PL103785B1 - Sposob wytwarzania wegla aktywnego - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 20.11.1979 103785 Int. Cl.2 C01B 31/14 C01B 31/10 Twórcy wynalazku: Michael Robinson, David Barry Mobbs, Kirit Ta- lati Uprawniony z patentu: Laporte Industries Limited, * Londyn (Wielka Brytania) Sposób wytwarzania wegla aktywnego Przedmiotom wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia wegla aktywnego.

Wegiel aktywny jest szeroko stosowany jako adsonbent w ukladach gazowych i cieklych. Przy¬ najmniej w niektórych zastosowaniach korzyst¬ nie jest, jezeli jest on w postaci granulowanej.

Granulowany wegiel aktywny nadaje sie do sto¬ sowania w kolumnach adsorpcyjnych i tym po¬ dobnych aparatach, w których gaz lub ciecz prze¬ puszcza sie przez warstwe wegla. Wazne jest aby granulowany wegiel aktywny posiadal dostatecz¬ na wytrzymalosc przy manipulowaniu, oraz w procesach regeneracji po utracie przez niego w calosci lub czesciowo aktywnosci adsorpcyjnej.

Granulowany wegiel aktywny powinien ponadto posiadac wysoka zdolnosc adsorpcyjna na jedno¬ stke objetosci, tak aby koszty transportu oraz koszty inwestycyjne na wyposazenie mogly byc zmniejszone do minimum.

Wytwarzanie wegla aktywnego o takich wla¬ snie wlasciwosciach jest przedmiotem opisu pa¬ tentowego St. Zjedn. Am. nr 3483134. Sposób ujawniony w tym opisie polega na proszkowa¬ niu udarowym jasnego pasmowego wegla bitumi¬ cznego w obecnosci strumienia powietrza talk dlu¬ go, az jego czastki osiagna nastepujace wielkosci: co najmniej 60% wagowych 200 mesh, co naj¬ mniej 25% wagowych 325 mesh, wprowadzaniu do drobno sproszkowanego wegla 1—10% wago¬ wych w przeliczeniu na suchy wegiel, zboza któ- 2 re ulega rozkladowi w temperaturze miedzy 105°C a temperatura obróbki termicznej, na re¬ gulowaniu zawartosci wilgoci drobno sproszko¬ wanego wegla na poziomie 2,5—11% w przeli¬ czeniu na suchy wegiel, na sprasowaniu drobno sproszkowanego wegla w brykiety w zamknietej formie pod cisnieniem jak nastepuje: tam gdzie zawartosc skladników lotnych wynosi powyzej 38% wagowych — pod cisnieniem 350 kg/cm2, tam gdzie ta zawartosc jest nizsza niz 38% wa¬ gowych — pod cisnieniem ponaid 700 kg/cm2, na obróbce termicznej przez co najmniej 4 godziny tak przygotowanej postaci wegla w temperaturze 120—430°C, lecz nie przekraczajacej temperatury spiekania wegla, przy czym podczas obróbki ter¬ micznej wegiel i zboze reaguja egzotermicznie, na polamaniu brykietów na granulki, a nastepnie na zaktywowaniu granulek wegla.

W opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 3483134 podano, ze pewne cechy wyzej opisanego sposobu sa szczególnie istotne dla osiagniecia pozadanego wyniku. Jedna z nich polega na uzyciu jasnego pasmowego wegla bitumicznego, glównie witrenu i klarenu, o niskiej zawartosci popiolu i wyso¬ kiej zawartosci skladników lotnych. Przez wyso¬ ka zawartosc nalezy rozumiec zawartosc 28—46%, korzystnie 39—42% wagowych w przeliczeniu na suchy produkt. Dalsza cecha jest wprowadzenie do wegla, przed obróbka termiczna, potencjalnej energii chemicznej przez rozerwanie wiazan ma- 103 7853 kroczasteczek i wytworzenie wolnych wartoscio¬ wosci.

S..W tym celu nie wystarczy mielenie w ogólnie przyjety sposób dajacy drobno zmielone czastki wegla, lecz £onieczne jest udarowe rozbicie cza- sjeSk^ do czedo niezbedne jest zastosowanie mlyna u^ioieigo. jftorzystnie stosuje sie mlyn udarowy Raymonda z cyrkulacja powietrza. Powietrze chlo¬ dzi czasitiki i mimo wydzielania znacznej ilosci ciepla przy udarze, wydmuchuje zmielony produkt z, mlyna. Dodatek zboza spelnia bardzo wazna . funkcje, a mianowicie przyspiesza obróbke termi¬ czna, która bez tego dodatku trwalaby co naj¬ mniej 9 godzin. Nawet dla znacznie mniej skute¬ cznej obróbki termicznej, wegiel bez takiego do¬ datku wymagalby znacznie dluzszego czasu niz czas potrzebny w podanym sposobie. Prasowanie nalezy prowadzic w formach z zamknieta komora formy, przy czym otrzymane tabletki korzystnie sa nastepnie lamane, tworzac granulki przezna¬ czone do qpisanej powyzej obróbki cieplnej.

Niniejszy wynalazek dotyczy wytwarzania z we¬ gla, granulek wegla aktywnego, latwo ulegajacych obróbce cieplnej, bez stosowanie specjalnych srod¬ ków polepszajacych podaitnosc granulek na obrób¬ ke termiczna i akltywacje, co j'ast cecha zna¬ nych sposobów.

