Способ получения активного угля

 

Изобретение относится к области получения активного угля и может быть использовано для очистки водных и газовых сред от токсичных загрязнений. Предложен способ получения активного угля, включающий смешение мелкодисперсного углеродсодержащего сырья со связующим, прессование гранул, их карбонизацию и активацию, при этом углеродсодержащее сырье представляет собой смесь полукокса и низкозольного каменного угля в соотношении 1:0,20-0,40, в качестве связующего применяют смесь каменноугольной и лесохимической смол с содержанием кокса 18-20%, карбонизацию гранул ведут до насыпной плотности 600-640 г/дм³ при t=800-1000^oC, а активацию осуществляют до суммарного объема пор 0,85-1,00 см³/г. Способ позволяет получить активный уголь с повышенными показателями сорбционной емкости и механической прочности.

Изобретение относится к области получения активного угля и может быть использовано для очистки водных и газовых сред от токсичных загрязнений.

Известен способ получения активного угля, включающий смешение при нагревании измельченного каменноугольного сырья и лесохимической смолы, грануляцию смеси через фильеры пресса при 71-100^oC и давлении 70-99 кг/см², карбонизацию и активацию гранул (пат. RU N 2072319 C1, кл. C 01 B 31/08, 20.01.97).

Недостатком известного способа является невысокая механическая прочность гранул угля.

Известен также способ получения активного угля, включающий прессование измельченного углеродсодержащего материала, карбонизацию и активацию гранул, причем после карбонизации осуществляют нагревание со скоростью 1-3^oC/мин при 900-950^oC, карбонизацию ведут при нагревании со скоростью 20-25^oC/мин до 550-650^oC, а активацию - водяным паром (пат. RU N 2023663 C1, кл. C 01 B 31/08, 30.11.94).

Недостатком данного способа является то, что полученный уголь имеет относительно низкую осветляющую способность по йоду.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения активного угля, включающий смешивание измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего, гранулирование смеси, карбонизацию гранул при 550-650^oC и активацию карбонизованного продукта при 850±50^oC (авт.св. СССР N 1414777, кл. C 01 B 31/08, 1988).

Недостатком прототипа является относительно малая адсорбционная способность угля по метиленовому голубому и низкая прочность гранул.

Задачей изобретения является получение активного угля с повышенными свойствами при очистке водных сред и увеличение механической прочности гранул.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим смешение мелкодисперсного углеродсодержащего сырья со связующим, прессование гранул, их карбонизацию и активацию, отличающимся тем, что углеродсодержащее сырье представляет собой смесь полукокса и низкозольного каменного угля в соотношении 1: 0,20-0,40, в качестве связующего применяют смесь каменноугольной и лесохимической смол с содержанием кокса 18-20%, карбонизацию гранул ведут до насыпной плотности 600-640 г/дм³ при t = 800-1000^oC, а активацию осуществляют до суммарного объема пор 0,85-1,00 см³/г.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что в качестве углеродного сырья используют смесь полукокса и низкозольного каменного угля в соотношении 1:0,20-0,40, в качестве связующего применяют смесь каменноугольной и лесохимической смол, определяющим параметром в которой является содержание кокса 18-20%, причем карбонизацию гранул ведут до насыпной плотности 600-640 г/дм³ при t = 800-1000^oC, а активацию осуществляют до суммарного объема пор 0,85-1,00 см³/г.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Получение активного угля с высокими сорбционными показателями и повышенной механической прочностью требует оптимизации сырьевых компонентов и технологических режимов, т.к. повышение адсорбционных свойств угля за счет увеличения обгара снижает механическую прочность и наоборот. Композиционный состав из полукокса, низкозольного каменного угля, каменноугольной и лесохимической смол позволяет регулировать процесс таким образом, чтобы гранулы на стадии активации имели высокую реакционную способность, меньше находились в печи, но при этом достигалась высокая пористость, а поверхностный обгар и озоление угля были бы минимальны. На стадии карбонизации процессы конденсации углеродной массы должны превалировать над процессами газовыделения, что приводит к повышению механической прочности угля. Температурный режим карбонизации 800-1000^oC и строгий контроль насыпного веса гранул, характеризующего степень уплотнения углеродного материала, являются базой для получения высокопрочных гранул угля.

