專利名稱：利用活性炭共氧化分解有機(jī)化合物的方法
背景技術(shù)：
活性炭是一種多用途且便宜的吸附劑，其由多種豐富的含碳原料如煤、木材和椰殼等生產(chǎn)。活性炭的獨(dú)特特性與其碳基骨架有關(guān)，其是一種高度多孔的，其孔徑可以在很寬的范圍內(nèi)變化，從可視的裂紋和裂縫到分子級的裂紋和裂縫。在這些最小的孔之間的分子間引力產(chǎn)生吸附力，這會使被吸附氣體冷凝入這些分子級的孔中或者使被吸附液體從溶液中沉積入這些分子級的孔中。
被生產(chǎn)后，活性炭通常用于從液體和蒸氣物流中吸附有機(jī)化合物。在小得多的范圍內(nèi)，活性炭也還被用作催化劑載體，從而活性炭骨架用來穩(wěn)定且固定催化材料。所述催化材料通常是金屬化合物，而后來的“催化劑”通常在沒有大量分子氧的還原條件下用于催化有機(jī)化合物加氫。考慮到碳骨架會發(fā)生燃燒反應(yīng)并且破壞催化劑和相關(guān)的設(shè)備，在包含氧或分子氧源如空氣的反應(yīng)中，工業(yè)實(shí)踐中通常不用活性炭作為催化劑載體。在文獻(xiàn)中有這樣一種工藝，其中烴在環(huán)境溫度下被吸附在“催化劑-浸漬的活性炭上，然后升高溫度至足夠高以氧化被吸附物但不氧化碳。這一機(jī)理需要一種催化劑-基質(zhì)系統(tǒng)，其中被吸附物的氧化和碳的氧化發(fā)生在明顯不同的溫度下”(“Catalytic Oxidation of AdsorbedHydrocarbons”J.Nwankwo和A.Turk，Annals NY Acad.Sci.Vol.2 37，pp 397-408(1974))。
活性炭也可用作與氣相污染物化學(xué)反應(yīng)的多種浸漬劑的載體。最常見的例子是用堿性物質(zhì)如氫氧化鈉或氫氧化鉀浸漬，以提高對鹽酸和硫酸蒸氣的處理能力。以這種方式，相對單獨(dú)未改性的活性炭可以明顯提高中和酸性氣體的能力，而未改性的活性炭具有相對較小的天然緩沖能力。其它浸漬劑為引入防毒面具碳中的具體催化劑，其催化特定化學(xué)試劑如光氣的分解。
未改性的活性炭對分子氧無反應(yīng)性，包括在環(huán)境溫度下在濕碳中的反應(yīng)。據(jù)描述這種濕碳在水處理應(yīng)用中用于pH控制(US 5368739)。在水處理應(yīng)用中用于pH控制的另一種氧化活性炭的方法包括在溫度為300℃至700℃下在空氣中調(diào)節(jié)初始活性炭5分鐘至3小時(US5368738)。還已知活性炭在環(huán)境條件下能促進(jìn)幾種氧化反應(yīng)，如吸附硫化氫，然后在水蒸汽存在下氧化為硫酸。還有一些可商購的活性炭，這些活性炭是特定生產(chǎn)而具有固有的催化特性，能催化自由基反應(yīng)如分解過氧化氫。
雖然活性炭具有各種不同的用途，但其主要用途還是吸附，用來從水和廢水中脫除化學(xué)物質(zhì)，以及從氣相物流中脫除化學(xué)物質(zhì)，所述氣相物流最常見為空氣。在這些應(yīng)用中，活性炭在碳原材料活化后不作任何改性即被應(yīng)用，這也是本發(fā)明新穎性所在。具體地說，本發(fā)明提供一種從活性炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)中脫除吸附的可氧化有機(jī)化合物的新方法。這種方法可以在活性炭繼續(xù)吸附其它化合物時實(shí)施，從而極大地提高活性炭的吸附能力，也可以在吸附過程之后應(yīng)用，從而可以使活性炭再生并返回到其它吸附應(yīng)用中。
在正常的吸附應(yīng)用中，活性炭逐漸積累從待純化的液體或蒸氣物流中脫除的化學(xué)物質(zhì)，使得所述碳從待處理的物流中脫除更多化學(xué)物質(zhì)的能力逐漸降低。在某些時段，當(dāng)活性炭變?yōu)椤皬U活性炭”時，必須進(jìn)行更換或使之再生以恢復(fù)吸附能力。根據(jù)再生過程對活性炭特性的影響，對同一活性炭來說可以進(jìn)行重復(fù)再生，從而極大地延長了活性炭在吸附應(yīng)用中的使用壽命。
在工業(yè)上廣泛應(yīng)用兩種廢活性炭的再生方法蒸汽再生和熱再生。另外，還有幾種專門技術(shù)偶爾應(yīng)用，如溶劑再生、化學(xué)再生和超臨界流體萃取，但比兩種主流再生方法的應(yīng)用范圍要小得多。
蒸汽再生通過直接接觸蒸汽而從碳表面氣提吸附的有機(jī)物，其通常用于蒸氣相碳。這種技術(shù)利用吸附化合物的揮發(fā)性隨溫度升高這一現(xiàn)象。因此，通過提高碳的溫度，所吸附的化學(xué)物質(zhì)的平衡可能會從碳內(nèi)孔中的冷凝液向蒸氣相轉(zhuǎn)移，從而使某些吸附物從碳中脫附。這就導(dǎo)致碳能力的部分再生，可用于隨后的吸附。
蒸汽再生可成功地應(yīng)用于常壓沸點(diǎn)高達(dá)約120攝氏度(120℃)的揮發(fā)性有機(jī)被吸附物。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于其再生條件溫和，碳的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)不受再生條件影響。但遺憾的是，只有一部分吸附孔可以被蒸汽再生，而且如果存在難揮發(fā)的化合物，則不能將其有效脫除，從而降低了碳吸附能力的恢復(fù)。
有時，熱的惰性氣體如氮?dú)饪捎脕硖娲羝?。蒸汽和熱惰性氣體以相同的方式使碳再生，都是通過加熱碳而使被吸附物直接從碳的內(nèi)孔表面揮發(fā)。在其它一些情況中，在貧氧條件下，通常應(yīng)用循環(huán)的煙道氣，將活性炭加熱至500℃的高溫。在這些條件下，被吸附物分解為氣相餾分(如揮發(fā)性烴、水蒸汽和碳和氮的氧化物)和碳質(zhì)殘余物或木炭，后者在活性炭的孔內(nèi)形成。即使在這樣的高溫條件下，在沒有相當(dāng)多的分子氧存在時，也不能明顯破壞活性炭的原始骨架。但碳孔中沉積的木炭的相對餾分將隨被吸附物而變化。殘存的木炭也消耗恢復(fù)的吸附能力，并且總的來說在重復(fù)再生過程中可以觀察到碳的慢性中毒。
熱再生包括加熱活性炭至溫度超過800攝氏度，限制分子氧源并引入蒸汽或二氧化碳作為氧化氣體。在這些條件下，會發(fā)生被稱為“水氣變換反應(yīng)”的現(xiàn)象，其使沉積的木炭和活性碳的石墨骨架都轉(zhuǎn)化為一氧化碳(在蒸汽再生時同時產(chǎn)生氫氣)。熱再生的劇烈條件有效脫除了沉積木炭。但遺憾的是，在熱再活化的過程中某些碳的石墨骨架也被脫除，從而導(dǎo)致活性炭內(nèi)孔逐漸分解，最終失去吸附能力和機(jī)械強(qiáng)度。另外，水氣變換反應(yīng)的產(chǎn)品一氧化碳和氫氣在釋放到大氣中之前，通常需要進(jìn)一步氧化以形成二氧化碳和水蒸汽。
現(xiàn)有技術(shù)中存在一種最終再生方法，其包括廢活性炭的“濕空氣氧化”，其中通過使含吸附可燃物的“碳質(zhì)表面吸附劑”的分散物的水溶液氧化而使廢活性炭再生(US 3,442,798)。在現(xiàn)有技術(shù)中該技術(shù)是一個例子，其中單獨(dú)應(yīng)用分子氧來促進(jìn)廢活性炭孔內(nèi)所含的吸附有機(jī)物的氧化，從而使活性炭再生以再利用。很明顯，濕空氣氧化的條件應(yīng)使可燃物也與在水溶液中存在的分子氧直接反應(yīng)。由該專利第3欄第13-22行可知“本發(fā)明的一個相關(guān)方面是應(yīng)用所述方法在濕空氣氧化可燃物時獲得更高的效率，并且如果所氧化的可燃物未被任何表面延展劑濃縮及吸附時，可以在比所能應(yīng)用的溫度更低的溫度下濕空氣氧化可燃物。換句話說，應(yīng)用本身不能被氧化的表面活性吸附劑，可以在更低的溫度條件或改進(jìn)的氧化效率下使在其上濃縮的可燃物濕空氣氧化?！币虼耍砻婊钚晕絼┑呢暙I(xiàn)局限于通過提供局部提高的可燃物濃度而濃縮可氧化化合物及提高反應(yīng)速率，而在沒有表面活性吸附劑存在時，相同的反應(yīng)在溶液中也可以發(fā)生，雖然會更慢一些。
不管具體的再生方法如何，可以按如下方面評價所有廢活性炭再生技術(shù)所需的能量來源和量、吸附化合物的脫除程度、脫附化合物的去向、以及再生條件對初始活性炭內(nèi)孔結(jié)構(gòu)、吸附能力和機(jī)械整體性的影響。
在各種再生方法中蒸汽再生應(yīng)用最少的能量，并且該能量作為低壓蒸汽而提供。但遺憾的是，蒸汽再生只對低沸點(diǎn)材料有效并且只能再生能量較低的吸附孔，只能恢復(fù)20-50％的初始活性炭吸附能力。脫附的物質(zhì)通常在化學(xué)上不發(fā)生變化，但其與水蒸汽混合，因此必須被回收或處理。其主要限制是蒸汽再生對不易揮發(fā)的氣相化合物不能有效地實(shí)施，并且對來自液體吸附應(yīng)用的廢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劑回收應(yīng)用，其中溶劑可以被回收、純化和再利用，或者隨后被焚燒。