Wedlug wynalazku sposób wytwarzania wegla aktywnego polega na zmieleniu wegla, sprasowa¬ niu tak otrzymanych czastek wegla w aglomera¬ ty, granulowanie agromeratów oraz przeksztalce¬ niu granulek w wegiel aktywny, przy czym- we¬ giel miele sie w mlynie z wykojzysitaniem energii plynu w atmosferze nieutleniajacej tak dlugo, az nie wiecej niz 1% wagowy czastek bedzie posia¬ dac srednice ponad 38 mikronów.

Drobno sproszkowany wegiel jak równiez przy¬ gotowane z niego granulki, zwlaszcza w stanie go¬ racym, moga sie spalac samorzutnie przy.zetknie¬ ciu z powietrzem. Z tego wzgledu konieczne jest zachowanie normalnych srodków ostroznosci, jak przy postepowaniu z materialami palnymi, to jest zapobieganie zetknieciu z powietrzem, tam gdzie jest to konieczne przy prowadzeniu operacji.

Ustalono, ze w sposobie wedlug wynalazku etap mielenia z wykorzystaniem energii plynu mozna przeprowadzic w obecnosci dowolnej atmosfery nieutleniajacej, celem zapobiezenia spalaniu, na przyklad azotu lub gazu obojetnego, szczególnie korzystnie w atmosferze pary przegrzanej. Tem¬ peratura pary przegrzanej wynosi korzystnie 150°_400QC, najkorzystniej 250°—350°C, przy czyim mozna stosowac dowolny dostepny w han- ' dlu mlyn wykorzystujacy energie plynu. Jako przyklady odpowiednich mlynów pracujacych ze ; strumieniami peryferyjnymi i dookola srednicy komory mielacej mozna wymienic Micronizer, Jet Pulverizer, Reduetionizer lub Jet-O-Mizer. Jako przyklad odpowiedniego mlyna dzialajacego na zasadzie dwóch przeciwstawnych strumieni plynu, mozna podac mlyn Majac (podane nazwy urza¬ dzen sa nazwami handlowymi).

Mlyn wykorzystujacy energie plynu moze byc regulowany pod katem zadanego stopnia rozdrob- 3 785 4 nienia. Korzystnie mlyn reguluje sie tak, aby mniej niz 10%, a zwlaszcza korzystnie nie wie¬ cej niz 1% wagowy czastek posiadalo srednice ponizej 1 mikrona. W szczególnosci korzystne jest, aby 90—99% wagowych . czastek wegla bylo zmielonych do srednicy nie nizszej niz 1 mikron i nie wiekszej niz 10 mikronów. Rozklad wielko¬ sci czastek zmielonego wegla mozna kontrolowac za pomoca sit wzorcowych z wyjatkiem mniej- szych wymiarów, które mozna kontrolowac za po¬ moca takiego urzadzenia elektronicznego jak licz¬ nik Coultera (znak towarowy).

Po zmieleniu wegiel prasuje sie aby utworzyc aglomeraty, przy czyim szczególnie korzystne jest J5 unikanie zastosowania srodka wiazacego i wytwa¬ rzanie aglomeratów z wegla srednio- i wysoko- spiekajaeego, wylacznie pod wplywem ciepla i ci* snienia. Mozna to przeprowadzic przez sprasowa¬ nie czastek zmielonych za pomoca energii plynu droga walcowania na walcacih, które sa bardzo" przydatne jako srodek do wywierania cisnienia.

Walce, jezeli nie sa ogrzewane, posiadaja prosta konstrukcje i sa stosunkowo tanie. Walce takie moga zawierac co najmniej jedna pare rolek mo- gacych sie obracac wokól swoich osi w przeciw¬ nych kierunkach w ten siposób, ze ich obwody zmierzaja do styku miedzy soba. Rolki moga byc przyspieszane za pomoca taranów hydraulicznych.

Aby uniknac nierównomiernego nacisku rolki musza posiadac duza sztywnosc i stanowia zwyk¬ le pelne cylindry o srednicy okolo 30 cm lub wiekszej i o kilkakrotnie wiekszej dlugosci. W praktyce nie jest jednak latwo nagrzac równo¬ miernie powierzchnie walcujace cylindrów bez znacznego komplikowania ich konstrukcji.

Ustalono, ze tam gdzie czastki wegla sa gorace, mozliwe jest zastosowanie walców niezagrzanych.

Tak wiec dalsza korzystna cecha sposobu wedlug wynalazku jest oddzielanie zmielonych czastek od 40 goracego strumienia plynu wychodzacego z mly¬ na i przepuszczanie ich przez nienagrzane walce.

Korzystna temperatura czastek wynosi co naj¬ mniej 50°C i nie wiecej niz 250°C przy przecho¬ dzeniu przez walce. Korzystnie reguluje sie pra- 45 ce walców tak, aby namsk wywierany miedzy walcami wynosil co najmniej 580 kg, a zwlasz¬ cza 580—714 kg na 1 cm dlugosci walca. Mozna stosowac równiez wieksze cisnienia, jednakze bez znacznego polepszenia wlasciwosci produktu kon- 50 cowego.

Zaglomerowany wegiel, czy to w postaci table¬ tek z prasy tabletkujacej, czy to w postaci bry¬ kietów lub platków, przeksztalcony zostaje w granulki, korzystnie o najwiekszej srednicy nie 55 mniejszej niz 0,25 mm i nie wiekszej niz 3,0 mm.

