专利名称：耐自燃性热活化的碳的制作方法
技术领域：
本发明涉及耐自燃性热活化的纤维素-基碳及其制备方法。此外，本发明涉及使用这种耐自燃性碳从烟道气中除去危险物质。
背景技术：
期望和必须的是减少工业烟道气的危险物质含量。危险物质可对于公众健康和环境造成有害的影响。工业界和政府已经努力使用发展的良好的方法来减少这些物质的排放。特别关注于燃煤炉的烟道气，例如发电厂中发现的那些。但是有更多事情要来处理。危险物质包括颗粒，例如飞灰、酸性气体如Sox、NOx、二恶英、呋喃、重金属等。用于减轻危险物质的排放的方法取决于危险物质的性质、寻求的最小排放水平、 每单位时间待处理的排放气体的体积、以及降低方法的成本。一些危险物质通过机械方式使它们从气态流出物中除去，例如使用静电除尘器(ESP)、织物过滤器(FF)或湿式除尘器来捕获和除去。其他物质不使它们直接机械除去。考虑到从气流中直接机械除去任何特定气态组分是有困难的，气态流出物中存在的危险气态物质展现出吸引人的挑战。然而，已知工业实践通过下列方式从气态流出物中除去危险气态组分使微细颗粒吸附物均勻地分散在流出物中，以在飞行中接触和捕获靶气态组分。这在下列步骤之后通过ESP、FF或湿式除尘器来从流出物蒸汽中使吸附剂和其被吸附物机械除去。高效吸附剂是碳，例如纤维素-基碳、粉末活性炭(PAC)等。PAC例如可在使用或不使用改性的条件下来使用。改性的PAC可通过增强吸附效果来增强靶危险物质的捕获。PAC 改性示例于 US 4, 427, 630 ；US 5, 179, 058 ；US 6, 514, 907 ；US 6, 953, 494 ； US 2001/0002387 ；US 2006/0051270 和 US2007/02;34902。纤维素-基碳包括但不限于衍生自木材材料、椰子壳材料或其他蔬菜材料的碳。在工业应用中使用纤维素-基碳的问题在于它们不可靠的热稳定性，即缺乏保证它们是耐自燃的。当纤维素-基碳用于处理暖或热的气态流出物时或当包装或收集为大量时，自燃是特别成问题的。例如，当下列情况时遇到大批PAC :(i)PAC被包装时，例如在超级麻袋中；或(ii)当在FF单元中形成为过滤器滤饼时或在和ESP、T0XEC0N单元与集尘室有关的料槽或贮煤槽中收集时。自燃源自碳的未减轻的氧化，并且可导致其阴燃或燃烧。自燃通过温暖或加热碳而加剧，当用于处理燃煤炉流出物时可能是这样的情况。如果氧气(空气)不否认是氧化位点或如果该位点未被冷却，来自初始氧化的热量将传播直到碳阴燃或点燃。这种点燃可以是灾难性的。公用厂关于自燃特别敏感，因为流出物线内的阴燃或燃烧可引起工厂关闭，并且对服务的客户造成普遍的后果。对于PAC热稳定性的另外的信息可发现于US 6, 843, 831, "Process for the Purification of Flue Gas”。一些碳比其他碳更加耐自燃。在US，煤-衍生的PAC的使用是实用烟道气处理的工业标准，部分是由于煤-衍生的PAC的良好的热稳定性。如果纤维素-基碳(包括纤维素-基PAC)可以被改性以更加热稳定，使得从业者可以享受到纤维素-基碳的优异的吸附质量的益处，这将是有利的。
发明概述本发明涉及一种热活化的纤维素-基碳，其已经暴露于卤素和/或含卤素的化合物并且具有下列中的至少一种(i)初始能量释放的温度大于未暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳的初始能量释放的温度；(ii)自维持点火温度大于未暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳的自维持点火温度；以及(iii)早期阶段的能量释放值小于未暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳的早期阶段的能量释放值。据信(i)，( )和(iii)中引用的任何一种或多种质量都指示和未暴露于卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳相比，卤素和/或含卤素的化合物暴露处理的热活化的纤维素-基碳的热稳定性增强。从商业观点考虑，对于煤衍生的碳/PAC获得相等或者近似相等的能量释放的数值， 这高度预测了良好的、可接受的热稳定性。参照下文的表(I)，示出本发明的卤素和/或含卤素的化合物处理的纤维素-基碳和报道的非纤维素衍生的碳/PAC相比是有利的。卤素例如可以是Br2。本发明还涉及一种提高热活化的纤维素-基碳的热稳定性的方法。该方法包括在一定温度下使所述热活化的纤维素-基碳暴露于卤素和/或含卤素的化合物足够的时间，使得所述暴露的热活化的纤维素-基碳具有下列中的至少一种(i)初始能量释放的温度大于未暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳的初始能量释放的温度；(ii)自维持点火温度大于未暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳的自维持点火温度；以及(iii)早期阶段的能量释放值小于未暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳的早期阶段的能量释放值。本发明还涉及一种暴露于卤素和/或含卤素的化合物的热活化的纤维素-基碳，其含有约2至约20重量％的卤素，并且具有下列中的至少一种(i)初始能量释放的温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的初始能量释放的温度；(ii)自维持点火温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的自维持点火温度；以及(iii)早期阶段的能量释放值小于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的早期阶段的能量释放值。本发明还涉及一种降低气态危险物质从含有这些物质的烟道气中大气释放的方法，该方法包括使所述烟道气接触热活化的纤维素-基碳，所述热活化的纤维素-基碳已经暴露于卤素和/或含卤素的化合物并且具有下列中的至少一种(i)初始能量释放的温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的初始能量释放的温度； (ii)自维持点火温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的自维持点火温度；以及(iii)早期阶段的能量释放值小于暴露于所述卤素和/ 或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的早期阶段的能量释放值。附图简述
