RU2578147C1 - Method of producing carbon molecular sieve - Google Patents
Method of producing carbon molecular sieve Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578147C1 RU2578147C1 RU2015104954/05A RU2015104954A RU2578147C1 RU 2578147 C1 RU2578147 C1 RU 2578147C1 RU 2015104954/05 A RU2015104954/05 A RU 2015104954/05A RU 2015104954 A RU2015104954 A RU 2015104954A RU 2578147 C1 RU2578147 C1 RU 2578147C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- molecular sieve
- activation
- coal tar
- potash
- Prior art date
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения углеродных сорбентов с молекулярно-ситовыми свойствами, которые могут быть использованы для тонкого разделения паровоздушных смесей.The invention relates to the field of production of carbon sorbents with molecular sieve properties, which can be used for fine separation of vapor-air mixtures.
Термин «молекулярное сито» предполагает наличие очень узких пор в нем. На основе молекулярных сит реализуются процессы сепарации молекул по критическим размерам, очистки и сушки газовых сред, получения веществ высокой степени чистоты, короткоцикличной безнагревной адсорбции. Широкое применение в качестве молекулярных сит нашли синтетические цеолиты, но они имеют ряд серьезных недостатков:The term "molecular sieve" implies the presence of very narrow pores in it. Based on molecular sieves, processes of separation of molecules by critical sizes, purification and drying of gaseous media, obtaining substances of high purity, short-cycle, non-heating adsorption are realized. Synthetic zeolites are widely used as molecular sieves, but they have a number of serious drawbacks:
- отравляемость парами H2O, практически исключающая их использование во влажных условиях;- poisoning by H 2 O vapors, practically excluding their use in wet conditions;
- высокая каталитическая активность по отношению к органическим соединениям.- high catalytic activity in relation to organic compounds.
Исключить указанные недостатки позволяют углеродные молекулярные сита.To eliminate these disadvantages allow carbon molecular sieves.
Существует три основных способа переработки углеродного сырья в углеродные молекулярные сита (УМС).There are three main methods for processing carbon raw materials into carbon molecular sieves (UMS).
Первый - использует в качестве сырья промышленные активные угли, которые подвергают механическому измельчению для подавления транспортной пористости (макропористости) с последующим вторичным формованием и термообработкой для создания на внешней поверхности гранулы полимерной оболочки с заданной проницаемостью.The first one uses industrial activated carbons as raw materials, which are subjected to mechanical grinding to suppress transport porosity (macroporosity), followed by secondary molding and heat treatment to create a polymer shell granule with a given permeability on the outer surface.
Второй - использует однородное по составу, молекулярному и пространственному строению сырье - синтетические полимеры, термообработка и дальнейшее активирование мягкими окислителями которого обеспечивает формирование развитой однородной микропористой структуры с фиксированной доступностью для молекул с различным критическим размером.The second one uses raw materials of uniform composition, molecular and spatial structure - synthetic polymers, heat treatment and further activation of soft oxidizing agents which ensures the formation of a developed homogeneous microporous structure with fixed availability for molecules with different critical sizes.
Третий - использует древесный или ископаемые каменные угли, которые измельчают, смешивают со связующим, формуют, а далее подвергают карбонизации или обезлетучиванию.The third - uses charcoal or fossil fuels, which are crushed, mixed with a binder, molded, and then subjected to carbonization or de-volatilization.
Известен способ получения углеродного молекулярного сита по патенту РФ №2467793 (опубл. 27.11.2012), по которому измельченный исходный древесный уголь смешивают со среднетемпературным каменноугольным пеком. Охлажденную смесь дополнительно измельчают. В полученную смесь последовательно добавляют раствор лигносульфоната и олеиновую кислоту. Перемешивают. Полученную массу продавливают через фильеры. Гранулы высушивают и затем подвергают карбонизации.A known method of producing a carbon molecular sieve according to the patent of the Russian Federation No. 2467793 (publ. 11/27/2012), in which the crushed source of charcoal is mixed with medium-temperature coal tar pitch. The cooled mixture is further crushed. The lignosulfonate solution and oleic acid are successively added to the resulting mixture. Mixed. The resulting mass is forced through dies. The granules are dried and then carbonized.
