture of these. As a result of exothermic reactions of activation, hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide are removed from the material.
Edullisen sovellutusmuodon mukaan kappale aktivoidaan vesihöyryllä, hiilidioksidilla tai näiden seoksella. Yhden sovellutusmuodon mukaan aktivointiin edullisesti käytettävää vesihöyryä, hiilidioksidia tai näiden seosta syötetään aktivointivyöhykkeeseen useammassa vaiheessa, mahdollisesti useamman syötön avulla. Aktivointivyöhykkeessä on oltava jatkuvasti läsnä riittävästi aktivoivaa väliainetta, kuten höyryä, jotta syntyvät kaasut eivät syrjäytä niitä, jolloin aktivointi ei toimisi halutusti. Edullisesti aktivoivaa ainetta syötetään aktivointivyöhykkeeseen ainakn kahdesta erillisestä syötöstä. Hiiltämisen ja mahdollisen aktivoinnin avulla saadaan esimerkiksi poistettua hajua aiheuttavia ja muita ei-toivottuja komponentteja. Hiillyttäminen myös pienentää kappaleen paloriskiä haihtuvien komponenttien poistuessa käsittelyn aikana sekä parantaa kappaleen mekaanisia ominaisuuksia, milloin se kestää rasitusta ja kuormaa paremmin. Aktivointi puolestaan lisää kappaleen huokostilavuutta, joka on edullinen ominaisuus epäpuhtauksien tai ionien sidonnan eli absorption kannalta. Aktivoidun vaahdosta valmistetun huokoisen kappaleen ulkoisesta adsorptiopinta-alasta tulee suuri ja rakenteesta pienihuokoista, jolloin kappale käsittää pääosin mikrohuokosia (alle 2 nm:n huokosia) ja vastaavasti mesohuokosia (2-50 nm:n huokosia). Edullisen sovellutusmuodon mukaan huokoisen kappaleen huokostilavuus on aktivoinnin jälkeen yli 0,1 cm/g. Edullisemmin kappaleen huokostilavuus on aktivoinnin jälkeen yli 0,2 cm/g.According to a preferred embodiment, the body is activated with steam, carbon dioxide or a mixture thereof. According to one embodiment, the water vapor, carbon dioxide or a mixture thereof preferably used for activation is fed to the activation zone in several steps, possibly by means of several feeds. Sufficient activating medium, such as steam, must be present in the activation zone at all times to prevent it from being displaced by the resulting gases, in which case activation will not work as intended. Preferably, the activating agent is fed to the activation zone from at least two separate feeds. By means of carbonization and possible activation, for example, odor-causing and other undesired components can be removed. Carbonization also reduces the risk of fire in the part when volatile components are removed during processing and improves the mechanical properties of the part when it is more resistant to stress and strain. Activation, in turn, increases the pore volume of the body, which is a beneficial property for the binding or absorption of impurities or ions. The external adsorption area of the activated porous body made of foam becomes large and the structure becomes small pores, the body mainly comprising micropores (pores below 2 nm) and mesopores (pores 2-50 nm), respectively. According to a preferred embodiment, the pore volume of the porous body after activation is more than 0.1 cm / g. More preferably, the pore volume of the body after activation is greater than 0.2 cm / g.
N esimerkiksi 0,1-0,7 cm*/g.N for example 0.1-0.7 cm * / g.
