СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО МОЛЕКУЛЯРНОГО СИТА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА И АЗОТА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО МОЛЕКУЛЯРНОГО СИТА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА И АЗОТА


RU (11) 2090260 (13) C1

(51) 6 B01J20/20 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95122074/25 
(22) Дата подачи заявки: 1995.12.26 
(45) Опубликовано: 1997.09.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Патент СССР N 3801513, кл. 252-421, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР N 1669538, кл. B 01 J 20/20, 1989. 
(71) Заявитель(и): Казаков Владислав Алексеевич; Хотулева Валентина Николаевна 
(72) Автор(ы): Казаков Владислав Алексеевич; Хотулева Валентина Николаевна 
(73) Патентообладатель(и): Казаков Владислав Алексеевич; Хотулева Валентина Николаевна 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО МОЛЕКУЛЯРНОГО СИТА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА И АЗОТА 

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к способу получения углеродного молекулярного сита и его использования для разделения кислорода и азота. Сущность: измельчают бурый уголь до фракции 1-6 мм, карбонизуют и обрабатывают водным 0,5-2,5%-ным раствором полиэтиленгликолей общей формулы OH(CH2CH2O)n, где n = 907, или блоксополимеров окиси пропилена и окиси этилена с пропиленгликолем общей формулы



где n = 215, m = 11710, при объемном соотношении уголь:раствор 1... 1,5: 1 и сушат полученные углеродные молекулярные сита (УМС). Полученные УМС позволяют выделять азот из его смесей с кислородом, например из воздуха, высокой степени чистоты (практически не содержит кислорода). 1 з. п. ф-лы, 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области нетопливного использования угля, конкретно к способу получения углеродного молекулярного сита (УМС) для разделения обогащенных кислорода и азота из их смесей, например из воздуха.

Известен способ получения УМС, адсорбирующего кислород лучше, чем азот и аргон из их смесей, путем формования гранул из смеси угля со связующим с последующей термообработкой в инертной среде до 600oC в присутствии углеродсодержащего вещества углеводородов, спиртов, смол, природного и коксового газов в течение 1-60 мин [1]

Недостатком указанного способа является недостаточно высокая сорбция кислорода и селективность по кислороду.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения УМС путем формования гранул из угля технологической группы Г6, который измельчают до величины частиц менее 60 мкм и гранулируют в тарельчатом грануляторе с добавкой к угольной пыли 2,5%-ного раствора сульфитно-дрожжевой бражки с получением гранул влажностью 20% сырые гранулы сушат и подвергают карбонизации до достижения выхода летучих 8-12% охлажденный карбонизат загружают в реактор и заливают водным раствором моноалкилфенилового эфира полиэтиленгликоля общей формулы

CnH2n+1C6H4O(C2H4O)mH,

где n 8-10, m 10-12 или n 4-10, а m 6-12, при массовом соотношении эфира и гранул 0,47-0,53:100.

Гранулы выдерживают в растворе около получаса, сушат сначала на воздухе, а затем при 97oC до остаточной влажности 1% Гранулы испытаны при разделении компонентов воздуха [2]

Коэффициент разделения УМС, вычисленный по формуле

,

где величины адсорбции кислорода и азота,

их парциальные давления в исходной смеси,

составляет 11,9-12,3, содержание азота в обогащенном газе 97,5-98,3% прочность гранул по МИС-8=98%

Недостатком известного способа является недостаточно высокая степень разделения газов.

Целью изобретения является повышение селективности молекулярного сита по кислороду.

Это достигается способом получения углеродного молекулярного сита для разделения кислорода и азота, включающим измельчение бурого угля до фракции 1-6 мм, его карбонизацию и последующую обработку водным 0,5-2,5%-ным раствором полиэтиленгликолей общей формулы

OH(CH2CH2O)n, (I)

где n 907,

или блоксополимеров окиси пропилена и окиси этилена с пропиленгликолем общей формулы



где n 215,

m 11710,

при объемном соотношении уголь: раствор 1.1,5:1.

