PL48170B1

PL48170B1 -

Info

Publication number: PL48170B1
Application number: PL93291A
Authority: PL
Inventors: Smit> Pieter
Original assignee: N V Octrooien Maatschappij
Filing date: 1960-03-19
Publication date: 1964-04-15

Description

Opublikowano: 27.IV.1964 48170 KI 12 e l/Ol MKP B 01 d $3ltOD UKD Twórca wynalazku: Pieter Smit Wlasciciel patentu: N. V. Octrooien Maatschappij ,Activit", Amsterdam (Holandia) Sposób obróbki cieczy i/lub gazów za pomoca sadzy Wynalazek dotyczy sposobu obróbki cieczy i/lub gazów za pomoca sadzy. W traktowanych sadza plynach moga byc ewentualnie zawarte czastki sta¬ le. Sposób wedlug wynalazku odróznia sie od do¬ tychczas znanych tym, ze do obróbki cieczy i/lub gazów stosuje sie sadze, która nie poddaje sie ja¬ kiejkolwiek dalszej aktywacji, a która otrzymuje sie w czasie wytwarzania gazu do syntez przez utlenienie weglowodorów za pomoca srodka zga- zowujacego, zawierajacego co najmniej 90% tlenu.Obróbka cieczy i/lub gazów za pomoca wegla aktywowanego jest od dawna znana. Stosuje sie ja na przyklad do odbarwiania, katalizy, wymiany jonów itp. Znana jest równiez obróbka plynów za pomoca sadzy aktywowanej, która to sadze wytwa¬ rza sie z sadzy nieaktywowanej przez odpowiednia obróbke cieplna przy zastosowaniu dodatkowych czynników takich ja-k para itp.Sposób wytwarzania sadzy aktywowanej ze zwy¬ klej, nieaktywnej sadzy podany jest miedzy innymi w opisie patentowym amerykanskim nr 2,317,026, wedlug którego nieaktywna sadze, uzyskana na przyklad przez spalenie weglowodorów w warun¬ kach niedoboru tlenu, aktywuje sie (po wstepnej granulacji bez uzycia substancji wiazacej) przez poddanie granulowanej sadzy utlenianiu w stru¬ mieniu gazu przy temperaturze wyzszej niz 930°.We wszystkich dotychczas znanych sposobach uzyskania sadzy aktywowanej stasowac nalezalo w 20 25 wiec dwa zabiegi technologiczne, a mianowicie wy^ tworzenie samej sadzy, a nastepnie aktywacje.Wiadomo, ze w czasie czesciowego spalania we¬ glowodoru tworzy sie sadza nieaktywna w postaci subtelnie rozdrobnionej. Sadza ta znalazla liczne zastosowania, jak na przyklad do farb drukarskich, do wyrobu opon samochodowych itp. Proponowa¬ no równiez stosowanie jej wprost do obróbki ply¬ nów zamiast wegla aktywnego. Jak dotychczas jednak, próby te daly niezadawalajace wyniki.Jezeli zwykla nieaktywna sadze zmiesza sie z wo^ da, to po przefiltrowaniu uzyskuje sie mala ilosc przesaczu, poniewaz sadza szybko zatyka filtr.W przeciwienstwie do tego, wegiel aktywny jak wiadomo umozliwia uzyskanie calkowicie bez¬ barwnego przesaczu z duza wydajnoscia. Wyzej po¬ dane zjawiska byly powodem zaniechania prób nad stosowaniem sadzy jako absorbenta.Róznica pomiedzy sadza a weglem aktywnym polega na calkowicie odmiennej ich strukturze.Wegiel aktywny zbudowany jest w postaci malych porowatych bryl, o nieregularnym ksztalcie, sadza natomiast ma przewaznie postac kulistych czaste¬ czek o znacznie mniejszych wymiarach. Wegiel aktywny jest substancja hydrofilowa, w przeci¬ wienstwie do tego natomiast sadza wykazuje wlas- .nosci hydrofobowe. Hydrofobowosc sadzy przypisy*- wano nieraz pochodzeniu tego materialu, a wiec za¬ nieczyszczeniom weglowodorami. Stwierdzono jed*-48170 3 nakze, ze równiez sadza calkowicie wolna od we¬ glowodorów wykazuje równiez wlasnosci hydrofo¬ bowe. Róznica pomiedzy weglem aktywnym a sa¬ dza uwydatnia sie równiez w dotyku. Sadza spra¬ wia wrazenie substancji tlustej przywierajacej sil¬ nie do skóry i dajacej sie zmyc jedynie za pomoca srodków powierzchniowo czynnych, podczas gdy wegiel aktywny wykazuje znacznie slabsza przy¬ czepnosc.Wiadomo, ze przy wytwarzaniu gazów do syntez z weglowodorów gazowych, plynnych lub stalych pawstaje sadza. Sadza ta nie rózni sie zewnetrznie zupelnie od sadzy, która otrzymuje sie przez nie¬ calkowite spalenie weglowodorów. Nieoczekiwanie jednak stwierdzono wedlug wynalazku, ze ta sadza otrzymywana jako produkt uboczny w czasie wy¬ twarzania gazu do syntez przez zgazowanie we¬ glowodorów za pomoca gazów zawierajacych tlen, doskonale nadaje sie do obróbki cieczy i gazów bez jakiejkolwiek aktywacji. Mozna wiec znany w zasadzie sposób wytwarzania gazu do syntez che¬ micznych prowadzic w taki sposób, aby uzyskiwac sadze o pozadanych wlasciwosciach adsorbcyjnych.Stwierdzono, ze sadza tak otrzymana jest dosko¬ nalym srodkiem odbarwiajacym, dorównujacym ja¬ koscia wysokoaktywnym weglom. W niektórych przypadkach sadza taka pozwala nawet na uzyska¬ nie lepszych efektów. Ponadto sadza uzyskana W czasie wytwarzania gazu do syntez chemicznych z weglowodorów nie zawiera popiolu, co równiez jest korzyscia w porównaniu ze znanymi weglami aktywnymi. Sadza taka wykazuje wlasciwosci hy- drofilowe. Ma ona strukture drobnych czasteczek o wymiarach na ogól mniejszych od 50 m/u, w nie¬ których przypadkach nawet mniejszych niz 4 mu.Powierzchnia 1 grama sadzy przekracza 300 m2, a w niektórych przypadkach nawet 1000 m2. (Wiel¬ kosc powierzchni oznaczono za pomoca adsorbcji azotu metoda Brunauera, Emmeta i Tellera). Sa¬ dza jest w ^zasadzie bardzo czysta i jest pozbawio¬ na substancji smolistych i lotnych. Oprócz wegla zawiera ona tlen. Zawartosc tlenu moze dochodzic do 20%.Sadze stosowana w sposobie wedlug wynalazku wytwarza sie znanymi metodami, stosowanymi do wytwarzania gazu do syntez z weglowodorów przy zastosowaniu gazów zawierajacych tlen jako czyn¬ nik zgazowujacy. Stwierdzono jednak, ze dla otrzy¬ mania sadzy o dobrych wlasciwosciach korzystnie jest, jezeli zawartosc tlenu w czynniku zgazowu- jacym wynosi ponad 90°/o, przy czym tlen nalezy stosowac w niedoborze w stosunku do zgazowanych weglowodorów, jednakze w takiej ilosci, by w ga¬ zach spalinowych nie pozostalo nic metanu. Najle¬ piej jest, jezeli reagujace gazy poddaje sie wstepne¬ mu ogrzaniu do temperatury 150°C, a samo zgazowa¬ nie odbywa sie przy cisnieniu od 2—25 atm i przy temperaturze 1000—1500°C.Do substratów reakcji przed zgazowaniem lub tez do reaktora w czasie procesu gazowania ko¬ rzystnie jest