Недостатком данного изобретения является то, что использование в качестве исходного сырья (основы) высокопористого древесного угля не позволяет получать в процессе карбонизации ультратонкие поры, на сорбционных процессах которых основан молекулярно-ситовой эффект. Кроме того, использование древесного угля в качестве основы не обеспечивает достаточной прочности УМС.The disadvantage of this invention is that the use of highly porous charcoal as a starting material (base) does not allow ultrathin pores to be obtained during carbonization, on the sorption processes of which the molecular sieve effect is based. In addition, the use of charcoal as a basis does not provide sufficient strength UMS.
Известно, что ископаемые каменные угли обладают значительно более низкой исходной пористостью и размером пор по сравнению с древесным углем. Первоначальный размер внутренних пор каменного угля настолько мал, что их внутренняя поверхность практически недоступна адсорбируемым молекулам.Fossil fossil fuels are known to have significantly lower initial porosity and pore size compared to charcoal. The initial size of the inner pores of coal is so small that their inner surface is practically inaccessible to adsorbed molecules.
Известен способ получения активированного угля с молекулярно-ситовыми свойствами по United States patent №3955944 (опубл. 08.11.1974).A known method of producing activated carbon with molecular sieve properties according to the United States patent No. 3955944 (publ. 08/08/1974).
Способ по патенту №3955944 включает размол углеродистого материала до получения размера частиц, проходящих через сито 325 меш в количестве не менее 65%, смешение полученной пыли с 5-15% по весу молотого связующего, агломерацию или прессование в формы, которые, в свою очередь, дробят, а полученный продукт рассевают. Такая предварительная обработка обеспечивает образование более рациональной основы по сравнению с неагломерированным углем.The method according to patent No. 3955944 includes grinding the carbon material to obtain a particle size passing through a 325 mesh sieve in an amount of at least 65%, mixing the resulting dust with 5-15% by weight of the ground binder, agglomeration or pressing into molds, which, in turn, crush, and the resulting product is sifted. This pre-treatment provides a more rational basis for comparison with non-agglomerated coal.
Затем формованный продукт обрабатывают воздухом (расход 5-8 л/г) при t=300-400°C в течение 120-130 мин. Далее окисленный продукт выдерживают при t=850-960°C в течение 5-20 мин для полного удаления летучих.Then the molded product is treated with air (flow rate 5-8 l / g) at t = 300-400 ° C for 120-130 minutes. Further, the oxidized product is maintained at t = 850-960 ° C for 5-20 minutes to completely remove volatiles.
Активный уголь должен обладать йодным числом (характеризует площадь удельной поверхности) по меньшей мере 450 и четыреххлористым углеродом (характеризует размер пор) не более чем 2.Active carbon should have an iodine number (characterizes the specific surface area) of at least 450 and carbon tetrachloride (characterizes the pore size) of not more than 2.
Недостатком данного метода являются относительно низкие молекулярно-ситовые свойства из-за нерационального соотношения показателей йодного числа к адсорбционному показателю CCl4.The disadvantage of this method is the relatively low molecular sieve properties due to the irrational ratio of the iodine number to the adsorption rate of CCl 4 .
Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является способ получения активированного угля «Способ изготовления формованного активированного угля» (по заявке US 20010829917 от 2001.04.11, патентообладателя Westvaco Corporation [US]), включающий этапы: смешивание и перемешивание в перемешивающем устройстве порошкообразного активированного угля (каменного угля), полимерного связующего (смолы полистирола), растворителя, вещества-модификатора и вещества, образующего поперечные связи для получения смешанного материала, смешанный материал включает 2-30% полимерного связующего, до 5% вещества, образующего поперечные связи, для изготовления смешанного материала, в качестве катализатора используется карбонат калия (поташ). Способ включает смешивание материала и сушку формованного смешанного материала при температуре до 270°C.The closest in technical essence and the achieved result is a method for producing activated carbon "Method for the production of molded activated carbon" (according to the application US 20010829917 from 2001.04.11, patent holder Westvaco Corporation [US]), comprising the steps of: mixing and mixing in a mixing device of powdered activated carbon (coal), a polymeric binder (polystyrene resin), a solvent, a modifier substance and a cross-linking material to form a mixed material, mixed material Al includes 2-30% of a polymeric binder, up to 5% of a cross-linking substance for the manufacture of mixed material, potassium carbonate (potash) is used as a catalyst. The method includes mixing the material and drying the molded mixed material at temperatures up to 270 ° C.
Недостатком данного метода являются относительно низкие молекулярно-ситовые свойства из-за нерационального соотношения показателей йодного числа к адсорбционному показателю CCl4.The disadvantage of this method is the relatively low molecular sieve properties due to the irrational ratio of the iodine number to the adsorption rate of CCl 4 .
