PL152033B1 - Sposób wytwarzania sorbentów mineralno-węglowych - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	OPIS PATENTOWY	152033
	Patent dodatkowy do patentu nr-	CZYIELHU
	Zgłoszono: 87 02 05 /P. 263970/	OGÓŁU
	Pierwszeństwo -	Int. Cl.s B01J 20/10
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 88 10 13
RP	Opis patentowy opublikowano: 1991 04 30

Twórcy wynalazku: Marian Rutkowski, Bogumił Perzyński, Henryk Górecki, Kazimierz Grabas, Stefan Miłosz

Uprawniony z patentu: Politechnika Wrocławska, Wrocław /Polska/

SPOSÓB WYTWARZANIA SORBENTÓW MINERALNO-WEGLOWYCH

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania sorbentów minera Ino-węglowych przeznaczonych do stosowania w przemyśle spożywczym, chemicznym i farmaceutycznym.

Powszechnie znane i stosowane sorbenty węglowe otrzymuje się poprzez aktywację fizykochemiczną lub chemiczną surowców węglowych lub bogatych w węgiel pierwiastkowy. Aktywacja fizykochemiczna polega na działaniu w temperaturze od 1073 do 1373 K pary wodnej lub dwutlenku węgla, lub powietrza na takie surowce jak węgiel drzewny, półkoks torfowy, ksylitowy lub półkoks otrzymany z węgla brunatnego lub kamiennego. Niedogodnością tej metody jest konieczność stosowania wysokich temperatur, co czyni proces uciążliwym i kosztownym. Aktywacja chemiczna surowców węglowych polega natomiast na tym, że materiał w postaci niezwęglortego surowca o dużej zawartości węgla pierwiastkowego takiego jak torf, trociny, pestki, łupiny owoców, nasyca się chlorkiem cynku lub kwasem fosforowym, lub siarczkiem potasu, lub chlorkiem wapnia, po czym karbonizuje i aktywuje w temperaturze od 923 do 973 K.

Niedogodnością tego procesu jest to, że należy prowadzić go w aparaturze wykonanej z drogich, kwasoodpornych materiałów oraz to, że powstają w nim znaczne ilości ścieków i gazów, zawierające szkodliwe dla naturalnego środowiska związki chemiczne.

Sorbenty minera Ino-węglowe otrzymuje się także przez nechaniczne zmieszanie wcześniej, niezależnie otrzymanych sorbentów mineralnych i węglowych. Wadą tej metody jest występowanie zjawiska pylenia oraz to, że wymaga ona stosowania klasyfikacji ziaren.

Z polskiego opisu patentowego nr 107835 znany sposób otrzymywania sorbentów mineralno-węglowych polega na działaniu silnymi kwasami mineralnymi na matrycę nieorganiczną, korzystnie ziemię bielącą lub zeolit, pokrytą związkami organicznymi bogatymi w węgiel pierwiastkowy. Temperatura procesu wynosi od 383 do 533 K. Dzięki takiej obróbce substancje organiczne ulegają karbonizacji. Po przemyciu wodą i suszeniu w temperaturze 383 X uzyskuje się gotowy produkt.

152 033

152 033

Niedogodnością tej metody jest stosowanie silnych kwasów mineralnych, które po obróbce chemicznej, jako częściowo nieprzereagowane, odmywa się wodą aż do zobojętnienia. W wyniku otrzymuje się dużą ilość ścieków kwaśnych, które należy neutralizować. Inną niedogodnością jest konieczność prowadzenia reakcji w temperaturze podwyższonej, co przy procesie obróbki stwarza określone problemy technologiczne i aparaturowe, szczególnie przy stosowaniu kwasów i ich roztworów silnie utleniających oraz agresywnych chemicznie mieszanek.

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania sorbentów mineraIno-węglowych z porowatych substancji nieorganicznych, takich jak: ziemie krzemionkowe, okrzemkowe, glinokrzemianowe i inne minerały ilaste, pokryte substancjami organicznymi bogatymi w węgiel pierwiastkowy przez karbonizację w ograniczonej przestrzeni.

Istota wynalazku polega na tym, że proces prowadzi się przy ciągłym mieszaniu i zmienia się strefowo temperaturę oraz skład gazów, wprowadzaj-ąc kontrolowaną ilość powietrza niezbędną do wytworzenia na matrycy mineralnej zwęglonej substancji organicznej od 1,0 do 25% wagowych, najkorzystniej w ilości od 600 do 2100 m na 100 kg substancji organicznej zawartej na matryoy nieorganicznej, natomiast na wejśoiu surowca utrzymuje się temperaturę minimum 273 K, a w obszarze doprowadzania powietrza od 673 do 1273 K, najlepiej 773-073 K.

Wytworzenie specyficznych warunków w piecu przez dobór temperatury, ilośoi powietrza, wpływa na zwiększenie aktywności adsorpcyjnej adsorbentów. Następuje bowiem wzrost liczby poszczególnych rodzajów porów tj. makro, porów przejściowych, mlkroporów, przez zachodzącą jednocześnie aktywację złoża. Makropory tworzone są właśnie z karbonizowanej substancji organicznej. Wytwarzane proponowanym sposobem warunki wewnątrz pieca powodują występowanie równoczesnych prooesów karbonizacji i aktywacji obrabianego materiału. Powodują także to, że produkt opuszczający pieo posiada zwiększoną aktywność adsorpcyjną i z góry założone właściwości fizykochemiczne. Zaletą proponowanego sposobu jest także to, źe do procesu produkcyjnego wykorzystuje się odpadowe, przepracowane ziemie bielące zawierające organiczne substancje z rafinacji tłuszczów roślinnych, rafinacji produktów naftowych lub celowo wprowadzone do aubstancji mineralnych związki organiczne bogate w pierwiastkowy węgiel.