& Yhden sovellutusmuodon mukaan hiillytetty, ja mahdollisesti aktivoitu, kappale saatetaan S vielä jälkikäsittelyyn, joka tapahtuu 80—400 °C lämpötilassa, edullisesti 80-200 °C E lämpötilassa. Tyypillisesti jälkikäsittelyn kesto on 5-300 minuuttia, edullisesti 10-240 © minuuttia. Edullisen sovellutusmuodon mukaan jälkikäsittelyyn jälkeen kappale 3 jäähdytetään 20-80 °C lämpötilaan, edullisesti 20-50 °C lämpötilaan. Tämä kestää > tyypillisesti 5-200 minuuttia, edullisesti 10-180 minuuttia. Yhden sovellutusmuodon mukaan esillä olevan keksinnön mukaisen hiilikappaleen hiilipitoisuus riippuu käytetystä lähtöaineesta sekä kappaleen hiillyttämisessä käytetystä lämpötilasta. Yhden sovellutusmuodon mukaan valmiin hiilikappaleen hiilipitoisuus on 50-100 paino-%, edullisesti 75-100 paino-%, esimerkiksi 80-98 paino-%, valmiin kappaleen painosta. Keksinnön mukainen menetelmä käsittää aina biomassan fraktioista saatavista jakeista muodostetun seoksen tai siitä muodostetun vaahdon lämpökäsittelyn ja hiillytyksen. Yhden sovellutusmuodon mukaan nämä vaiheet voidaan yhdistää yhteen tai useampaan muista vaiheista, jotka ovat kuivaus, aktivointi, grafitointi, jälkikäsittely ja jäähdytys. Kaikki menetelmän käsittämät vaiheet suoritetaan uunivyöhykkeissä. Edullisen sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukainen menetelmä käsittää biomassan fraktioista saatavista jakeista muodostetun seoksen tai siitä muodostetun vaahdon kuivauksen, lämpökäsittelyn, hiillytyksen, aktivoinnin, jälkikäsittelyn ja jäähdytyksen. Keksinnön mukaisessa jatkuvatoimisessa valmistusmenetelmässä käytetään ainakin kahta uunivyöhykettä, joista kukin on itsenäinen lämpötilan, kaasuatmosfäärin sekä kaasun syötön ja keräyksen osalta, jolloin ainakin kaksi vyöhykettä eroaa toisistaan ainakin yhden edellä mainitun ominaisuuden osalta. Yhden sovellutusmuodon mukaan kukin menetelmävaihe suoritetaan omassa uunivyöhykkeessään.& According to one embodiment, the carbonized, and optionally activated, body is further subjected to a post-treatment at a temperature of 80-400 ° C, preferably at a temperature of 80-200 ° C. Typically, the duration of the post-treatment is 5-300 minutes, preferably 10-240 © minutes. According to a preferred embodiment, after post-treatment, the body 3 is cooled to a temperature of 20-80 ° C, preferably 20-50 ° C. This lasts> typically 5-200 minutes, preferably 10-180 minutes. According to one embodiment, the carbon content of the carbon body of the present invention depends on the starting material used and the temperature used to carbonize the body. According to one embodiment, the carbon content of the finished carbon body is 50 to 100% by weight, preferably 75 to 100% by weight, for example 80 to 98% by weight, based on the weight of the finished body. The process according to the invention always comprises the heat treatment and carbonization of a mixture of the fractions obtained from the biomass fractions or of the foam formed therefrom. In one embodiment, these steps may be combined with one or more of the other steps of drying, activation, graphitization, post-treatment, and cooling. All steps involved in the method are performed in furnace zones. According to a preferred embodiment, the process according to the invention comprises drying, heat treatment, carbonization, activation, post-treatment and cooling of a mixture of the fractions obtained from the biomass fractions or of the foam formed therefrom. The continuous production method according to the invention uses at least two furnace zones, each of which is independent in terms of temperature, gas atmosphere and gas supply and collection, the at least two zones differing in at least one of the above-mentioned properties. According to one embodiment, each process step is performed in its own furnace zone.
N N Toisen sovellutusmuodon mukaan yksi tai useampi menetelmävaihe voidaan suorittaa samassa uunivyöhykkeessä, esimerkiksi hiillytys ja mahdollinen aktivointi voidaan S suorittaa samassa uunivyöhykkeessä.N N According to another embodiment, one or more process steps may be performed in the same furnace zone, for example, carbonization and possible activation may be performed in the same furnace zone.
x a © Keksinnön mukaisessa jatkuvatoimisessa prosessissa käytetään yhtä tai useampaa 3 tunneliuunia, jolloin yksi tunneliuuni käsittää yhden tai useamman uunivyöhykkeen, > kuitenkin niin, että kokonaisuudessaan tunneliuuni/tunneliuunit käsittävät ainakin kaksi uunivyöhykettä. Siten keksinnön mukainen menetelmä voi käsittää 1-6 tunneliuunia.The continuous process according to the invention uses one or more tunnel kilns, one tunnel kiln comprising one or more kiln zones, but so that the tunnel kiln (s) as a whole comprise at least two kiln zones. Thus, the method according to the invention may comprise 1-6 tunnel kilns.