Предлагаемый способ позволяет устранить указанные недостатки путем переработки во вращающихся печах неспекающегося каменного угля высокой степени метаморфизма, каменноугольной смолы с содержанием кокса не менее 15% с добавлением поташа (K2CO3). В данном изобретении в качестве основы УМС используется ископаемый каменный уголь высокой степени метаморфизма, который тонко измельчается (для увеличения доступности общей поверхности), смешивается с каменноугольной смолой и поташом K2CO3 для образования угольно-смоляной композиции. Последнюю продавливают через фильеры на экструзионном прессе. Полученные гранулы сушат, далее карбонизуют, обезлетучивают и активируют с небольшим избытком перегретого пара до малых обгаров.The proposed method allows to eliminate these disadvantages by processing in rotary kilns non-sintering coal of a high degree of metamorphism, coal tar with a coke content of at least 15% with the addition of potash (K 2 CO 3 ). In the present invention, fossilized coal of a high degree of metamorphism is used as the basis of UMC, which is finely ground (to increase the availability of the common surface), mixed with coal tar and K 2 CO 3 potash to form a coal tar composition. The latter is forced through dies on an extrusion press. The granules obtained are dried, then carbonized, de-volatilized and activated with a slight excess of superheated steam to small burns.
В качестве ископаемого каменного угля высокой степени метаморфизма берут неспекающийся каменный уголь марок ССОМ, ССПК, который тонко измельчают до размера частиц менее 0,1 мм, смешивают с 29-33% масс. каменноугольной смолой, добавляют поташ (K2CO3) в количестве 1,5-2% к исходному замесу, продавливают через фильеры на экструзионном прессе. Полученные гранулы сушат при температуре 150-180°C, далее карбонизуют при температуре 450-500°C с темпом нагрева не более 5°C в минуту, обезлетучивают при 800°C и активируют в небольшом избытке пара по отношению к активируемому продукту, равном 1,1:1, при 900°C до обгара в пределах 5-10% масс.As fossilized coal of a high degree of metamorphism, non-sintering coal of the SSOM, SSPK brands is taken, which is finely ground to a particle size of less than 0.1 mm, mixed with 29-33% of the mass. coal tar, add potash (K 2 CO 3 ) in an amount of 1.5-2% to the original batch, push through dies on an extrusion press. The granules obtained are dried at a temperature of 150-180 ° C, then carbonized at a temperature of 450-500 ° C with a heating rate of not more than 5 ° C per minute, volatilized at 800 ° C and activated in a small excess of steam relative to the activated product, equal to 1 , 1: 1, at 900 ° C until a burn in the range of 5-10% of the mass.
Использование в качестве связующего каменноугольной смолы с высоким коксовым остатком позволяет получать однородную фазу в процессе приготовления угольно-смоляной композиции и формования. Гомогенезированная смесь - пыль угля и каменноугольная смола, кроме того, в процессе формования развивает значительную механическую прочность.The use of a coal tar with a high coke residue as a binder makes it possible to obtain a homogeneous phase during the preparation of the coal tar composition and molding. A homogenized mixture - coal dust and coal tar, in addition, during the molding process develops significant mechanical strength.
Выбранная угольно-смоляная композиция позволяет получить однородную твердую фазу с ультратонкими порами с достаточно высоким показателем йодного числа при относительно низких значениях адсорбционного показателя CCl4 за счет того, что в процессе термической обработки каменноугольная смола, являясь продуктом переработки каменных углей, способна формировать пористую структуру с размерами пор, соизмеримых с порами каменного угля. Проведение карбонизации при медленном темпе нагрева не позволяет формировать нежелательную балластную пористость.The selected coal tar composition allows one to obtain a homogeneous solid phase with ultrafine pores with a sufficiently high iodine index at relatively low values of the adsorption index CCl 4 due to the fact that during the heat treatment, coal tar, being a product of coal processing, is able to form a porous structure with pore sizes commensurate with the pores of coal. Carrying out carbonization at a slow heating rate does not allow the formation of undesirable ballast porosity.
