利用活性炭共氧化分解有机化合物的方法技术

一种在活性炭床层内以受控方式氧化可被碳吸附的有机化合物的方法。所述活性炭床层暴露于分子氧源如空气，并且控制在一定的温度范围内，从而分子氧缓慢氧化活性炭。在该受控条件下，活性炭将氧化在活性炭床层内存在的有机化合物。在利用活性碳受控分解有机蒸气和液体中，以及在含有以前吸附的有机化合物的废活性炭的再生应用中，这种技术具有广泛应用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
活性炭是一种多用途且便宜的吸附剂，其由多种丰富的含碳原料如煤、木材和椰壳等生产。活性炭的独特特性与其碳基骨架有关，其是一种高度多孔的，其孔径可以在很宽的范围内变化，从可视的裂纹和裂缝到分子级的裂纹和裂缝。在这些最小的孔之间的分子间引力产生吸附力，这会使被吸附气体冷凝入这些分子级的孔中或者使被吸附液体从溶液中沉积入这些分子级的孔中。被生产后，活性炭通常用于从液体和蒸气物流中吸附有机化合物。在小得多的范围内，活性炭也还被用作催化剂载体，从而活性炭骨架用来稳定且固定催化材料。所述催化材料通常是金属化合物，而后来的“催化剂”通常在没有大量分子氧的还原条件下用于催化有机化合物加氢。考虑到碳骨架会发生燃烧反应并且破坏催化剂和相关的设备，在包含氧或分子氧源如空气的反应中，工业实践中通常不用活性炭作为催化剂载体。在文献中有这样一种工艺，其中烃在环境温度下被吸附在“催化剂-浸渍的活性炭上，然后升高温度至足够高以氧化被吸附物但不氧化碳。这一机理需要一种催化剂-基质系统，其中被吸附物的氧化和碳的氧化发生在明显不同的温度下”(“Catalytic Oxidation of AdsorbedHydrocarbons”J.Nwankwo和A.Turk，Annals NY Acad.Sci.Vol.2 37，pp 397-408(1974))。活性炭也可用作与气相污染物化学反应的多种浸渍剂的载体。最常见的例子是用碱性物质如氢氧化钠或氢氧化钾浸渍，以提高对盐酸和硫酸蒸气的处理能力。以这种方式，相对单独未改性的活性炭可以明显提高中和酸性气体的能力，而未改性的活性炭具有相对较小的天然缓冲能力。其它浸渍剂为引入防毒面具碳中的具体催化剂，其催化特定化学试剂如光气的分解。未改性的活性炭对分子氧无反应性，包括在环境温度下在湿碳中的反应。据描述这种湿碳在水处理应用中用于pH控制(US 5368739)。在水处理应用中用于pH控制的另一种氧化活性炭的方法包括在温度为300℃至700℃下在空气中调节初始活性炭5分钟至3小时(US5368738)。还已知活性炭在环境条件下能促进几种氧化反应，如吸附硫化氢，然后在水蒸汽存在下氧化为硫酸。还有一些可商购的活性炭，这些活性炭是特定生产而具有固有的催化特性，能催化自由基反应如分解过氧化氢。虽然活性炭具有各种不同的用途，但其主要用途还是吸附，用来从水和废水中脱除化学物质，以及从气相物流中脱除化学物质，所述气相物流最常见为空气。在这些应用中，活性炭在碳原材料活化后不作任何改性即被应用，这也是本专利技术新颖性所在。具体地说，本专利技术提供一种从活性炭内部结构中脱除吸附的可氧化有机化合物的新方法。这种方法可以在活性炭继续吸附其它化合物时实施，从而极大地提高活性炭的吸附能力，也可以在吸附过程之后应用，从而可以使活性炭再生并返回到其它吸附应用中。在正常的吸附应用中，活性炭逐渐积累从待纯化的液体或蒸气物流中脱除的化学物质，使得所述碳从待处理的物流中脱除更多化学物质的能力逐渐降低。在某些时段，当活性炭变为“废活性炭”时，必须进行更换或使之再生以恢复吸附能力。根据再生过程对活性炭特性的影响，对同一活性炭来说可以进行重复再生，从而极大地延长了活性炭在吸附应用中的使用寿命。在工业上广泛应用两种废活性炭的再生方法蒸汽再生和热再生。另外，还有几种专门技术偶尔应用，如溶剂再生、化学再生和超临界流体萃取，但比两种主流再生方法的应用范围要小得多。蒸汽再生通过直接接触蒸汽而从碳表面气提吸附的有机物，其通常用于蒸气相碳。这种技术利用吸附化合物的挥发性随温度升高这一现象。因此，通过提高碳的温度，所吸附的化学物质的平衡可能会从碳内孔中的冷凝液向蒸气相转移，从而使某些吸附物从碳中脱附。