dodawac pare wodna. Jako srodek zgazowujacy najlepiej jest stosowac czysty tlen.W porównaniu z procesami, których produktem glównym jest sadza nie nadajaca sie do zastosowa¬ nia wprost jako sadza aktywna nalezy prowadzic proces w ten sposób, aby wydajnosc sadzy byla stosunkowo niska, stwierdzono bowiem, ze przy wysokiej wydajnosci sadzy jakosc tej sadzy jest znacznie nizsza. Stad tez proces nalezy prowadzic w ten sposób, aby wydajnosc sadzy byla nizsza, 5 niz 10°/o w stosunku do materialu wyjsciowego.Jako materialy wyjsciowe stosowac mozna roz¬ maite weglowodory, gazowe, ciekle i stale na przy¬ klad gaz ziemny, oleje mineralne, lekkie i ciezkie, surowa rope naftowa, smole, asfalt itp. 10 W czasie zgazowywania weglowodorów oddziela sie wytworzona sadze badz to na drodze su¬ chej, badz tez mokrej. Na drodze suchej od¬ dziela sie sadze przy zastosowaniu cyklo¬ nów albo filtrów. Na drodze mokrej oddzielenie 15 odbywa sie przez wtrysniecie strumienia wody do wychodzacej z reatora mieszaniny gazu i wegla.Tak wytworzona paste wprowadza sie na filtr cia¬ gly, a nastepnie na prase. Do oddzielania wody moz¬ na równiez stosowac sposoby oparte na elektro- 20 osmozie.Sadza wytworzona w czasie zgazowywania we¬ glowodorów za pomoca tlenu doskonale nadaje sie do odbarwiania, adsorbcji, wymiany jonów i ka¬ talizy. 25 Jak wiadomo, do róznych substancji stosuje sie rozmaite srodki odbarwiajace i tak na przyklad, do odbarwiania olejów stosuje sie przewaznie drobnoziarniste materialy nieorganiczne, na przy¬ klad aktywowane albo hieaktywowane ziemie, 30 zwiazki glinu, krzemiany itp. Do roztworów wod¬ nych uzywa sie przewaznie wegiel aktywny, zywi¬ ce odbarwiajace itd. Czesto stosuje sie równiez mieszaniny róznych srodków odbarwiajacych lub tez uzywa sie je kolejno. 35 Sadza uzyskana w czasie zgazowywania weglowo¬ dorów za pomoca tlenu wykazuje wlasnosci jono¬ wymienne, poniewaz zawiera grupy polarne. Sa to zwykle grupy slabo kwasne, dzieki czemu wyka¬ zuja one wlasciwosci selektywne. Poniewaz jak juz 40 wyzej wspomniano, sadze mozna granulowac, uzys¬ kac mozna z niej równiez wymieniacze jonów w po¬ staci brylek. Wymieniacze takie mozna wielokrot¬ nie regenerowac.Sadze stosowac mozna wedlug wynalazku rów- 45 niez w katalizie oraz do wyrobu suchych ogniw.Takze do absorbcji gazów stosowac mozna sadze wedlug wynalazku. Doskonale efekty uzyskuje sie przy adsorbcji niepozadanych substancji zapacho¬ wych, lub tez substancji powodujacej nieprzyjem- 50 ny smak. Ma to duze znaczenie dla przemyslu spo¬ zywczego jak równiez przy oczyszczaniu wody do picia.Dobre wyniki uzyskuje sie równiez, jezeli do ob¬ róbki plynów stosuje sie wedlug wynalazku sadze 55 wraz z emulgatorami o charakterze jonowym lub niejonowym. Najlepsze wyniki uzyskiwano przy zastosowaniu fosforanów, alkaliów jak równiez substancji opartych na sorbitolu, estrach sacharozy albo alkoholach tluszczowych. 