RU2536972C2 - Способ получения углеродных молекулярных сит - Google Patents
Способ получения углеродных молекулярных сит Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536972C2 RU2536972C2 RU2013107158/05A RU2013107158A RU2536972C2 RU 2536972 C2 RU2536972 C2 RU 2536972C2 RU 2013107158/05 A RU2013107158/05 A RU 2013107158/05A RU 2013107158 A RU2013107158 A RU 2013107158A RU 2536972 C2 RU2536972 C2 RU 2536972C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- coal
- gas
- carbon molecular
- separation
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к синтезу углеродных материалов, используемых для выделения водорода. Углеродное молекулярное сито получают из антрацита или каменного угля. Сырьё подвергают окислению кислородом воздуха. Окисление проводят при нагревании сырья от 100 до 450°C в нисходящем потоке воздуха, который подают со скоростью 0,5-15 м/сек. Изобретение обеспечивает получение селективного адсорбента для выделения водорода при снижении энергозатрат. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
1. Изобретение относится к синтезу материалов с порами заданных размеров - углеродных молекулярных сит (УМС), предназначенных для селективной адсорбции молекул газов и паров определенного размера, в частности, для разделения смесей газов (коксового, синтез-газа, газов в нефтехимической промышленности), паров, в том числе в химико-технологических процессах, а также в хроматографии при анализе состава газов.
2. Известны два типа УМС - с очень узким распределением пор по размерам, близким по размеру молекуле какого-либо газа, и сравнительно широким, с порами, несколько различающимися по размеру. Первый тип УМС позволяет селективно извлекать молекулы только одного газа, например кислорода из воздуха. Азот, аргон при этом сквозь слой молекулярного сита проходят, не задерживаясь. Второй тип УМС находит применение, например, для выделения водорода из синтез-газа, коксового, других водородосодержащих газов, в частности, в нефтехимии. Этот же тип УМС используют для разделения метана и гомологов в газовой, нефтехимической, химической отраслях промышленности.
Известны способы получения углеродных молекулярных сит для разделения водородсодержащих газов, включающие дробление угля, окисление в воздухе при 230-260°C [Патент США US 3801513 МПК B01D 53/02 (20060101); C01B 31/00 (20060101); C01B 31/08 (20060101), ЕПК B01J 20/20, приоритет 23 апреля 1971, опубликован 02 апреля 1974,
Патент США US 5248651 МПК B01D 53/02; B01J 20/20; С01В 31/08; С01В 37/00; B01D 53/02; B01J 20/20; C01B 31/00; C01B 37/00; (IPC1-7): B01D 53/04; B01J 20/20; C01B 31/00; C01B 31/10, ЕПК B01J 20/20, приоритет 20 сентября 1991, опубликован 28 сентября 1993;
Патент США US 5498589 МПК B01J 20/20; B01J 20/20; (IPC1-7): B01J 20/20, ЕПК B01J 20/20, приоритет 21 марта 1994, опубликован 12 марта 1996,
Juntgen Н., Knoblauch K. and Harder K., FUEL, 1981, Vol 60, September, 817 - 822], с последующими гранулированием и высокотемпературной активацией материала.
Известны также способы получения углеродных молекулярных сит для разделения смесей газов, в том числе водородсодержащих, включающие активацию углей кислородом в смеси с инертным газом или воздухом от 350°C [Европатент ЕРО102902 В2, МПК B01J 20/20; C01B 31/08; B01J 20/20; C01B 31/00; (IPC1-7): B01J 29/00; B01J 37/00; C01B 31/00, ЕПК C01B 31/08К, приоритет 07.09.1982., опубл. 01.12.1993,
Патент США US 3,222,412, МПК 31/00 (20060101); C01B 31/08 (20060101), США ПК 585/830; 208/310R; 502/434; 585/820; 585/831, приоритет 07.09.1960., опубликован 07.12.1965;
В.Б.Фенелонов, Пористый углерод / Наука, 1995, 513 с], с водой (от 750°С) или углекислым газом (от 800°С).
