Способ термической переработки твердого углеродсодержащего сырья

 

Изобретение относится к способам термического разложения твердого углеродсодержащего сырья с получением активного угля и позволяет улучшить адсорбционные свойства конечного продукта и уменьшить содержание в нем пылевидных фракций. Сырье сушат, подвергают нагреву в течение 10-120 с в потоке газообразного теплоносителя до температуры 500-650^oС, выдерживают нагретое сырье 10-40 мин в необогреваемой камере с получением полукокса и парогазовой смеси и подвергают полукокс парогазовой активации.

Изобретение относится к способам термической переработки твердого углеродсодержащего сырья с получением активного угля и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности.

Известен способ получения активного угля, включающий сушку и полукоксование его в мягком температурном режиме с получением полукокса и парогазовой смеси, и последующую парогазовую активацию полукокса [1] Недостатком известного способа является то, что: вследствие совмещения процесса нагрева и пиролиза перерабатываемый материал находится в печи в подвижном состоянии длительное время, определяемое процессом пиролиза, вследствие чего происходит его механическое измельчение, что снижает качество конечного продукта из-за повышения содержания в нем мелких пылевых фракций; в отличие от предложенного способа, в котором на сжигание в муфеле печи активации поступает неразбавленный высококалорийный газ полукоксования, в указанном выше аналоге в муфель печи активации подается низкокалорийная смесь, состоящая из продуктов сгорания топлива в муфеле печи активации, газов активации, газов полукоксования и испаренной влаги сушки сырья.

Известен также способ термической переработки твердого топлива с получением активного угля, прототип, включающий сушку угля с одновременным его измельчением, высокоскоростной нагрев до 600-650^oС с получением полукокса и парогазовой смеси и активацию полукокса при 850-900^oС с рециркуляцией части активированного полукокса на активацию [2] Этот способ обладает следующими недостатками: Способом предусмотрено предварительное измельчение перерабатываемого сырья до пылевидного состояния с содержанием фракций менее 200 мкм 60-70% в результате чего производится только пылевидный сорбент, причем этот сорбент осаждается в циклоне из газа, прошедшего перед этим две ступени очистки в циклонах, в которых осаждаются наиболее крупные частицы. В результате этого в последний по ходу газа циклон, предназначенный для выделения из газа целевого продукта, поступает пылегазовая смесь, содержащая только самые мелкие частицы, в то время как наиболее ценным для практического применения является зернистый сорбент.

Безусловным недостатком процесса является также то, что получаемый продукт будет иметь высокое содержание золы, так как полукокс перед выделением из него целевого продукта проходит частичное сжигание, повышающее его зольность. Кроме того, известно, что при сжигании твердого топлива наибольшую зольность имеют наиболее мелкие частицы, а в данном процессе конечный продукт состоит именно из наиболее мелких фракций перерабатываемого материала.

Задачей изобретения является повышение качества получаемого продукта - активного угля: уменьшение содержания в нем пылевых фракций и улучшение адсорбционных свойств конечного продукта.

Это достигается тем, что нагрев сырья производят за малое время (10-120 с), зависящее от теплопроводности и крупности частиц нагреваемого сырья, температуры газа-теплоносителя и заданной температуры нагрева сырья. При этом если время пребывания сырья в зоне нагрева будет меньше минимального (10 с), то не будет обеспечен нагрев наиболее крупных частиц, а при избыточном времени нагрева (> 120 с) произойдет выделение ценных компонентов парогазовых продуктов и уменьшатся калорийность и выход газа, получаемого на стадии пиролиза выдержки.

Благодаря малому времени нагрева за это время успевает пройти только процесс так называемого бертинирования топлива, т.е. выделения из него не представляющих ценности балластных продуктов пирогенетической воды и углекислого газа, а наиболее ценные горючие компоненты газа полукоксования останутся в полукоксе и выделятся из него на следующей стадии при пиролизе.

Кроме того, при малом времени нагрева уменьшается механическое измельчение сырья с образованием нежелательных пылевых фракций.

Для достижения поставленной задачи пиролиз нагретого до заданной температуры сырья производят в отдельной необогреваемой камере в течение определенного времени (10-40 мин), зависящего от свойств исходного сырья и необходимого для получения заданного остаточного содержания летучих веществ в получаемом полукоксе. Остаточный процент содержания летучих в полукоксе задается для обеспечения оптимального протекания процесса дальнейшей активации полукокса и улучшения качества получаемого активного угля.

