Способ получения углеродного адсорбента

Союз СоветскихСоциалистическихреспублик ьотовскомь сви) 2739150/23-26 влено 23. 03. В 01 4 20/2 С О 1 В 31/1 с присоелинением заявки ЭЬ Гоаударстыииый копит СССР а дедам изобретеии и открытийОпублнкова Дата опубл о 23.10.82. Бюллетень як 39ииования описания 23,10.82) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНО АДСОРБЕНТАсоставляет около 104 от много сырья или около 15-20 в пересчете на,массу углерода, процесссопровождается потерей значительногоколичества летучих продуктов и загрязнением окружающей среды. Использование синтетических высокомолекулярных органических соединений .,позволяет получить более однороднопористые углеродные адсорбенты, однако не ликвидирует остальные недостатки.Известен способ получения углеродных адсорбентов с использованием 1 в качестве исходного сырья неорганических соединений углерода. Полу,чение минерального активного угляпроводят в замкнутой непроточной сис:теме чередованием стадий хлорирова ния карбида металлоида при температуре 1073-1873 К и удаления газообразных продуктов реакции при температуое выше 523 К 1. 11.( ассы исход"., Ф Изобретение относится к способам получения углеродных адсорбентов и может быть использовано для извлечения целевых компонентов, очистки веществ от микропримесей, поглощения криогенных и благородных газов, а также в качестве основы для получения формованных адсорбентов.Известнц способы получения углеродных адсорбентов, которые основаны на обуглероживаниикарбонизации ) и активации природных высокомолекулярных органических материалов нестабильного химического состава и нерегулярной структуры.Поэтому полученные углеродные адсорбенты характеризуются полидисперсной пористостью, низкой механической прочностью, нестабильностью сорбционных свойств; развитие их адсорбционной емкости происходит за счет удаления части углерода в процессе активации. Выход продукта Матюхин,В;етвноа Плотников96759 3Недостатками способа являютсянизкая адсорбционная емкость угляза счет неполноты хлорирования,многостадийность и длительностьпроцесса, высокий расход. хлора, 5необходимость проведения очисткипродуктов ( минерального угля и хлорида металлоида ) от примеси хлора.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является двухстадийный способ получения углеродногоадсорбента путем пропускания избыточного количества хлора над зернами карбида металлоида при температуре 523-100 К2 .Однако углеродный адсдрбент,полученный по указанному спосоЬу,обладает низкой по сравнению с теоретически возможной адсорбционнойемкост.ью, низкой механической прочностью за счет образования дефектовуглеродной структуры и значительногосодержания необуглероженной примесикарбида металлоида. Процесс проводят 25в две стадии при значительном избытке хлора по сравнению со стехиометрически необходимым количеством,Проведение процесса обуглерожива-,:ния карбида металлоида в известныхусловиях, создающих местные перегревы и затрудняющих отвод парообразного продукта из зоны реакции, приводит к частичной перестройке углеродных звеньев с образованием графито 35вых непористых структур, и в результате к уменьшению адсорбционной емкости углеродного адсорбента и заметной усадке зерен продукта, сопровождающейся возникновением крупной пористости и уменьшающей ихмеханическую прочность.Целью изобретения является повышение адсорбционной емкости и механической прочности, а также монопористости углеродного адсорбента,упрощение и удешевление процессаего получения за счет сокращениячисла стадий и уменьшения расходахло а. р50Поставленная цель достигается согласно способу получения углеродного адсорбента путем хлорирования карбидов металлоидов в проточном реакторе, снабженном газопроницаемыми 55 перегородками, пропуская хлор через фиксированный слой карбида металлоида с удельным расходом . 0,07 40,1 г/мин см. При этом процесс ведут до появления хлора за Фиксированным слоем.Способ осуществляется следующимобразом.В проточный реактор, снабженныйгазопроницаемыми перегородками, загружают карбид металлоида в видезерен таким образом, чтобы слой былжестко зафиксирован перегородками.Реактор нагревают до 800 -1100 К ипропускают хлор, общий расход которого устанавливают в зависимости отдиаметра реактора при соблюдениивеличины удельного расхода в интервале 0,07-0,1 г/мин см, Продолжительность подачи хлора зависит отустановленного удельного расходахлора, длины слоя зерен карбида металлоида и заданной степени обуглероживания, Завершение процесса обуглероживания, Завершение процессаобуглероживания определяют по проскоку газообразного хлора за слоем продукта,По мере продвижения газообразногохлора по длине слоя зерен нагретогодо указанной температуры карбидаметаллоида происходит снижение концентрации хлора за счет протеканияреакции хлорирования карбида и нарастание концентрации парообразногопродукта реакции (хлорида металлоида ), который свободно удаляется иззоны реакции и конденсируется за слоем в охлаждаемый сборник в чистомвиде. Проведение процесса указаннымобразом обеспечивает стабильностьтеплового режима экзотермическойреакции хлорирования, так