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1t.A.GBJf.I! J)t.AJ)SOI#TIOI CONTENANT DU CA11BOD,l'ROOEDE ET DISPOS I<- . ' TI8 l'OUFt S$ FABRÏOTION
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D*après les idées reçues aujourd'hu1, l'activité des agents d'adsorption contenant du carbone dépend dans une grande mesure de leur teneur 'en carbone. 00*4t pourquoi, dans la fabrication
Industrielle du charbon actif, on donne actuellement la préfé- roua* aux matières premières telles que le charbon de bois et autres analogues, qui ne contiennent que peu d'éléments minéraux ou susceptibles de former des cendres, four augmenter la teneur en carbone, on a eu souvent recours aussi à l'opération consis- tant à traiter le charbon actif terminé par un acide, pour le débarrasser le plus possible des cendres qu'il contient.
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Aussi les charbons très actif du commerce contiennent-*ils
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toujours plus de 90 /. 4e carbone et il arriva parfois que leur teneur en carbone ne soit que de très peu inférieure à
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ioot/ea
Le présente Invention est basée sur la découverte de ce fait nouveau, qu'une forte teneur en carbone on une faible teneur en cendrée, ne sont pas des conditions essentielles d'une grande activité, et qu'au contraire les agents d'adsorption qui contiennent une forme proportion de cendres solubles dans les acides et provenant d'éléments minéraux ou générateurs de cendres contenue dans la -matière première, se distinguent par une grande capacité d'adsorption.
la proportion de cendres
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solubles dans l'acide chlorhydrique contenue dans da tels proe duit. peut atteindre par exemple plus de 20 à 30*/ ,et aller jusqu'à 80*/t et davantage, par exemple le cas échéant 9p, .
Il est surprenant de constater que l'activité de tels agents d'8dsorption , riches en cendres, est plus grande que l'lotiT!. tg des produits qu'on peut en extraire en lessivant les open- dres au moyen d'acide: ohlorhyctrique.
D'après les recherches du déposant, les cendres solubles de l'acide ohlorhydrique n'ont pet elltommtmoo qu'une fai- ble activité, car si l'on continue à traiter les produits très actifs, riches en cendres ,par des agents d'oxydation
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jusqu'à ce que tout le carbone soit éliminé, le produit final ait qu'une faible activité.
Par contre le systèmecarbone et cendres a, entre certaines limites de sa composition, une activité sensiblement plus grande que la somme des activités du carbone et des cendres en présence*
Le fait nouveau ainsi découvert et qui constitue l'inven- tion permet de fabriquer du charbon très actif en partent de matières premières très peu coûteuses, riches en éléments don- nant des cendres solubles dans l'acide ohlorhydrique, telles que le charbon, la lignite, les fines de coke, la tourbe, etc., ou des mélanges de différentes matières premières, qu'on son-
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Met à un treitament oxydante
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Las nouveaux agents d'edsorption,
qui peuvent être obtenus par exemple d'une façon très simple et très peu coûteuse en partant des produits mentionnée ci-dessus , contiennent géné- ralement des proportions de cendres solubles dans l'acide
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ohlorhydrique qui ne dépassent pas sensiblement 209/o ,mais qui peuvent atteindre 90% et le cas échéant davantage.
En plus des cendres solubles dans l'acide chlorhydrique, ils peuvent contenir aussi des cendres insolubles dans l'acide chlo- rhydrique. Ces produits ont généralement une densité apparente
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de moins de 0,6, a'eatrà-dire qu'un litre du produit, dont les particules ont environ 0,1 mm. de diamètre, pèse tout au plus environ 600 grammes après avoir été tassé par des secousses.
Suivant l'invention les produits riches en cendres doivent avoir une grande activité*
Four définir l'idée d'activité en comparaison du charbon décolorant ordinaire, par exemple du noir animal, on dira que le pouvoir décolorant d'un charbon actif doit être au
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moins double de celui d'une quantité '81e de noir animal du môme degré de finesse lies agents d'adsorption riches en cendres obtenus suivant -l'invention, ont généralement un pouvoir décolorent égal à 5 à 8 fois celui du charbon animal*
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ft ne connaissait pas jusqu'ici d'agenta d'adsorption con- tenant plus de 200/. de cendres solubles dans l'acide ohlorhy- drique et présentant une activité aussi grande.