熱惰性氣體方法和更高溫度的廢氣技術(shù)具有一個共同的缺點(diǎn)，就是它們用氣相蒸汽來加熱廢活性炭，這需要大量加熱氣體來供給升高活性炭床層溫度所需要的能量。這一缺點(diǎn)與蒸汽再生形成鮮明對比，其中后者利用蒸汽的冷凝熱來提供升高活性炭床層溫度所需要的大部分能量。沒有冷凝會導(dǎo)致來自熱惰性氣體的大量尾氣以及無氧的更高溫度技術(shù)。因?yàn)槲矚庖呀?jīng)被脫附的化合物或以前吸附的化合物的分解產(chǎn)品所污染，因此整個尾氣物流需要進(jìn)一步處理，以防止不可接受的空氣排放。另外，根據(jù)所吸附的化合物的特性，更大量的低揮發(fā)性吸附化合物和/或木炭可能會在活性炭的孔結(jié)構(gòu)內(nèi)積累，從而導(dǎo)致可得到的吸附能力的逐漸損失。
熱再生是目前可獲得的唯一一種能有效解決在活性炭孔中積累未脫附化合物和木炭的累積問題的再生技術(shù)。但遺憾的是，水-氣變換反應(yīng)的條件太苛刻，以至于活性炭的孔結(jié)構(gòu)和石墨骨架隨所存在的木炭的脫除而受到攻擊。另外，極高的溫度使其成為所有再生方法中需要最多能量的方法。另外，水-氣變換反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，這意味著它們隨反應(yīng)進(jìn)行而吸收能量，而該能量在最高溫度下被消耗。
濕空氣氧化要求活性炭在足夠壓力下包含在含水懸浮液中，以保持其為液相，并且處于125℃至水的臨界溫度(374℃)的溫度范圍內(nèi)。遺憾的是，在該溫度范圍內(nèi)氧在水中的溶解度非常低，從而導(dǎo)致明顯的工程難題是使氧溶解于含水分散液中從而氧能擴(kuò)散入活性炭的內(nèi)孔中并氧化所吸附的有機(jī)物。組合高壓有利于溶解氧并保持液相溶液不揮發(fā)，但對濕空氣氧化來說會導(dǎo)致非常高的設(shè)備投資和操作費(fèi)用，從而使其不能成為一種成本有效的再生廢活性炭的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明有如下特點(diǎn)(a)利用氣相分子氧或氣態(tài)分子氧源如空氣作反應(yīng)物來氧化在活性炭的孔內(nèi)存在的吸附化合物；(b)能氧化且脫除不能被蒸汽再生或其它熱惰性氣體方法脫除的低揮發(fā)性化合物；(c)能脫除在吸附化合物的分解過程中可能在活性炭的內(nèi)孔內(nèi)形成的木炭；(d)應(yīng)用不如熱再生苛刻的反應(yīng)條件，從而減少活性碳內(nèi)孔以及機(jī)械強(qiáng)度的破壞；(e)能利用吸附化合物的燃燒熱作熱源來加熱活性炭物質(zhì)至最優(yōu)的操作溫度，從而降低整體的能量需求，并簡化相關(guān)設(shè)備；(f)能控制吸附化合物的脫除程度；(g)能通過加入液體水或水蒸汽源來影響反應(yīng)的局部速率；和(h)能使吸附化合物的碳和氫含量直接轉(zhuǎn)化為占主要部分的二氧化碳和水蒸汽，只有非常少的一氧化碳。
通過如下實(shí)施例、附圖和相關(guān)描述，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將會更明顯。
產(chǎn)生本發(fā)明的原因部分是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)在空氣存在下，在溫度范圍為150℃(302°F)至375℃(707°F)下活性炭會緩慢氧化。產(chǎn)生本發(fā)明的進(jìn)一步原因是發(fā)現(xiàn)保持在該溫度范圍內(nèi)并為其提供氣態(tài)氧源如空氣的活性炭可以被用于有用的目的，如可氧化有機(jī)物蒸氣的受控氧化、可氧化有機(jī)物液體的受控氧化、以及含吸附可氧化有機(jī)化合物的活性炭的再生。
本發(fā)明的創(chuàng)新在于應(yīng)用氣態(tài)分子氧源如空氣來選擇性地從活性炭內(nèi)孔內(nèi)氧化和脫除吸附的可氧化化合物。通過本方法，可以利用吸附化合物氧化的燃燒熱，從而減少再生方法的整體能量需求。另外，本再生方法可以應(yīng)用于任何可氧化吸附化合物，包括吸附化合物分解所產(chǎn)生的木炭，而不管所述化合物的揮發(fā)性如何。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)涉及比熱再生更低的操作溫度，這使其能應(yīng)用更便宜的構(gòu)造材料，如用鋼替代內(nèi)襯難熔物的設(shè)備。另外，比起熱再生條件來，所應(yīng)用的氧化條件不再苛刻，從而減少了活性炭的石墨骨架的破壞。另外，可以應(yīng)用液體水或水蒸汽源作為控制局部反應(yīng)速率的一種手段。
本發(fā)明的特征在于一種氧化可被活性炭吸附的有機(jī)化合物的方法，所述方法包括如下步驟提供活性炭床層；使含氧分子源的氣體流過床層；加熱床層至操作溫度范圍，從而使分子氧氧化活性炭，所述氧化的發(fā)生可由產(chǎn)生熱得到證實(shí)；控制床層溫度在該溫度范圍內(nèi)；使包含有機(jī)化合物的物流流過加熱的床層，從而導(dǎo)致有機(jī)化合物的吸附和氧化，和從床層排出有機(jī)化合物的氧化產(chǎn)品。
產(chǎn)生的熱會導(dǎo)致其局部溫度比沒有分子氧源存在時的局部溫度提高至少1攝氏度。在基本等同的操作條件下，不應(yīng)用蒸氣物流或者應(yīng)用基本等同速率的基本不含氧的蒸氣物流可以產(chǎn)生不含分子氧的情況。溫度范圍的上限優(yōu)選低于活性炭的點(diǎn)火溫度，后者按ASTM D 3466-76來測量，其為顆粒狀活性炭點(diǎn)火溫度的標(biāo)準(zhǔn)測試方法。本方法還可以包括向加熱的床層加入補(bǔ)充的液體水或水蒸汽源，來影響床層內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)。
流過床層的物流可以包含有機(jī)化合物的蒸氣。有機(jī)化合物的蒸氣可以顯示在活性炭上的平衡重量吸附，在基本相同的溫度下在基本相同的氣相濃度下其值至少與丙烷的平衡重量吸附一樣大。所述物流也可以包括含有有機(jī)化合物的液體。液體有機(jī)化合物在床層操作溫度范圍內(nèi)可以顯示至少與USP礦物油一樣大的平衡蒸氣壓。在床層操作溫度范圍內(nèi)液體有機(jī)化合物可以顯示不大于甲苯蒸氣壓的平衡蒸氣壓。
本發(fā)明的特征還在于其是一種氧化被活性炭吸附的有機(jī)化合物的方法，該方法包括提供含有吸附有機(jī)化合物的活性炭床層；使含有氧分子源的氣體流過床層；加熱床層至操作溫度范圍，從而使分子氧氧化活性炭，所述氧化的發(fā)生通過產(chǎn)生熱而被證實(shí)；和控制床層溫度在一定的溫度范圍，從而氧化有機(jī)化合物，和從床層排出有機(jī)化合物的氧化產(chǎn)品。
在前面討論的條件下，產(chǎn)生的熱可能會導(dǎo)致局部溫度升高至少1攝氏度，并且預(yù)期的溫度范圍的上限優(yōu)選低于活性炭的點(diǎn)火溫度。另外，向加熱的床層加入補(bǔ)充的液體水或水蒸汽源的影響與前面已經(jīng)提到過的相同。
在床層加熱前，可以向床層中混入含有有機(jī)化合物的液體。在床層操作溫度范圍內(nèi)，所述液體有機(jī)化合物可以顯示至少與USP礦物油一樣大的平衡蒸氣壓。另外，可以用廢活性炭來形成床層。所述廢活性炭可以來自工業(yè)空氣污染控制應(yīng)用。所述廢活性炭可以也來自糖的精制應(yīng)用。另一種可能是，所述廢活性炭可以來自玉米基甜味劑的生產(chǎn)應(yīng)用，還有一種可能，就是所述廢活性炭來自供水處理應(yīng)用。


圖1是用來進(jìn)行下面詳細(xì)描述的實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)室反應(yīng)器的示意圖。
圖2是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了在反應(yīng)器中利用惰性底物時的基線溫度圖線。
圖3是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了在反應(yīng)器中有空氣和無空氣時活性炭的溫度圖線。
圖4是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了在無空氣、有空氣和有空氣和丁烷時活性炭的溫度圖線。
圖5是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了有空氣和丁烷時不穩(wěn)定活性炭的溫度圖線。
圖6是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了利用丁烷及丙烷時活性炭的溫度圖線。
圖7是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了無空氣、有空氣以及有空氣和丁烷時利用第二活性炭時的活性炭溫度圖線。
圖8是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了在噴撒入反應(yīng)器的礦物油的分解過程中的活性炭溫度圖線。