Отличием предложенного способа от известного является то, что для получения молекулярного сита используют бурый уголь, измельчают его до фракции 1-6 мм, а для обработки используют водный раствор 0,5-2,5%-ной концентрации полиэтиленгликолей или блоксополимеров указанных выше общих формул при объемном соотношении уголь:раствор 1.1,5:1.

Для получения УМС используют бурые угли. Технический анализ пробы угля Канско-Ачинского бассейна (%): Ad 8-12; Vdaf 45-49; Wa 12; Cdaf 69-72; H+daf 5; Ndaf 1.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный уголь измельчают до величины 1-6 мм и подвергают карбонизации во вращающейся муфельной печи с внешним обогревом при температуре на входе в печь 300oC, а на выходе 850oC. Скорость вращения барабана печи 1 об/мин. Карбонизацию ведут 50-70 мин. Обработанный продукт охлаждают, загружают в реактор и заливают водным раствором (0,5-2,5% ) полиэтиленгликолей или блоксополимеров окиси пропилена и окиси этилена с пропиленгликолем общей формулы

HO(CH2CH2O)n, (I)

где n 907,



где n 215,

m 11710,

при объемном соотношении уголь:раствор (1-1,5):1, выдерживают в течение 3 часов. Далее раствор сливают, продукт сушат сначала на воздухе, а затем при 120-130oC в сушилке.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. 100 кг угля измельчают в молотковой дробилке до размера частиц 1-6 мм и подвергают карбонизации, как указано выше. При этом образуется 43 кг карбонизата. Охлажденный карбонизат загружают в реактор и заливают 45 л водного раствора полиэтиленгликоля общей формулы I 2%-ной концентрации (объемное соотношение уголь: раствор 1:1), выдерживают в растворе 3 часа, после чего раствор сливают, а полученное углеродное молекулярное сито сушат сначала на воздухе, а затем при 120oC до остаточной влажности 0,5-1%

Выход УМС 40 кг.

В готовом продукте определяют разделение компонентов воздуха за одну стадию на короткоцикловой установке, состоящей из двух параллельно работающих адсорберов емкостью 2 л каждый с осуществлением адсорбции при 5 атм и десорбции при 20 торр, и концентрацию компонентов в обогащенном газе. Длительность цикла адсорбции составляет 2 мин. Производительность установки по обогащенному газу 120 л/л адсорбента в час.

Результаты испытаний УМС в сравнении с прототипом представлены в таблице (пример 1).

Пример 2 аналогичен примеру 1, за исключением концентрации водного раствора полиэтиленгликоля и объемного соотношения уголь:раствор.

Примеры 3 и 4 аналогичны примеру 1 и примеру 2, за исключением того, что используют 0,5%-ный и 1%-ный водные растворы полиэтиленгликоля.

Примеры 5 и 6 аналогичны примеру 1, за исключением того, что используют водный раствор блоксополимера окиси этилена и окиси пропилена с пропиленгликолем общей формулы II (0,5 и 1% водный раствор).

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенный способ позволяет получить углеродные молекулярные сита, имеющие более высокую степень разделения кислорода и азота. (Позволяют получить азот, практически не содержащий кислорода). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения углеродного молекулярного сита для разделения кислорода и азота, включающий измельчение угля, его карбонизацию и последующую обработку водным раствором алкиленгликолей, отличающийся тем, что измельчение угля ведут до 1 6 мм, а в качестве алкиленгликолей используют соединения общей формулы полиэтиленгликоль ОH(CH2CH2O)n, где п 907, или блоксополимер окиси пропилена и окиси этилена с пропиленгликолем , где n 215, m 11710, в 0,5 2,5%-ной концентрации их водных растворов при объемном соотношении уголь: раствор 1,0 1,5 1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют бурый уголь.