Do granulacji zaleca sie stosowac aparat dajacy przelomy z minimalnym tworzeniem pylu, np. od¬ powiednie urzadzenia tnace.

Talk jak w wielu innych sposobach wytwarza¬ no nia wegla aktywnego na bazie wegla jako surow¬ ca zaleca sie, aby stosowany wegiel posiadal ni¬ ska zawartosc popiolu, korzystnie nie wiecej niz 6% w przeliczeniu na wegiel wolny od wilgoci, oraz wysoka zawartosc wegla zwiazanego, korzy- 65 stnie co najmniej 50%, ewentualnie do 65% w1 103 785 6 przeliczeniu na sucha mase. Sposób wedlug wy¬ nalazku umozliwia wykorzystanie wegla o umiar¬ kowanych lub slabych wlasciwosciach spiekaja¬ cych, wedlug wskaznika wolnego wydymania w przeciwienstwie do niezbednych dotychczas w ta¬ kich procesach wegli wysokospiekajacych. Wegle wysokospiekajace oczywiscie równiez nadaja sie do stosowania. Zaleca sie, aby stosowany wegiel posiadal wskaznik wolnego wydymania wg norm brytyjskich w granicach 2—7. Przy tym nie jest korzystne uzycie wegla o wysokich W&-tarnikach wolnego wydymania z uwagi na wysoka zawar¬ tosc w nich skladniitiów lotnych.

W tym przypadku podczas obróbki termicznej wegla o wysokiej zawartosci skladników lotnych w weglu wyjsciowym usuwa sie lotne substancje, cc daje wegiel o niskiej gestosci i niepozadanie duzych porach, które moga przyczynic sie do oslabienia wytrzymalosci granulek. Moze byc za¬ tem korzystne uzycie wegla o zawartosci sklad¬ ników lotnych do 40%, np. 25—40% w przelicze¬ niu na wegiel wolny od wilgoci i popiolu. Wymie¬ nione w talbeli 1 wegle brytyjskie, sa weglami od¬ powiednimi do stosowania w sposobie wedlug wy¬ nalazku: Granulki wytworzone sposobem wedlug wyna¬ lazku przeksztalca sie w wegiel aktywny w trój- etapowej obróbce: oksydacji, karbonizacji polega¬ jacej na stopniowym podwyzszaniu temperatury utlenionych granulek celem zmniejszenia zawar¬ tosci skladników lotnych, oraz aktywacja pole¬ gajacej na ogrzewaniu w podwyzszonej tempera¬ turze w obecnosci gaizu aktywujacego. Oksyda¬ cje mozna prowadzic w piecu obrotowym lub w piecu wielotrzonowym, ale najskuteczniej proces prowadzi sie w zlozu fluidalnym z wykorzysta¬ niem powietrza jako srodka fluidyzujacego. Przy stosowaniu zloza fluidalnego oksydacje granulek prowadzi sie korzystnie w temperaturze 150°C— 250°C, np. w granicach 180—220°C, korzystnie przez okres od 30 minut do 3 godzin.

Taka obróbka daje wegiel niespiekajacy i nie peczniejacy oraz zabezpiecza go przed topnieniem przy dalszym przerobie. Oksydacja wegla wyso¬ kospiekajacego moze byc znacznie utrudniona.

Stwierdzono jednak, ze nawet wegle wysokospie¬ kajace mozna poddac oksydacji w powyzszym za¬ kresie temperatur, jezeli posiadaja one postac gra¬ nulek wytworzonych sposobem wedlug wynalazku.

Przykladowo próbke wegla z Clipstone zmielono z wykorzystaniem energii plynu, przy zastosowa¬ niu przegrzanej pary sposobem wedlug wynalaz¬ ku, zagiomerowano za pomoca cisnienia niena- grzanych walców, rozdrobniono do granulek o wielkosci 1,0 mm, a nastepnie utleniono w zlozu fluidalnym w temperaturze 200°C. Po jednogo¬ dzinnej oksydacji otrzymano wegiel nie pecznie¬ jacy i nie spiekajacy sie.

Etap karbonizacji korzystnie prowadzi sie przy stopniowo rosnacej temperaturze utlenionych gra¬ nulek, do temperatury co najmniej 800°C, korzy¬ stnie 950°C, w piecu obrotowym lub wielotrzono- wym. W sposobie wedlug wynalazku korzystnie, temperature zwieksza sie stosunkowo wolno, to jest z szybkoscia nie wieksza niz 150°C na mi¬ nute, a zwlaszcza nie wyzsza niz 100°C na minu¬ te. Jakkoliwiek nie istnieje dolna granica szybko¬ sci ogrzewania, to jednak bardzo niskie szybkosci wplywaja na ekonomike procesu. Ustalono, ze szczególnie korzystna jest szybkosc ogrzewania 50°C, gdyz pozwala na równomierne wywiazywa¬ nie sie substancji lotnych, a tym samym na utwo¬ rzenie struktury o równomiernej porowatosci. Ko¬ rzystnie temperature utlenionych granulek pod¬ nosi sie od 400 do 950°C z szybkoscia nie wyzsza niz 100°C na minute.

Etap aktywizacji polega na ogrzewaniu w pod¬ wyzszonej temperaturze w obecnosci gazu akty¬ wujacego, takiego jak para wodna, dwutelenek wegla lub mieszanina pary i dwutlenku wegla.