В процессе активации при небольшом избытке пара до достижения обгара в пределах 5-10% обеспечивается доступность активирующим агентом внутренней поверхности пор предварительно термически обработанных гранул без увеличения их размеров. Формируется активированный уголь с молекулярно-ситовыми свойствами для тонкого разделения газовых смесей, в состав которых входят соединения с относительно близким размером молекул.During activation, with a small excess of steam until a burn is reached within 5-10%, the accessibility of the inner surface of the pores of pre-treated granules without increasing their size is ensured by the activating agent. Activated carbon is formed with molecular sieve properties for the fine separation of gas mixtures, which include compounds with a relatively close molecular size.
Проведение парогазовой активации при указанных условиях позволяет направленно регулировать развитие удельной поверхности (Sуд) за счет увеличения объема тонких пор, при этом размер пор, оцениваемых по адсорбции CCl4, практически не изменяется.Carrying out gas-vapor activation under the indicated conditions makes it possible to directionally control the development of the specific surface (S beats ) by increasing the volume of thin pores, while the pore size estimated by CCl 4 adsorption practically does not change.
Примеры реализации изобретенияExamples of the invention
Неспекающийся каменный уголь марок ССОМ или ССПК тонко размалывается до размера частиц менее 0,1 мм, смешивается с 29-33% масс. подогретой до температуры 40-50°C каменноугольной смолой с содержанием кокса не менее 15%, продавливается через фильеры диаметром 2-4 мм на экструзионном прессе. Полученные гранулы сушатся при температуре 150-180°C, далее карбонизуются при температуре 450-500°C с темпом нагрева не более 5°C в минуту, обезлетучиваются при 800°C и активируются при небольшом избытке пара при 900°С до обгара в пределах 5-10% масс.Non-sintering SSOM or SSPK coal is finely ground to a particle size of less than 0.1 mm, mixed with 29-33% of the mass. heated to a temperature of 40-50 ° C with coal tar with a coke content of at least 15%, it is pressed through dies with a diameter of 2-4 mm on an extrusion press. The obtained granules are dried at a temperature of 150-180 ° C, then they are carbonized at a temperature of 450-500 ° C with a heating rate of not more than 5 ° C per minute, volatilized at 800 ° C and activated with a slight excess of steam at 900 ° C until burning in the range 5-10% of the mass.
Процессы сушки, карбонизации, обезлетучивания и активации проводятся во вращающихся печах со средним временем обработки в них 40-120 мин.The drying, carbonization, de-volatilization and activation processes are carried out in rotary kilns with an average processing time of 40-120 minutes.
Характеристики полупродуктов и продуктов на различных стадиях термической обработки представлены в таблице 1.Characteristics of intermediates and products at various stages of heat treatment are presented in table 1.
Влияние темпа нагрева при карбонизации на молекулярные ситовые свойства АУ представлено в таблице 2.The influence of the heating rate during carbonization on the molecular sieve properties of AC is presented in table 2.
Влияние соотношения «пар:активируемый продукт» на качество УМС представлено в таблице 3.The effect of the ratio “steam: activated product” on the quality of the UMC is presented in table 3.
Как видно из таблиц 1-3, выбранный способ позволяет получить активные угли с молекулярно-ситовыми свойствами - УМС, оцениваемые по разнице показателей йодное число (косвенный показатель Sуд) и адсорбции по CCl4 (косвенный показатель размера пор). Т.е., данный способ обеспечивает развитие удельной поверхности очень тонких пор для проведения разделения составляющих молекул газообразных сред по их критическим размерам.As can be seen from tables 1-3, the selected method allows to obtain activated carbons with molecular sieve properties - UMS, estimated by the difference in the iodine number (indirect indicator S beats ) and adsorption by CCl 4 (indirect indicator of pore size). That is, this method provides the development of the specific surface area of very thin pores for the separation of the constituent molecules of gaseous media according to their critical sizes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104954/05A RU2578147C1 (en) | 2015-02-13 | 2015-02-13 | Method of producing carbon molecular sieve |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104954/05A RU2578147C1 (en) | 2015-02-13 | 2015-02-13 | Method of producing carbon molecular sieve |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2578147C1 true RU2578147C1 (en) | 2016-03-20 |
Family
ID=55648199
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015104954/05A RU2578147C1 (en) | 2015-02-13 | 2015-02-13 | Method of producing carbon molecular sieve |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2578147C1 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03205310A (en) * | 1989-10-02 | 1991-09-06 | Kuraray Chem Corp | Carbon-based molecular sieve |