图1是未处理的热活化的木材-基碳和溴蒸汽处理的热活化的木材-基碳的热流对温度的比较图。图2是未处理的热活化的椰子壳衍生的PAC和溴蒸汽处理的热活化的椰子衍生的 PAC的热流对温度的比较图。图3是未处理的热活化的烟煤衍生的PAC和溴蒸汽处理的热活化的烟煤衍生的 PAC的热流对温度的比较图。
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图4是未处理的热活化的无烟煤衍生的PAC和溴蒸汽处理的热活化的无烟煤衍生的PAC的热流对温度的比较图。图5是未处理的热活化的褐煤衍生的PAC和2. 5重量％ NaBr处理的热活化的褐煤衍生的PAC的热流对温度的比较图。发明详述如上所述，本发明的热活化的纤维素-基碳可衍生自纤维素材料。热活化的纤维素-基碳例如木材-基PAC的制备是熟知的，并且通常需要(i)纤维素材料的脱挥发或碳化以制备木炭；(ii)木炭的活化；以及(iii)活化的木炭的冷却/ 淬久。Kirk_0thmer Encyclopedia of Chemical Technology, 1st4, 页741-761 2001。热活化的木材-基碳可从任何木材源来制备，例如锯末、木材屑或其他颗粒状木材产品。热活化的纤维素-基碳是市售的。例如，热活化的木材-基碳可得自MeadWestvaco Corporation, Specialty Chemical Division。热活化的纤维素-基碳的特征可以为它们的粒径分布(D1(i、D5°和D9tl)；平均粒径；BET表面积；碘No.；总孔体积；孔体积分布(大/中和小孔)；元素分析；含水量；以及灰分规格和含量。特别有用的热活化的纤维素-基碳具有一种或多种下列特性
权利要求
1.一种热活化的纤维素-基碳，其已经暴露于卤素和/或含卤素的化合物并且具有下列中的至少一种(i)初始能量释放的温度大于未暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳的初始能量释放的温度；(ii)自维持点火温度大于未暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳的自维持点火温度；以及 (iii)早期阶段的能量释放值小于未暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物的相同热活化的纤维素-基碳的早期阶段的能量释放值。
2.权利要求1所述的热活化的纤维素-基碳，其中所述卤素和/或含卤素的化合物包括溴、氯、氟、碘、溴化铵、其他含氮卤素盐、或溴化钙。
3.权利要求1所述的热活化的纤维素-基碳，其中所述已经暴露于卤素和/或含卤素的化合物的热活化的纤维素-基碳含有约5至约20重量％的卤素，所述重量％基于所述已经暴露于卤素和/或含卤素的化合物的热活化的纤维素-基碳的总重量。
4.一种提高热活化的纤维素-基碳的热稳定性的方法，该方法包括在一定温度下使所述热活化的纤维素-基碳暴露于卤素和/或含卤素的化合物足够的时间，使得所述已经暴露于卤素和/或含卤素的化合物的热活化的纤维素-基碳具有下列中的至少一种(i) 初始能量释放的温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的初始能量释放的温度；(ii)自维持点火温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的自维持点火温度；以及(iii)早期阶段的能量释放值小于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的早期阶段的能量释放值。
5.权利要求4所述的方法，其中所述卤素和/或含卤素的化合物包括溴、氯、氟、碘、溴化铵、其他含氮商素盐、或溴化钙。
6.权利要求4所述的方法，其中所述热活化的纤维素-基碳在约82至约105°C的温度下暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物约0. 1至约3秒内的时间。
7.一种暴露于卤素和/或含卤素的化合物的热活化的纤维素-基碳，其含有约2至约 20重量％的卤素，并且具有下列中的至少一种(i)初始能量释放的温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的初始能量释放的温度；(ii) 自维持点火温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的自维持点火温度；以及(iii)早期阶段的能量释放值小于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的早期阶段的能量释放值。
8.权利要求7所述的热活化的纤维素-基碳，其中所述卤素和/或含卤素的化合物包括溴、氯、氟、碘、溴化铵、其他含氮卤素盐、或溴化钙。
9.一种降低气态危险物质从含有这些物质的烟道气中大气释放的方法，该方法包括 使所述烟道气接触热活化的纤维素-基碳，所述热活化的纤维素-基碳已经暴露于卤素和/ 或含卤素的化合物并且具有下列中的至少一种(i)初始能量释放的温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的初始能量释放的温度；(ii) 自维持点火温度大于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的自维持点火温度；以及(iii)早期阶段的能量释放值小于暴露于所述卤素和/或含卤素的化合物之前相同热活化的纤维素-基碳的早期阶段的能量释放值。
10.权利要求9所述的方法，其中所述烟道气的温度在约100°C至约420°C的范围内。
全文摘要
通过暴露于卤素和/或含卤素的化合物，热活化的纤维素-基碳被赋予更具热稳定性。这样处理的纤维素-基碳适用于降低烟道气、特别是温度在约100℃至约420℃的范围内的烟道气中危险物质的含量。
文档编号B01D53/81GK102365233SQ201080014288
公开日2012年2月29日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者C·J·奈尔帕, G·H·兰贝思, J·P·奥德维尔, Q·周, Y·张 申请人:阿尔比马尔公司