Edullisen sovellutusmuodon mukaan jokainen menetelmävaihe suoritetaan omassa tunneliuunissaan. Edullisesti menetelmässä käytetyt uunivyöhykkeet on liitetty yhteen siten, että kappale pystyy siirtymään suoraan uunivyöhykkeestä toiseen joutumatta kosketuksiin ympäröivien olosuhteiden kanssa. Edullisen sovellutusmuodon mukaan kappale siirtyy vaiheesta toiseen etenkin kappaleen lämpötilan olennaisesti laskematta. Yhden sovellutusmuodon mukaan uunivyöhykkeet muodostavat yhden uunikokonaisuuden, jossa on syöttö ja ulostulo, jolloin uunikokonaisuuteen syötetty seos tai vaahto saadaan uunikokonaisuuden ulostulosta hiillytettynä kappaleena. Uunikokonaisuus voi käsittää yhden tai useamman tunneliuunin. Toisin sanoen uunivyöhykkeet sisältyvät uuniin, jossa on syötty ja ulostulo. Edullisesti valmistettava hiilikappale pysyy koko menetelmän ajan samassa asennossa liikkuen lineaarisesti vaiheesta toiseen. Edullisen sovellutusmuodon mukaan uunivyöhykkeet on järjestetty siten, että kappale etenee vaakasuoralla alustalla eri vaiheiden läpi. Yhden sovellutusmuodon mukaan menetelmällä valmistettavat kappaleet siirtyvät N vaiheesta toiseen esimerkiksi hihnan, rullan tai vaunujen avulla, edullisesti hihnalla, N edullisemmin vaakasuoralla hihnalla.According to a preferred embodiment, each process step is performed in its own tunnel kiln. Preferably, the furnace zones used in the method are joined together so that the body can move directly from one furnace zone to another without coming into contact with the surrounding conditions. According to a preferred embodiment, the body moves from one step to another, in particular without substantially lowering the temperature of the body. According to one embodiment, the furnace zones form a single furnace assembly with a feed and an outlet, wherein the mixture or foam fed to the furnace assembly is obtained from the outlet of the furnace assembly as a carbonized body. The furnace assembly may comprise one or more tunnel furnaces. That is, furnace zones are included in a furnace with inlet and outlet. Preferably, the carbon body to be manufactured remains in the same position throughout the process, moving linearly from step to step. According to a preferred embodiment, the furnace zones are arranged so that the body travels on different surfaces on a horizontal surface. According to one embodiment, the pieces to be produced by the method move from one N step to another, for example by means of a belt, a roller or carriages, preferably with a belt, N more preferably with a horizontal belt.
S Edullisen sovellutusmuodon mukaan kappaleet liikkuvat uunikokonaisuuden sisällä E jatkuvasti liikkeellä olevalla hihnalla tai useammalla erillisellä peräkkäisellä hihnalla.S According to a preferred embodiment, the pieces move inside the furnace assembly E by a continuously moving belt or by several separate successive belts.
© Erillisten hihnojen avulla pystytään säätelemään kappaleen kulkunopeutta eli viipymää 3 erikseen kussakin uunivyöhykkeessä.© Separate belts make it possible to control the speed of the workpiece 3, ie the delay 3 separately in each oven zone.
N Edullisen sovellutusmuodon mukaan kussakin tunneliuunissa on erillinen hihna.N According to a preferred embodiment, each tunnel furnace has a separate belt.