这就导致碳能力的部分再生，可用于随后的吸附。蒸汽再生可成功地应用于常压沸点高达约120摄氏度(120℃)的挥发性有机被吸附物。这种方法的优点在于其再生条件温和，碳的内孔结构不受再生条件影响。但遗憾的是，只有一部分吸附孔可以被蒸汽再生，而且如果存在难挥发的化合物，则不能将其有效脱除，从而降低了碳吸附能力的恢复。有时，热的惰性气体如氮气可用来替代蒸汽。蒸汽和热惰性气体以相同的方式使碳再生，都是通过加热碳而使被吸附物直接从碳的内孔表面挥发。在其它一些情况中，在贫氧条件下，通常应用循环的烟道气，将活性炭加热至500℃的高温。在这些条件下，被吸附物分解为气相馏分(如挥发性烃、水蒸汽和碳和氮的氧化物)和碳质残余物或木炭，后者在活性炭的孔内形成。即使在这样的高温条件下，在没有相当多的分子氧存在时，也不能明显破坏活性炭的原始骨架。但碳孔中沉积的木炭的相对馏分将随被吸附物而变化。残存的木炭也消耗恢复的吸附能力，并且总的来说在重复再生过程中可以观察到碳的慢性中毒。热再生包括加热活性炭至温度超过800摄氏度，限制分子氧源并引入蒸汽或二氧化碳作为氧化气体。在这些条件下，会发生被称为“水气变换反应”的现象，其使沉积的木炭和活性碳的石墨骨架都转化为一氧化碳(在蒸汽再生时同时产生氢气)。热再生的剧烈条件有效脱除了沉积木炭。但遗憾的是，在热再活化的过程中某些碳的石墨骨架也被脱除，从而导致活性炭内孔逐渐分解，最终失去吸附能力和机械强度。另外，水气变换反应的产品一氧化碳和氢气在释放到大气中之前，通常需要进一步氧化以形成二氧化碳和水蒸汽。现有技术中存在一种最终再生方法，其包括废活性炭的“湿空气氧化”，其中通过使含吸附可燃物的“碳质表面吸附剂”的分散物的水溶液氧化而使废活性炭再生(US 3,442,798)。在现有技术中该技术是一个例子，其中单独应用分子氧来促进废活性炭孔内所含的吸附有机物的氧化，从而使活性炭再生以再利用。很明显，湿空气氧化的条件应使可燃物也与在水溶液中存在的分子氧直接反应。由该专利第3栏第13-22行可知“本专利技术的一个相关方面是应用所述方法在湿空气氧化可燃物时获得更高的效率，并且如果所氧化的可燃物未被任何表面延展剂浓缩及吸附时，可以在比所能应用的温度更低的温度下湿空气氧化可燃物。换句话说，应用本身不能被氧化的表面活性吸附剂，可以在更低的温度条件或改进的氧化效率下使在其上浓缩的可燃物湿空气氧化。”因此，表面活性吸附剂的贡献局限于通过提供局部提高的可燃物浓度而浓缩可氧化化合物及提高反应速率，而在没有表面活性吸附剂存在时，相同的反应在溶液中也可以发生，虽然会更慢一些。不管具体的再生方法如何，可以按如下方面评价所有废活性炭再生技术所需的能量来源和量、吸附化合物的脱除程度、脱附化合物的去向、以及再生条件对初始活性炭内孔结构、吸附能力和机械整体性的影响。在各种再生方法中蒸汽再生应用最少的能量，并且该能量作为低压蒸汽而提供。但遗憾的是，蒸汽再生只对低沸点材料有效并且只能再生能量较低的吸附孔，只能恢复20-50％的初始活性炭吸附能力。脱附的物质通常在化学上不发生变化，但其与水蒸汽混合，因此必须被回收或处理。其主要限制是蒸汽再生对不易挥发的气相化合物不能有效地实施，并且对来自液体吸附应用的废活性炭的再生很少能有效地起作用。因此，蒸汽再生方法通常局限于溶剂回收应用，其中溶剂可以被回收、纯化和再利用，或者随后被焚烧。热惰性气体方法和更高温度的废气技术具有一个共同的缺点，就是它们用气相蒸汽来加热废活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化可被活性炭吸附的有机化合物的方法，所述方法包括：　　　　提供活性炭床层；　　　　使含氧分子源的气体流过床层；　　　　加热床层至操作温度范围，从而分子氧氧化活性炭，此反应由产生热得到证实；　　　　控制床层温度在此温度范围内；和　　　　使含有机化合物的物流流过加热的床层，导致有机化合物吸附和氧化，并从床层流出有机化合物的氧化产品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：休S麦克劳克林，
申请(专利权)人：休S麦克劳克林，
类型：发明
国别省市：US[美国]