圖9給出了在噴撒入反應(yīng)器的礦物油的分解過程中活性炭的吸附特性。
圖10是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了在噴撒入反應(yīng)器的甲苯和二甲苯的分解過程中活性炭的溫度圖線。
圖11是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了在預(yù)先與活性炭混合的礦物油的分解過程中活性炭的溫度圖線。
圖12是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了在250℃下，在預(yù)先與活性炭混合的礦物油分解結(jié)束時活性炭的溫度圖線。
圖13給出了在預(yù)先與活性炭混合的礦物油分解過程中活性炭的吸附特性。
圖14是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了在合成廢活性炭的再生過程中活性炭的溫度圖線。
圖15給出了在低溫再生過程中合成廢活性炭的吸附特性。
圖16是在圖1的反應(yīng)器中溫度對位置的圖線，給出了在商購廢活性炭的再生過程中活性炭的溫度圖線。
圖17給出了在低溫再生過程中商購廢活性炭的吸附特性。
圖18給出了在低溫再生前和后，作為初始活性炭的糖精制活性炭的吸附特性。
圖19給出了補(bǔ)充蒸汽對糖精制活性炭樣品低溫再生的影響。
圖20給出了在低溫再生前和后，作為初始活性炭的玉米甜味劑活性炭的吸附特性。
圖21給出了在低溫再生前和后，作為初始活性炭的供水處理活性炭的吸附特性具體實(shí)施方式
本發(fā)明源自如下發(fā)現(xiàn)活性炭和分子氧或分子氧源如空氣在公稱溫度150℃至375℃的溫度范圍內(nèi)會發(fā)生緩慢的氧化反應(yīng)。在該溫度范圍內(nèi)并在分子氧源存在下，已經(jīng)針對活性炭開發(fā)了多種新的且有用的用途，這些都包含在本申請中。這些用途包括向活性炭床層中引入的有機(jī)物蒸氣的氧化、向活性炭床層中引入的有機(jī)物液體的氧化、和在以前吸附應(yīng)用過程中在活性炭上積累的以前吸附的有機(jī)化合物的氧化。
石墨固體表面和分子氧間發(fā)生的反應(yīng)的識別和表征在文獻(xiàn)中已經(jīng)有報導(dǎo)，主要涉及基本的燃燒現(xiàn)象。但正如在活性炭中其自身所表現(xiàn)的那樣，低溫氧化的獨(dú)特特性和為了有用目的而應(yīng)用該現(xiàn)象代表了一種新的且有用的發(fā)明，正如本發(fā)明中所詳細(xì)描述的。
通過平衡熱產(chǎn)生的速率可以實(shí)現(xiàn)活性炭的溫度控制，由于在活性炭內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)，所以要控制熱的脫除速率。熱產(chǎn)生速率可以通過如下方式來控制調(diào)節(jié)影響各氧化反應(yīng)速率的整個床層溫度、或者調(diào)節(jié)供給反應(yīng)床層的氧氣源、或者調(diào)節(jié)供給反應(yīng)床層的可氧化有機(jī)物，后一種方式是針對以正在進(jìn)行的方式以蒸氣或液體向活性炭床層中引入可氧化有機(jī)物的應(yīng)用而言的。熱的脫除速率可以通過如下方式進(jìn)行控制對床層進(jìn)行外部換熱；或向活性炭床層內(nèi)部提供用于熱脫除的機(jī)構(gòu)，如存在可蒸發(fā)的液體(如水)；或提供一股較冷蒸汽，由于加熱這股蒸汽物流而脫除過量的熱。這些控制熱產(chǎn)生和熱脫除速率的方法是目前工業(yè)實(shí)踐中通用的技術(shù)，不再在下文的實(shí)施例中進(jìn)行描述。但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會認(rèn)識到所有這些技術(shù)都是有利于活性炭床層的操作在理想的溫度范圍內(nèi)，并且使活性炭能實(shí)施在實(shí)施例中驗(yàn)證的有用的氧化反應(yīng)。
活性炭操作溫度的經(jīng)驗(yàn)上限為活性炭在其所暴露的蒸氣物流中的點(diǎn)火溫度。該上限值可以通過ASTM D 3466-76準(zhǔn)確預(yù)測，其中ASTM D3466-76為顆粒狀活性炭的點(diǎn)火溫度的標(biāo)準(zhǔn)測試方法。ASTM D 3466-76用于在干燥大氣空氣中確定點(diǎn)火溫度；但該測試方法可以適用于任何蒸氣物流，從而確定非環(huán)境空氣水平的氧和濕度的影響，以及在活性炭中存在浸漬劑的影響和在蒸氣物流中存在氧化劑如氮的氧化物的影響。
下列實(shí)施例將驗(yàn)證本發(fā)明。這些特點(diǎn)在一個簡單的實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器中就可以得到驗(yàn)證，所述反應(yīng)器能提供必要的外部熱控制，并能計量進(jìn)入活性炭床層的氧源(在所有情況下均為空氣)以及在某些實(shí)施例中的可氧化有機(jī)物。實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器的具體特征對本發(fā)明的實(shí)施來說不是必須的；任何反應(yīng)器，不管是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模還是更大規(guī)模，只要能提供溫度控制和計量進(jìn)入活性炭中的反應(yīng)物流等類似能力，都能驗(yàn)證相同的現(xiàn)象并應(yīng)用這里所描述的本發(fā)明。
用于驗(yàn)證本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備圖1中的參考標(biāo)記30反應(yīng)器主體 32 反應(yīng)器端蓋34反應(yīng)器端蓋 36 燒結(jié)金屬板38NPT螺紋 40 NPT螺紋42蒸氣物流入口43 替代蒸氣入口44中心線熱電偶46 測量間隔471/8英寸的配件 48 全長加熱棒49反應(yīng)器床層的底部50 加熱棒的位置51反應(yīng)器床層的頂部52 加熱棒的位置54加熱棒的位置56 外部控制熱電偶58外蓋管道系統(tǒng)60 外蓋端蓋62外蓋端蓋圖1給出了在下述實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的以R-1表示的實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器的主要部件和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。反應(yīng)器主體30由公稱值為11英寸長3英寸直徑的NPTSchedule 40碳鋼管構(gòu)成，并在每端均帶有一個3英寸的NPT帽32，34。反應(yīng)器的底部36具有一個0.10英寸厚的不銹鋼燒結(jié)金屬板，并且所述燒結(jié)金屬板具有100微米的公稱孔徑，其用來支撐反應(yīng)器內(nèi)容物，并為流過反應(yīng)器橫截面的蒸氣物流提供更加均勻的分布。反應(yīng)器的端蓋帶有1/4英寸的NPT螺紋38，40，該NPT螺紋可配相應(yīng)尺寸的管子。第二反應(yīng)器R-2應(yīng)用公稱值為9英寸長1.25英寸直徑的NPT Schedule 40碳鋼管裝配，其用于研究由于應(yīng)用更小的反應(yīng)器直徑和更少量反應(yīng)活性炭而有利于改進(jìn)熱脫除和熱控制的好處。
蒸氣物流42由空氣或空氣與可氧化有機(jī)物蒸氣的混合物組成，其進(jìn)入反應(yīng)器的底部，軸向向上流過床層并從反應(yīng)器的頂部流出，如圖1所示?？商鎿Q地，蒸氣物流也可以從反應(yīng)器的頂部43引入并向下流過反應(yīng)器?？梢哉{(diào)整反應(yīng)器，通過向反應(yīng)器的頂部插入一根管子并向活性炭床層上方的加熱氣相空間噴撒已知量的加壓液體，從而允許在活性炭床層頂部加入液體。而在加入液體的過程中，一股氣相物流(空氣或氮?dú)?可以任選進(jìn)入碳床層的頂部，并軸向向下流過床層，從反應(yīng)器的底部流出。
反應(yīng)器的頂部有一個可調(diào)節(jié)的中心線熱電偶44。熱電偶可以垂直移動以測量反應(yīng)器床層的中心線溫度，所感興趣的主要區(qū)域在床層底部7.875英寸處。熱電偶長24英寸，并且熱電偶在反應(yīng)器內(nèi)的位置通過測量在反應(yīng)器上方在1/8英寸配件47上方暴露的熱電偶軸46的英寸長度而確定。當(dāng)熱電偶具有7.125英寸的暴露軸長度時，則溫度測量處的熱電偶的頂端位于反應(yīng)器床層的底部49。當(dāng)熱電偶提升時，將會有更長的熱電偶軸暴露出來，并且反應(yīng)器床層內(nèi)的溫度測量點(diǎn)升高。接近反應(yīng)器床層的頂部51處，熱電偶顯示約15英寸長的暴露軸。
