химический каталог




Активные угли и их промышленное применение

Автор X.Кинле, Э.Бадер

о 600— 700 °С. Схема процесса показана на рис. 4.2.

Использование хлорида цинка для активирования в последние годы сократилось в связи с проблемой загрязнения окружающей среды.

Для получения медицинских углей используют сульфид калия и смеси гидроксида калия и серы. Активирование производится без доступа воздуха во вращающихся печах при 800—900 °С. После выщелачивания сернистых соединений калия, обработки разбавленной соляной кислотой и отмывания от иона хлора уголь подвергается термической обработке при 500—600 °С с целью удаления серы, что увеличивает производственные затраты.

Несомненные успехи в технологии химического активирования углей в настоящее время не получили отражения в литературе. Они составляют секреты производства. Необходимо отметить значение тщательной очистки углей от активирующих химических реагентов. При этом химически активированные угли нередко содержат относительно большое количество золы. Другим недостатком этого способа получения активных углей является необходимость регенерации химических реагентов, повышающая стоимость всего процесса производства углей.

К преимуществам способа следует отнести сравнительно короткое время активирования исходных материалов, большой выход углеродного остатка, хорошие адсорбционные свойства активного угля.

44

В зависимости от вида активирующего агента результаты химического активирования могут различаться. Например, активные угли из опилок, полученные при добавлении карбоната калия и температуре 800°С, характеризуются высоким числом по метилеиовому голубому и йодным числом, но низкой осветляющей способностью; угли, активированные хлоридом цинка, отличаются хорошей осветляющей способностью, но низким числом по метилеиовому голубому и по иоду.

Если активирование вести вначале хлоридом цинка, а затем добавить карбонат калия можно получить продукт с высокой адсорбционной способностью [22]. Возможна также комбинация химического активирования, например фосфорной кислотой, н активирования паром и воздухом.

Обычно при химическом активировании получают мягкие и порошкообразные продукты. Смешивание углеродсодержащего сырья с углеродсодержащим связующим (например, древесных опилок с сульфонатом лигнина) и активирующим агентом и последующее формование позволяют получить прочный активный уголь [23]. Химическое активирование углей во вращающейся печи в течение 3 ч с применением в качестве активирующих добавок фосфорной кислоты и хлорида цинка позволяет получить формованные продукты, не уступающие по прочности углям, активированным водяным паром.

Активные угли с очень развитой удельной поверхностью по БЭТ удалось получить обработкой угля или кокса избытком гидроксида калия [24]. Вначале угли подвергались термообработке при температуре около 480°С, а затем активировались при 700—800 °С.

К химическому активированию можно также отнести процесс, основанный на декарбоксилировании органических кислот, например, поликислот [25]. Для этого используются соединения элементов главных подгрупп I и II групп периодической системы, в частности, гидроксиды калия и натрия. Необходимые кислоты можно получить окислением дешевых исходных продуктов, например, обработкой нефтяного кокса азотной кислотой. Получаемые из органических кислот активные угли также обладают площадью поверхности по БЭТ свыше 2000 м2/г.

4.4. АКТИВИРОВАНИЕ ГАЗАМИ

4.4.1. Общие сведения

При обработке углеродсодержащих веществ окисляющими газами в соответствующих условиях часть углерода выгорает и удаляется с летучими компонентами и внутренняя поверхность увеличивается. В качестве окисляющих агентов используются преимущественно водяной пар, диоксид углерода и кислород или воздух. При использовании кислорода требуется соблюдать осторожность, поскольку он реагирует с углеродом

45

в 100 раз быстрее Диоксида углерода. По результатам исследований на графите водяной пар обладает реакционной способностью, в 8 раз превышающей реактивность диоксида углерода.