Процесс пиролиза проводят в необогреваемой камере, без подачи в нее сжижающего газа, без дополнительного механического измельчения полукокса и с получением освобожденной от балластных газов высококалорийной парогазовой смеси, используемой в качестве топлива для введения процесса.

Таким образом, в отличие от прототипа в предлагаемом способе термическую переработку исходного сырья в активный уголь осуществляют не в две, а в три стадии нагрев, пиролиз-выдержка и активация.

Разделением процессов нагрева и пиролиза, который осуществляется в отдельной необогреваемой камере, достигаются сокращение времени пребывания материала в зоне нагрева, освобождение его от балластных газов, уменьшение механического измельчения материала при нагреве, а измельчение полукокса в процессе пиролиза предотвращается тем, что в камеру пиролиза не подается посторонний газовый агент, парогазовая смесь, освобожденная от балласта, обладает наибольшей возможной для данного сырья теплотой сгорания, так как не происходит ее разбавления посторонними газами. Кроме того, разделение процессов нагрева и пиролиза позволяет вести каждый процесс в оптимальных для него технологических условиях температуре, времени пребывания и составе газовой среды.

Указанные технические результаты достигаются тем, что твердое углеродсодержащее сырье сушат, подвергают нагреву в течение 10-120 с до температуры 500-650^oС и потоке газообразного теплоносителя, выдерживают нагретое сырье в течение 10-40 мин в необогреваемой камере с получением полукокса и парогазовой смеси и подвергают полукокс парогазовой активации.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Исходное сырье бурый канско-ачинский уголь Ирша-Бородинского разреза со следующими характеристиками: W^p 33% А^p 8,0% V^dax 47% дробят до размера частиц 0,5-3,0 мм, подсушивают до W порядка 5% нагревают до 500^oС за время 1 мин и передают в необогреваемую камеру пиролиза, в которой выдерживают в течение 30 мин. В результате получают полукокс, содержащий 90% частиц размером 0,5-3,0 мм и зольностью 12,0% с насыпным весом 0,68-0,76 г/см³; выходом летучих 6-12% объемом пор по влагоемкости 0,28-0,36 см³/г, удельной поверхностью 95-105 м²/г и парогазовую смесь следующего состава, об. СО₂ 48,0, С_nН_m 4,0; CО 6,0; Н₂ 26,0; СН₄ 16,0; Q порядка 4400 ккал/кг. Полученный газ используется в процессе в качестве топлива. После активации зернистого полученного полукокса при t 800 С получают активный уголь, содержащий 92-95% частиц > 0,5 мм с насыпным весом 0,45-0,48 г/см³, объемом пор по влагоемкости 0,68-0,72 см³ /г и с удельной поверхностью 700-760 м²/г.

Из 1 т сухого угля получают 300 кг активного угля.

Пример 2. Исходное сырье тугнуйский длиннопламенный уголь Гусиноозерского месторождения: W^p 2% А^p= 15,7; V^dax 49,5. Его дробят до размера частиц 1-3,0 мм, нагревают до 650^oС за время 1,5 мин и выдерживают в необогреваемой камере пиролиза 30 мин. В результате получают полукокс, с выходом 70% на сухой уголь, содержащий 95% частиц размером 1,0-3,0 мм с зольностью 22,2-25,2% насыпным весом 0,649-0,657 г/см³ выходом летучих 5,3-6,0% объемом пор по влагоемкости 0,232 см³/г, удельной поверхностью 41,0-42,4 м²/г. После активации полученного полукокса при t 800^oС с подачей водяного пара получают активный уголь с выходом 78,8% на исходный полукокс, содержащий 90% частиц > 1,0 мм с объемом пор по влагоемкости 0,351 см³/г и с удельной поверхностью 280,0-420,0 м²/г. Из 1 т угля сухого получают 550 кг активного угля.

Формула изобретения

Способ термической переработки твердого углеродсодержащего сырья с получением активного угля, включающий сушку твердого углеродсодержащего сырья, нагрев его до 500 650^oС в потоке газообразного теплоносителя и парогазовую активацию полученного полукокса, отличающийся тем, что нагрев подсушенного сырья ведут в течение 10 120 с с последующей выдержкой нагретого сырья в течение 10 40 мин в необогреваемой камере с получением полукокса, подаваемого на активацию, и парогазовой смеси.