Toisen sovellutusmuodon mukaan kappaleet liikkuvat uunivyöhykkeiden läpi vaunuissa, jotka ovat joko itsenäisiä tai muodostavat niin sanotun junan. Edullisesti vaunut ovat suljettuja, jolloin kussakin vaunussa voi olla oma kaasufaasi, jolloin sekä kaasufaasin että lämpötilan sääteleminen on helpompaa. Uunivyöhykkeiden lämmönsiirto voidaan suorittaa joko suoralla tai epäsuoralla tavalla, edullisesti se suoritetaan tulistetulla kaasulla tai sähköllä. Esillä olevan keksinnön mukainen valmistusmenetelmä mahdollistaa energiatehokkaan prosessin hyödyntämällä eri prosessivaiheissa käytettyjen kaasuvirtojen energiaa. Edullisen sovellutusmuodon mukaan menetelmän aikana eri vaiheissa haihtuvat kaasujakeet lauhdutetaan, jolloin niistä saadaan otettua lämpöenergiaa talteen. Samalla muodostuu nestejakeita, joita voidaan hyödyntää muissa prosesseissa. Nestejakeet voidaan ottaa talteen tai polttaa. Haihtuvat kaasujakeet ja mahdolliset lauhtumattomat kaasut voidaan myös polttaa energian tuottamiseksi ja hyödyntää sisäisesti tai ulkoisesti energiana tai raaka-aineena. Syntynyt energia voidaan hyödyntää esimerkiksi prosessissa, lämmityksessä tai sähköntuotannossa. Yhden sovellutusmuodon mukaan talteen otettavaa lämpöenergiaa voidaan hyödyntää prosessin sisäisessä lämmityksessä eli esimerkiksi raaka-aineiden tai rakennuksen lämmityksessä. Toisen sovellutusmuodon mukaan lämpöenergiaa voidaan myydä ulkopuolisille tahoille.According to another embodiment, the pieces move through the kiln zones in carriages which are either independent or form a so-called train. Preferably, the carriages are closed, so that each carriage can have its own gas phase, making it easier to control both the gas phase and the temperature. The heat transfer of the furnace zones can be performed either directly or indirectly, preferably by superheated gas or electricity. The manufacturing method of the present invention enables an energy efficient process by utilizing the energy of the gas streams used in the various process steps. According to a preferred embodiment, during the process, the volatile gas fractions at different stages are condensed, whereby thermal energy is recovered from them. At the same time, liquid fractions are formed that can be utilized in other processes. Liquid fractions can be recovered or incinerated. Volatile gas fractions and any non-condensable gases can also be combusted to produce energy and utilized internally or externally as energy or raw material. The generated energy can be utilized, for example, in the process, heating or electricity generation. According to one embodiment, the heat energy recovered can be utilized in the internal heating of the process, i.e. in the heating of raw materials or a building, for example. According to another embodiment, the thermal energy can be sold to third parties.
N N Yhden sovellutusmuodon mukaan esimerkiksi jäähdytyksessä vapautuvaa lämpöä voidaan hyödyntää kuivaus- tai lämpökäsittelyvaiheessa tai materiaalin inertointiin.N N According to one embodiment, the heat released during cooling, for example, can be utilized in the drying or heat treatment step or for inerting the material.
S E Edullisesti ainakin 10 massa-% prosessiin tulevasta raaka-aineesta muuttuu prosessin © aikana kaasumuotoon. Etenkin esillä olevan keksinnön mukaiset itsenäiset uunivyöhykkeet 3 mahdollistavat haihtuvien komponenttien tehokkaan talteenoton ja hyötykäytön.S E Preferably, at least 10% by mass of the raw material entering the process is converted to a gas during the process. In particular, the independent furnace zones 3 according to the present invention allow efficient recovery and utilization of volatile components.