Odpowiedni gaz aktywujacy mozna uzyskac z pro¬ cesu stechiometrycznego spalenia opalowego ole¬ ju lub gazu. Jako dodatek do gazu aktywujacego mozna ewentualnie stosowac azot. Etap aktywa¬ cji mozna przeprowadzic albo w stalym zlozu al¬ bo w zlozu fluidalnym, przy czym zaleca sie to ostatnie, "gdyz wymaga krótszego czasu przebywa¬ nia w aparacie.

Etap aktywacji przeprowadza sie w zakresie temperatur 600—1000°C, korzystnie 850—9S0°C. bela EKHi 3NCA :er) 2 36,0 59,0 3,5 1,5 50 65 Tabela 1 H20 % wagowe Wskaznik wolnego wy¬ dymania Skladniki lotne % wago¬ we (w przeliczeniu na wegiel wolny od wilgoci i popiolu) Wegiel zwiazany % wa¬ gowe Popiól % wagowe Siarka % wagowe WOOLLEY (BARNS- LEY) 9,0 6,5 34,9 59,7 3,5 1,5 MARKHAM (DONCAS- TER) 2 36,0 59,0 3,5 1,5 WOLSTAN- TQN NEWCASTLE UNDER-LYNE 1 9,3 7 34,7 56,6 4,0 1,33 BERSHAM (WREX- HAM) 8,7 7 37,0 53,8 • 5,5 1,0 CLIPSTONE (MANSFIELD) ,0 6 37,3 53,1 ,2 1.07 103 785 8 Temperatury powyzej 1000°C prowadza do zwiek¬ szonej graiiityzacji oraz do postepujacej redukcji objetosci mikroporów. Przy przeprowadzeniu akty¬ wacji w zlozu fluidalnym jako mecjaium fluidalne moze byc wykorzystany gaz aktywujacy. W takim przypadku waznym czynnikiem jest stosunek gaz aktywujacy flutódyzujacy do ciezaru wegla w zlo¬ zu. Czynnik ten moze byc zoptymalizowany zarów¬ no co do doboru czasu przebywania, jak i do pe¬ wnego stopnia regulacji rozkladu wielkosci porów w produkcie koncowym. Korzystnie stosuje sie 0,2—2,0 kg gazu aktywujacego na 1 kg wprowa¬ dzonego wegla na 1 godzine aktywacji. Przez wprowadzony wejgiel rozwnle sie ciezar wegla zmtie- lonego. Szczególnie korzystna cecha sposobu we¬ dlug wynalazku jest mielenie wegla w mlynie z wykorzystaniem energii plynu w atmosferze pary w ten sposób, ze para wyplywajaca z mlyna mo¬ ze byc wykorzystana w procesie aktywacji, jezeli temperatura tego procesu jest podniesiona do od¬ powiedniego poziomu. Przy stosowaniu zloza flu¬ idalnego, czas trwania etapu aktywacji wynosi korzystnie 1—3 godzin. Przy stosowaniu zloza sta¬ lego, czas trwania etapu aktywacji moze wyno¬ sic 2—6 godzin.

Sposobem wedlug wynalazku wytwarza sie gra¬ nulki bardzo latwo poddajace sie obróbce termicz¬ nej i aktywacji w wyniku których otrzymuje sie wegiel aktywny o. dluzej gestosci, odporny na de¬ gradacje mechaniczna, o wysokim stopniu aktyw¬ nosci przy zastosowaniu jako adsorbent, nie za¬ wierajacy w ogóle lub niewiele makroporów c 'srednicy powyzej 10000 A i o wysokim udziale porów o wielkosci 0—2000 A.

Gestosc pozorna próbki materialu pobranego po kazdym etapie procesu wedlug wynalazku by¬ la nastepujaca: po sprasowaniu 1,35 g/cm1 po oksydacji 1,35 g/cm* po karbonizacji 0,90 g/cm8 po aktywacji 0,66 g/cm* Gestosc pozorna mierzono w sposób nastepuja¬ cy: Zwazona próbke wegla (w8) wprowadzono do kalibrowanego piknometru o objetosci Vp w sta¬ lej temperaturze, po czym dodano rteci, az do kreski. Nastepnie oznaczono ciezar (wF) pikno¬ metru i zawartosci, przy czym nalezalo zwrócic uwage na to, aby czastki wegla otoczone byly rtecia, a do wnetrza piknometru nie dostal sie nadmiar powietrza. Gestosc pozorna obliczono ze wzonu: diRWs VpdR + wp -f ws — wF w którym wp oznacza ciezar piknometru.

' Na zalaczonych rysunkach przedstawiono insta¬ lacje do wytwarzania wegla aktywnego z wegla, skladajaca sie z aparatu, który mozna wykorzy¬ stac do wytwarzania granulek sposobem wedlug wynalazku, przy czym na rysunku fig. 1 przed¬ stawiono schemat blokowy czesci instalacji az do i wlacznie z etapem oksydacji, na rysunku fig. 2 przedstawiono schemat blokowy pozostalej cze¬ sci instalacji.

W sklad instalacji wchodzi konwencjonalny mlyn 6 do mielenia wegla, posiadajacy powie- rzchnie kruszace z utwardzonej stali, który zdbl- ny jesit do zmielenia wegla na czasteczki o sred¬ nicy nie wiekszej niz 2 mm. Mlyn 6 zasilany jest weglem za pomoca podnosnika 1 z miekkiej stali, przenosnika 2 z tasma gumowa, dwóch lejów za¬ sypowych 3, dalszego przenosnika 4 z tasma gu¬ mowa oraz kieszeniowego podnosnika tasmowego . Z mlyna 6 czastki wegla przechodza do mlyna — Micronizera 7 pracujacego w ten sposób, ze wykorzystuje sie tu pare przegrzana z kotla 8 pracujacego na cieple odlotowym, skad otrzymu¬ je sie rozdrobnione czastki wegla.

Cyklon 9 przeznaczony jest do oddzielania cza¬ stek wegla ze strumienia wyplywajacego z mly¬ na, pracujacego na zasadzie wykorzystania energii plynu, a nieogrzewiane walce 10 prasownicze sa tak zainstalowane, ze czastki wegla dochodza do nich bezposrednio z cyklonu. Walce prasownicze wykonane sa ze stali miekkiej. Krajarki obroto¬ we 11, rozmieszczone sa w ten sposób, ze przej¬ muja plytki wychodzace z walców prasowniczych.

Zaopatrzone sa one w npze z utwardzonej stali, zdolne dio pociecia platków na granulki. Rozdrob¬ niony produkt z operacji krajania mozna oddzie¬ lic za pomoca sita 12 i zawrócic do mlyna stru¬ mieniowego. Po operacji krajania granulki prze¬ chodza przez lej udarowy 13 i podnosnik pneu¬ matyczny 14 do leja 15, gdzie przechowywane sa oczekujac na etap oksydacja.

Urzadzenie do oksydacji granulek, w którym na¬ daje sie im wlasciwosci niespiekajace, sklada sie z reaktora 16 ze zlozem fluidalnym, wylozonego stala weglowa i zraszanego wewnatrz woda ce¬ lem regulacji temperaitury. Urzadzenie do oksy¬ dacji pracuje z wykorzystaniem powietrza jako gazu fluidyzujacego, doprowadzonego przez wlot 17, przy czym produkt usuwany jest przez prze¬ wód 18. Granulki wprowadza sie do urzadzenia do oksydacji, za pomoca podajnika slimakowego 19. Poprzez chlodzony woda przenosnik slimako¬ wy 20 granulki odprowadza sie do leja 21, a na¬ stepnie podnosi w podnosniku pneumatycznym 22 do leja 23, gdzie sie je przechowuje przed opera¬ cja karbonizacji. Gaz fluidyzujacy, wychodzacy z urzadzenia do oksydacji pozbawiony zostaje w cyklonie 24 porwanych czastek, które zawraca sie na walce prasownicze. Od tego miejsca, az do miejsca chlodzenia skarbonizowanych czastek, in¬ stalacja posiada wykonanie gazoszczelne zabezpie¬ czone przed dostaniem sie powietrza, które mo¬ globy spowodowac samorzutne zapalenie. Gazy z cyklonu 24 sa na zewnatrz.

Karbonizacje prowadzi sie w piecu obrotowym , które w celu zapobiezenia zapaleniu pracuje przy stezeniu tlenu nie wyzszym niz 2%, przy czym granulki doprowaidiza sie do niego za pomo¬ ca przenosnika 26 z tasma guimcwa oraz zasila¬ cza slimakowego 27. Substancje lotne z pieca obrotowego usuwane sa jako paliwo do opalania kotla 8, natomiast skarbonizowane granulki do¬ prowadza sie do chlodnicy 27, w celu zapobieze- 40 45 50 55 60103 785 n nia zapaleniu, gdzie przechowuje sie je w pojem¬ niku magazynowymi 28 przed odprowadzeniem ich do etapu aktywacji.

'Urzadzenie' do aktywacji sklada sie ze zbiorni¬ ka 30 ze zlozem fluidalnym, przystosowanego do pracy periodycznej. Jako gaz fliuidyzujacy stosuje sie mieszanine pary odzyskanej z mlyna pracu¬ jacego z wykorzystaniem energii plynu, poprzez cyklon 9 oraz gazów spalinowych z palnika 31 pracujacego bez nadmiaru powietrza. Skarboni- zowane granulki dostaja sie do aktywatora po¬ przez przenosnik pneumatyczny 32, lej 33 i po¬ dajnik slimakowy 34. Zanim zaktywowiane gra¬ nulki dostana sie na sito 36 przechodza poprzez zasilacz slimakowy 37 i podnosnik pneumatyczny 15 38 do chlodnicy 35, Jezeli jest to konieczne, na sicie 36 mozna oddzielic frakcje granulek o wla¬ sciwej wielkosci. Gazy odlotowe z urzadzenia do aktywacji przechodza przez cyklon 39 do.kotla 8, z jednoczesnym oddzieleniem po drodze drobnych 2o frakcji.

Twardosc granulowanego wegla aktywnego otrzymanego sposobem wedlug wynalazku mozna zmierzyc nastepujaca metoda. Podstawowa meto¬ da jest sposób opisany w Encyklopedia of In- M ctustrial Chemical Analysis, Snell amd Ettre 1969, tom 8, od strony 139. Polega on na tym, ze prób¬ ke wegla umieszcza sie na sicie wraz ze stalo¬ wymi kulkami o róznej wielkosci, a nastepnie poddaje degradacji mechanicznej przez okres 20 ^ minut za pomoca wstrzasacza sitowego typu RO.