В процессе окислительной активации при названных условиях в ископаемых углях формируется система транспортных - макро-, мезопор и адсорбционных микропор. В зависимости от условий активации микропоры образуются с размерами, близкими характерным размерам молекул газов, паров - от 0,3 до 0,9 нм.
3. В наиболее близком способе уголь активируют кислородом воздуха, или водяным паром, или углекислым газом во вращающихся печах [патент США 4526887 МПК С01 В 31/00 ПК США 502/420; 210/660; 502/416; 502/429; 502/437 заявлен: 13 декабря 1983, выдан: 2 июля 1985], или в вибрирующем слое при обдуве слоя угля потоком газа - прямотоком или противотоком по отношению к направлению движущегося слоя угля [патент США 4880765, МПК B01J 19/28; B01J 20/20; C01B 13/02; C01B 21/04; C01B 31/08; B01J 19/28; B01J 20/20; C01B 13/02; C01B 21/00; C01B 31/00; (IPC 1-7): B01J 20/20; C01B 31/08; C01B 31/10, ЕПК B01J 19/28B; B01J 20/20; C01B 13/02D4D2C; C01B 21/04D4D2C; C01B 31/08K; C01B 31/08R, заявлен: 22 мая 1987 опубликован 03 ноября 1987, выдан: 14 ноября 1989].
Недостатками названных способов являются:
- значительные энергозатраты, определяющиеся необходимостью нагрева материала при 550-900°С для формирования микропор при взаимодействии его с окисляющим газом;
- неравномерное окисление исходного материала по глубине, обусловленное значительными диффузионными затруднениями транспорта газообразного реагента от поверхности вглубь слоя угля при его обдуве;
невозможность удержания стабильной температуры материала, определяющей скорость окисления, выгорания материала и образования пор, и, в конечном итоге, формирование при обдуве в разных частях слоя по глубине и длине неравномерности свойств получаемого адсорбента.
Задача изобретения - формирование молекулярных пор в узком оптимальном температурном диапазоне с обеспечением эффективного массопереноса газообразного реагента не только над поверхностью слоя угля, но и в глубине его, при нагревании от 100 до 450°С.
4. Данная задача решается за счет того, что микропоры в угле формируют при окислении его кислородом воздуха при нагревании в диапазоне от 100 до 450°C, при продувке слоя материала нисходящим потоком воздуха со скоростью 0,5 - 15 м/сек.
Технические характеристики получаемого углеродного сорбента оценивали по удельным удерживаемым объемам газов, определяемым при 30°C в хроматографической колонке. Условия динамического взаимодействия ограниченного объема газа, движущегося в адсорбенте в хроматографической колонке, в определенной мере подобны процессам в адсорбере короткоцикловой адсорбционной установки.
5. Техническим результатом, обеспечивающим получение УМС с заданными свойствами в процессах разделения водородсодержащих смесей газов приведенной совокупностью заявляемых признаков, является формирование системы эффективных микропор в угле при нагревании в диапазоне от 100 до 450°C в воздухе со сравнительно низкими значениями энергозатрат, с весьма значительным снижением вредных выбросов в атмосферу, и, соответственно, затрат на их обработку.
6. Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1
Антрацит Листвянского месторождения Кузбасса измельчают в молотковой дробилке до размера частиц менее 300 мкм, выделяют фракцию 70 - 300 мкм, помещают его в печь, нагретую до 100°C, с циркуляционным конвектором. Поднимают температуру в печи до 380°C. Затем выдерживают материал при этой температуре 10-40 часов, далее выключают нагрев и охлаждают. При этом уголь продувают нисходящим потоком воздуха со скоростью 0,5-15 м/сек. В результате получают молекулярное сито с селективностью разделения смеси монооксида углерода и водорода около 15 (Таблица 1).
