химический каталог




Активные угли и их промышленное применение

Автор X.Кинле, Э.Бадер

щую частицы, диффузией в порах частиц и реакциями на поверхности пор. При низкой температуре скорость реакции контролируется химической реактивностью твердого материала с коэффициентом использования всей внутренней поверхности около 1. При средних и высоких температурах имеет место быстрое падение концентрации пара в активном угле и степень использования становится значительно меньше единицы. В экспериментальных исследованиях установлено, что скорость реакции активирования возрастает с увеличением Скорости газового потока. Эта взаимосвязь показывает, что на

47

скорость реакции влияет внешняя массопередача реакционных агентов; однако в интервале используемых для активирования температур она не является контролирующим фактором. В противном случае при существующей концентрации пара имела бы место реакция 1-го порядка. Однако скорость реакции активирования углей водяным паром пропорциональна концентрации пара в степени 0,6, поэтому контролирующим фактором должна быть скорость реакции.

4,4.3. Факторы, влияющие на распределение пор и скорость активирования

На объем и распределение пор по размерам, а также на скорость активирования наряду с условиями проведения реакции сильное влияние оказывает исходный материал и его предварительная подготовка.

Прежде всего большое значение имеет содержание летучих. Например, при карбонизации древесных опилок при 300°С в твердом продукте остается более 40 % летучих. Если же карбонизация проводится до 900 °С, то содержание летучих не превышает 4%. При активировании этих продуктов при 900°С удельная поверхность в первом случае очень быстро растет, образуется большое число макропор, на поверхности которых продолжается процесс активирования. Поэтому даже при прогрессирующем активировании слабококсованный продукт отличается более широким распределением микропор по сравнению с продуктом из того же исходного сырья, но подвергнутым предварительной карбонизации при 900°С. Кривая распределения пор при активировании в течение 1 ч представлена на рис. 4.3 [29]. На примере газификации фенолоформальдегидных смол, битуминозных углей с содержанием летучих 40 % и антрацита с содержанием летучих 7 % показано, что в активных углях, приготовленных из этих исходных материалов, распределение пор по размерам находится в прямой зависимости от распределения пор в карбонизованных продуктах [30]. В случае фенолоформальдегидных смол образуются только дополнительные

г<4г

1,300°С

Рис. 4.3. Кривые распределения пор в активных углях из древесных опилок (продолжительность активирования 60 мин, температура активирования 900 °С) при различной температуре карбонизации.

48

поры со средним радиусом около 0,75 нм, который характерен и для карбонизованного продукта. В случае активных углей из антрацита, и особенно из битуминозного угля, увеличивается число пор с радиусами от 20 до 30 нм. Поры таких размеров присутствовали уже в исходных материалах.

Посредством частичной газификации различных коксов Юнтген [31] установил, что объем и распределение пор определяются видом исходного материала и обгаром. Насыпная плотность, объемы адсорбирующих и транспортных пор рассчитывались в зависимости от обгара и полученные уравнения экспериментально проверялись для дробленых продуктов. В случае формованных углей появляются отклонения, так как усадочные процессы замедляют нормальное порообразование. Температура активирования слабо влияет на образование пор, пока процесс ведется при температурах, при которых скорость реакции определяется химическим обменом, а не диффузией.

Применение кислорода в качестве активирующего газа в сочетании с низкой температурой, необходимой для устранения возможности высокой степени обгара, ведет к быстрому появлению относительно крупных пор. Однако в целом выход продукта ниже, чем при активировании водяным паром.

Возможно и комбинирование различных активирующих газов. Для водяного пара и диоксида углерода — это обычное правило, к тому же последний и образуется при активировании паром. Небольшая добавка кислорода при активировании водяным паром ведет к увеличению скорости реакции в несколько раз.

4.4.4. Катализ

Большое значение в техническом процессе газового активирования, особенно в производстве формованных углей, играет каталитическое ускорение этой реакции. Для этой цели обычно используются гидроксид и карбонат калия в количествах 0,1—5 %• Кроме них можно в малых количествах применять гидроксид натрия, соли щелочных и щелочноземельных металлов, а также хлориды, сульфиды, ацетаты, карбонаты, сульфиты и многие кислоты. Эти вещества можно добавлять в растворах или непосредственно, смешивая с тонкодисперсным угле-родсодержащим материалом. При исследовании каталитического действия карбоната калия установлено, что калий внедряется между плоскостями кристаллической углеродной решетки и Увеличивает расстояние между плоскостями решетки графита °т 0,34 до 0,38 нм. «Вскрытые» углеродные слои в таком случае становятся доступными для дальнейшего газового активирования.

Кроме отмеченных выше катализаторов в патентной литературе сообщается также о применении соединений железа, Марганца и алюминия,

49

4.4.5. Поверхностные оксиды

С помощью различных добавок можно повлиять не только на скорость реакции газификации, но и на распределение пор по размерам и, вероятно, на вид и число кислородных^ поверхностных соединений. Так, при использовании соединений натрия в качестве катализаторов вместо соединений калия максимум в распределении пор смещается в область больших размеров. Образование же разнообразных поверхностных кислородных соединений зависит от последующей обработки активного угля. Например, нагревание на воздухе до температур несколько ниже температуры воспламенения приводит к образованию кислых кислородных поверхностных соединений. Если подвести к нагретому до высоких температур активному углю воздух, имеющий комнатную температуру, образуются основные кислородные поверхностные соединения. Однако максимальное число основных групп определенно ниже числа кислых групп,

4.5. АКТИВИРУЮЩИЕ ПЕЧИ

4.5.1. Общие сведения

Активирование углеродсодержащих веществ окисляющими газами производится с достаточной скоростью только при температурах 600—1000 °С. Реакция твердых материалов с обычно используемыми активирующими газами — водяным паром и диоксидом углерода — является эндотермической. Например, для реакции одного моля водяного пара с углеродом и образования монооксида углерода и водорода требуется 117 кДж. С другой стороны, последующее сгорание этих газов сопровождается выделением энергии. Реакторы, используемые в технике для газового активирования, должны обеспечивать следующие условия:

1) нагревание реакционного материала до высокой температуры;

2) хороший контакт между углеродсодержащим веществом и активирующими газами;

3) подвод теплоты, необходимой для реакции;

4) возможно наименьший расход тепловой энергии реакционного газа.

Эти требования обеспечиваются применением разнообразных конструкций печей: вращающихся, шахтных, многополочных, реакторов с кипящим и движущимся слоями.

4.5.2. Вращающиеся печи

Вращающиеся печи можно использовать для активирования тонкодисперсных и зерненых или формованных продуктов. Контакт между углеродсодержащим материалом и активирую-

§9

щими газами можно улучшить с помощью перемешивающих устройств. Время активирования зависит от угла наклона печи, а также от наличия внутренних перегородок и размера опорных колец. Активируемый материал и газы можно подавать в одном направлении или в противотоке. Кроме этого, различают две конструкции: печи с внутренним и внешним обогревом. Вращающиеся печи с внутренним обогревом снабжены в верхней части, где загружается углеродный материал, горелкой, питаемой жидким топливом или газом. Внутренняя поверхность печи выложена огнеупорным кирпичом. Для улучшения теплообмена по длине печи расположены отверстия для подвода воздуха или горелки для внешнего обогрева. Насадки для ввода пара, осуществляемого в основном в верхнем конце печи, могут быть по

страница 13
< 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

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
(21.02.2017)