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Pour déterminer le pouvoir décolorant d'un agent d'adeorp tion on peut utiliser avantageusement une "solution normale de mélasse". Four la préparer on prend une quantité déterminée de mélasse provenant de la fabrication du sucre de betterave, et ayant un poids spécifique d'environ 1,38 et on la dilue avec
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de l'eau jusqu'à ce que la coloration soit d'environ 80* 8tom- Mer .( Voir Frû3,,ing Bôos3ng, l'analyse des matières premières
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de la sucrerie, paZO4 et suivantes, 1919) On obtient généra
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lement oe degré de coloration en diluant jusqulà 1 litre 55 gr. de mélasse avec environ 74p5*/. de substance sèche de sor- te que la solution normale contient environ 4% de substance sèche.
On agite la solution normale diluée de mélasse avec
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1 gramme de terre d'infusoirea par litre et on filtre.
Bour vérifier l'agent clàudoorptiozl on pidde une certaine quantité de cet agent et on l'agite avec une quantité déter- minée de solution normale de mélasse fraîchement préparée à
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800 OF pendant 10 minutes; on filtre et on mesure au colorimètre le degré de décoloration du produit filtré. l'aotirité de l'agent d'adaorption est mesurée par la quantité nécessaire
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pour produire une décoloration de 6 dans 100 oma de solution normale* Les quantités de charbon actif du commerce d'une grande teneur en carbone nécessaires pour obtenir ce résultat varient généralement entre 0,2 et 1,5 grammes et
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celles des charbons décolorants coûteux de qualité partieu. lièrement élevée sont généralement de 0?'8 grammes.
Lors- qu'on utilise l'agent d'adsorption riche en cendres préparé suivant l'invention, il en faut généralement moins de 1,5 gram-
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me, par exemple OpB à I gramme, pour obtenir une décoloration de 60*/..
La préparation des produits riches en cendres peut se ±slow re de différentes façons* On peut prendre par exemple des ma- tières premières relativement riches en éléments produisant des cendres solubles dans l'acide chlorhydrique, telles que le lignite, les fines de coke, le coke de tourbe, etc.
et les traiter par des mélanges oxydants de gaz ou de gaz et de va- peurs à des températures élevées, de préférence entre 600 et
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800*C,jusque, ce que le produit contienne la proportion voulue de cendres solubles dans l'acide ohlorhydrique . Comme gaz oxy- dents on peut prendre par exemple de l'oxygène ou des gas contenait de l'oxygène, tels que l'air ou des gaz contenant de l'oxygène en combinaison chimique ou capables de fermer ou de transmettre de 1 'oxygène , tels que l'acide carbonique, la vapeur, le chlore etc..On peut aussi utiliser des mélangea de
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gaz Ox;
yt8A1I. entre eux ou avec des gaz de dilution, par exem- ple de l'azote ou des vapeurs telles que la vapeur d'eau ou des gaz et des vapeura. La température d'activation dépend
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clos agents oxydants utilisés. lorsqu'on utilise des mélan- ses de gas contenant de l'oxygène libre, tels que des mélan-
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son d'oxygène et d'asote ou d'oxygène, d'azote et de vapeur d'eau , des températures inférieures, comprises par exemple entre 500 et 800 0, sont suffisantes j lorsqu'on utilise de la vapeur d'eau saule, des températures supérieures, com-
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prises par exemple entre 950 et 1.1004 sont nécessaires.
On a trouvé que des mélangea de gaz oxydants dont le pression partielle correspondant à l'oxygène varie entre
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8 nsu et 115 mm. de mercure (eu doat la teneur en oxygène à la pression .tmolPhér1que est de 10/. à 15 Vol.'/ )sont particulièrement avantageux.
La qUJJJ:l't11ié d'oxygène contenue dans le mélange gazeux ne doit pas, en général, dépasser sensiblement 1S*/* 11181. elle peut ttre d'autant plus grande que la pression à laquelle on travaille est plus basse, et d'autant plus faible que la température d'80t1,..t1011. est plus haute. Pour l'activation de lignite on a constaté par exem-
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,1e que des mélanges gazeux contenant a à 6 vol.*/ d'oxygène étaient avantageux à 7Ç0* C et des mélanges contenant de
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6 à il vol. 8'. d'oxygène étaient avantageux à 600* C. lorsque des agents de dilution participent à la réac- t10., Gomme la vapeur d'eau et l'acide carbonique le font dans certaines conditions, il convient de réduire proportionnellement la quantité d'oxygène.