| Таблица 1 | ||||
| Удельные удерживаемые объемы и селективность разделения газов УМС из антрацита по данным хроматографии | ||||
| Газы | Размер молекул, ангстрем | Время удерживания, мин | Удельный удерживаемый объем Vyд, см3/г | Селективность, Vуд1/Vуд2 |
| кислород | 2,8 | 3,55 | 8,94 | 0,86 |
| азот | 3,0 | 3,99 | 10,34 | |
| метан | 4,2 | 14,84 | 44,99 | |
| СО | 2,7 | 4,61 | 12,32 | 15,44 |
| водород | 2,5 | 1,00 | 0,80 | |
| гелий | 2,2 | 0,75 | ||
Пример 2
Отличается от примера 1 тем, что в качестве исходного используют уголь марки СС Черниговского разреза Кузбасса, а температуру поднимают от 100 до 330°C.
| Таблица 2 | ||||
| Удельные удерживаемые объемы и селективность разделения газов УМС из угля марки СС по данным хроматографии | ||||
| Газы | Размер молекул, ангстрем | Время удерживания, мин | Удельный удерживаемый объем Vyд, см3/г | Селективность, Vуд1/Vуд2 |
| кислород | 2,8 | 1,13 | 2,57 | 1,41 |
| азот | 3,0 | 0,89 | 1,82 | |
| метан | 4,2 | 3,62 | 10,37 | |
| СО | 2,7 | 1,86 | 4,86 | 15,5 |
| водород | 2,5 | 0,41 | 0,31 | |
| гелий | 2,2 | 0,31 | ||
Claims (3)
1. Способ получения углеродного молекулярного сита, для выделения водорода из водородсодержащих смесей газов, отличающийся тем, что микропоры в исходном углеродном материале формируют путём окисления кислородом воздуха при нагревании от 100 до 450°C, осуществляемом при продувке слоя материала нисходящим потоком воздуха со скоростью 0,5-15 м/сек.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного материала используют антрацит.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходного материала используют каменный уголь.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013107158/05A RU2536972C2 (ru) | 2013-02-20 | 2013-02-20 | Способ получения углеродных молекулярных сит |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013107158/05A RU2536972C2 (ru) | 2013-02-20 | 2013-02-20 | Способ получения углеродных молекулярных сит |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013107158A RU2013107158A (ru) | 2014-08-27 |
| RU2536972C2 true RU2536972C2 (ru) | 2014-12-27 |
Family
ID=51455953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013107158/05A RU2536972C2 (ru) | 2013-02-20 | 2013-02-20 | Способ получения углеродных молекулярных сит |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2536972C2 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0102901B1 (fr) * | 1982-09-07 | 1987-08-05 | SMAC ACIEROID Société dite: | Revêtement de couverture, isolant et étanche |
| RU2014882C1 (ru) * | 1992-11-11 | 1994-06-30 | Исламов Сергей Романович | Способ получения адсорбента |
| RU2051096C1 (ru) * | 1993-07-01 | 1995-12-27 | Институт химии природного органического сырья СО РАН | Способ получения активированного угля |
| US5868471A (en) * | 1997-02-24 | 1999-02-09 | Benny Graham | Portable headrest |
| RU2278817C1 (ru) * | 2004-12-03 | 2006-06-27 | Закрытое Акционерное Общество "Карбоника-Ф" | Способ получения полукокса и устройство для осуществления способа |
| RU2378046C2 (ru) * | 2006-10-12 | 2010-01-10 | Блюхер Гмбх | Высокоэффективные адсорбенты на основе активированного угля с высокой микропористостью |
-
2013
- 2013-02-20 RU RU2013107158/05A patent/RU2536972C2/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0102901B1 (fr) * | 1982-09-07 | 1987-08-05 | SMAC ACIEROID Société dite: | Revêtement de couverture, isolant et étanche |
| RU2014882C1 (ru) * | 1992-11-11 | 1994-06-30 | Исламов Сергей Романович | Способ получения адсорбента |