При взаимодействии углерода с водяным паром или диоксидом углерода одновременно протекают следующие реакции: Н20 + С = СО + Н2 ДЯ = + 117 кДж

2Н20 + С = С02 + 2Н2 АН = + 75 кДж С02 + С = 2СО ДЯ = + 159 кДж

Поскольку это — эндотермические реакции, необходим подвод теплоты. При этом решающее значение имеет хороший теплообмен между реактивирующим газом и частицами угля. Это требование выполняется за счет постоянного движения частиц угля в процессе активирования во вращающихся печах или реакторах с кипящим слоем. При использовании водяного пара для обеспечения эффективной скорости реакции необходима температура около 800°С, а при использовании диоксида углерода 900°С. Если теплота подводится в основном активирующим газом, его температура должна быть еще выше.

Значительное улучшение теплового баланса достигается при непосредственном сжигании в печи реакционных газов активирования, в частности, водорода и оксида углерода: СО + 1/202 = С02 ДЯ = - 285 кДж Н2 + 1/202 = Н20 ДЯ = - 238 кДж

При этом следует избегать избытка кислорода, поскольку в противном случае последует внешний обгар. С другой стороны, при удалении оксида углерода и водорода из газовой атмосферы процесс активирования значительно ускоряется, так как эти продукты замедляют скорость реакции пара с углеродом, блокируя активные центры на поверхности угля. Кроме того, сгорание реакционных газов приводит к восстановлению необходимых для активирования реагентов — диоксида углерода и водяного пара.

Комбинируя активирование водяным паром и кислородом, можно получить активные угли с высокой обесцвечивающей способностью. Примером такого процесса является кратковременная обработка угля водяным паром в присутствии щелочи при 800 °С и последующее активирование воздухом при 500—600 °С.

4.4.2. Теория

Теоретические представления о механизме реакции активирования развивались значительно позднее производственного применения этого процесса. Основные положения теории были сформулированы приблизительно к концу пятидесятых годов.

Предполагается, что при активировании газами атомы углерода, расположенные по краям графитообразной кристаллической решетки, наиболее легко реагируют с газами. Действи-

46

тельно, Хеннинг [26] наблюдал с помощью электронного микроскопа, что расщепленные вдоль плоскостей решетки кристаллы графита реагируют с кислородом по краям значительно быстрее, чем в центре спайности. Повышенная реактивность дефектных мест решетки наблюдалась также на других образцах углеродных материалов. Избирательный характер активирования — отсутствие газификации поверхности — отмечался на оливковых косточках [5]; подобные явления имеют место и на углях из полифурфурилового спирта.

Для описания реакции взаимодействия углерода с диоксидом углерода предложены два механизма [27].

Механизм А:

С + С02 —> С(0) + СО (4.1) С(О) —> СО (4.2) С + СО —> С(СО) (4.3)

Механизм В:

С + С02 —С(О) + со С (О) —+¦ со

где С (О) —поверхностный оксид.

В соответствии с уравнением (4.1), так называемой реакцией кислородного обмена, углерод вначале реагирует с образованием поверхностного оксида С (О); уравнение (4.2) выражает превращение этого поверхностного оксида в монооксид углерода. После этой стадии газификации оксид углерода может опять накапливаться на (реакционноспособной) поверхности углеродсодержащего материала в соответствии с уравнением (4.3) и оказывать замедляющее действие на реакцию. Имеется целый ряд аргументов, подтверждающих и отрицающих эти механизмы. Известные к настоящему времени факты не позволяют отдать определенное предпочтение одному из них.

Замедляющее действие водорода аналогичным образом объясняется образованием комплексов С (Н). Они столь же стабильны, как и комплексы С (О). Поэтому образование комплексов углерод—водород вызывает снижение поглощения кислорода.

Экспериментальное исследование кинетики процесса активирования [28] привело к выводу, что реакция с водяным паром в большей или меньшей степени контролируется следующими стадиями процесса: массопередачей через газовую пленку, окружаю

страница 12
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

Скачать книгу "Активные угли и их промышленное применение" (2.76Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
оборудование для производства дверных ручек
подарочная карта летуаль на 500 рублей
на таганке театр
тумбы прикроватные с вставками из экокожи под крокодила

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(17.12.2017)