60 W niektórych przypadkach po obróbce plynów sadza wystepowac moga trudnosci w czasie ich sa¬ czenia. W tych przypadkach dobrze jest stosowac srodki ulatwiajace saczenie, lub sadze zgranulo- wana. 65 Sadza uzyskana podczas zgazowywania weglo¬ wodorów jest produktem bardzo drobnoczasteczko-48170 6 wym. Stad tez w wielu wypadkach korzystne jest jej granulowanie, badz to w postaci tabletek, badz tez w postaci granulek, uzyskiwanych na przyklad w bebnach obrotowych, przy czym do bebnym tych wprowadza sie sadze, a w przypadku, gdy granu- 5 lacja nie nastepuje na sucho, dodac mozna do niej odpowiednia ciecz. Ciecza ta moze byc na przy¬ klad woda. Do granulowania stosowac mozna rów¬ niez czesc cieczy, która nastepnie bedzie sie oczysz¬ czalo. W niektórych przypadkach dodaje sie rów- 10 niez substancji stalych lub tez prowadzi granula¬ cje w atmosferze odpowiedniego gazu. Jako sub¬ stancje stale mozna dodawac do sadzy na przy¬ klad tlenek wapniowy, albo tez inne adsorbenty, substancje odbarwiajace lub jonowymienne. Ga- 15 zem ulatwiajacym granulacje moze byc na przy¬ klad dwutlenek siarki. Gaz ten stosuje sie czesto zamiast kwasu siarkowego.Sadza nadaje sie wedlug wynalazku doskonale do przemyslu cukrowniczego, zwlaszcza do proce- 20 sów, w których oczyszczany weglem roztwór zada¬ je sie zwiazkami wapniowymi w celu wytracenia nierozpuszczalnych zwiazków wapniowych. W tym przypadku zbedne staje sie stosowanie srodków ulatwiajacych saczenie. Doskonale wyniki uzyskuje 25 sie przez dodanie do roztworu oczyszczanego za po¬ moca wegla siarczanu wapniowego, siarczynu wap¬ niowego i weglanu wapniowego. Uzyskany efekt znacznie przewyzsza wyniki uzyskiwane przy od¬ dzielnym zastosowaniu wegla i wyzej wymienio- 30 nych soli wapniowych.Ciecze traktowane sadza wedlug wynalazku do¬ brze jest filtrowac przez filtr, w którym przeplyw cieczy odbywa sie od dolu do góry, przy czym filtr zawiera material granulowany, taki jak piasek, lub 35 tez rozdrobniony wegiel. Sadza osadza sie na po¬ wierzchni materialu granulowanego, dzieki czemu filtr ten nie zapycha sie.W nizej podanych przykladach objasniono spo¬ sób wedlug wynalazku. Przyklady te jednak nie 40 ograniczaja zakresu wynalazku.Przyklad I. Sadza uzyskana z ciezkiego oleju opalowego przez jego zgazowanie przy tempera¬ turze 1700°C za pomoca tlenu z dodatkiem pary wod¬ nej przy zastosowaniu wstepnego sprezenia substra- tu do 20 atm i wstepnego nagrzania do 300°C wyka¬ zuje powierzchnie 1150 m2 na 1 g. Sadza ta zadano surowy cukier kubanski, rozpuszczony w wodzie do stezenia 60° Bx i ogrzano do temperatury 90°. Sto¬ sowano l°/o-owy dodatek sadzy. Po 15 minutach roztwór saczono przez prase filtracyjna. Przesacz byl calkowicie przezroczysty i odbarwiony do 40%.Porównawcza próba przeprowadzona przy zasto¬ sowaniu wegla aktywnego o dobrej jakosci dala odbarwienie nie wieksze niz 60°/o.Przyklad II. Melase z cukru trzcinowego o ciemno brazowym kolorze doprowadzono do ge¬ stosci 55 iBx i zadano 2°/o-ami sadzy uzyskiwanej w czasie zgazowywania weglowodorów za pomoca 60 tlenu. Przed dodaniem sadzy wprowadzono 2°/o tlenku