| RU2051096C1 (ru) * | 1993-07-01 | 1995-12-27 | Институт химии природного органического сырья СО РАН | Способ получения активированного угля |
| US5868471A (en) * | 1997-02-24 | 1999-02-09 | Benny Graham | Portable headrest |
| RU2278817C1 (ru) * | 2004-12-03 | 2006-06-27 | Закрытое Акционерное Общество "Карбоника-Ф" | Способ получения полукокса и устройство для осуществления способа |
| RU2378046C2 (ru) * | 2006-10-12 | 2010-01-10 | Блюхер Гмбх | Высокоэффективные адсорбенты на основе активированного угля с высокой микропористостью |
Non-Patent Citations (1)
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013107158A (ru) | 2014-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yoshikawa et al. | Synthesis and analysis of CO2 adsorbents based on cerium oxide | |
| Serna-Guerrero et al. | Triamine-grafted pore-expanded mesoporous silica for CO 2 capture: effect of moisture and adsorbent regeneration strategies | |
| Aroua et al. | Adsorption capacities of carbon dioxide, oxygen, nitrogen and methane on carbon molecular basket derived from polyethyleneimine impregnation on microporous palm shell activated carbon | |
| Serna-Guerrero et al. | Further investigations of CO2 capture using triamine-grafted pore-expanded mesoporous silica | |
| Boonamnuayvitaya et al. | Preparation of activated carbons from coffee residue for the adsorption of formaldehyde | |
| Gu et al. | Effects of pore structure of granular activated carbons on CH4 enrichment from CH4/N2 by vacuum pressure swing adsorption | |
| KR100236785B1 (ko) | 탄소흡착제 및 그 제조방법과 가스분리법 및 그 장치 | |
| Belmabkhout et al. | Adsorption of CO 2-containing gas mixtures over amine-bearing pore-expanded MCM-41 silica: application for CO 2 separation | |
| US3755989A (en) | Removal of mercury from gas streams | |
| Majchrzak-Kucęba et al. | A thermogravimetric study of the adsorption of CO2 on zeolites synthesized from fly ash | |
| Bai et al. | Effects of aminated carbon molecular sieves on breakthrough curve behavior in CO2/CH4 separation | |
| Raganati et al. | Effect of acoustic field on CO2 desorption in a fluidized bed of fine activated carbon | |
| Ammendola et al. | Effect of operating conditions on the CO2 recovery from a fine activated carbon by means of TSA in a fluidized bed assisted by acoustic fields | |
| JPS59182215A (ja) | カ−ボンモレキユラ−シ−ブ，ならびにその製法および使用 | |
| Yang et al. | Experiments and simulations on separating a CO2/CH4 mixture using K-KFI at low and high pressures | |
| JP2018122301A (ja) | Ｃ２−ｃ３アルカン／アルケン分離に有用な新規炭素分子篩及びペレット組成物 | |
| Skodras et al. | Role of activated carbon structural properties and surface chemistry in mercury adsorption | |
| Qu et al. | Microstructure effect of carbon materials on the low-concentration methane adsorption separation from its mixture with nitrogen | |
| Shabbani et al. | Carbon dioxide capture from industrial flue gas surrogate by multi-cyclical PSA mediated by microporous palm kernel shell and ZIF-8 media | |
| RU2536972C2 (ru) | Способ получения углеродных молекулярных сит | |
| David et al. | Synthesis of carbon molecular sieves by benzene pyrolysis over microporous carbon materials | |
| Tilloeva | Basic Methods of Regeneration Displacement Desorption | |
| BR102019016323A2 (pt) | Adsorvente de peneira molecular de carbono melhorado | |
| EP2759328A1 (fr) | Procédé de captage du CO2 par adsorption | |
| Patkool et al. | Enhancement of efficiency of activated carbon impregnated chitosan for carbon dioxide adsorption |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20150803 |