Способ получения активного угля

 

Изобретение относится к области получения активных углей и может быть использовано в электроугольной, графитовой и коксохимической промышленности. Предложен способ получения активного угля, включающий смешение порошкообразного углеродсодержащего материала со связующим, прессование гранул, их карбонизацию и активацию водяным паром, причем после прессования гранулы охлаждают до 15-25°С в потоке воздуха, карбонизацию проводят во вращающейся барабанной печи при разности температур гранул и газовой фазы на входе в барабан, равной 50-200°С, а активацию ведут путем чередующегося пронизывания водяным паром слоя гранул в направлении, перпендикулярном его движению. Предложенный способ позволяет получать активный уголь с повышенной адсорбционной способностью по органическим веществам при очистке питьевой воды и увеличенной прочностью гранул.

Изобретение относится к области получения активных углей (АУ) и может быть использовано в электроугольной, графитовой и коксохимической промышленности.

Известен способ получения АУ, включающий прессование смеси порошкообразного углеродсодержащего материала (УСМ)и связующего, карбонизацию полученных гранул до температуры 1050^oC со скоростью нагрева 200-300^oC/мин и активацию в среде диоксида углерода при температуре 850-900^oC до суммарного объема пор 0,6-0,7 см³/г (см. а.с. СССР N 869090, кл. C 01 B 31/08, заявл. 11.07.73 г.).

Недостатком известного способа является невысокая адсорбционная способность получаемого АУ при очистке питьевой воды от активного хлора, а также низкий выход готового продукта и повышение энергозатрат.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения АУ, включающий смешение порошкообразного УСМ со связующим, прессование гранул, их карбонизацию до температуры 550-650^oC со скоростью нагрева 20-25^oC/мин, термообработку до температуры 900-950^oC со скоростью подъема 1-3^oC/мин и активацию при 850-950^oC в среде водяного пара, подаваемого противотоком к направлению движения гранул (см. Пат. РФ N 2023663, кл. C 01 B 31/08, опубл. 30.11.94).

Недостатком прототипа является малая адсорбционная способность по находящимся в питьевой воде органическим веществам и низкая прочность гранул.

Целью изобретения является повышение адсорбционной способности получаемого АУ при очистке питьевой воды от органических веществ и увеличение прочности гранул.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом, включающим смещение порошкообразного УСМ со связующим, прессование гранул, их карбонизацию и активацию водяным паром, причем после прессования гранулы охлаждают до температуры 15-25^oC в потоке воздуха, карбонизацию проводят во вращающейся печи при разности температур гранул и газовой фазы на входе в барабан печи, равной 800-1100^oC, и на выходе из барабана, равной 50-200^oC, а активацию ведут водяным паром путем чередующегося пронизывания слоя гранул в направлении, перпендикулярном его движению.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что после прессования гранулы охлаждают до температуры 15-25^oC в потоке воздуха, карбонизацию проводят во вращающейся печи при разности температур гранул и газовой фазы на входе в барабан печи, равной 800-1100^oC, и на выходе из барабана, равной 50-200^oC, а активацию ведут водяным паром путем чередующегося пронизывания слоя гранул в направлении, перпендикулярном его движению.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Образуемые при прессовании угольно-смоляной пасты гранулы имеют температуры на выходе из фильер 60-80^oC и при подаче их сразу на стадию карбонизации будет иметь место превалирование процессов газовыделения над процессами уплотнения, что значительно уменьшает прочность самих гранул. Если же выходящие из пресса гранулы подвергнуть предварительному охлаждению в потоке воздуха (для большей интенсивности процесса охлаждения), то внутренняя структура сырой гранулы уплотнится и в значительной мере гомогенизируется. Это создает гарантии прочностных свойств на последующих стадиях термообработки (карбонизации и активации). Вторым важным моментом предлагаемого способа является подбор оптимальных условий стадии карбонизации, где формируется необходимая пористая структура гранулы. Более интенсивный нагрев входящих в барабан печи карбонизации гранул обеспечивает формирование более крупных кристаллитов с большими межплоскостными расстояниями, что гарантирует на стадии активации получение АУ с крупными микропорами (0,8-1,6 нм), благоприятными для адсорбции органических веществ с большим молекулярным весом, загрязняющих питьевую воду. Активация карбонизованных гранул водяным паром путем чередующегося пронизывания слоя гранул в направлении, перпендикулярном его движению ( в шахтной печи специальной конструкции), обеспечивает равномерность развития пористой структуры и дополнительное повышение адсорбционных свойств.

В результате многочисленных экспериментов были установлены режимы способа получения АУ, наилучшим образом очищающего питьевую воду от органических веществ и увеличивающего прочность гранул.

Способ осуществляют следующим образом.

