Próby wytwarzania granulowanych adsorbentów na bazie karbonizatów ze zużytych opon samochodowych

Transkrypt

1 Archives of Wste Mngement nd Environmentl Protection Archiwum Gospodrki Odpdmi ISSN , Vol. 4 (2006), p Próby wytwrzni grnulownych dsorbentów n bzie krboniztów ze zużytych opon smochodowych Stelmch S., Wsielewski R., Fig J. Instytut Chemicznej Przeróbki Węgl, ul. Zmkow 1, Zbrze Streszczenie Przedstwiono wyniki bdń procesu wytwrzni grnulownego (formownego) węgl ktywnego z pylistego krboniztu uzysknego w procesie termolizy zużytych opon smochodowych. Wykonno testy wytłczni miesznek krboniztów z wytypownymi lepiszczmi. Skłd ms do formowni optymlizowno pod kątem uzyskni mksymlnej wytrzymłości mechnicznej produktu. Nstępnie produkt ten poddno ponownej krbonizcji orz ktywcji prą wodną. Uzyskno dsorbent chrkteryzujący się słbymi włściwościmi dsorpcyjnymi i niską wytrzymłością mechniczną. Spośród wytypownych do bdń lepiszcz njlepszym do glomercji pylistego krboniztu z opon okzł się mels cukrow. Słow kluczowe: dsorbenty węglowe, krbonizty z opon smochodowych, grnulcj, ktywcj prą wodną Abstrct Tests of grnulted dsorbents production on the bsis of chrs from used cr tyres The results of investigtions of grnulted (extruded) ctive crbon production from fluffy chr obtined from the thermolysis of used cr tyres s feedstock were presented. The forming tests of the chr mixtures with chosen binders were crried out. The composition of forming mixture ws optimized in order to obtin mximum mechnicl strength of the product. Next, the recrboniztion s well s stem ctivtion of the product were crried out. The obtined dsorbent hd wek dsorptionl properties nd low mechnicl strenghth. From binders chosen to investigtions the best binder for dusty chr gglomertion ws molsses. Key words: crbonceous dsorbents, chrs from wste tyres, grnultion, stem ctivtion 1.Wstęp Njczęściej stosownymi dsorbentmi węglowymi w prktyce przemysłowej są węgle i koksy ktywne. Są one wytwrzne przede wszystkim z drewn, torfu, węgl kmiennego orz łupin orzechów kokosowych. Adsorbenty te produkuje się w formie pyłowej orz zirnowej łmnej lub grnulownej (formownej) z pyłu surowc węglonośnego z