wapniowego w postaci mleczka wapniowego i nastawiono pH do wartosci 5 za pomoca 40°/o-owego kwasu siarkowego. Mieszanine te ogrzewano do 70°C i saczono na prasach filtracyj- 65 nych. W wyzej podany sposób usunieto 95°/o sub- 45 55 stancji barwnych. Saczenie nie nastreczalo trud¬ nosci.Przyklad III. Wode rzeczna wykazujaca nie¬ przyjemny smak i zapach wywolany sciekami przemyslowymi mieszano z sadza w ilosci 6 mg na litr. Do wody dodano 20 g preparatu powierzch¬ niowo czynnego o nazwie Berol EMU 07 w ilosci 20°/o w stosunku do ilosci wprowadzonej sadzy.Preparat ten wytworzony jest na bazie alkoholi tluszczowych. Calosc przesaczono. Nieprzyjemny smak i zapach calkowicie zostaly usuniete.Za pomoca sadzy wedlug wynalazku oczyszczac mozna równiez szereg innych substancji pochodze¬ nia naturalnego lub syntetycznego, takich jak oleje mineralne. Tluszcze roslinne, roztwory wodne we¬ glowodanów takich jal£ sacharozy, glukozy, malto¬ zy, roztwory sorbitolu, roztwory bialek i amino¬ kwasów itp. Ponadto sadza mozna traktowac kwa¬ sy tluszczowe, gliceryne, olej kokosowy, olej z oliwek, olej rybny itd. Oczyszczac mozna rów¬ niez rozpuszczalniki organiczne i inne substancje takie jak aldehydy, alkohole itp. PL

Claims

Zastrzezenia patentowe 1. Sposób obróbki cieczy i gazów za pomoca sadzy w celu zaadsorbowania wzglednie zaabsorbowa¬ nia niektórych skladników zawartych w tych cieczach lub gazach, znamienny tym, ze do obróbki stosuje sie nieaktywowana sadze otrzy¬ mywana w malych ilosciach jako produkt uboczny w procesie zgazowywania weglowo¬ dorów za pomoca gazu zawierajacego co naj¬ mniej 90°/o tlenu, stosowanego w ilosci niewy¬ starczajacej do calkowitego zgazowania tych weglowodorów na wodór i tlenek wegla, w któ¬ rym to procesie zgazowania reagujace gazy pod¬ daje sie ogrzewaniu wstepnemu do temperatury 150—300^C, a nastepnie utlenieniu przy cisnieniu 2—25 atmosfer i temperaturze 1000—1500°C.
2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie sadze, która jest prawie calkowicie wolna od smolistych i lotnych substancji i skla¬ da sie z wegla i co najwyzej 20°/o tlenu i ma postac czasteczek o srednicy mniejszej od 50 m^ i powierzchnie co najmniej 300 m2 na 1 g, wy¬ kazujaca ciezar wlasciwy wiekszy od 1 i odpor¬ na na ekstrakcje benzenem.
3. Sposób ^wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze do obróbki cieczy stosuje sie sadze, która uprzednio zostala zgranulowana przez jej zmie¬ szanie z czescia cieczy poddawanej nastepnie obróbce.
4. Sposób wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze obróbke przeprowadza sie przy zastosowaniu dodatku substancji powierzchniowo czynnej.
5. Sposób wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze odsaczenie wegla przeprowadza sie w obecno¬ sci srodków ulatwiajacych saczenie.
6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze jako srodki ulatwiajace saczenie stosuje sie nierozpuszczalne sole wapniowe, które ewen¬ tualnie moga byc wytworzone w cieczy podda¬ wanej obróbce. PL