Comme on l'a dit plus haut, on peut réduire la pression partielle de l'oxygène en diminuent la pression totale du gaz activant. Les meilleures conditions de travail relativement aux températures, à le composition du gaz et eu degré de l'oxydation de l'agent contenant du car-
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boM, Sont avantageusement déterminées par des casais pré11m1- naires faits sur de petites quantités* Pour la mise en pratique de l'invention, on peut traiter
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par exemple les matières premières contenant du carbone dans un appareil, dans un four tubulaire tournant @or exemple, à 600 jusque 700 avec un mélange d'air et de vapeur d'eau en parties égales, jusqu'à ce que la perte de poids,
rappor-
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tée à la matière première sache, dépasse 406/0 et soit par exemple de 50 à 85 #/ Dane beaucoup de cas on a obtenu les meilleure résultats en poussant l'oxydation jusqu'à une perte de poids de 70 à 8E? o .
Dans beaucoup de cas on a constaté qu'il était avantageux d'augmenter la température vers la fin de It&oiiv8ion.. Si lkao tivation se fait à 650* C par exemple, on peut pousser la température pendant les dernières quinze minutes jusqu'à envi- ron 1000. C. par exemple. Un autre moyen consiste a réduire la teneur en oxygène des gaz oxydants vers la fin de liactlystion jusque en ce que finalement la matière carbonique soit chauf-
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fée pendant peu de temps dans un gaz ne contenant plus d'oxy- gène libre par exemple dans de la vapeur d'eau pure*
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La matière première peut d'abord être cokéifiéè ou car-
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bonifiée dans une opération particulière, ou bien la oot1f10'.
tion par exemple celle de la tourbe, et 1 Motivation peuvent avoir lieu dans une opération continue, le cas échéant dans le
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même appareil; pour ltaciv8tion on peut aussi utiliser, seuls ou avec d'autres .des gaz d'échappement, par exemple des gaz de combustion de foyers, purs ou débarrassés de toutes les im- puretés nuisibles.
Le gaz oxydant peut aussi être produit
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en dehors ou a l'intérieur du récipient d'activation par oombU8118 tion de gaz de chauffage, en introduisant par exemple des mélan- ges appropriés de gaz de gazogène (composé essentiellement dits- sote, doayd4¯ de carbone et dbdrogéite avec de l'air et de la vapeur d'eau dans le récipient d'activationun four rotatif par exemple, dans lequel le mélange est brûlé* Les produits de la combustion servent de gaz activants, tandis que la cha- leur produite sert de moyen de chauffage.
Le procédé qui fait l'objet de la présente demande de
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brevet a l'avantage de pouvoir 'être mis en pratique sur une grande échelle, d'une façon simple et peu coûteuse, de pareil* de matières premières peu coûteuses et de permettre d'éviter des lavages coûteux au moyen d'acides pour enlever les cen- dres. Il'autres avantages consistent en ce qu'on peut tra- vailler à des températures relativement basses, ce qui augmente la durée des appareils. Les agents d'adsorption obtenus sont peut coûteux et en même tempe très actifs: ils conviennent bien pour la décoloration, pour l'adsorption des gaz et de vapeurs pour la séparation de mélanges gazeux, pour les usages catalytiques et pour toutes les autres applications pour les- quelles on a besoin de charbon actif.
Donc la réalisation de procedes d'activation dans lesquels les matières carboniques sont traitées comme décrit ci-dessus, à des températures élevées et par des gaz activants, il faut refroidir l'agent d'adsorption lorsque 1* activât ion est terminée, sans quoi il brûlerait au contact de l'air. Jusqu'ici oe refroidissement à presque toujours été fait au moyen d'eau, après quoi on était? obligé de sécher a nouveau le charbon.
Suivant la présente invention, les gaz d'échappement de l'opération sont utilisés, après avoir été refroidis eux-mêmes, pour refroidir la matière activée solide* On commence par exemple par refroidir les gaz chauds sortant de la chambre de combustion et ne contenant plus que des quantités relati- vement petites d'éléments oxydante tels que l'oxygène, le chlore, l'ammoniac, etc.., puis on les met en contact avec l'agent d'adsorption chaud sortant du four, après quoi on peut les renvoyer à l'opération d'activation, après y avoir ajouté, le cas échéant, des éléments activants frais.
Le refroidisse- ment des gaz d'échappement chauds de l'opération d'activation a lieu de préférence de façon que leur chaleur soit utilisée 'en les faisant servir par exemple au chauffage préalable, direct ou indirect, de le matière carbonique ou des gaz ac- tivants, ou des deux. Le procédé, qui peut ttre appliqué de
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façon discontinues dans des cornues par exemple, ou continue, par exemple dans des fours à cuve:, des fours rotatifs ou autres, va être maintenant décrit à. l'aide du dessin ci-joint , qui représente un exemple d'appareillage pour sa réalisation.