2 Archiwum Gospodrki Odpdmi i Ochrony Środowisk, vol. 4(2006) 108 lepiszczem. Do njbrdziej rozpowszechnionych sposobów otrzymywni formownych węgli ktywnych nleży wytłcznie msy węglowej zmiesznej z lepiszczem przez filiery, w wyniku czego otrzymuje się grnule o ksztłcie cylindrycznym. Lepiszcze stosowne do wytwrzni formownych dsorbentów węglowych powinno: spjć pojedyncze cząstki mteriłu i ndwć uformownemu glomertowi odpowiednią wytrzymłość mechniczną, pozwljącą n jego dlszy przerób, ndwć grnulom, po ich krbonizcji, odporność mechniczną n rozkrusznie i ściernie orz podwyższć ich rektywność wobec czynnik ktywującego, wytwrzć podczs ktywcji fizykochemicznej wolne przestrzenie międzyzirnowe, ułtwijące powstwnie ukłdu kpilr o określonych ksztłtch i wymirch. Jko lepiszcz stosuje się, między innymi, produkty termochemicznej przeróbki węgl kmiennego, bruntnego orz ropy nftowej w postci smół i pków, czy sfltów [1]. Znczącą rolę w tym zkresie odgrywją tkże produkty uboczne przemysłu drzewnego i spożywczego, tkie jk preprowne smoły z drzew liścistych, ługi posulfitowe, mels cukrow, syrop kukurydziny czy skrobi [2]. Podstwowymi procesmi w produkcji formownych dsorbentów węglowych jest krbonizcj uformownego surowc węglowego orz ktywcj otrzymnego krboniztu. Aktywcj krboniztu może być zrelizown zrówno chemicznie, jk i fizycznie w tym przypdku poprzez częściowe zgzownie węglowej struktury krboniztu. Procesy krbonizcji i ktywcji relizowne są njczęściej w piecch obrotowych. Tempertur procesu krbonizcji w zleżności od rodzju surowc użytego do produkcji może whć się w przedzile o C, ntomist tempertur ktywcji wytworzonych krboniztów mieści się zwykle w przedzile o C ze względu n kinetykę rekcji pry wodnej lub CO 2 (njczęściej stosownych czynników zgzowywujących) z węglem [3]. W literturze pojwiją się też doniesieni n temt możliwości wytwrzni dsorbentów węglowych z surowców odpdowych [4-5]. W tym kontekście, wśród wielu grup odpdów, przedmiotem zinteresowni są również zużyte opony smochodowe [5-8]. Wytwrznie dsorbentów jest jedną z dróg zgospodrowni krboniztów, które powstją w szeregu rozwijnych, termicznych metod przerobu tych odpdów. Mteriły te cechują się podtnością n ktywcję, są jednk mechnicznie mło wytrzymłe. Poniżej przedstwiono wyniki bdń nd możliwością otrzymywni formownego węgl ktywnego z krboniztu uzysknego w procesie termolizy zużytych opon smochodowych. 2. Chrkterystyk krboniztu z opon smochodowych Krbonizt, stnowiący surowiec do bdń, pochodził z instlcji doświdczlnej, w której prowdzony jest proces termolizy zużytych opon smochodowych w środowisku rozpuszczlników orgnicznych. W trkcie tego procesu, prowdzonego pod ciśnieniem 0,1-0,4 MP, podczs podgrzewni do 320 o C, zchodzi termiczny rozkłd odpdów. Krbonizt stnowi pozostłość po wyprowdzeniu z rektor produktów gzowych i ciekłych powstjących w trkcie procesu. Chrkterystykę włściwości fizykochemicznych krboniztu z opon przedstwiono w tbeli 1.

3 Archiwum Gospodrki Odpdmi i Ochrony Środowisk, vol. 4(2006) 109 Tbel 1. Włściwości fizykochemiczne krboniztu z termolizy opon smochodowych. Prmetr r zwrtość wilgoci W t zwrtość popiołu A zwrtość części lotnych V zwrtość części lotnych V df C t H t N Cl S t S A S c Wrtość 1,1 10,5 3,2 3,64 86,4 0,23 0,24 0,129 2,04 0,19 1,85 Krbonizt, wykorzystny w bdnich, zmielono i przesino n sicie o wielkości oczk 0,1mm. Uzyskne podzirno wykorzystno jko surowiec dl wytwrzni grnulownych węgli ktywnych z opon smochodowych. 3. Testy formowni Do testów formowni suchych grnul wykorzystno ekstruder ręczny, do którego podwno miesznkę krboniztu (o uzirnieniu poniżej 0,1mm) z lepiszczem. Do bdń wytypowno sześć lepiszcz: surową smołę węglową, skrobię (10% roztwór wodny), lteks (50% roztwór wodny), melsę, LEPAK i TERPAK (komercyjne produkty uzyskiwne z destylcji ropy nftowej). Skłd miesznki dobierno w tki sposób, by uzyskć konsystencję umożliwijącą płynne wytłcznie cylindrycznych grnul o średnicy 4mm i długości 8 12mm. Wytworzone grnule suszono w temperturze 105 o C przez okres 24 godzin, nstępnie ocenino pod kątem uzysknej wytrzymłości mechnicznej. Stwierdzono, że dl uzyskni włściwych prmetrów reologicznych miesznki kierownej do formowni, koniecznym jest dodnie do krboniztu nstępujących ilości lepiszcz: surow smoł węglow - ~56% wg. skrobi (10% wodny roztwór) - ~48% wg. lteks (50% wodny roztwór) - ~69% wg. mels - ~42% wg.

4 Archiwum Gospodrki Odpdmi i Ochrony Środowisk, vol. 4(2006) 110 LEPAK - ~43% wg. TERPAK - ~50% wg. Po wysuszeniu okzło się, że grnule wytworzone z wykorzystniem skrobi, lteksu, LEPAK u i TERPAK u, nie ndją się dl dlszego przetwrzni. Grnule wytworzone z wykorzystniem surowej smoły węglowej orz melsy chrkteryzowły się podobną, dobrą wytrzymłością mechniczną. Biorąc jednk pod uwgę brdzo duży udził smoły węglowej w wytworzonej miesznce, postnowiono do dlszych bdń wykorzystć grnule wytworzone z użyciem melsy. 4. Testy krbonizcji i ktywcji prą wodną Bdni krbonizcji i ktywcji formownego krboniztu z opon smochodowych przeprowdzono n stnowisku bdwczym zprezentownym n rysunku 1. S tem genertor retort with ctivted smple Nitrogen therm ocouples Control system electric furnce Rysunek 1. Widok i schemt stnowisk bdwczego wykorzystnego dl krbonizcji i ktywcji grnulownego krboniztu z opon smochodowych. Tbel 2. Chrkterystyk prmetrów technologicznych podczs testów krbonizcji i ktywcji grnulownego krboniztu z opon smochodowych. Prmetr Ms próbki [g] 300 Wrtość Końcow tempertur krbonizcji [ o C] Szybkość ngrzewni próbki [ o C/min] Czs krbonizcji [min] Ntężenie przepływu zotu [dm 3 /h] Tempertur ktywcji [ o C] Czs ktywcji [min] Ntężenie przepływu pry [kg/h] Ntężenie przepływu zotu [dm 3 /h] ; 35; 50; 65; 80 0,5 100

5 Archiwum Gospodrki Odpdmi i Ochrony Środowisk, vol. 4(2006) 111 Krbonizcj surowych grnul prowdzon był w obecności zotu (stły przepływ ok. 100dm 3 /h) ntomist ktywcj prowdzon był z pomocą pry wodnej. Chrkterystykę prmetrów technologicznych zstosownych podczs testów przedstwiono w tbeli 2. Prmetry procesowe dl wszystkich bdnych próbek były jednkowe, zmienino tylko czs ktywcji. Produkty ktywcji poddno nlizom podstwowych włsności dsorpcyjnych. Oznczeni wykonno zgodnie z wytycznymi zwrtymi w Polskich Normch, ich wyniki przedstwiono w tbeli 3. Tbel 3. Wyniki testów ktywcji. Prmetr TAC-20 TAC-35 TAC-50 TAC-65 TAC-80 Tempertur [ o C] Czs ktywcji [min] Zwrtość popiołu Gęstość nsypow [g/dm 3 ] Liczb jodow [mg/g] Liczb metylenow [cm 3 /g] Wytrzymłość mechniczn 20 28,0 352, ,5 350, ,3 342, ,2 339, ,0 328,4 Uzysk* 35,6 34,1 31,6 19,7 16,7 TAC-XX węgiel ktywny z opon smochodowych-czs ktywcji *) uzysk w stosunku do suchej msy wsdu do wytłczni LJ, [mg/g] czs ktywcj t, [min] LM, [cm 3 /g] czs ktywcji t, [min] Rysunek 2 Korelcje liczby jodowej orz liczby metylenowej z czsem ktywcji, dl grnulownych krboniztów z opon smochodowych poddnych ktywcji prą wodną