Способ осуществляют следующим образом. Полукокс и каменный уголь в соотношении 1:0,2-0,4 (масс) подают в шаровую мельницу, где размалывают до частиц размером менее 90 мкм. Одновременно в смесителе при температуре 40-60^oC готовят смесь смол - каменноугольной и лесохимической, при этом контроль готовности смеси ведут по содержанию кокса на уровне 18-20%. Приготовленные компоненты перемешивают и формуют через фильеры с d = 1,0-5,0 мм, в зависимости от требуемого фракционного состава в готовом угле. Далее "сырые" гранулы подают в барабан карбонизации, где процесс ведут таким образом, чтобы насыпной вес карбонизованных гранул находился в пределах 600-640 г/дм³, прочность была выше 85%, а содержание "летучих" веществ не превышало 11%. Указанные параметры достигаются при отсутствии интенсивного "горения" в барабане карбонизации и температурном режиме 800-1000^oC в загрузочной камере.

Карбонизованный продукт загружают в шахтную печь активации, где обеспечивают оптимальные условия протекания химического взаимодействия угля с водяным паром. Условия активации: t = 900-1000^oC, расход пара 1,5-1,7 т/ч или 6-8 кг пара на 1 кг выгружаемого угля.

Далее продукт выгружают из печи, причем скорость процесса регулируют по насыпной плотности, характеризующей суммарную пористость угля. Активацию ведут до V_Σ = 0,85-1,00 см³/г, при этом осветляющая способность угля по йоду составляет более 950 мг/г, по метиленовому голубому более 250 мг/г, а механическая прочность 87-96%.

Пример 1.

Берут 8 кг полукокса марки П-1 (ТУ 6-17-0206514-3-88) и 2 кг каменного угля марки 2ССКО с содержанием золы 4-5% (ГОСТ 10355-86) и размалывают в шаровой мельнице до размера частиц менее 90 мкм. Готовят смесь смол из 3 кг каменноугольной смолы (КУС) с содержанием кокса 23% и 2 кг лесохимической смолы (ЛХС) с содержанием кокса 13%, при этом в рабочей смеси смол получают содержание кокса 19%.

Далее смешивают 10 кг мелкодисперсной пыли с 4 кг смоляного связующего в смесителе при температуре 50^oC до однородной пастообразной массы, которую далее формуют через фильеры d = 1,3-1,4 мм. "Сырые" гранулы подают в барабан карбонизации, установив температуру в загрузочной камере 800^oC, при этом получают карбонизованный продукт с насыпным весом 600 г/дм³ прочностью 87% и содержанием летучих веществ 11%. Карбонизованные гранулы подают в печь активации, активируют водяным паром при t = 900-950^oC до пористости 0,85 см³/г. Полученный активный уголь выгружают и анализируют по показателям: механическая прочность (ГОСТ 16188); осветляющая способность по I₂ (ГОСТ 6217); по метиленовому голубому (ГОСТ 4453).

Для определения осветляющей способности пробу угля предварительно растирают в ступке до пыли, прошедшей через сито N 005 и высушивают при t = 100-110^oC.

Полученный активный уголь имел осветляющую способность по I₂ - 958 мг/г, по метиленовому голубому - 280 мг/г, а механическую прочность 87%.

Пример 2.

Аналогично примеру 1, за исключением того, что берут 7 кг полукокса марки П-1 и 3 кг каменного угля марки 2ССКО, а смоляное связующее готовят из расчета содержания 20% кокса в смеси смол. На стадии карбонизации получают продукт с насыпным весом 640 г/дм³, прочностью 94%.

Полученный уголь имел осветляющую способность по I₂ - 960 мг/г, по метиленовому голубому - 288 мг/г, механическую прочность - 92%.

Пример 3.

Аналогично примеру 1, за исключением того, что температуру в загрузочной камере барабана карбонизации держат 1000^oC, а активацию ведут до суммарного объема пор 1,00 см³/г.

Полученный уголь имел осветляющую способность по I₂ - 980 мг/г, по метиленовому голубому 308 мг/г, механическую прочность - 86%.

Опытным путем установлено, что оптимальное содержание кокса в рабочей смеси смол составляет 18-20%, при более низком содержании кокса падает прочность угля, а при повышении данного параметра > 20% снижается реакционная способность карбонизованных гранул и, следовательно, увеличивается время активации, что приводит к повышению зольности угля.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность признаков является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Формула изобретения

Способ получения активного угля, включающий смешение мелкодисперсного углеродсодержащего сырья со связующим, прессование гранул, их карбонизацию и активацию, отличающийся тем, что углеродсодержащее сырье представляет собой смесь полукокса и низкозольного каменного угля в соотношении 1:0,20-0,40, в качестве связующего применяют смесь каменноугольной и лесохимической смол с содержанием кокса 18-20%, карбонизацию гранул ведут до насыпной плотности 600-640 г/дм³ при t = 800-1000^oС, а активацию осуществляют до суммарного объема пор 0,85-1,00 см³/г.