Wartosc -twardosci uzyskuje sie przez zwazenie frakcji próbek po badaniu i wyjsciowych, obli¬ czenie srednich wazonych srednic czasteczek kaz¬ dej frakcji oraz przez wyrazenie stosunku poczat¬ kowych i koncowych srednic wazonych w pro¬ centach. Test ten zmodyfikowano, aby otrzymac wyniki, w których frakcja poddanego próbom ma¬ terialu, wieksza od 105 mikronów, wyrazona jest w procentach calego ciezaru próbki.

Do oznaczania rozkladu wielkosci porów wegla aktywnego wykorzystuje sie metode porozyme- tryczna z penetracja rteci, na podstawie której oznacza sie ilosc porów o srednicy wiekszej niz 400 A. Do oznaczenia rozkladu porów drobniej¬ szych wykorzystuje sie odpowiedni aparat z ab¬ sorpcja gazów, np. aparat stosowany do oznacza¬ nia izoterm adsorpcyjnych.

Efektywnosc wegla aktywnego jako adsorbenta mozna oszacowac przez pomiar jego liczby jodo- 50 wej i/lub liczby blekitu metylenowego.

Liczbe jodowa adsorbenta weglowego oznacza sie w sposób nastepujacy: przygotowuje sie mia¬ nowane 0,1 n roztwory jodu i tiosiarczanu sodo¬ wego. W kolbie z doszlifowanym korkiem umiesz- 55 cza sie 1 g wegla zmielonego do wielkosci 325 mesh, dodaje sie 10 ml 5% HC1, wstrzasa i go¬ tuje przez 1 minute, po czym chlodzi do tempe¬ ratury otoczenia, Z kolei do kolby dodaje sie 100 ml roztworu jodu, zatyka korkiem i wstrzasa go przez 30 sekund:, po czym filtruje przez saczek Whatmana nr 12, odrzucajac pierwsza porcje przesaczu. Nastepnie odpipetowuje sie 50 ml prze¬ saczu i miareczkuje tiosiarczanem sodowym wo¬ bec skrobi jako wskaznika. Miano winno zawie- gs 40 45 rac sie w granicach 4—16. Jezeli wykracza ono poza te granice, to nalezy odpowiednio dobrac ciezar próbki wyjsciowej. Normalnosc przesaczu oblicza sie wedlug wzoru: ml roztworu tiasiarczanu X0,1 n 50T W zaleznosci od normalnosci przesaczu czynnik dobiera sie w sposób nastepujacy: Normalnosc Czynnik 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 1,16 " 1,12 1,09 1,06 1,04 1,02 1,00 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 Liczbe jodowa oblicza sie nastepujaco: & x (mg J3 na poczatku — mg Jj oznaczone przez miareczkowanie). Liczbe blekitu metyleno¬ wego adsorbentu weglowego mozna oznaczyc w sposób nastepujacy: W kolbie umieszcza sie 1 g wegla zmielonego do wielkosci 325 mesh (sito Tylera), po czym do¬ daje sie biurety 0,1% wodny roztwór .blekitu metylenowego w ilosci 1 ml za kazdym razem, mieszajac przez 1 minute po kazdorazowym do¬ daniu roztworu. Pod koniec kazdej jednominu¬ towej przerwy obserwuje sie barwe zawiesiny wegla przez umieszczenie kropli na plytce lub bi¬ bule filtracyjnej. Jakiekolwiek niebieskie zabar¬ wienie oznacza osiagniecie punktu koncowego.

Wyniki rejestruje sie jako miligramy blekitu me¬ tylenowego zaadsorbowane przez 1. gram wegla.

Sposób wedlug wynalazku zilustrowano w po¬ nizszym przykladzie I, w którym granulki przy¬ gotowane wedlug korzystnej wersji wynalazku przeprowadza sie w skali laboratoryjnej w gra¬ nulowany wegiel aktywny, którego wlasciwosci zbadano w wyzej opisany sposób. Przyklady II i III nie dotycza wynalazku i podano je jedynie dla celów porównawczych. Przyklad IV równiez ilustruje wynalazek.

Przyklad I. Jako materialu uzyto wymie¬ nionego uprzednio wegla z Woolley, który wysu¬ szono, pokruszono do wielkosci okolo 1 mm i wpro¬ wadzono do mlyna Micronizer, pracujacego w na¬ stepujacych warunkach: Srednica Micronizera — 5,0 cm (6 dysz o sredni¬ cy 0,5 mm) Szybkosc zasilania — 3 kg/godzine Wielkosc materialu zasilajacego — ponizej 1 mm Nacisk na pierscieniu — 1,75 kg/cm2 Cisnienie wtrysku — 10,5 kg/cm2 Temperatura pary — 300°C Temperatura produktu — 190°C Wielkosc produktu —> ponizej 38 mikronów 0%,103 785 11 12 ponizej 38 mikronów lecz powyzej 10 mikro¬ nów 1%, 3—10 mikronów 91%, ponizej 3 mi¬ kronów 8%.

Produkt doprowadzano bezposrednio na niena- grzewane walce o srednicy 15,2 cm pracujace z szybkoscia 2 obroty na minute. Na walce wywierano siele 615 kg/cm liniowy dlugosci walca. Produkt otrzymywano w postaci platków, przy czym we¬ giel niezwdazany zawracano do mlyna Mdronizer.

Z kolei platki rozdrabniano otrzymujac granulki o wielkosci w granicach 0,3—3,0 mm.

