SU967549A1 - Способ получени углеродного адсорбента - Google Patents

Description

(5k) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА

1

Изобретение относитс  к способам получени  углеродных адсорбентов и может быть использовано дл  извлечени  целевых компонентов, очистки веществ от микропримесей, поглощени  криогенных и благородных газов, а также в качестве основы дл  получени  формованных адсорбентов.

Известно способы получени  углеродных адсорбентов, которые основаны на обуглероживании карбонизации) и активации природных высокомолекул рных органических материалов нестабильного химического состава и нерегул рной структуры.

Поэтому полученные углеродные адсорбенты характеризуютс  полидисперсной пористостью, низкой механической прочностью, нестабильностью сорбционных свойств; развитие их адсорбционной емкости происходит за счет удалени  части углерода в процессе активации. Выход продукта

составл ет около 0% от массы исходного сырь  или около 15-20% в пересчете на .массу углерода, процесс сопровождаетс  потерей значительного количества летучих продуктов и загр знением окружающей среды. Использование синтетических высокомолекул рных органических соединений /.позвол ет получить более однородно ,ф пористые углеродные адсорбенты, однако не ликвидирует остальные недостатки .

Известен способ получени  углеродных адсорбентов с использованием ,5 |В качестве исходного сырь  неорга|нических соединений углерода. Полуучение минерального активного угл  провод т в замкнутой непроточной сис;теме чередованием стадий хлорировани  карбида металлоида при температуре 1073-1873 К и удалени  газообразных продуктов реакции при температуре выше 523 К Г ОНедостатками способа  вл ютс  низка  адсорбционна  емкость угл  за счет неполноты хлорировани , многостадийность и длительность процесса, высокий расход хлора, необходимость проведени  очистки продуктов ( минерального угл  и хлорида металлоида от примеси хлора. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  двухстадийный способ получени  углеродного адсорбента путем пропускани  избыточного количества хлора над зернами карбида металлоида при температуре 523-1+00 К 2 J. Однако углеродный адсЭрбент, полученный по указанному способу, обладает низкой по сравнению с теоретически возможной адсорбционной емкостью, низкой механической прочностью за счет образовани  дефектов углеродной структуры и значительног содержани  необуглероженной. примеси карбида металлоида. Процесс провод  в две стадии при значительном избыт ке хлора по сравнению со стехиометрически необходимым количеством, . Проведение процесса обуглёрожива ни  карбида металлоида в известных услови х, создающих местные перегре вы и затрудн ющих отвод парообразно го продукта из зоны реакции, приводит к частичной перестройке углерод ных звеньев с образованием графитовых непористых структур, и в резуль тате к уменьшению адсорбционной емкости углеродного адсорбента и заметной усадке зерен продукта, сопровождающейс  возникновением крупной пористости и уменьшающей их механическую прочность. Целью изобретени   вл етс  повышение адсорбционной емкости и механической прочности, а также монопористости углеродного адсорбента, упрощение и удешевление процесса его получени  за счет сокращени  числа стадий и уменьшени  расхода хлора, Поставленна  цель достигаетс  согласно способу получени  углерод , ного адсорбента путем хлорировани  карбидов металлоидов в проточном реакторе, снабженном газопроницаемы перегородками, пропуска  хлор через фиксированный слой карбида металлоида с удельным расходом. 0,07 0 ,1 г/мин-см -. При этом процесс ведут до по влени  хлора за фиксированным слоем. Способ осуществл етс  следующим образом. В проточный реактор, снабженный газопроницаемыми перегородками, загружают карбид металлоида в виде зерен таким образом, чтобы слой был жестко зафиксирован перегородками. Реактор нагревают до 800-1 00 К и пропускают хлор, общий расход которого устанавливают в зависимости от диаметра реактора при соблюдении величины удельного расхода в интервале 0,07-0/1 г/минсм. Продолжительность подачи хлора зависит от установле.нного удельного расхода хлора, длины сло  зерен карбида металлоида и заданной степени обуглероживани . Завершение процесса обуглероживани . Завершение процесса обуглероживани  определ ют по проскоку газообразного хлора за слоем продукта .. По мере продвижени  газообразного хлора по длине сло  зерен нагретого до указанной температуры карбида металлоида происходит снижение концентрации хлора за счет протекани  реакции хлорировани  карбида и нарастание концентрации парообразного продукта реакции (хлорида металлоида , который свободно удал етс  из зоны реакции и конденсируетс  за слоем в охлаждаемый сборник в чистом виде. Проведение процесса указанным образом обеспечивает стабильность теплового режима экзотермической реакции хлорировани , так как улучшает отвод тепла с парообразнь1ми продуктами из зоны реакции. Вследствие этого исключаетс  образование местных перегревов, что позвол ет значительно повысить регул рность структуры получаемого углеродного адсорбента . Углеродный адсорбент, полученный по предлагаемому способу в отличие от извкстного продукта, характеризуетс  отсутствием графитовых структур , регул рной микропористостью и неизменностью размеров и формы зерен в процессе обуглероживани . Образование структуры адсорбента по предлагаемому способу в стабильных температурных и концентрационных услови х происходит путем удалени  металлоида из кристаллической струк туры исходного карбида без изменени  ориентации углеродных звеньев в объеме частицы, т.е. с образованием единой сквознопористой структуры Пример 1. 200 г карбида, кремни  с размером зерен 0,,01 мм загружают в алундовую трубу диаметром 30 мм. Фиксацию сло  зерен карбида кремни  обеспечивают газопроницаемыми перегородками из термостойкого , инертного к хлору материала. Трубку с образцом помещают в электро печь и нагревают до ШО К, затем пропускают хлор с лчёТтьной скоростью 0,08-0,09 г/мин-см в течение 20 ч. Хлорирование и нагрев прекращают при по влении хлора на выходе из трубки. Получают 62 г углеродного адсорбента и 830 г тетрахлорида кремни . П р и. м е р 2. 58 г карбида кремни  с размером зерен 1-3 мм загружают в кварцевую трубу диа- метром 28 мм. С)1ой зеренфиксируют газопроницаемыми перегородками. Трубу поме1чают в электропечь и нагревают до 1000 К, затем пропускают хлор с удельной скоростью 0,07 г/мин.см в течение 9 ч. Получают 19 г углерод ного адсорбента и г тетрахлорида кремни . Пример. 3. 80 г карбида крем ни  в виде зерен фракции 0,4-1 мм загружают в кварцевую трубу диаметро 28 мм. Слой зерен фиксируют газопро ницаемыми перегородками. Трубу негре вают в электропечи до 1400 К и затем подают хлор с удельной скоростью 0,1 г/мин см в течение 6 ч. Получают 25 г углеродного адсорбента и 335 г тетрахлорида кремни . .Пример 4. 62 г карбида бора в виде зерен фракции 2-3 мм загружаю в кварцевую трубу диаметром 28 мм. . Слой зерен фиксируют газопроницаемыми перегородками. Трубу нагревают в электропечи до 200 К, затем пропуску ют хлор с удельной скоростью