6 Archiwum Gospodrki Odpdmi i Ochrony Środowisk, vol. 4(2006) 112 Podstwowe korelcje uzyskne w wyniku testów krbonizcji i ktywcji formownych krboniztów z opon smochodowych prezentują wykresy przedstwione n rysunku 2. Wrz z wydłużeniem czsu ktywcji mleje uzysk produktu orz rośnie w nim zwrtość popiołu ze względu n zchodzące rekcje zgzowni. Ntomist włściwości dsorpcyjne produktu wyrżone w postci liczby dsorpcji jodu LJ orz liczby metylenowej włściwej LM wykzują mksimum przy około 50 minutch trwni procesu ktywcji. Anlizując dne przedstwione w tbeli 3 trzeb stwierdzić, że formowne węgle ktywne z opon smochodowych wytworzone podczs testów w IChPW posidją słbe włściwości dsorpcyjne orz chrkteryzują się niską wytrzymłością mechniczną. 5. Porównnie z wybrnymi komercyjnymi węglmi ktywnymi W tbeli 4 porównno włściwości fizykochemiczne uzysknego formownego węgl ktywnego z opon smochodowych TAC-50 z wybrnymi komercyjnymi grnulownymi węglmi ktywnymi. Z przedstwionych dnych wynik, że węgiel TAC-50 posid zncznie wyższą zwrtość popiołu w porównniu do pozostłych komercyjnych produktów i gorsze włściwości dsorpcyjne. Tbel 4. Porównnie wybrnych komercyjnych grnulownych węgli ktywnych z grnulownym węglem ktywnym wytworzonym z opon smochodowych. Prmetr WG 12 (GRYFSKAND - Polsk) WF-Pellets (Winfield Industries, Inc.) NORIT ROW 0.8 SUPRA surowiec węgiel węgiel węgiel TAC-50 zużyte opony form grnule grnule grnule grnule zwrtość popiołu ,3 liczb jodow [mg/g] > > liczb metylenow [cm3/g] > wytrzymłość mechniczn gęstość nsypow [g/dm3] ,4 SBET [m2/g] > Podsumownie Wstępne próby wytwrzni grnulownych węgli ktywnych z krboniztu ze zużytych opon smochodowych wskzują, że możliwe jest uzysknie produktu o słbych

7 Archiwum Gospodrki Odpdmi i Ochrony Środowisk, vol. 4(2006) 113 włściwościch dsorpcyjnych i niskiej wytrzymłości mechnicznej. Njlepszym lepiszczem dl formowni krboniztu z opon smochodowych, spośród lepiszcz wytypownych do bdń, okzł się mels cukrow. Trzeb stwierdzić, że wytwrznie grnulownych węgli ktywnych n bzie krboniztów ze zużytych opon smochodowych w świetle uzysknych wyników stoi pod dużym znkiem zpytni. Wydje się również, że proces tki byłby nieopłclny przy niskim poziomie dopłt z utylizcję zużytych opon. Litertur: [1] Kienle von H., Bäder E.: Aktivkohle und ihre industrielle nwedung, FEV Stuttgrt, 1980 [2] Pendyl, B., Johns M.M., Mrshll W.E., Ahmedn M., Ro R.M.: The effect of binders nd griculturl by-products on physicl nd chemicl properties of grnulr ctivted crbons, Biores. Technol., 68, 1999, s [3] Jnkowsk H. Świątkowski A., Chom J.: Węgiel ktywny, WNT Wrszw, 1985 [4] László K., Bót A., Ngy L.G.: Chrcteriztion of ctivted crbons from wste mterils by dsorption from queous solutions. Crbon, 35 (1997) [5] Sinz-Diz C.I., Griffiths A.J.: Activted crbon from solid wstes using pilot-scle btch flming pyrolyser. Fuel, 79 (2000) [6] Bill Butt S., Innyt M., Riz M., Mhmood A.: Activted cbon from scrp tires for wter purifiction. 24th WEDC Conference SANITATION AND WATER FOR ALL, Islmbd, Pkistn, [7] Stret M., Ptric J.W., Cmporro Perez M.J.: Sorption of phenol nd pr-chlorophenol from wter using conventionl nd novel ctivted crbons. Wter Reserch, 29 (1995) [8] Wsielewski R., Stelmch S., Sobolewski A., Fig J.: Bdni ktywcji prą wodną krboniztów ze zużytych opon smochodowych, Inżynieri i Ochron Środowisk, 2004, 2, s

8 Archiwum Gospodrki Odpdmi i Ochrony Środowisk, vol. 4(2006) 114