La matière carbonique sortant du récipient a est amenée par l'échangeur de chaleur b et a travers le tube incliné tournant c à la cnambre de refroidissement d communiquent collecteur avec un 4' Les gaz activants entrant en e dans le tube rots- tif c traversent le chambre f en sortant de ce tube, renoon- trent la matière carbonique fraîche qui arrive en sens in- verse ,sortent de l'échangeur de chaleur b en ± et se ren- dent par le tuyau h dans la chambre de refroidissement d, dont ils sortent en h Dans l'exemple représenté , le tuyau h traverse en outre un réfrigérant i qui a pour but de refroiair encore davantage les gaz d'échappement.
Le ventilateur k sert à faire circuler les gaz d*échappement.
En outre, dans l'exemple représenté, la phambre de chauf- fage 1 du tube tournant communique par le tuyau m avec l'échan- geur de chaleur b ,de façon que les gaz d'échappement du chat , fage traversent les canaux n, baignent les canaux o et chauf- fent ainsi préalablement, de façon directe, la matière première solide qui circule dans ces canaux. Par la double utilisation de la chaleur contenue dans les gaz d'aotivation et les gaz d'échappement chauds, on obtient un bon chauffage préalable de la matière première solide et on réduit ainsi considérablement la durée de l'activation.
On peut toutefois n'utiliser que l'un ou l'autre des modes de chauffage préalable individuelle* ment, en faisant passer par exemple, directement les gaz d'échappement de l'activât ion dans le réfrigérant ± et en les y utilisant pour chauffer préalablement les gaz d'activation le chauffage préalable de la matière solide pouvant se faire par exemple au moyen des gaz d'échappement du chauffage seule* lorsqu*on utilise les deux sortes de gaz d'échappement pour
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le chauffage préalable , le réfrigèrent ± permet toujours d'enlever eux gaz d'échappement de l'aotivation sortant de
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da chaleur 13 une quantité de chaleur telle qu'ils agissent liéchengeur is --U;
7 le charbon actif chaud à une température suffisamment basse*
On peut aussi réaliser l'opération de façon que les
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éléments oxydeats des gaz d "échappement de l'activation augmen tent encore l'eativation lorsqu'ils rencontrent le pharbon chaud sortant du four.
En faisant passer les gaz ct*éohappement . refroidis dans la chambre d et dans la chambre d ,on peut produire un r8 fro1d1ssement préalable en d et le refroidissement; définitif en ci j.
Les gaz d * échappement refroidis peuvent servir aussi à déchargea et à évacuer le charbon actif, par exemple en détour-
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nant le charbon au moyen dtun courant de gaz d'échappement l'utilisation de réfrigérants particuliers permettant encore d'obtenir , le ces échéant, un nouveau refroidissement du gaz et du charbon qui y est contenu* les gaz chaude sortant de la chambre d'activait on peu* vent par exemple aussi Être amenés d'abord en contact avec la matière solide en vue au chauffage préalable, puis être utilisés pour le chauffage préalable de gaz irais pour l'opé-
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ration 4'8otivation ou pour un traitement complémentaire de charbon déjà activé.
L'invention peut aussi servir à améliorer les propriétés de charbon déjà activé, par exemple à régénérer du charbon activé au moyen de gaz oxydants.
Dans l'activât ion de matières carboniques contenant du soufre uu du phosphore, ou les deux, on obtient des agents' d'adsorption contenant, sous forme d'impuretés nuisibles, des Combinaisons de ces substances. L'invention permit d1 éliminer ges impuretés d'une façon simple, en faisant passer l'agent d'adsorption dans des champs magnétiques, par exemple: dans des séparateurs magnétiques, dans lesquels les composés du
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fer contenant du soufre ou du phosphore sont retenus s'il y a lieu.
Lorsque les matières premières carboniques ne contiennent pas de quantités suffisantes de fer, on peut ajouter du fer, sous forme pulvérulente, ou spongieuse, par exemple, ou sous forme de composés appropriés, d'oxyde, de nitrateou de cerbonate, par exemple, en quantités égales à celles qui sont nécessaires pour fixer le soufre et le phosphore, un excès de fer n'étant pas nuisible
On a constaté également que l'agent d'adsorption peut, par traitement dans des champs magnétiques ,ttre divisé en frac- tions de nature et de propriétés différentes, et en particulier en fractions d'activités différentes et convenir par suite particulièrement bien à certains usages.