Tak otrzymane granulki pozbawiano wlasciwo¬ sci aglomerujacych przez obróbke termiczna po¬ legajaca na oksydacji powietrzem w reaktorze o srednicy 10 cm ze zlozem fluidalnym. Oksydacje prowadizono przez 1 godzine w temperaturze 200°C z dwukrotnym wstepnym przepuszczaniem strumienia powietrza w celu fluidyzacji czastek.

Karbonizacje oksydowanych granulek przeprowa¬ dzono przez ogrzewanie ich w piecu obrotowym z szybkoscia 50°C na minute w zakresie tempe¬ ratur 400—900°C, celem pozbawienia wegla sklad¬ ników lotnych i podwyzszenia twardosci produktu.

Skarbonizowane granulki zaktywowano w reakto¬ rze ze zlozem fluidalnym przepuszczajac gaz flu- idyzujacy z szybkoscia dwa razy wieksza niz by¬ lo to potrzebne do fluidyzacji czastek oraz stru¬ mien pary z szybkoscia 8 kg paTy na 1 kg we¬ gla wyjsciowego na godzine czasu aktywacji. Po dwóch godzinach w temperaturze 950°C uzyskano wegiel aktywny b odpowiednim rozkladzie wiel¬ kosci porów. Twardosc koncowa produktu wyno¬ sila 83.%, przy czym nie zaobserwowano makro- porów o wielkosci powyzej 30000 A. Wlasciwosci adsorpcyjne produktu byly nastepujace: Liczba jodowa — 1300 mg J*/g wegla.

Liczba blekitu metylenowego — 351 mg bleki¬ tu metylenowego/g wegla.

Rozklad wielkosci porów produktu byl nastepu¬ jacy: (w % porowatosci calkowitej): powyzej 30000 A brak 30000—20000 20000—10000 10000— 2000 2000— 1000 1000— 400 400— 0 1,5% 9% 22% % % 52,5% Tabela II Twardosc % Chemivron Filtrasorb 200 65 Westvaco WV-W 70 Liczba jodowa 1000 850 Liczba ble¬ kitu metyle¬ nowego 169 261 | 40 W porównaniu z powyzszymi wynikami han- 50 dlowe wegle aktywne posiadaly wlasciwosci wskazane w tabeli II. 55 60 65 Przyklady II do IV. Wegiel z Markham, jak podano w tabeli 2, sproszkowano w mlynie udarowym Mikropulveriser (nazwa handlowa) i przesiano na sicie 45 mikronów. v Analiza za pomoca licznika Coultera materialu, który przeszedl przez sito, byla nastepujaca: ponizej 38 mikronów — 65% ponizej 10 mikronów — 10% Material ten tabletkowano na zimno w niena- grzanej prasie ramowej bez srodka wiazacego pod cisnieniem 700 kg/cm2. Otrzymane tabletki po¬ cieto na kawalfki o wymiarach 1—4 mm i podda¬ no oksydacji powietrzem przez 1 godzine w zlo¬ zu fluidalnym w temperaturze 200°C. Oksydowa¬ ny wegiel poddano z kolei karbonizacji i aktywa¬ cji, tak jak podano w przykladzie I. Otrzymany wegiel aktywny posiadal wlasciwosci podane w tabeli 3 w kolumnie oznaczonej jako przyklad II.

Przyklad; ten zostal powtórzony z ta jedyna mo¬ dyfikacja, ze prasa ramowa pracowala w tempe¬ raturze 200°C. Wlasciwosci otrzymanego wegla aktywnego podano w tabeli 3 w klumnie oznaczo¬ nej jako przyklad III.

Ten sam wegiel zmielono w mlynie z wykorzy¬ staniem energii plynu jak ujawniono w przykla¬ dzie I, otrzymujac produlkt, w którym 100% cza¬ stek posiadalo srednice ponizej 38 mikronów i nie wiecej niz 90% czastek posiadalo srednice 3—10 mikronów. Zmielony wegiel poddano przerobowi jak w przykladzie II, a wlasciwosci wegla akty¬ wnego opisano w kolumnie oznaczonej jako przy¬ klad IV w tabeli III.

Tabela III Liczba jodowa Liczba blekitu me¬ tylenowego Twardosc Rozklad wielkosci porów % >40,000 A | >20,000-^l0,000 A 1 2,000—20,000 A 1,000—<2,000 A 400—< 1,090 A <400 A poza calkowita | porowatoscia Przyklad II 735 125 46 2 7 27 4 4 27 71 III 405 — — — — — — — — — IV 960 169 48 o 1 1 22,5 3 1,5 44 72

Claims (24)

Zai strzezeni a patentowe

1. - 1. Sposób wytwarzania wegla aktywniego, obej¬ mujacy mielenie wegla, sprasowanie tak otrzy¬ manych czasteczek wegila z utworzeniem aglome¬ ratów, granulowanie a#omerat6w oraz przeksztal¬ cenie otrzymanych granulek w wegiel aktywny, znamienny tym, ze wegiel miiele sie w mlynie z wykorzystamiem energii plynu w atmosferze nie- utleniajacej tak dlugo, az srednice powyzej103 785 13 14 38 mikronów osiagnie nie wiecej niz 1% wagowy czastek.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie wegiel, który posiada zawartosc popio¬ lu do 6% w przeliczeniu na suchy wegiel oraz zar- wartosc weg!La zwiaizanego co najmniej 50% w przeliczeniu na; suchy wegiel.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosuje sie wegiel, którego wskaznik wol¬ nego wydymania wynosi 2 do 7.