US6277179B1 (en) * | 1998-06-23 | 2001-08-21 | Ceca S.A. | Agglomerates based on active charcoal, their process of preparation and their use as adsorption agents |
RU2174949C1 (en) * | 2001-01-05 | 2001-10-20 | Открытое акционерное общество "ЗАРЯ" | Method of preparing activated carbon |
RU2233240C1 (en) * | 2003-02-25 | 2004-07-27 | Открытое акционерное общество "Сорбент" | Method of producing active coal |
CN1762799A (en) * | 2005-08-26 | 2006-04-26 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | Molecular sieve analog active carbon preparation method |
RU2344075C1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-01-20 | Открытое акционерное общество "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" (ОАО "ЭНПО "Неорганика") | Method of active charcoal production |
CN101654246A (en) * | 2009-09-11 | 2010-02-24 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | Active carbon similar to molecular sieve and preparation method thereof |
RU2449948C1 (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of producing active coal |
RU2467793C2 (en) * | 2011-02-03 | 2012-11-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Carbon molecular sieve |
-
2015
- 2015-02-13 RU RU2015104954/05A patent/RU2578147C1/en active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03205310A (en) * | 1989-10-02 | 1991-09-06 | Kuraray Chem Corp | Carbon-based molecular sieve |
US6277179B1 (en) * | 1998-06-23 | 2001-08-21 | Ceca S.A. | Agglomerates based on active charcoal, their process of preparation and their use as adsorption agents |
RU2174949C1 (en) * | 2001-01-05 | 2001-10-20 | Открытое акционерное общество "ЗАРЯ" | Method of preparing activated carbon |
RU2233240C1 (en) * | 2003-02-25 | 2004-07-27 | Открытое акционерное общество "Сорбент" | Method of producing active coal |
CN1762799A (en) * | 2005-08-26 | 2006-04-26 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | Molecular sieve analog active carbon preparation method |
RU2344075C1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-01-20 | Открытое акционерное общество "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" (ОАО "ЭНПО "Неорганика") | Method of active charcoal production |
CN101654246A (en) * | 2009-09-11 | 2010-02-24 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | Active carbon similar to molecular sieve and preparation method thereof |
RU2449948C1 (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of producing active coal |
RU2467793C2 (en) * | 2011-02-03 | 2012-11-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Carbon molecular sieve |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hesas et al. | Preparation and Characterization of Activated Carbon from Apple Waste by Microwave-Assisted Phosphoric Acid Activation: Application in Methylene Blue Adsorption. | |
Hesas et al. | Microwave-assisted production of activated carbons from oil palm shell in the presence of CO2 or N2 for CO2 adsorption | |
Demiral et al. | Surface properties of activated carbon prepared from wastes | |
US5324703A (en) | Method of preparation of gasoline vapor adsorptive activated carbon | |
US5538932A (en) | Preparation of high activity, high density activated carbon with activatable binder | |
JPS5854083B2 (en) | Manufacturing method of carbon-containing adsorbent | |
Fiuza Jr et al. | Preparation of granular activated carbons from yellow mombin fruit stones for CO2 adsorption | |
Adinata et al. | Production of carbon molecular sieves from palm shell based activated carbon by pore sizes modification with benzene for methane selective separation | |
JP2018122301A (en) | New carbon molecular sieve useful for c2-c3 alkane/alkene separation, and pellet composition | |
KR20140005245A (en) | Method of preparing porous carbon | |
Kugatov et al. | Porous carbon/carbon composites produced from carbon black and petroleum pitch | |
RU2436625C1 (en) | Method to produce carbon adsorbent | |
Acevedo et al. | Preparation of MgO-templated carbons from waste polymeric fibres | |
US20220096981A1 (en) | Pelletized activated carbon and methods of production | |
JP6628885B2 (en) | Method for producing activated carbon, activated carbon and canister | |
Dinesh | Development and characterization of pellet activated carbon from new precursor | |
RU2578147C1 (en) | Method of producing carbon molecular sieve | |
JP2009057239A (en) | Activated carbon preparation method | |
WO2020065930A1 (en) | Activated carbon and method for producing said activated carbon | |
RU2393990C1 (en) | Method of making activated charcoal | |
RU2583026C2 (en) | Method for obtaining mesoporous carbon material | |
KR20170027636A (en) | Manufacturing method of ignition resistant molded-composite adsorbent comprising activated carbon and zeolite | |
RU2736586C1 (en) | Molded nanostructured microporous carbon sorbent and a method for production thereof | |
Monika et al. | Porous structure improvement of coal activated carbon using steam activation in pilot scale | |
JP6542968B1 (en) | Activated carbon and method for producing the same |