反應(yīng)器床層溫度通過加熱反應(yīng)器周圍的空氣而控制，其加熱反應(yīng)器的器壁和通過傳導(dǎo)加熱反應(yīng)器床層。如圖1所示，在反應(yīng)器床層周圍垂直安裝了四個加熱棒48、50、52和54。在反應(yīng)器外壁上安裝的熱電偶56用來控制供給加熱棒的電能。溫度控制通過一個自動調(diào)整的PID控制器來實(shí)施，其通過控制熱電偶在控制溫度設(shè)定點(diǎn)的1攝氏度范圍內(nèi)來控制溫度。反應(yīng)器的外殼由公稱直徑為8英寸的鍍鋅鋼管58和端蓋60、62組成。
上面所描述的反應(yīng)器的構(gòu)造的目的是對反應(yīng)器的所有外表面均勻加熱。正如將會看到的，反應(yīng)器內(nèi)的溫度分布很窄并且均勻位于溫度控制設(shè)定點(diǎn)左右，并且在反應(yīng)器體積內(nèi)的變化是均勻且漸近的。因?yàn)榭刂萍訜岚綦娔艿臏囟仁窃诜磻?yīng)器的器壁上測量的，由于氧化反應(yīng)而在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的熱將會為控制熱電偶提供第二熱源，而通過加熱棒提供的熱量將會自動減少。
在操作中，設(shè)備用初始或廢活性炭填充、密封，并如在各研究中所指出的在有或沒有蒸氣物流流過反應(yīng)器床層時使其在給定的溫度設(shè)定點(diǎn)下平衡。應(yīng)用較大反應(yīng)器的大部分研究如果應(yīng)用空氣物流，則空氣流率約為250毫升每分鐘，并且反應(yīng)器床層約為1升，平均空床接觸時間的量級為四分鐘。應(yīng)用較小反應(yīng)器的研究應(yīng)用150至200毫升每分鐘的空氣流率，空床接觸時間約為一分鐘。
反應(yīng)器床層內(nèi)的溫度圖線通過使中心熱電偶移動適當(dāng)深度，并且使溫度讀數(shù)穩(wěn)定至接近0.2攝氏度而進(jìn)行測量。所有的溫度值用相同的K型熱電偶和熱電偶讀數(shù)設(shè)備Omega Model HH23數(shù)字溫度計來測量，所述設(shè)備能提供0.1攝氏度的溫度分辨率。
用惰性底物作反應(yīng)器床層建立基準(zhǔn)溫度圖線用惰性底物操作實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器R-1，以標(biāo)定反應(yīng)器內(nèi)的基準(zhǔn)溫度圖線，并且證實(shí)在沒有活性炭作反應(yīng)器床層內(nèi)容物時，不會發(fā)生意想不到的反應(yīng)。反應(yīng)器用1530克玻璃珠填充，玻璃珠的公稱直徑為0.55英寸，床層深度約8.6英寸。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的溫度圖線穩(wěn)定后，按圖1所示的從7.125至15英寸的暴露熱電偶深度范圍，記錄反應(yīng)器床層內(nèi)的溫度圖線。在200℃、250℃和300℃下，在沒有任何蒸氣物流(即沒有空氣)、空氣流率為250ml/min和空氣和丁烷(1-3ml/min)流過的床層條件下測量溫度圖線。結(jié)果在圖2中給出。
正如圖2中所示，對于給定溫度設(shè)定點(diǎn)來說，三種流動方案(沒有物流、僅有空氣物流、空氣和丁烷物流一起)的溫度圖線基本上相同。在反應(yīng)器床層的頂部和底部，整個溫度圖線表現(xiàn)出較低的溫度，而在反應(yīng)器床層的中部，溫度最大。沿整個反應(yīng)器床層，整個溫度范圍在10攝氏度之內(nèi)，并且形成光滑的梯度。這種情況證明，在沒有活性炭存在的情況下，在反應(yīng)器床層內(nèi)不會由于存在空氣或空氣和丁烷的混合物而發(fā)生明顯的放熱反應(yīng)。
另外用填充有干砂和碳黑混合物的反應(yīng)器進(jìn)行其它的研究，來考察固體石墨是否會在所考慮的溫度范圍內(nèi)氧化。沒有觀察到明顯的氧化信號，這些信號包括反應(yīng)器內(nèi)的放熱和流出反應(yīng)器的空氣內(nèi)氧的損耗。另一個研究包括在熱砂床層的頂部注入礦物油精和礦物油的混合物。對于該研究來說，揮發(fā)性組分蒸發(fā)并立即從反應(yīng)器的底部流出，而較重沸點(diǎn)的餾分在砂子上慢慢熱降解，最終分解產(chǎn)生流出反應(yīng)器的更易揮發(fā)的液體，并使砂子鑄成一整塊物體。雖然最后這一研究證實(shí)了在反應(yīng)器內(nèi)的許多化學(xué)轉(zhuǎn)化，但沒有一種效果類似如下實(shí)施例的特征即較慢的受控氧化。
實(shí)施例1有空氣和無空氣時活性炭的溫度圖線本發(fā)明的第一種現(xiàn)象如圖3所示。反應(yīng)器R-1用約1升的初始顆粒狀活性炭填充，所述活性炭顆粒公稱粒度為4×10目，比重約為0.50且由椰殼制備而得?；钚蕴康牧吭隗w積上類似于前面應(yīng)用的玻璃珠床層的體積。在大氣壓力下使床層暴露于緩慢的空氣物流中(空床接觸時間約為4分鐘)。當(dāng)空氣存在時，活性炭床層內(nèi)相同位置的溫度要比相同外部床層溫度設(shè)定點(diǎn)下沒有空氣物流時的溫度高。這些數(shù)據(jù)表明當(dāng)空氣慢慢流過活性炭床層時，在床層中發(fā)生了放熱反應(yīng)。隨外部溫度設(shè)定點(diǎn)的提高，活性炭床層內(nèi)所觀察到的放熱程度也隨著提高。圖3給出了一系列沒有空氣物流時活性炭的基準(zhǔn)溫度圖線，以及有空氣物流時相應(yīng)的平衡溫度圖線。這種現(xiàn)象在190℃時是很小的而在270℃的設(shè)定溫度時是很明顯的，其中歸因于空氣物流的最大放熱達(dá)到30攝氏度。
實(shí)施例2向活性炭床層中引入可氧化的有機(jī)蒸氣本發(fā)明的第二種現(xiàn)象如圖4所示。當(dāng)?shù)湫偷挠袡C(jī)蒸氣丁烷與空氣結(jié)合流過顆粒狀活性炭床層時，在如圖3所示的活性炭表現(xiàn)出受控放熱的條件下，相對于前面在活性炭床層中僅存在空氣時測量的放熱來說，測量到更大的放熱。這種放熱效果的提高是由于在蒸氣物流在流過反應(yīng)器床層時向空氣中加入了有機(jī)蒸氣丁烷。最初在反應(yīng)器床層入口開始放熱(參考230℃時的溫度圖線)，并在幾小時的過程中當(dāng)丁烷吸附和丁烷氧化的局部速率達(dá)到平衡時，放熱逐漸達(dá)到圖4所示的穩(wěn)態(tài)位置。
當(dāng)設(shè)定溫度比圖4所示的設(shè)定溫度更高時，在空氣存在下丁烷與活性炭的反應(yīng)將無法控制，在實(shí)驗(yàn)研究的這一段時間內(nèi)無法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。對于溫度設(shè)定點(diǎn)為250℃和270℃的情況，這些數(shù)據(jù)在圖5中給出。當(dāng)加入丁烷時，由于空氣而導(dǎo)致的初始放熱向反應(yīng)器床層的入口端極度傾斜，并且反應(yīng)器床層內(nèi)的局部溫度迅速提高。在所示時間點(diǎn)進(jìn)行溫度測量后，停止向反應(yīng)器床層提供空氣和丁烷物流以終止放熱。
應(yīng)該注意的是任何反應(yīng)器設(shè)計必須能脫除附加的生成熱，從而使反應(yīng)器達(dá)到穩(wěn)定的溫度圖線。因此結(jié)論是任何給定反應(yīng)器的實(shí)際最高工作溫度均由其控制反應(yīng)活性炭溫度的能力決定，并且該最高工作溫度并不表示在活性炭內(nèi)所發(fā)生的現(xiàn)象的最大高溫。如在下文中應(yīng)用反應(yīng)器R-2的實(shí)施例所示，已經(jīng)證實(shí)溫度設(shè)定點(diǎn)高達(dá)375℃也可以得到穩(wěn)定的反應(yīng)器操作。
圖6給出了在相同體積流率、溫度設(shè)定點(diǎn)和空氣流率(250ml/min)條件下，在反應(yīng)床層內(nèi)丁烷對放熱的貢獻(xiàn)與丙烷對放熱的貢獻(xiàn)的比較。如圖所示，相比于丁烷所觀察到的情況，丙烷的溫度提高明顯要低一些。這些數(shù)據(jù)表明氣相有機(jī)化合物的特性影響在活性炭床層內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)的程度以及相關(guān)的生熱等。
圖7給出了由煤生產(chǎn)的顆粒狀活性炭的溫度圖線，與由椰殼制得的顆粒狀活性炭的溫度圖線形成對比。給出了在三個溫度設(shè)定點(diǎn)(210℃，、250℃和290℃)由于在空氣中氧化而導(dǎo)致的放熱，以及在250℃時丁烷和空氣的放熱。這些煤基活性炭的溫度圖線與前面的椰殼基活性炭的溫度圖線的對比表明它們的趨勢在性質(zhì)上是相似的，但在量上是不同的。所得的結(jié)論是與椰殼基活性炭相比，煤基活性炭在較高的溫度下出現(xiàn)空氣氧化和丁烷氧化，并且其程度更低一些。這些數(shù)據(jù)表明活性炭的特性影響活性炭床層內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)的程度，在此情況下所述特性為初始材料。