Sorbent wytworzony sposobem według wynalazku zawiera w matrycy mineralnej makropory i pory przejściowe pokryte warstwą substancji węglowej wytworzonej z substancji organicznej.

W każdym ziarnie sorbenta znajdują się wszystkie rodzaje porów biorących udział w procesie sorpcji. Do procesu produkcyjnego można wykorzystywać odpadowe, przepracowane ziemie bielące zawierające organiczne substancje z rafinacji tłuszczów roślinnych, rafinacji produktów naftowych lub celowo wprowadzać do substancji mineralnych związki organiczne bogate w pierwiastkowy węgiel otrzymując sorbent o żądanych cechach i składzie.

Wykorzystanie porafinacyjnych ziem bielących z przemysłu tłuszczowego i petrochemicznego stanowiących bezużyteczny i uciążliwy odpad do produkcji adsorbentów posiada szczególne znaczenie dla ochrony naturalnego środowiska. Utylizacja tych odpadów zabezpieczy wody powierzchniowe przed zanieczyszczeniami substancjami organicznymi i ropopochodnymi. Sposób wytwarzania sorbentów mineralno-węglowyoh według wynalazku objaśniony jest w przykładach wykona nia ·

Przykład 1.1 tonę odpadowej ziemi bielącej pochodzenia bentonitowego Miltar-Standard z rafinacji końcowej oleju rzepakowego, zawierającej 25% wagowych substancji organicznej karbonizuje się w zmodyfikowanym sześćiopółkowym piecu typu Herreshoffa. Proces karbonizacji i aktywacji inicjuje się gazami spalinowymi otrzymanymi ze spalania oleju napęcowego. Po uzyskaniu w piecu rozkładu temperatur wyłącza się doprowadzenie ciepła z zewnątrz. W poszczególnych strefach pieca ustala się w sposób kontrolowany następujące temperatury: I strefa - 400-420 Κ, II strefa 433-450 K, III strefa 613-640 Κ, IV strefa 723-823 K, V strefa 823-923 Κ, VI strefa 773-850 K. Przez strefy te przemieszcza się zużytą ziemię bielącą. Do środkowej strefy reakcji - IV strefy wprowadza się 4200 m^ powietrza. Ze strefy tej także oddestylowuje się częściowo produkty organiczne. Reagenty przebywają w poszczególnych strefach reakcji 1 godzinę, otrzymany produkt końcowy w ilości 850 kg ma postać czarnego proszku, który pozostawia się w otwartych pojemnikach 72 godziny. Zawartość substancji zwęglonej wynosi 11,7% wagowych.

152 033

Przykła d II. 1 tonę odpadowej krzemiankowej ziemi bielącej z rafinacji olejów bazowych pochodzących z ropy naftowej, zawierającej około 30% wagowych substancji organicznych poddaje się obróbce termicznej w czasie 2 godzin w sześciu strefach temperaturowych jak w przykładzie I, przy czym temperatura w I strefie wynosi 415 Κ, II strefie - 443 K, III strefie - 630 Κ, IV strefie - 820 Κ, V strefie - 920 Κ, VI strefie - 800 K. Do obróbki termicznej wprowadza się powietrze do IV strefy w ilości 5500 Nm . W wyniku tak prowadzonego procesu otrzymuje się 785 kg sorbentu mineralno-węglowego o zawartości substancji zwęglonej 10,8% wagowych.

Przykład III. 700 kg krzemionki miesza się z 300 kg odpadowych produktów przemysłu karbochemicznego, typu pak węglowy bogaty w pierwiastkowy węgiel. Surowiec ten poddaje się obróbce termicznej jak w przykładzie I, przy czym ilośó doprowadzonego powietrza wynosi około 4500 Nm\ Uzyskuje się 770 kg sorbentu zawierającego 9% wagowych substancji zwęglonej.

Przykład IV. 800 kg odpadowej ziemi bielącej typu Miltar-Standad zawierającej 240 kg oleju rzepakowego miesza się z 200 kg bentonitu, po czym tak przygotowany surowiec poddaje się karbonizacji jak w przykładzie I. Do utrzymania teakcji w założonym przedziale temperaturowym wprowadza się do IV strefy 4000 Nur powietrza. W wyniku tak prowadzonego procesu otrzymuje się 860 kg sorbentu mineraIno-węglowego o zawartośoi substancji zwęglonej 11,6% wagowych.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania sorbentów mineralno-węgl owych z porowatych substancji nieorganicznych takich jak ziemie krzemiankowe, okrzemkowe, glinokrzemianowe i inne minerały ilaste pokryte substancjami organicznymi bogatymi w węgiel pierwiastkowy przez karbonizację w ograniczonej przestrzeni, znamienny tym, że proces prowadzi się przy ciągłym mieszaniu i zmienia się strefowo temperaturę oraz skład gazów, wprowadzając kontrolowaną ilośó powietrza, niezbędną do wytworzenia na matrycę mineralnej zwęglonej substancji orga3 nicznej od 1,0 do 25% wagowych, najkorzystniej w ilości 600-2100 m na 100 kg substancji organicznej zawartej na matrycy nieorganicznej, natomiast na wejściu surowca utrzymuje się temperaturę minimum 273 K, a w obszarze doprowadzania powietrza od 673-1273 K, najlepiej 773-873 K.