On peut par exemple produire d'abord un agent d'adsorption riche en cendres, conte- nant par exemple de 50 à 60% de cendres solubles dans l'acide chlorhydrique et décomposer le produit en fractions contenant des proportions différentes de carbone ou de cendres. Les frac- tiens riches en carbone ainsi obtenues peuvent être utilisées par exemple pour des applications particulières dans lesquelles la présence de grandes quantités de cendres serait gênante, par exemple dans le traitement de matières capables de dissoudre les cendres ou de se combiner chimiquement de façon nuisible avec des éléments des cendres*
Le fractionnement exige des champs magnétiques plus inten- ses que l'élimination des sulfures et des phosphores.
lorsque le charbon actif contient du soufre et du phosphore, on peut donc le débarrasser d'abord de ces impuretés par traitement dont des champs magnétiques relativement faibles, puis traiter la matière ainsi épurée dans des champs magnétiques dont l'inten- sité peut être double ou multiple de celle du premier, en vue de son fractionnement, la matière riche en cendres étant rete- nue, tandis que la matière qui sort est plus riche en carbone* En réglant convenablement les champs magnétiques, on peut décom-
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poser un charbon actif contenant par exemple 50% de cen- dres en fractions déterminées à volonté, par exempte en une fraction très riche en carbone, une fraction contenant beau* coup de cendres, et une fraction intermédiaire..
L'intensité du champ magnétique dépend entre autres des matières premières utilisées pour la fabrication du charbon actif, de la durée du séjour du charbon actif dans le champ magnétique, de la disposition des aimants, etc.. Les condi- tions optima dans chaque ces sont faciles à déterminer par des essais préalables.
Une autre méthode d'élimination des sulfures et phosphures ou autres impuretés nuisibles consiste à traiter les agents d'adsorption contenant des cendres, le cas échéant pendant qu'ils sont enoores chauds, au moyen décides ou de substances acides ou ay&nt une action acide en quantités suffisantes pour décomposer les sulfures existants,mais insuffisantes pour dissoudre de grandes quantités de cendres contenues dans le charbon actif, après quoi un traitement ultérieur par de l'eau peut avoir lieu le cas échéant*
On détermine par exemple la proportion de sulfures con- tenus dans l'agent d'adsorption et on traite ensuite ce der- nier eu moyen de quantité d'acide correspondante, le cas échéant avec un certain excès diacide,
pour obtenir sûrement l'élimination de tous les composés du soufre et des impuretés analogues, telles que les composés du phosphore. Les acides ou substances acides sont utilisés avantageusementsous forme diluée, le charbon actif qui mort du récipient d'activation étant déversé dans un récipient contenant de l'acide étendu d'eau.
Pour la mise en pratique du procédé on peut utiliser des acides minéraux, par exemple de l'acide chlorhydrique ou sul- furique,des acides organique par exemple de l'acide acétique, des sels acides, par exemple des sulfates, des sels à action acide, par exemple du chlorure d'aluminium, etc..On peut utili
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*Or avantageusement de l'acide carbonique ou des gaz contenant de lucide carbonique, par exemple des gaz de fumée purifiés, de telle aorte, de préférence, que leur action ait lieu en présence d'eau. On peut faire suivre le traitement par l'acide d'un lavage à i'eau, qui élimine les impuretés solubles dans l'eau.
Lorsqu'on utilise des acides organiques, on peut décompo- ser ceux qui sont restés dans l'agent d'adsorption en chauf- faut par exemple jusqu'au rouge sombre, et les rendre inof- fensifs par suite, ce qui permet de supprimer le traitement ultérieur par de l'eau*
Le traitement du charbon actif au moyen de quantité! restreintes d'acides peut aussi, le cas échéant, être combiné avec le traitement décrit ci-dessus dans des séparateurs ma- gnétiques* On peut appliquer par exemple le traitement par l'acide à l'une ou l'autre des fractions obtenues par la ré- paration magnétique, pour la débarrasser complètement des impuretés nuisibles et pour la rendre particulièrement propre à un -usage déterminé.
En outre on peut aussi conduire la sé- paration magnétique --- de façon à retenir les sulfures et les phosphures dans une fraction déterminée par exemple., dans la fraction la plus riche en cendres par exemple, et débarrasser ensuite cette fraction de ces impuretés par un traitement au moyen d'acide.
REVENDICATIONS
Agent d'adsorption très actif, contenant du carbone, caractérisé par ce fait qu'il contient au moins 20% de cendres provenant de la matière première, solubles dans l'acide chlorhydrique,des cendres d'sutres natures pouvant y être contenues également*
La proportion de cendres peut aller d'environ 30% jus- qu'à environ 80%.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.