Измельченный углеродсодержащий материал (каменный уголь, полукокс или их шихту) смешивают со связующим с каменноугольной и/или лесохимической смолой до образования однородной пасты, которую прессуют на шнековом прессе через фильеры диаметром отверстий 1,0-3,5 мм. "Сырые" гранулы подают на транспортер, где охлаждают потоком воздуха до температуры 15-25^oC, и затем направляют их в барабан печи карбонизации, где держат температуру газовой фазы на входе в барабан 815-1125^oC, сохраняя разность температур гранул и газовой фазы 800-1100^oC, и на выходе из барабана - 400 - 650^oC, сохраняя разность температур гранул и газовой фазы 50-200^oC. Затем гранулы подают в вертикальную шахтную печь или вертикальную печь иной конструкции и ведут активацию при 850-950^oC перегретым водяным паром путем чередующегося пронизывания слоя гранул в направлении, перпендикулярном его движению при норме расхода пара 5-15 кг на кг выгружаемого АУ. Полученный АУ охлаждают до комнатной температуры, рассеивают, выделяя нужную фракцию, и анализируют. Анализ механической прочности гранул проводят по ГОСТ 16188-70. Тестовым веществом по оценке адсорбционной способности АУ при очистке воды от органических веществ с большим молекулярным весом является фенол.

Оценку ведут стандартным адсорбционным методом: питьевую воду загрязняют фенолом, получая раствор с концентрацией последнего C₀ = 0,01 мг/л, затем отбирают объем раствора 100 мл и вводят в него навеску активного угля в количестве 5 г. Через 30 мин отбирают пробу раствора объемом 10 мм и определяют остаточную концентрацию фенола на жидкостном хроматографе. Адсорбционную способность рассчитывают как количество поглощенного фенола (в г) на 100 г активного угля (т.е. в мас.%).

Пример 1 Берут 3,5 кг каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-75) и 3,5 кг полукокса длиннопламенного угля марки Д (ГОСТ 5442-74), измельченных в шаровой мельнице до размеров частиц 20-90 мкм, и смешивают их с 3,0 кг каменноугольной смолы (ТУ 14-7-100-89 марка А) и 0,5 кг воды.

Процесс смешения осуществляют при температуре 50-70^oC в течение 12-15 мин. Затем пасту гранулируют через фильеры диаметром отверстий 1,8 мм. Выходящие из фильер гранулы (с температурой 60-80^oC) охлаждают на транспортере в потоке воздуха до температуры 15-25^oC и затем направляют их в барабан печи карбонизации, где держат температуру газовой фазы на входе 815^oC, обеспечивая разность температур гранул и газовой фазы 800^oC, и на выходе из барабана - 400^oC, сохраняя разность температур гранул и газовой фазы 50^oC. Карбонизованные гранулы охлаждают и подают на активацию в вертикальную шахтную печь, где активируют перегретым водяным паром, подаваемым из расчета 8 кг/кг АУ при температуре 900^oC, путем чередования пронизывания слоя гранул в направлении, перпендикулярном его движению. Полученный АУ охлаждают, рассеивают и анализируют.

Прочность активного угля составила 92,7%.

Адсорбционная способность по фенолу составила 2,1 мас.%.

Пример 2 Аналогично примеру 1, за исключением того, что берут 7,0 кг измельченного каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-75) (без добавки полукокса) и смешивают с 3,0 кг препарированной смолы (по ГОСТ 22989-78 марка Б), гранулы после прессования охлаждают до температуры 25^oC в потоке воздуха, а карбонизацию проводят при разности температур гранул и газовой фазы на входе в барабан печи, равной 1100^oC, и на выходе из барабана, равной 200^oC, (обеспечивая температуру газовой фазы на входе в барабан 1125^oC и на выходе из барабана 550^oC).

Прочность активного угля составила 93,7%.

Адсорбционная способность по фенолу составила 2,5 мас.%.

Пример 3 Аналогично примеру 1, за исключением того, что после прессования гранулы охлаждают в потоке воздуха до температуры 20^oC, а карбонизацию проводят при разности температур гранул и газовой фазы на входе в барабан печи, равной 950^oC, и выходе из барабана, равной 125^oC, (температура газовой фазы соответственно на входе 970^oC и на выходе 475^oC).

Прочность активного угля составила 95,8%.

Адсорбционная способность по фенолу составила 1,8 мас.%. Аналогичные показатели АУ полученного по прототипу (без дробления гранул) составили: прочность 78-80%, адсорбционная способность по фенолу 0,6-0,8 мас.%, что значительно ниже, чем у АУ, полученного по предлагаемому способу.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно на повышение адсорбционной способности получаемого АУ при очистке питьевой воды от органических веществ и увеличение прочности гранул.

Формула изобретения

Способ получения активного угля, включающий смешение порошкообразного углеродсодержащего материала со связующим, прессование гранул, их карбонизацию и активацию водяным паром, отличающийся тем, что после прессования гранулы охлаждают до 15 - 25^oС в потоке воздуха, карбонизацию проводят во вращающейся барабанной печи при разности температур гранул и газовой фазы на входе в барабан печи, равной 800 - 1100^oС, и на выходе из барабана, равной 50 - 200^oС, а активацию ведут путем чередующегося пронизывания водяным паром слоя гранул в направлении, перпендикулярном его движению.