4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, ze jako surowiec stosuje sie wegiel o zawar¬ tosci skladników lotnych dio 40% w przelaczeniu na wegiel wolny od wilgoci i popiolu.

5. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, ze wegiel miele sie w mlynie z wykorzysta¬ niem energii plynu w atmosferze pary przegrza¬ nej.

6. Sposób wedlug zastirz. 5, znamienny tym, ze stosuje sie pare o temperaturze 150°C do 400°C.

7. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, ze wegiel miele sie w mlynie strumienio¬ wym w ten: sposób, ze mniej niz 10% wagowych wytworzonych czasteczek posiada srednice ponizej 1 mikrona.

8. Sposób wedlug zastrz. 7 znamienny tym, ze wegiel miele sie w mllyoie strumieniowym w ten sposób, ze 90—99% wagowych wytworzonych cza¬ stek posiada srednice nie mniejsze niz 1 mikron i nie wieksze niz 10 mikronów.

9. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czastki wytworzone przez mielenie formuje sie w aglomeraty przepuszczajac je przez walce pra¬ sownicze.

10. Sposób wedlug zasltrz. 9, znamienny tym, ze czastki wytwarza sie przez mielenie w mlynie z wykorzystaniem energii plynu, wytworzone czastki oddziela sie od strumienia gazu wyplywajacego z mlyna i przepuszcza przez nieogrzane walce pra¬ sownicze*, gdy temperatura czastek wynosi co naj¬ mniej 50°C i nie wiecej niz 250°C.

11. Spo,sób wedlug zastrz. 9 albo HO, znamienny tym, ze reguluje sie prace walców prasowniczych celem wytworzenia nacisku miedzy walcami co najmniej 580 kg/cm dlugosci walców.

12. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 11, znamienny tym, ze aglomeraty przeksztalca sie w granulki za pomoca urzadzenia zdolnego doi wytwarzania przelomów kruchych.

13. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wytwarza: sie granulki, które skladaja sie z cza¬ stek o najwiekszych srednicach nie mniejsizych niz 0,25 mm i nie wiekszych niz 3,0 mm.

14. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze granulki przeksztalca sie w wegiel aktywny dro¬ ga trzystopniowej obróbki obejmujacej oksyda¬ cje, karbonizacje polegajaca na stopniowym pod- 5 nosaeniu temperatury oksydowanych granulek ce¬ lem zmniejszenia w nich zawartosci skladników lotnych, oraz aktywacje polegajaca na ogrzewa¬ niu w podwyzszonej temperaturze w obecnosci gazu aktywujacego.

15. Sposób wedlug zastrz. 14, znamienny tym, ze oksydacje granulek prowadzi sie w zlozu fluti- clalnym w temperaturze 150°C—300°C przez okres czasu od 30 minut do 3 godzin, stosujac kombino¬ wane medium oksydujace i fluidyzujace, zawie¬ rajac powietrze.

16. Sposób wedfllug zastrz. 14 albo 15, znamien&y tym, ze temperature oksydowanych granulek pod¬ nosi sie z szybkoscia nie wieksza niz 100°C na mimuite do co najmniej 800°C celem osiagniecia karbonizacji.

17. Sposób wedlug zastrz. 16, znamienny t^m, ze temperature oksydowanych granulek podnosi sie w granicach od 400°C do 950°C z szybkoscia nie wieksza niz 100°C na minute.

18. Sposób wedlug zastrz, 14 alibo 17, znamien¬ ny tym, ze skarbonizowane granulki aktywuje sie przez ogrzewanie w temperaturze od 600°C dto 1000°C w obecnosci gazu aktywujacego zawieraja¬ cego pare, dwutlenek wegla lub ich mieszanine. .

19. Sposób wedlug zaiste. 14 albo 17, znamienny tym, ze skarbonizowane granulki aktywuje sde przez ogrzewanie w temperaturze 600°C—1000°C w obecnosci gazu aktywujacego zawierajacego pro¬ dukt stechiometrycznego spalenia oleju lub gazu opalowego.

20. Sposób wedfliug zastrz. 19, znamienny tym, ze stosuje sie gaz aktywujacy zawierajacy pare wod¬ na.

21. Sposób wedlug zastrz. 18 albo 19 albo 20, zna¬ mienny tym, ze stosuje sde gaz aktywujacy z do¬ datkiem pary w postaci strumienia wyplywajacego z mlyna, od którego to strumienia oddzielono zmielone czastki.

22. Sposób wedlug zastrz. 14 albo 21, znamien¬ ny tym, ze etap aktywacji prowadzi sie w zlozu fluidalnym stoisujac medium fluidyzujace stano¬ wiace gaz aktywujacy.

23. Sposób wedlug zastrz. 22, znamienny tym, ze stosuje sie gaz aktywujacy, który zawiera pare w ilosci 0,2—2 kg na 1 kg zmielonego wegla.

24. Sposób wedlug zastrz. 22, znamienny tym, ze aktywacje prowadzi sie w czasie 1—3 godzin. 15 20 25 90 35 40 45103 785 A7Ó 2. Jtr S ^-H I & -k*5 54- -39 JC SóA M3 Fil LEh* FZGraf. Koszalin D-698 {£ egz. A-4 Cena 45 zl