實(shí)施例3向活性炭床層內(nèi)引入可氧化的有機(jī)物液體作為分解有代表性的有機(jī)物液體-USP礦物油-的另一種方法的示范，重新組裝反應(yīng)器R-1以允許在活性炭床層的頂部加入有機(jī)物液體。在這種構(gòu)造中，蒸氣物流(空氣或氮?dú)?在碳床層的頂部進(jìn)入并軸向向下流過床層，從反應(yīng)器的底部流出。USP礦物油是平均分子量為375至480amu且常壓沸點(diǎn)高于300℃的鏈烷烴和環(huán)烷烴的混合物。
反應(yīng)器R-1用約500克干燥的初始椰殼基活性炭填充。在外部溫度設(shè)定點(diǎn)為225℃下使反應(yīng)器穩(wěn)定。在沒有物流和空氣物流為250ml/min的條件下測量反應(yīng)器中的基線溫度圖線。
在空氣物流一直為250ml/min且外部溫度設(shè)定點(diǎn)為225℃下多次加入礦物油。每次加入10-12克USP礦物油，其被噴撒到碳床層的頂部。在0.5、2.5、6和10小時后記錄碳床層內(nèi)的溫度圖線，如圖8所示。正如圖中所示，第一次加入礦物油所產(chǎn)生的放熱沿床層向下傳遞(沿空氣物流的方向)，并且在10小時的時間內(nèi)逐漸驅(qū)散。隨后每次加入礦物油均在10小時后近似回復(fù)到原始溫度圖線。
第四次加入礦物油后，打開反應(yīng)器，混合碳并取樣。將剩余的碳返回反應(yīng)器，在250ml/min下啟動空氣物流，并且使外部溫度設(shè)定點(diǎn)升高至275℃持續(xù)6.5小時。這種在空氣物流存在下的附加加熱的目的是分解掉保留在活性炭上的殘余礦物油。在6.5小時結(jié)束后，記錄如圖8所示的空氣物流中的最終溫度圖線。將蒸氣物流切換至氮?dú)?，并且記錄用氮?dú)馕锪髟?75℃下的參比溫度圖線，同樣在圖8中給出。
為了評價礦物油的分解對活性炭的影響，將在實(shí)施例3的研究過程中和之后采取的樣品與初始活性炭樣品進(jìn)行比較?；钚蕴渴且环N相對較難檢驗(yàn)吸附特性的材料，這是因?yàn)槠湮匠潭热Q于許多因素，不僅包括在碳上存在的被吸附物的類型和濃度，還包括活性炭的原材料和碳的干燥程度。
在歷史上，已經(jīng)用許多ASTM試驗(yàn)來定性活性炭，這些試驗(yàn)的結(jié)果與吸附應(yīng)用的性能相關(guān)。一種這類ASTM試驗(yàn)為ASTM D 5228確定活性炭的丁烷處理能力(BWC)。正如在ASTM設(shè)計的意義和應(yīng)用章節(jié)(Significance and US e section of ASTM Designation)中所指出的D 5228-92“BWC也能提供試驗(yàn)活性炭對其它吸附物的有效性的相對測量。”ASTM D5228首先測量丁烷的活性值，其為在受控條件下在純丁烷蒸氣物流中平衡時活性炭樣品的重量增加。然后試驗(yàn)測量丁烷的保留值，其為用100倍床層體積的干空氣吹掃碳40分鐘后殘余丁烷的保留量。其處理能力被定義為活性值減去保留值，通常以單位重量碳的被吸附物的重量表示。活性值測量的是為保留烴試驗(yàn)氣所需的最小吸附能之上的所有孔，而保留值測量的是具有較高吸附能的那部分孔。概括地說，在實(shí)際的吸附應(yīng)用中較高的活性和保留值測量值對應(yīng)于改進(jìn)的活性炭吸附性能。
為了表征活性炭上可以達(dá)到的吸附容量，可以應(yīng)用丁烷或丙烷實(shí)施ASTM D5228試驗(yàn)，對四種不同的吸附條件得到活性炭吸附容量的四個測量值。相對于丁烷來說，丙烷更不易于在活性炭上吸附。如下面將會看到的，對于給定的碳樣品來說，存在有如下遞減的傾向丁烷的活性值＞丙烷的活性值＞丁烷的保留值＞丙烷的保留值。
圖9給出了幾種干燥初始活性炭樣品的丁烷和丙烷活性值和保留值的測量結(jié)果，以及礦物油在225℃下分解后和在275℃下進(jìn)一步處理后對所取碳樣品的檢測結(jié)果。
干燥初始活性炭的三個樣品由大量相同的活性炭組成，其在基本相同的條件下干燥，但干燥在三個不同的場所進(jìn)行。三個樣品的不同說明重復(fù)調(diào)試和測量活性炭吸附特性的困難性。不管初始碳檢測過程中的變化，很明顯的是礦物油在225℃下分解后的碳損失了可度量的吸附能力，并且在隨后在275℃下處理的過程中，其又重新恢復(fù)了很大一部分損失的吸附能力。
在反應(yīng)器R-1中有機(jī)液體分解的另一個實(shí)例是應(yīng)用甲苯和二甲苯作有代表性的有機(jī)化合物來實(shí)施的。選擇這些液體是因?yàn)樗鼈兊姆悬c(diǎn)低于將它們噴撒到的活性炭床層的溫度。這樣就能研究閃蒸液體的行為，以及閃蒸液體是否會作為蒸氣不發(fā)生分解而流過活性炭床層。
在加入甲苯和二甲苯前，在反應(yīng)器出口配一個換熱器來冷卻流出蒸氣，并配一個含70克椰基活性炭的捕集器。流出反應(yīng)器的所有閃蒸有機(jī)蒸氣都會被冷卻，并且在活性炭捕集器中被吸附。分析捕集器中的活性炭以確定大約有多少比例的有機(jī)蒸氣在加入有機(jī)液體的過程中逃逸出來，或者在隨后的處理過程中沒有分解而被汽提出來。
用約1升重約325克的木材基顆粒狀活性炭填充反應(yīng)器。由于相比于椰基碳而言木材基碳具有較低的密度，所以其碳重量較低，結(jié)果對于給定的反應(yīng)器體積具有較低的碳重量。選擇這種碳是為了證明可以應(yīng)用不同于椰基碳或煤基碳的活性炭來進(jìn)行所述處理。
在200℃下穩(wěn)定反應(yīng)器，并在加入甲苯前用氮?dú)獯祾摺５獨(dú)獯祾邭饬魍Ｖ购罅⒓醇尤爰妆?。在加?1克甲苯時，反應(yīng)器內(nèi)的中心溫度圖線有明顯的冷卻，但在捕集器后沒有明顯的蒸氣從反應(yīng)器出口排出。反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定后，以250ml/min的流速啟動空氣流。
在200℃下的溫度圖線在圖10中給出。如圖10的下部所示，僅觀察到對反應(yīng)器溫度圖線非常小的影響。這一點(diǎn)與前面的研究形成明顯對比，在前面的研究中，空氣流的開始引發(fā)明顯的放熱，而該放熱沿空氣流的方向通過反應(yīng)器床層傳遞。
因?yàn)闆]有放熱，將反應(yīng)器的溫度設(shè)定點(diǎn)提高為250℃。溫度設(shè)定點(diǎn)的提高引發(fā)了放熱，該放熱沿空氣流方向向反應(yīng)器下方傳遞。經(jīng)一小時后，在13英寸處的最大溫度作為一個單獨(dú)的數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖10中給出，其中還給出了在250℃下經(jīng)過兩小時后的溫度圖線。更換在換熱器后碳捕集器中的活性炭，并保存所述碳用于分析。
用氮?dú)獯祾叻磻?yīng)器；停止吹掃氣流，并且溫度設(shè)定點(diǎn)250℃的最后甲苯溫度圖線一個小時后注入11克二甲苯。如圖10所示，在二甲苯加入1小時和2小時后，測量反應(yīng)器床層溫度圖線。加入二甲苯時，觀察到相同的放熱傳遞特性。
檢測在甲苯和二甲苯運(yùn)行過程中來自換熱器后碳捕集器的顆粒狀活性炭，發(fā)現(xiàn)其重量有所提高，并且外觀具有表面濕氣，但沒有任何特征性有機(jī)氣味。在150℃下在氮?dú)庵懈稍?，確定所捕集的碳具有與初始活性炭基本相同的吸附特性。根據(jù)濕捕集器碳沒有氣味，并且根據(jù)隨后對吸附特性的評價，可以得出結(jié)論在閃蒸有機(jī)液體的分解過程中，沒有大量有機(jī)化合物被空氣物流從反應(yīng)器中汽提出來。
實(shí)施例4預(yù)先混合入活性炭床層的可氧化有機(jī)液體的行為本發(fā)明提供了分解有機(jī)液體的另一種方法。在這種應(yīng)用中，有機(jī)液體與活性炭混合，然后使混合物升溫和用空氣物流影響有機(jī)液體的分解。使椰基顆粒狀活性炭與10wt％的USP礦物油混合。USP礦物油在室溫下是一種清徹的粘稠油狀液體。使礦物油/活性炭混合物靜置幾個小時，在這期間礦物油的油狀涂層看起來浸入了顆粒狀活性炭中。
向反應(yīng)器R-1中裝載540克礦物油/碳的混合物，并用200-250ml/min的氮?dú)馕锪髡{(diào)試9小時，同時加熱反應(yīng)器至250℃。打開反應(yīng)器，混合碳并取樣。再一次用490克調(diào)試的礦物油/碳裝填反應(yīng)器、密封并在沒有氮?dú)饣蚩諝饬鲿r預(yù)熱至200℃。在沒有物流時測量反應(yīng)器內(nèi)的溫度圖線。啟動氮?dú)馕锪?，并記錄反?yīng)器內(nèi)的溫度圖線，如圖11所示。
然后，以250ml/min的速率啟動空氣物流，同時保持反應(yīng)器的外部溫度在200℃下。圖11給出了在3、13、26和36小時時反應(yīng)器內(nèi)的溫度圖線。正如圖11所示，觀察到沿空氣物流方向傳遞的明顯放熱。所述放熱明顯超過當(dāng)空氣物流單獨(dú)流過活性炭時所測量到的放熱，這是由于存在于在活性炭上的礦物油的分解導(dǎo)致的。經(jīng)過36小時，所述放熱流出反應(yīng)器，并且反應(yīng)器返回至當(dāng)空氣物流流過初始活性炭床層時的溫度圖線。然后升高反應(yīng)器的外部溫度至250℃，再持續(xù)20小時，并記錄最終溫度圖線。