0,00 0,01 0,:41 0,44

10,46 0,00 0,01 0,40 0,44

2 О,46

91,5

1,23

92,0 1,10 О,08 г/мин-см в течение 5,5 ч. Получают 14 г углеродного адсорбента и 200 г хлорида бора. Пориста  структура и адсорбционные свойства полученных углеродных адсорбентов представлены в табл.1. Характеристики адсорбентов, полученных известным и предложенным способами , представлены в табл. 2. г Из представленных данных следует, что по предлагаемому способу при значительном снижении расхода хлора ;(практически до стехиометрически необходимого количества) и проведе-; НИИ процесса по одностадийной схеме удаетс  получить углеродный ад-, сорбент, характеризующийс  регул рной микропористой структурой и увеличенной по сравнению с известным адсорбционной емкостью (на ) и механической прочностью. Таким образом, предлагаемый способ позвол ет получать углеродный адсорбент, характеризующийс  высокоразвитой монодисперсной микропористой структурой, и. в качестве побочного продукта - хлорид металлоида, отвечающий аналитическим требовани м дл  химически чистого продукта, который может быть использован без дополнительной очистки. Технико-экономический эффект от реализации предлагаемого способа обусловлен тем, что полученный адсорбент превосходит по своим свойствам лучшие образцы отечественных и зарубежных промышленных углей, а стоимость его при условии использовани  побочного продукта - хлорида металлоида значительно ниже стоимости промышленных углей, при этом исходные материалы полностью превращаютс  в целевые продукты, готовые к употреблению , т.е. отсутствуют неутилизированные отходы, что отвечает современным экономическим требовани м осуществлени  технологических роцессов по сбалансированной схеме. IT а б л и ц а 1

3 :0,it5 0,01

0,02 0,39 0,36 0,02 0,01 0,30

8 Продолжение табл.

0,М 1,08 90,0 0,31 0,90 88,0 Т а б л и ц а 2

Claims (2)

1. Формула изобретения .

   1. Способ получения углеродного адсорбента путем хлорирования кар•-бида металлоида при температуре 800-1 40ΰΓ«1ί, о т л и ч а’го щ и й с я тем, что, с целью повышения адсорбционной емкости и механической прочности адсорбента, упрощения и удешевления процесса за счет сокращения числа стадий и уменьшения расхода хлора, процесс ведут в проточном реакторе, снабженном газопроницаемыми перегородками, проВНИИПИ Заказ 7951/14 пуская хлор через фиксированный слой карбида металлоида с удельным расходом 0,07-0,10 г/мин· см Ч
2. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что процесс ведут до появления хлора за фиксированным слоем.