как улучшает отвод тепла с парооЬразными продуктами из зоны реакции. Вследствиеэтого исключается образование местных перегревов, что позволяет значительно повысить регулярность структуры получаемого углеродного адсорбента,Углеродный адсорбент, полученный по предлагаемому способу в отличие от извкстного йродукта, характеризуется отсутствием графитовых структур, регулярной микропористостью и неизменностью размеров и формы зерен в процессе обуглероживания. Образование структуры адсорбента по предлагаемому способу в стабильных температурных и концентрационных условиях происходит путем удаленияОбъем пор, см /см3 Механи-,Адсорбционная емкость, г/г При Мер ческаяпрочность,Бензол Ацетон Йод макромезомикро 0,01 0,.41 0,44 0,00 91,5 1,23 1 0,4620,46 0,44 92,0 0,01 0,40 1,10 0,00 5 967металлоида из кристаллической структуры исходного карбида без изменения ориентации углеродных звеньевв объеме частицы, т.е. с образованием единой сквознопористой структуры. бП р и м е р 1. 200 г карбида.кремния с размером зерен 0,80,01 ммзагружают в алундовую трубу диаметром 30 мм. Фиксацию слоя зерен карбида кремния обеспечивают газапроницаемыми перегородками из термостойкого, инертного к хлору материала.Трубку с образцом помещают в электропечь и нагревают до 1200 К, затемпропускают хлор с удельной скоростью 1 ф0,08-0,09 г/мин см в течение 20 ч,Хлорирование и нагрев прекращают при .появлении хлора на выходе из трубки.Получают 62 г углеродного адсорбентаи 830 г тетрахлорида кремния, 20П р и м е р 2 58 г карбидакремния с размером зерен 1-3 ммзагружают в кварцевую трубу диа- фметром 28 мм. Слой зерен фиксируютгазопроницаемыми перегородками. Трубу помещают в электропечь и нагревают до 1000 К, затем пропускают хлорс удельной скоростью 0,07 г/мин смв течение 9 ч. Получают 19 г углеродного адсорбента и 240 г тетрахлорида кремния.П р и м е р 3, 80 г карбида кремния в виде зерен фракции 0,4-1 ммзагружают в кварцевую трубу диаметром28 мм. Слой зерен фиксируют газопро- зницаемыми перегородками, Трубу нагре;вают в электропечи до 1400 К и затем подают хлор с удельной скоростью0,1 г/минсм в течение 6 ч. Получают 25 г углеродного адсорбентаи 335 г тетрахлорида кремния,.П р и м е р 4. 62 г карбида борав виде зерен Фракции 2-3 мм загружаютв кварцевую трубу диаметром 28 мм,Слой зерен фиксирует газопроницаемымиперегородками. Трубу нагревают вэлектропечи до 200 К, затем пропуска,ют хлор с удельной скоростью 549е0,08 гlмин:см в течение 5,5 ч. Получают 14 г углеродного адсорбентаи 200 г хлорида бора.Пористая структура и адсорбционныесвойства полученных углеродных адсорбентов представлены в табл. 1.Характеристики адсорбентов, полученных известным и предложенным способами, представлены в табл. 2.Из представленных данных следует, что по предлагаемому способу при значительном снижении расхода хлора ,(практически до стехиометрическинеобходимого количества) и проведе;нии процесса по одностадийной схеме удается получить углеродный ад-,сорбент, характеризующийся регулярной микропористой структурой и увеличенной по сравнению с известным адсорбционной емкостью (на 17-246) и механической прочностью.Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать углеродный адсорбент, характеризующийся высокоразвитой монодисперсной микропористой структурой, и в качестве побочного продукта - хлорид металлоида, отвечающий аналитическим требованиям для химически чистого продукта, который может бйть 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 использования побочного продукта - хлорида металлоида " ,значительно ниже стоимости промыш-, ленных углей, при этом исходные материалы полностью превращаются в целевые продукты, готовые к употреблению, т,е. отсутствуют неутилизированные отходы, что отвечает современным экономическим требовани. ям осуществления технологических процессов по сбалансированной схеме.Таблица 1967549 Объем пор, см /см Механическаяпрочность,Адсорбционная емкость, г/г При мер Щ ев аВБензол Ацетон Род микро.мезо- макро;0,4 1,08 0,39 0,30 90,0 88,0 О,0,3 0,90 Табл 2 Способ получения известныйпо. примеру предлагаемыйпо примеру 2 еь Йг бьем пор, см /см3,46 0,46 О, 35 38 микропор О,ОО О,ОО О,О 5 О,О 3 0,01 0,02 0,06 О,об мезопоры акропоры арактеристическаянергия адсорбции,Дж/моль 23,0 20,2,0 0,5 3-4 2-3 Механическая прочность ( ГОСТ 16188-70), 4 9 4,0 92,0,0 ор через Фиксированныйида металлоида с удельным0,07-0,10 г/мин смф.собпоп,1, отличаютем, что процесс ведутния хлора за Фиксированны а изобрете пуская хлслой карбрасходом2, Спощ и й сдо появлслоем. я сточники информации,во. внимание при экспертизент ФРГ 8 1185165,31/08, 1967.ент США У 3066099,45 1959 прототип).писное принятые1. Паткл, 122. Паткл. 252.4ж 583 Под 5 Тиралиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул роектная, 4 рактеристика адсорбента Ранг уравнение ТОЗМ 1. Способ получения углеродного адсорбента путем хлорирования кар-бида металлоида при температуре 800-140(ГфК, о т л и ч аю щ и й с 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 про точном реакторе, снабженном газопроницаемыми перегородками, проВКИИПИ Заказ 7951/14 8Продолжение табл.1,