圖12給出了經(jīng)過56小時后記錄的溫度圖線，與圖11所給出的相同，其中還給出了在沒有物流、有氮?dú)馕锪骱涂諝馕锪鳁l件下初始活性炭床層的附加溫度圖線。正如從圖中所看到的，56小時后的最終溫度圖線與在空氣物流條件下在不加任何礦物油的初始活性炭床層中所觀察到的溫度圖線非常相近。
圖11的結(jié)果證明在空氣存在下礦物油在碳床層內(nèi)引起非常明顯的放熱，這是由于礦物油發(fā)生了分解礦物油的氧化反應(yīng)。圖12的結(jié)果證明在升高的溫度下經(jīng)過足夠的時間，活性炭恢復(fù)初始活性炭的原始溫度圖線。
圖13比較了在如下情況下活性炭的丙烷和丁烷吸附能力加入任意礦物油之前、與礦物油混合并在環(huán)境溫度下平衡后、在250℃下在氮?dú)馕锪髦姓{(diào)試后，以及經(jīng)過56小時的空氣物流進(jìn)行礦物油分解后。對每一種活性炭，測量其丁烷和丙烷活性值和保留值。
圖13表明向初始活性炭中加入礦物油明顯降低了所有吸附能力的測量值，同時還表明在250℃用氮?dú)獯祾哒{(diào)試活性炭后，該測量值仍然保持降低。在能發(fā)生礦物油氧化分解的條件下經(jīng)過56小時后，活性炭恢復(fù)了大部分原始吸附能力。與初始活性炭相比，處理后的碳所損失的吸附能力是由于活性炭的孔結(jié)構(gòu)中保留了殘余的礦物油和降解產(chǎn)品。正如圖12所示，在升高的溫度下，這些殘余的吸附物很明顯不能阻止活性炭與空氣繼續(xù)反應(yīng)。
實(shí)施例5合成廢活性炭的再生過程的溫度圖線從圖13所包含的數(shù)據(jù)可以明顯看出，向活性炭中加入有機(jī)化合物降低應(yīng)用丁烷或丙烷按ASTM D 5228測量的剩余吸附能力。隨后在氮?dú)獯祾呦逻M(jìn)行熱處理能恢復(fù)一小部分活性炭的吸附能力，而在氧化條件下進(jìn)一步處理能明顯恢復(fù)相對于原始材料來說更多的吸附能力。該結(jié)果表明本發(fā)明的方法可以用于再生廢活性炭，其中所述廢活性炭為已在工業(yè)吸附應(yīng)用中應(yīng)用、且已從吸附用途中脫除并有一部分初始活性炭的吸附能力已被消耗或“廢”的活性炭。
作為廢活性炭再生的一個實(shí)例，使椰基干初始活性炭的樣品與工業(yè)礦物油精(干洗溶劑油CAS8052-41-3)和USP礦物油的混合物混合。干洗溶劑油是一種常用的精煉餾分，其為85％壬烷和15％三甲基苯的混合物。向活性炭中加入等重量的礦物油精和礦物油，其中所述礦物油精和礦物油組成了從120至超過500amu的很寬分子量范圍。附加有機(jī)物的總加入量為初始活性炭重量的23wt％。將混合物加熱至125℃持續(xù)9小時，并不時地進(jìn)行混合以促進(jìn)活性炭的內(nèi)孔吸附有機(jī)物。測試合成廢活性炭的熱穩(wěn)定混合物的吸附能力，并向反應(yīng)器R-1中裝入635克。
圖14給出了在200℃下在實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器中的溫度圖線。最初的圖線是針對沒有物流和有氮物流流過反應(yīng)器時的情況測量的。當(dāng)向反應(yīng)器提供空氣時，隨著放熱沿空氣物流方向朝反應(yīng)器上方傳遞，觀察到低溫氧化現(xiàn)象。正如可以看到的，放熱慢慢進(jìn)行，并在幾天的時間內(nèi)在反應(yīng)器中均勻分布，經(jīng)過72小時，最終的溫度圖線接近椰基活性炭在200℃下在空氣中的內(nèi)插溫度圖線，其中后者基于圖3所示的數(shù)據(jù)確定。
圖15比較了如下條件下初始干活性炭的丙烷吸附能力在125℃下用礦物油精/礦物油摻混物調(diào)試后、在氧化條件下分別在200℃、250℃和275℃下進(jìn)行合成廢活性炭的再生后。如圖15所示，由于向活性炭中加入了有機(jī)化合物，其大部分吸附能力被損失掉，而通過隨后低溫再生合成廢活性炭，所損失的吸附能力大部分得到恢復(fù)。另外，每一次升高再生溫度時，發(fā)現(xiàn)合成廢活性炭能力的再生也得到提高。
實(shí)施例6工業(yè)APC廢活性炭的再生過程中的溫度圖線作為廢活性炭再生的另一個實(shí)例，得到工業(yè)APC(Air PollutionControl)廢活性炭的樣品。所述樣品是丸狀活性炭，該活性炭用于控制從聚合物化合裝置排出的空氣排放物，并且其中含有多種有機(jī)化合物。另外，在經(jīng)相同的降低應(yīng)用后負(fù)載后，該碳在以前已經(jīng)熱再生了幾次。概括地說，該碳表現(xiàn)出明顯物理損壞跡象，其證據(jù)在于其具有破損的邊角和不規(guī)則的粒度。因此由于以前的熱再生，工業(yè)APC活性炭的吸附特性很難估計，但預(yù)期相對于初始活性炭其吸附能力會減小。
向反應(yīng)器R-1裝入約670克工業(yè)APC廢活性炭并加熱至200℃。圖16給出了在200℃在實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器中在所指示的時間時的溫度圖線。隨著放熱沿空氣物流方向傳遞，觀察到氧化現(xiàn)象。正如圖中所示，放熱圖線表現(xiàn)出的許多特性與圖1 4所示的合成廢活性炭所觀察到的相同。經(jīng)過30小時后，最終的溫度圖線接近椰基活性炭在200℃下在空氣中的插值溫度圖線。
圖17比較了初始工業(yè)APC廢活性碳與如下物質(zhì)的丁烷吸附能力在氮?dú)獯祾呦略?00℃下干燥后的相同碳、依次在200℃、250℃和300℃下在低溫氧化條件下經(jīng)過再生的工業(yè)APC廢活性炭。正如圖17所示，原始廢活性炭表現(xiàn)出極低的剩余吸附能力，并且通過干燥廢炭僅能恢復(fù)少量的吸附能力。與之相對比，通過工業(yè)APC廢活性炭的氧化再生，可以恢復(fù)大部分所損失的吸附能力。另外，正如利用合成廢活性炭所觀察到的，在依次升高再生溫度時，均觀察到工業(yè)APC廢活性炭吸附能力的再生提高。
實(shí)施例7糖精制廢活性炭的再生作為廢活性炭再生的另一個實(shí)例，取兩個工業(yè)糖精制廢活性炭樣品。兩個樣品都是顆粒狀活性炭，均用于在精制過程中使粗糖脫色為白糖。糖精制廢活性炭含有多種有機(jī)化合物，所述有機(jī)化合物經(jīng)常含有較小的天然化合物的聚合物，所述天然化合物在糖精制條件下發(fā)生聚合。蔗糖手冊第十二版(the Cane Sugar Handbook)(Ed.Chen and Chou，John Wiley & Sons，Inc.1993)確認(rèn)了四類著色劑酚類、類黑精(糖和蛋白質(zhì)的縮聚物)、焦糖(糖自身的縮聚物)以及反降解產(chǎn)品。糖溶液脫色的一個標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法是通過顆粒狀活性炭床層過濾，其消耗速率等于最終干糖生產(chǎn)速率的約1％。用過的或廢的活性炭在糖精制操作中進(jìn)行熱再生并進(jìn)行再利用，直到粒度小得令人難以接受。
取兩個糖精制廢活性炭樣品，以及在現(xiàn)場經(jīng)過高溫?zé)嵩偕蟮南嗤瑥U材料的樣品。每種廢炭均在反應(yīng)器R-2中用約200ml/分鐘的空氣物流再生。每種廢炭樣品首先在150℃下干燥。然后在八到十二小時內(nèi)，以每次25到100攝氏度的步長逐漸升高溫度至溫度設(shè)定點(diǎn)350℃。監(jiān)控反應(yīng)器R-2的中心溫度以及在反應(yīng)器蒸氣流出物中二氧化碳和一氧化碳的百分比。每次溫度設(shè)定點(diǎn)提高均以反應(yīng)器中心放熱以及流出物中二氧化碳濃度突然提高及一氧化碳濃度略微提高為特征。經(jīng)過一小時或更長時間后，放熱減弱，并且反應(yīng)器流出物中碳氧化物蒸氣減少，此時反應(yīng)器的溫度設(shè)定點(diǎn)提高。
糖精制活性炭的研究包括第一工業(yè)樣品的兩次再生和第二樣品的一次再生。經(jīng)過低溫再生后，用前面描述的丙烷處理能力試驗(yàn)(用丙烷作試驗(yàn)氣的ASTM D5228)來測試糖精制活性炭樣品的吸附能力。糖精制樣品的丙烷保留值和丙烷處理能力(注丙烷活性等于丙烷保留值和丙烷處理能力之和)的結(jié)果在圖18中給出。圖18給出了初始糖精制活性炭、干燥廢活性炭樣品、現(xiàn)場再活化的碳樣品(表示為React Sugar#)和應(yīng)用低溫技術(shù)再生的樣品(表示為Regen Sugar#)的結(jié)果。圖18還給出了一個熱再活化的活性炭樣品在反應(yīng)器R-2中進(jìn)行附加再生的效果(React+Regen Sugar1)。這種碳在350℃下處理6.5小時，相對于前面現(xiàn)場熱再活化，該處理看起來提供更有利的附加再生。
還進(jìn)行了其它研究來考察補(bǔ)充蒸汽對低溫氧化反應(yīng)的影響。這些研究通過如下方式實(shí)施重復(fù)圖18中對稱為Sugar1的再活化的和廢的GAC所進(jìn)行的前期再生的時間-溫度過程。所述再生在含80至85克活性炭的反應(yīng)器R-2中進(jìn)行。在再生過程中，向熱活性炭床層的頂部注入五或六等份10毫升液體水，同時空氣物流向下流入活性炭床層。在反應(yīng)器內(nèi)的溫度下，液體水會立即蒸發(fā)，并且所得的蒸汽將被流過活性炭床層的空氣物流吹掃掉。
由于蒸發(fā)液體水需要熱，反應(yīng)器中心處的溫度在加入等份水后首先會降低幾攝氏度。隨后，中心處的溫度表現(xiàn)出明顯的放熱現(xiàn)象，持續(xù)約30分鐘，與此同時反應(yīng)器流出物中二氧化碳和一氧化碳的濃度升高。放熱的程度對再活化的Sugar1碳來說高達(dá)20攝氏度，而對廢Sugar1碳來說，高達(dá)45度。總之，反應(yīng)器溫度越高，所導(dǎo)致的放熱越明顯。
圖19給出了用補(bǔ)充蒸汽再生的糖精制樣品的丙烷保留值和丙烷處理能力。在糖生產(chǎn)設(shè)施中已經(jīng)用高溫再活化方法進(jìn)行了再活化的再活化Sugar1樣品在用補(bǔ)充蒸汽和不用補(bǔ)充蒸汽進(jìn)行低溫再生處理時都能表現(xiàn)出相當(dāng)程度的吸附能力提高。與之相對比，廢Sugar1樣品當(dāng)用補(bǔ)充蒸汽進(jìn)行再生時，與不用補(bǔ)充蒸汽而進(jìn)行低溫再生處理相比較，表現(xiàn)出吸附能力的改進(jìn)。
從圖18和19可以很明顯地看出，低溫再生方法在恢復(fù)糖精制廢活性炭的吸附能力方面是有效的，所述吸附能力應(yīng)用丙烷作實(shí)驗(yàn)氣通過ASTM D-5228分析來測量。從反應(yīng)器內(nèi)所導(dǎo)致的溫度提高和在反應(yīng)器流出物中碳氧化物蒸氣濃度提高來看，補(bǔ)充蒸汽的影響也是明顯的。另外，在某些情況下，補(bǔ)充蒸汽看起來對再生碳的吸附能力具有有利影響。
實(shí)施例8玉米甜味劑廢活性炭的再生作為廢活性炭再生的另一個實(shí)例，取兩個工業(yè)玉米甜味劑廢活性炭樣品。兩個樣品都是顆粒狀活性炭，用于在玉米基甜味劑的生產(chǎn)過程中處理玉米糖漿。玉米甜味劑廢活性炭上負(fù)載有多種有機(jī)化合物，如果不脫除，這些有機(jī)化合物將會使最終產(chǎn)品具有令人討厭的氣味、顏色或味道。
從玉米糖漿中脫除不希望的有機(jī)雜質(zhì)的一個標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)方法是通過顆粒狀活性炭床層進(jìn)行過濾，其消耗速率約等于玉米甜味劑生產(chǎn)速率百分之一。用過的或廢的活性炭在玉米甜味劑精制操作中進(jìn)行熱再活化，并進(jìn)行再利用，直到其粒度小得不可接受。
取兩個玉米甜味劑廢活性炭樣品，以及相同廢材料經(jīng)過現(xiàn)場熱再活化后的樣品。每種廢炭均在反應(yīng)器R-2中用約為200ml/分鐘的空氣物流再生八到十小時。除樣品Regen2 Corn1外，與糖精制活性炭樣品相同，應(yīng)用相同的方法監(jiān)控氧化反應(yīng)，樣品Regen2 Corn1的特征是在最終控制溫度設(shè)定點(diǎn)為375℃下保持三小時。在低溫再生過程中，玉米甜味劑廢活性炭與糖精制廢活性炭在性質(zhì)上表現(xiàn)相同。
應(yīng)用丙烷處理能力試驗(yàn)測試再生后的玉米甜味劑活性炭的吸附能力。結(jié)果示于圖20中，圖中給出了初始玉米甜味劑活性炭、干燥的廢活性炭樣品、再活化的碳樣品和應(yīng)用低溫技術(shù)再生的樣品的丙烷保留值和丙烷處理能力。從圖20中可以明顯看出，低溫再生方法在恢復(fù)玉米甜味劑廢活性炭的吸附能力方面是有效的，其中所述吸附能力應(yīng)用丙烷作試驗(yàn)氣體按ASTM D-5228分析進(jìn)行測量。
實(shí)施例9供水處理廢活性炭的再生作為廢活性炭再生的另一個實(shí)例，取兩個供水處理廢活性炭樣品。兩個樣品都是顆粒狀活性炭，用于處理從地表水源抽出的飲用水。地表水源，如湖和河，含有多種天然有機(jī)化合物，如果不脫除，這些有機(jī)化合物將會使飲用水具有不受歡迎的味道和氣味。
從飲用水中脫除天然有機(jī)化合物的一個標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)方法是通過顆粒狀活性炭床層進(jìn)行過濾，其中所述活性炭經(jīng)常能連續(xù)用一至三年。根據(jù)當(dāng)?shù)厮幚碓O(shè)施的實(shí)踐，用過的或廢的活性炭進(jìn)行熱再活化或者進(jìn)行更換。
取兩個供水處理廢活性炭樣品，以及經(jīng)過現(xiàn)場熱再活化后的一個廢材料的樣品。每種廢炭均在反應(yīng)器R-2中用約為200ml/分鐘的空氣物流再生六到十六小時。與糖精制活性炭樣品一樣，應(yīng)用相同的方法監(jiān)控氧化反應(yīng)。供水處理廢活性炭與糖精制廢活性炭在性質(zhì)上表現(xiàn)相同。
在溫度范圍為150℃至300℃下使一個廢活性炭樣品(Regen1Water1)低溫再生16小時，然后分析其丙烷處理能力。然后使樣品Regen1 Water1返回反應(yīng)器R-2，并再生另外六小時，并在最后3小時內(nèi)控制溫度設(shè)定點(diǎn)為350℃。樣品Regen Water2在溫度范圍為150℃至300℃下再生8小時。
應(yīng)用前面的丙烷處理能力試驗(yàn)測試再生后的供水處理活性炭的吸附能力。結(jié)果示于圖21中，圖中給出了初始供水處理活性炭、干燥的廢活性炭樣品、再活化的碳樣品Water1和應(yīng)用低溫技術(shù)再生的樣品的丙烷保留值和丙烷處理能力。從圖21中可以明顯看出，低溫再生方法在恢復(fù)供水處理廢活性炭的大部分吸附能力方面是有效的，其中所述吸附能力應(yīng)用丙烷作試驗(yàn)氣體按ASTM D-5228分析進(jìn)行測量。值得注意的是樣品Regen2 Water1證實(shí)了與第二次低溫再生處理相關(guān)的進(jìn)一步改善。
結(jié)論、結(jié)果和范圍在本申請中證實(shí)了四種現(xiàn)象在空氣中在升溫下活性炭較慢的受控氧化、當(dāng)有機(jī)蒸氣流過正在進(jìn)行較慢受控氧化的活性炭床層時其發(fā)生共氧化、當(dāng)有機(jī)液體在正在進(jìn)行較慢受控氧化的活性炭床層內(nèi)存在時其發(fā)生共氧化、以及通過應(yīng)用相同的較慢受控氧化條件進(jìn)行廢活性炭的吸附能力的再生。假定這些現(xiàn)象是由于活性炭的較大且緊湊堆積的內(nèi)表面積導(dǎo)致的，其使較慢的表面氧化反應(yīng)以可測量的速率進(jìn)行。還假定通過在內(nèi)孔內(nèi)濃縮有機(jī)物而使內(nèi)吸附孔有利于有機(jī)物的氧化，從而導(dǎo)致與在活性炭表面存在的氧反應(yīng)。
有機(jī)蒸氣共氧化的假定解釋是在經(jīng)過反應(yīng)的活性炭床層時，有機(jī)蒸氣并不保留在氣相中，而是當(dāng)它們流過床層時以層析方式從活性炭表面反復(fù)吸附和脫附。在吸附和脫附過程中，有機(jī)蒸氣和與活性炭內(nèi)表面相關(guān)的氧化區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)。這些氧化反應(yīng)是放熱的，并因此提高床層溫度，正如所觀察到的。
在活性炭床層中存在的有機(jī)液體的共氧化的假定解釋是所述有機(jī)液體并不總保持被緊密吸附，而是被卷入在活性炭內(nèi)發(fā)生的表面氧化反應(yīng)中。有機(jī)液體可以被認(rèn)為存在于活性炭的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)中，但在氣相和活性炭床層內(nèi)的吸附狀態(tài)之間反復(fù)搖擺。在吸附和脫附過程中，有機(jī)物和與活性炭內(nèi)表面相關(guān)的氧化區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)。這些氧化反應(yīng)是放熱的，并因此提高床層溫度，正如所觀察到的。
廢活性炭吸附能力再生的假定解釋是前面吸附的化合物有一部分為有機(jī)化合物，這些有機(jī)化合物存在于活性炭的內(nèi)孔內(nèi)。因此，有機(jī)組分以上面所討論的有機(jī)蒸氣或液體的方式表現(xiàn)。所形成的有機(jī)化合物的氧化會導(dǎo)致從廢活性炭的內(nèi)表面脫除以前吸附的那部分化合物，從而恢復(fù)原初始活性炭的部分吸附能力。
對于液體水和水蒸汽對低溫再生方法的作用的假定解釋是液體水發(fā)生蒸發(fā)，從而吸收活性炭周圍的熱，并且隨后當(dāng)水蒸汽流過活性炭的剩余床層時其以層析方式發(fā)生吸附和脫附。在水蒸汽在活性炭的孔內(nèi)吸附的過程中，在碳孔內(nèi)局部釋放出吸附熱，從而局部提高了正在進(jìn)行的氧化反應(yīng)的速率。