O Esillä oleva keksintö mahdollistaa energiatehokkaan prosessin hyödyntämällä eri prosessivaiheissa syntyvien kaasuvirtojen energiaa. Tämän mahdollistaa etenkin keksinnön mukaiset itsenäiset uunivyöhykkeet, joista kukin on itsenäinen lämpötilan, kaasuatmosfäärin sekä kaasun syötön ja keräyksen osalta. Itsenäisten uunivyöhykkeiden avulla kunkin vaiheen olosuhteet pystytään optimoimaan ja syntyvät kaasujakeet pystytään hyödyntämään mahdollisimman tehokkaasti. Yhden sovellutusmuodon mukaan menetelmällä valmistettu kappale voidaan pestä mahdollisten epäorgaanisten materiaalien vähentämiseksi. Pesu voidaan suorittaa esimerkiksi vedellä, vesipitoisilla hapoilla, emäksillä tai jollain muulla liuoksella, etenkin vesipitoisella liuoksella. Kappale voidaan tämän jälkeen valinnaisesti kuivata yleisesti tunnetuilla kuivausmenetelmillä. Esillä oleva keksintö koskee myös menetelmällä valmistettavaa hiilikappaletta. Etenkin menetelmällä valmistettavaa monikerroskappaletta. Esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettava hiilikappale voidaan nimittäin valmistaa myös osissa, esimerkiksi kerros kerrokselta. Tämä tapahtuu käyttämällä samaa menetelmää useamman kerran yhdelle kappaleelle. Näin saadaan aikaan esillä olevan keksinnön mukaisia monikerroskappaleita. Käytettäessä eri valmistusolosuhteita, kuten lämpötilaa, kaasuatmosfääriä ja viipymää, eri kerroksille saadaan kerroksille keskenään erilaisia ominaisuuksia. Esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan myös kierrättää N biomateriaalipohjaisia materiaaleja regeneroimalla ne hiilikappaleiksi. Riippuen N kierrätettävän materiaalin koostumuksesta, se voidaan regeneroida suoraan uudelleen kuumentamalla esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä, tai vaihtoehtoisesti se S voidaan murskata ja käyttää uuden seoksen raaka-aineena, joka seos saatetaan keksinnön E mukaiseen menetelmään.O The present invention enables an energy efficient process by utilizing the energy of gas streams generated at different process stages. This is made possible in particular by the independent furnace zones according to the invention, each of which is independent in terms of temperature, gas atmosphere and gas supply and collection. With the help of independent furnace zones, the conditions of each stage can be optimized and the resulting gas fractions can be utilized as efficiently as possible. In one embodiment, the body article can be washed to reduce any inorganic materials. The washing can be carried out, for example, with water, aqueous acids, bases or some other solution, especially an aqueous solution. The body can then optionally be dried by well-known drying methods. The present invention also relates to a carbon body produced by the method. Especially a multilayer body produced by the method. Namely, the carbon body to be produced by the method according to the present invention can also be produced in parts, for example layer by layer. This is done by using the same method multiple times for a single song. This provides multilayer bodies according to the present invention. When different manufacturing conditions are used, such as temperature, gas atmosphere, and residence time, different properties are obtained for the different layers. The method of the present invention can also recycle N biomaterial-based materials by regenerating them into carbon bodies. Depending on the composition of the N recyclable material, it can be directly regenerated by heating by the process of the present invention, or alternatively, S can be crushed and used as a raw material for a new mixture which is subjected to the process of the invention E.
2 © Regenerointi voidaan myös suorittaa muokkaamalla valmista hiilikappaletta menetelmän > avulla. Valmiin hiilikappaleen päälle voidaan esimerkiksi keksinnön mukaisen menetelmän avulla muodostaa uusi hiilikerros tuomaan kappaleella mahdollisesti uusia ominaisuuksia. Tämä voidaan tehdä myös esimerkiksi poistamalla jokin osa kierrätettävästä hiilikappaleesta, esimerkiksi leikkaamalla sen pintakerros pois, ja pinnoittamalla se uudelleen keksinnön mukaisen menetelmän avulla. Teollinen käyttökelpoisuus Keksinnön mukaista menetelmää voidaan hyödyntää erilaisten hiilikappaleiden valmistamiseen, jotka sopivat yleisesti käytettäväksi muiden hiilituotteiden tavoin. Esillä oleva menetelmä sopii myös hiilikappaleiden regeneroitiin sekä monikerroskappaleiden valmistamiseen. Keksinnön mukaisella hiilikappaleiden valmistusmenetelmällä on etuna mm. sen jatkuvatoimisuus, taloudellisuus ja ekologisuus. Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa yllä esimerkin omaisesti esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan se on päinvastoin tarkoitus voida laajasti tulkita jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten määrittelemän suojapiirin puitteissa. Viitejulkaisut Patenttikirjallisuus US2016244674 Al N WOO0189993 A1 & GB1162571 A O CN105289563 +2 © Regeneration can also be performed by modifying the finished carbon body using the> method. A new carbon layer can be formed on the finished carbon body, for example by means of the method according to the invention, in order to bring new properties to the body. This can also be done, for example, by removing a part of the recyclable carbon body, for example by cutting off its surface layer, and recoating it by means of the method according to the invention. Industrial Applicability The process of the invention can be utilized to make a variety of carbon bodies that are generally suitable for use as other carbon products. The present method is also suitable for the regeneration of carbon bodies as well as for the production of multilayer bodies. The method of manufacturing carbon bodies according to the invention has the advantage of e.g. its continuity, economy and ecology. The invention is not intended to be limited to the exemplary embodiments set forth above, but rather to be broadly construed within the scope defined by the appended claims. References Patent literature US2016244674 Al N WOO0189993 A1 & GB1162571 A O CN105289563 +
I a aI a a
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20196073A FI129435B (en) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Manufacturing method of carbon blocks |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20196073A FI129435B (en) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Manufacturing method of carbon blocks |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20196073A1 FI20196073A1 (en) | 2021-06-13 |
FI129435B true FI129435B (en) | 2022-02-15 |
Family
ID=77020403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20196073A FI129435B (en) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Manufacturing method of carbon blocks |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI129435B (en) |
-
2019
- 2019-12-12 FI FI20196073A patent/FI129435B/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20196073A1 (en) | 2021-06-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Preparation and characterization of activated carbon from Kraft lignin via KOH activation | |
FI129154B (en) | Porous, formable material and method for manufacturing the same | |
EP3053929B1 (en) | Method for treating lignin-based material | |
US10947122B2 (en) | Method for the production of low ash activated charcoal | |
US7727932B2 (en) | Activated carbon fibers and engineered forms from renewable resources | |
Rabinovich et al. | Carbon adsorbents from industrial hydrolysis lignin: The USSR/Eastern European experience and its importance for modern biorefineries | |
CN103466616B (en) | The preparation method of coal mass active carbon is reclaimed for organic solvent | |
Song et al. | Effect of micropore and mesopore structure on CO2 adsorption by activated carbons from biomass | |
CN101439857B (en) | Mesoporous activated carbon and preparation process thereof | |
US20140161709A1 (en) | Rapid, Non-Pyrolytic Method of Making Activated Carbon | |
Nasri et al. | Synthesis and characterization of green porous carbons with large surface area by two step chemical activation with KOH | |
FI129435B (en) | Manufacturing method of carbon blocks | |
Zhang et al. | Effect of oxidative torrefaction on the pyrolysis of Clitocybe maxima stipe: Pyrolysis behaviour, and products' properties | |
KR20160042822A (en) | Biochar by microwave with beneficiated feedstock | |
CN110407207B (en) | High-temperature co-carbonizing agent and application thereof in recarburization and impurity solidification in carbonization process of plastic wastes | |
Kamariya et al. | Preparation and characterization of activated carbon from agricultural waste, peanut shell by chemical activation | |
Feng et al. | Simultaneous production of monophenol chemicals and CO2 adsorbent through salt solution-enhanced pyrolysis of electronic waste plastics | |
Deliyanni | Low-cost activated carbon from rice wastes in liquid-phase adsorption | |
FI130586B (en) | Solid object and method for producing it | |
Querejeta et al. | Bio-based adsorbents for CO2 separation | |
de CADEMARTORI et al. | Production of activated carbon from fast-pyrolysis biochar. | |
RU2160632C1 (en) | Method of preparing sorbent for removal of crude oil and petroleum products from solid and water surfaces | |
Antonetti et al. | Biomass-derived catalysts: synthesis and characterization of hydrochars and pyrochars | |
Yuan et al. | The New Technology of Preparation Activated Carbon from Lignite | |
Suratman et al. | Comprehensive Study of Thermochemical Conversion of Biomass Okara into Biochar |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 129435 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |