SU967549A1 - Method of carbon adsorbent - Google Patents

Description

(5k) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА(5k) METHOD FOR PRODUCING CARBON ADSORBENT

1one

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.The invention relates to methods for producing carbon adsorbents and can be used to extract target components, purify substances from trace impurities, absorb cryogenic and noble gases, and also as a basis for obtaining molded adsorbents.

Известно способы получени  углеродных адсорбентов, которые основаны на обуглероживании карбонизации) и активации природных высокомолекул рных органических материалов нестабильного химического состава и нерегул рной структуры.There are known methods for producing carbon adsorbents, which are based on carbonization of carbonization) and activation of natural high-molecular organic materials of unstable chemical composition and irregular structure.

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 продуктаTherefore, the obtained carbon adsorbents are characterized by polydisperse porosity, low mechanical strength, instability of sorption properties; the development of their adsorption capacity occurs due to the removal of part of the carbon during the activation process. Product yield

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 .is about 0% by weight of the feedstock, or about 15-20% in terms of the mass of carbon, the process is accompanied by the loss of a significant amount of volatile products and pollution of the environment. The use of synthetic high-molecular organic compounds /. Allows to obtain more uniformly, porous carbon adsorbents, but does not eliminate the other disadvantages.

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 скоростьюA method is known for producing carbon adsorbents using, 5 | As a feedstock, inorganic carbon compounds. Mineral active carbon extraction is carried out in a closed non-flowing system; the topic is alternating the stages of chlorination of metalloid carbide at 1073–1873 K and removing gaseous reaction products at temperatures above 523 K О. process, high chlorine consumption, the need for cleaning products (mineral coal and metalloid chloride from chlorine. The closest to the invention according to technical The essence and the achieved result is a two-stage method for producing a carbon adsorbent by passing an excess amount of chlorine over grains of metalloid carbide at a temperature of 523-1 + 00 K 2 J. However, the carbon adsorbent obtained by this method has a low compared with theoretically possible adsorption capacity , low mechanical strength due to the formation of carbon structure defects and a significant content of non-carburized. metalloid carbide impurities. The process is conducted in two stages with a significant excess of chlorine in comparison with the stoichiometrically necessary amount,. Carrying out the process of carbonization of metalloid carbide under known conditions, creating local overheatings and making it difficult to remove the vaporous product from the reaction zone, leads to a partial reorganization of carbon links with the formation of graphite non-porous structures, and as a result, the adsorption capacity of the carbon adsorbent decreases and a noticeable shrinkage of the grains of the product, accompanied by the occurrence of coarse porosity and reduces their mechanical strength. The aim of the invention is to increase the adsorption capacity and mechanical strength, as well as the monoporosity of the carbon adsorbent, simplify and reduce the cost of its production by reducing the number of stages and reducing chlorine consumption. The goal is achieved according to the method of obtaining carbon adsorbent by chlorination of metalloid carbides in a flow reactor , equipped with gas permeable partitions, chlorine passes through a fixed layer of metalloid carbide with a specific flow rate. 0.07 0, 1 g / min-cm -. In this case, the process is carried out until the appearance of chlorine behind a fixed layer. The method is carried out as follows. In a flow reactor equipped with gas-permeable partitions, carbide metalloid in the form of grains is loaded so that the layer is rigidly fixed by partitions. The reactor is heated to 800-100 K and chlorine is passed in, the total consumption of which is established depending on the diameter of the reactor, while observing the specific flow rate in the range of 0.07-0 / 1 g / min. The duration of chlorine supply depends on the established specific chlorine consumption, the length of the layer of metalloid carbide grains and the desired degree of carbonization. Completion of the carbonization process. The completion of the carburization process is determined by the chlorine gas overshoot behind the product layer. As the chlorine gas advances along the length of the layer of grains of the metalloid carbide heated to the specified temperature, the chlorine concentration decreases due to the carbide chlorination reaction and the vapor concentration of the reaction product (metalloid chloride, which it is freely removed from the reaction zone and is condensed after layer into a cooled collector in a pure form. The stability of the thermal regime of the exothermic chlorination reaction, as it improves heat removal with vapor-like products from the reaction zone, results in the formation of local overheating, which significantly improves the regularity of the structure of the carbon adsorbent produced.The carbon adsorbent obtained by the proposed method, in contrast to external carbon dioxide product, characterized by the absence of graphite structures, regular microporosity and unchanged sizes and shapes of grains in the process of carbonization Vani. The formation of the adsorbent structure by the proposed method in stable temperature and concentration conditions occurs by removing the metalloid from the crystal structure of the starting carbide without changing the orientation of the carbon units in the particle volume, i.e. with the formation of a single through-porous structure. Example 1. 200 g of carbide, silicon with a grain size of 0,. 01 mm is loaded into an alundum tube with a diameter of 30 mm. The fixation of a layer of silicon carbide grains is provided by gas-permeable partitions of heat-resistant chlorine-inert material. The tube with the sample is placed in an electric furnace and heated to SHO K, then chlorine is passed through at a speed of 0.08-0.09 g / min-cm for 20 hours. Chlorination and heating are stopped when chlorine appears at the exit of the tube. 62 g of carbon adsorbent and 830 g of silicon tetrachloride are obtained. P p i. measure 2. 58 g of silicon carbide with a grain size of 1-3 mm are loaded into a quartz tube 28 mm in diameter. C) 1st, gas-permeable partitions. The pipe is burned into an electric furnace and heated to 1000 K, then chlorine is passed at a specific rate of 0.07 g / min. Cm for 9 hours. 19 g of carbon adsorbent and g of silicon tetrachloride are obtained. Example. 3. 80 g of carbide cream in the form of grains of 0.4-1 mm fraction are loaded into a quartz tube 28 mm in diameter. The layer of grains is fixed with gas permeable partitions. The tube was blackened in electric furnaces up to 1400 K and then chlorine was supplied with a specific speed of 0.1 g / min cm for 6 hours. 25 g of carbon adsorbent and 335 g of silicon tetrachloride are obtained. Example 4. 62 g of boron carbide in the form of 2-3 mm fraction grains is loaded into a quartz pipe with a diameter of 28 mm. . The layer of grains is fixed by gas-permeable partitions. The pipe is heated in an electric furnace to 200 K, then chlorine is passed at a specific rate