其總體結(jié)論是對于利用活性炭分解有機(jī)蒸氣和液體，以及對于再生含以前吸附的有機(jī)化合物的廢活性炭來說，低溫氧化具有廣泛應(yīng)用。各種應(yīng)用的具體行為取決于許多因素，包括溫度、空氣流、反應(yīng)器的除熱能力、活性炭的吸附歷史以及被氧化的有機(jī)化合物的特性等。
結(jié)果是可以在活性炭上吸附的全部可氧化有機(jī)化合物均可以以受控方式進(jìn)行氧化，而這在以前沒有公開過。因此，它代表了用于有機(jī)化合物的一種替代的和獨(dú)特的氧化方式，從原理和功能上均區(qū)別于高溫氧化和燃燒方法、金屬催化氧化方法、生物輔助氧化和其它可能的不涉及活性炭的化學(xué)轉(zhuǎn)化方法。以這種方式，許多目前應(yīng)用的有機(jī)化合物的燃燒和氧化方法，包括產(chǎn)生熱能和分解不想要的有機(jī)化合物，均可以應(yīng)用活性炭通過低溫氧化方法來完成。
因?yàn)閼?yīng)用活性炭的低溫氧化在比高溫?zé)嵫趸驮S多催化氧化更低的溫度下操作，設(shè)備構(gòu)造材料會明顯更便宜。另外，可以通過控制反應(yīng)溫度、控制可得到的氧的量或控制在活性炭上存在的可氧化有機(jī)物的量來控制反應(yīng)速率和反應(yīng)程度。
雖然上述描述和實(shí)施例包含了許多特征，但這不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限定，而是其優(yōu)選實(shí)施方案的描述。通常根據(jù)對用途的具體需求應(yīng)用可接受的工藝原理，可能有許多其它改變。例如，含有機(jī)化合物的廢放射性廢物可以用活性炭進(jìn)行處理，從而向活性炭轉(zhuǎn)移一些放射性化合物。通過低溫氧化，有機(jī)化合物將分解，而不揮發(fā)的放射性化合物將保留在活性炭內(nèi)。再生后的活性炭可以用于更多的吸附應(yīng)用或者在合適條件下還原成灰分。
因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)局限于所描述的實(shí)施方案，而應(yīng)由下文所附的權(quán)利要求及其法律等價物來確定。
權(quán)利要求
1.一種氧化可被活性炭吸附的有機(jī)化合物的方法，所述方法包括提供活性炭床層；使含氧分子源的氣體流過床層；加熱床層至操作溫度范圍，從而分子氧氧化活性炭，此反應(yīng)由產(chǎn)生熱得到證實(shí)；控制床層溫度在此溫度范圍內(nèi)；和使含有機(jī)化合物的物流流過加熱的床層，導(dǎo)致有機(jī)化合物吸附和氧化，并從床層流出有機(jī)化合物的氧化產(chǎn)品。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所產(chǎn)生的熱導(dǎo)致局部溫度比在分子氧源不存在時的局部溫度升高至少1攝氏度，其中所述分子氧源不存在的情況不利用蒸氣流或利用基本等流量的基本不含氧的蒸氣物流在基本相同的操作條件下形成。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述溫度范圍的上限低于活性炭的點(diǎn)火溫度，所述點(diǎn)火溫度按ASTM D 3466-76即顆粒狀活性炭的點(diǎn)火溫度的標(biāo)準(zhǔn)測試方法來測量。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述溫度范圍為約150℃至約375℃。
5.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括向加熱的床層中加入補(bǔ)充的液體水或水蒸汽源，從而影響床層內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述物流包含有機(jī)化合物的蒸氣。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述有機(jī)化合物的蒸氣顯示在活性炭上的平衡重量吸附，所述平衡重量吸附至少與在基本相同的溫度下在基本相同的氣相濃度下丙烷的平衡重量吸附量一樣大。
8.權(quán)利要求6的方法，其中所述溫度范圍為約190℃至約270℃。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述物流包含含有有機(jī)化合物的液體。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述液體有機(jī)化合物顯示的平衡蒸氣壓至少與USP礦物油在所述床層操作溫度范圍內(nèi)的平衡蒸氣壓一樣大。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述液體有機(jī)化合物顯示的平衡蒸氣壓不大于甲苯在所述床層操作溫度范圍內(nèi)的平衡蒸氣壓。
12.權(quán)利要求9的方法，其中所述溫度范圍為約225℃至約275℃。
13.一種氧化可被活性炭吸附的有機(jī)化合物的方法，所述方法包括提供含吸附的有機(jī)化合物的活性炭床層；使含氧分子源的氣體流過床層；加熱床層至操作溫度范圍，從而分子氧氧化活性炭，此反應(yīng)由產(chǎn)生熱得到證實(shí)；控制床層溫度在此溫度范圍內(nèi)，從而使有機(jī)化合物氧化，并從床層流出有機(jī)化合物的氧化產(chǎn)品。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所產(chǎn)生的熱導(dǎo)致局部溫度比在分子氧源不存在時的局部溫度升高至少1攝氏度，其中所述分子氧源不存在的情況不利用蒸氣流或利用基本等流量的基本不含氧的蒸氣物流在基本相同的操作條件下形成。
15.權(quán)利要求13的方法，其中所述溫度范圍的上限低于活性炭的點(diǎn)火溫度，所述點(diǎn)火溫度按ASTM D 3466-76即顆粒狀活性炭的點(diǎn)火溫度的標(biāo)準(zhǔn)測試方法來測量。
16.權(quán)利要求13的方法，其中所述溫度范圍為約150℃至約375℃。
17.權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括向加熱的床層中加入補(bǔ)充的液體水或水蒸汽源，從而影響床層內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)。
18.權(quán)利要求13的方法，其中所述提供步驟包括在床層加熱前將含有有機(jī)化合物的液體混入床層中。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述液體有機(jī)化合物顯示的平衡蒸氣壓至少與USP礦物油在床層操作溫度范圍內(nèi)的平衡蒸氣壓一樣大。
20.權(quán)利要求18的方法，其中所述溫度范圍為約200℃至約250℃。
21.權(quán)利要求13的方法，其中所述提供步驟包括用廢活性炭形成床層。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述廢活性炭來自工業(yè)空氣污染控制應(yīng)用。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述溫度范圍為約200℃至約300℃。
24.權(quán)利要求21的方法，其中所述廢活性炭來自糖精制應(yīng)用。
25.權(quán)利要求24的方法，進(jìn)一步包括向加熱的床層中加入補(bǔ)充的液體水或水蒸汽源，從而影響床層內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)。
26.權(quán)利要求24的方法，其中所述溫度范圍為約150℃至約350℃。
27.權(quán)利要求21的方法，其中所述廢活性炭來自玉米基甜味劑生產(chǎn)應(yīng)用。
28.權(quán)利要求27的方法，其中所述溫度范圍為約150℃至約375℃。
29.權(quán)利要求21的方法，其中所述廢活性炭來自供水處理應(yīng)用。
30.權(quán)利要求29的方法，其中所述溫度范圍為約150℃至約350℃。
全文摘要
一種在活性炭床層內(nèi)以受控方式氧化可被碳吸附的有機(jī)化合物的方法。所述活性炭床層暴露于分子氧源如空氣，并且控制在一定的溫度范圍內(nèi)，從而分子氧緩慢氧化活性炭。在該受控條件下，活性炭將氧化在活性炭床層內(nèi)存在的有機(jī)化合物。在利用活性碳受控分解有機(jī)蒸氣和液體中，以及在含有以前吸附的有機(jī)化合物的廢活性炭的再生應(yīng)用中，這種技術(shù)具有廣泛應(yīng)用。
文檔編號B01J8/02GK1649810SQ03809899
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月1日
發(fā)明者休·S·麥克勞克林 申請人:休·S·麥克勞克林