0,00 0,01 0,:41 0,44 0.00 0.01 0,: 41 0.44

10,46 0,00 0,01 0,40 0,4410.46 0.00 0.01 0.40 0.44

2 О,462 O, 46

91,591.5

1,23 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 192.0 1.10 O, 08 g / min-cm for 5.5 h. 14 g of carbon adsorbent and 200 g of boron chloride are obtained. The porous structure and adsorption properties of the obtained carbon adsorbents are presented in Table 1. Characteristics of the adsorbents obtained by known and proposed methods are presented in table. 2. g From the presented data it follows that the proposed method with a significant reduction in the consumption of chlorine; (almost to the stoichiometrically necessary amount) and carried out; The scientific research institutes of the process, according to the one-step scheme, succeed in obtaining a carbon ad- sorbent, characterized by a regular microporous structure and an increased adsorption capacity (on) and mechanical strength compared to the known. Thus, the proposed method allows to obtain a carbon adsorbent characterized by a highly developed monodisperse microporous structure, and. as a by-product is a metalloid chloride, which meets the analytical requirements for a chemically pure product that can be used without further purification. The technical and economic effect of the implementation of the proposed method is due to the fact that the resulting adsorbent surpasses the best samples of domestic and foreign industrial coal in its properties, and its cost, subject to using a by-product, metalloid chloride, is significantly lower than the cost of industrial coal, while the raw materials are completely converted into target products, ready to eat, i.e. there are no unutilized wastes, which meets modern economic requirements for the implementation of technological processes in a balanced way. IT a b l and c a 1

3 :0,it5 0,01 3: 0, it5 0.01

0,02 0,39 0,36 0,02 0,01 0,300.02 0.39 0.36 0.02 0.01 0.30

8 Продолжение табл.8 Continued table.

0,М 1,08 90,0 0,31 0,90 88,0 Т а б л и ц а 20, M 1.08 90.0 0.31 0.90 88.0 T a b l and c a 2

Claims (2)

Формула изобретения .Claim . 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 Ч1. A method of producing a carbon adsorbent by chlorinating a carbide of a metalloid at a temperature of 800-1 40ΰΓ "1ί, with the exception of the fact that, in order to increase the adsorption capacity and mechanical strength of the adsorbent, simplification and cheaper process by reducing the number of stages and reducing the consumption of chlorine, the process is carried out in a flow reactor equipped with gas-permeable baffles by ordering 7951/14 by passing chlorine through a fixed layer of metalloid carbide with a specific flow rate of 0.07-0.10 g / min · cm H 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.2. The method according to claim 1, with the exception that the process is conducted until the appearance of chlorine behind a fixed layer.