Способ получения углеродного сорбента
Изобретение относится к химической технологии, в частности к производству сорбентов для очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов, и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической технологии, горном деле и других отраслях промышленности. Способ получения углеродного сорбента включает измельчение бурого угля до фракции 0,5-5 мм, его нагрев до 150-300°С, выдерживание при указанной температуре в течение 2-5 часов при непрерывном отводе выделяющихся при нагреве газов и охлаждение. Способ позволяет уменьшить энергозатраты на получение углеродного сорбента, обладающего высокими сорбционными свойствами. 2 табл.
Изобретение относится к химической технологии твердого топлива, в частности к производству сорбентов для очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов, и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической технологии, горном деле и других отраслях промышленности.
В настоящее время в ряду фильтрующих загрузок из природных материалов углеродный сорбент является одним из самых эффективных. Особенности строения внутренних пор и химической структуры позволяют фильтрованием через эту загрузку решать широкий круг задач по очистке воды. Углеродный сорбент используется для очистки: железо- и нефтесодержащих вод в системах питьевого водоснабжения; нефтесодержащих, ливневых, талых и промышленных вод перед повторным использованием или контролируемым сбросом в природные водоемы. Эксплуатация углеродных фильтров в системах питьевого водоснабжения выявила стабильность их работы в условиях отсутствия непрерывности эксплуатации, сохранение свойств сорбента после пребывания в условиях нулевых и отрицательных температур, отсутствие образования биомассы в загрузке. За счет применения углеродного сорбента снижаются капитальные и эксплуатационные затраты и энергоемкость процессов очистки воды. Утилизация углеродного сорбента осуществляется сжиганием без нанесения ущерба окружающей среде («Универсальная загрузка фильтров очистки воды МИУ-С из специфического природного угля», Тарнапольская М.Г., Ковалева И.Б. Вода и экология: проблемы и решения. 2002, №4, с.40-44, рус.).
Известен способ получения углеродсодержащего сорбента, включающий помол ископаемого угля, его фракционирование и сжигание в котлоагрегатах тепловых электростанций при температуре 1200-1500°С (RU №1344738 А1, 1987, МПК C02F 1/28, B01J 20/20).
Недостатком способа являются высокие энергозатраты на получение углеродсодержащего сорбента, а также его низкие адсорбционные свойства вследствие малой пористости и удельной поверхности 20-30 м2/г.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и максимальному количеству сходных признаков является способ получения углеродного сорбента, включающий дробление бурого угля до фракции 2-3 мм, медленный нагрев его при скорости подъема температуры 2-3 град./мин до температуры 700°, изотермическую выдержку 2 часа при данной температуре и последующее охлаждение («Зерненные углеродные адсорбенты на основе Канско-Ачинских бурых углей», Передерий М.А., Казаков В.А. «Жидкие, газообразные и твердые синтетические топлива из углей», М., 1983., стр.138).
Недостатком способа являются высокие энергозатраты на получение углеродного сорбента, а также сложность и длительность процесса его получения.
Из уровня техники не выявлено способа, имеющего признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно считать, что предложенный способ соответствует условию изобретательского уровня.
Задачей изобретения является получение с низкими энергозатратами углеродного сорбента, обладающего высокими сорбционными свойствами.
Для решения поставленной задачи в способе получения углеродного сорбента, включающем измельчение бурого угля до фракции 0.5-5 мм, его нагрев и охлаждение, согласно изобретению нагрев осуществляют до 150-300°С и выдерживают при указанной температуре в течение 2-5 часов при непрерывном отводе выделяющихся при нагреве газов.
Способ осуществляют следующим образом.
Бурый уголь измельчают до фракции 0,5-5 мм. Затем его медленно нагревают до температуры 150-300°С и выдерживают при указанной температуре в течение 2-5 часов. При этом из печи непрерывно отводят выделяющиеся при нагреве газы: пары воды и пиролизный газ. Это делается для поддержания в печи бескислородной атмосферы, при которой бурый уголь превращается в углеродный сорбент, обладающий пористой структурой. Полученный сорбент охлаждают до температуры окружающей среды и используют по своему назначению.
Пример
Бурый уголь Канско-Ачинского месторождения измельчали на угольных мельницах до фракции 0,5-5 мм. Затем его нагревали со скоростью 3-5 град./мин в камерной печи до температуры 150-300°С и выдерживали при этой температуре 2-5 часов. При этом из печи непрерывно отводили газы, образующиеся при нагреве бурого угля: пары воды и пиролизный газ. При отводе этих газов в печи образуется бескислородная атмосфера, способствующая формированию пористой структуры бурого угля и превращению его в углеродный сорбент. Полученный углеродный сорбент постепенно охлаждают до температуры окружающей среды и используют по своему назначению.
Углеродный сорбент, полученный заявляемым способом, имеет удельную поверхность пор 40 м2/г и более, а суммарный объем пор составляет 0,14 см3/г.
Для испытания полученного углеродного сорбента последний помещали в сорбционную колонку и пропускали через него с постоянной скоростью 3 м/ч производственные сточные воды, содержащие 0,26-1,7 мг/л нефтепродуктов. В очищенных промышленных сточных водах определяли остаточную концентрацию нефтепродуктов. На основании этих данных рассчитывали степень ее очистки.
В таблице 1 приведены данные о сорбционных показателях полученных заявляемым способом углеродных сорбентов и приведена зависимость этих показателей и степень очистки производственных сточных вод с различным содержанием нефтепродуктов от температуры нагрева бурого угля при получении углеродного сорбента.
| Таблица 1 | |||||
| Температура нагрева бурого угля, °С | Время выдержки бурого угля при указанной температуре, час | Удельная поверхность полученного углеродного сорбента, м2/г | Суммарный объем пор полученного углеродного сорбента, см3/г | Исходное содержание нефтепродуктов в промышл. сточных водах, мг/л | Степень очистки промышленных сточных вод, % |
| 100 | 2 | 27,0 | 0,06 | 1,70 | 12,0 |
| 150 | 5 | 44,0 | 0,14 | 1,05 | 94,7 |
| 150 | 10 | 43,0 | 0,21 | 1,64 | 91,5 |
| 200 | 2 | 37,0 | 0,11 | 1,05 | 91,4 |
| 250 | 3 | 40,0 | 0,14 | 1,05 | 92,3 |
| 300 | 2 | 46,0 | 0,14 | 0,26 | 88,4 |
| 350 | 2 | 42,0 | 0,14 | 1,05 | 86,2 |
| 400 | 1 | 40,0 | 0,14 | 0,84 | 62,0 |
В таблице 2 приведены данные о сорбционных показателях полученных заявляемым способом углеродных сорбентов и приведена зависимость этих показателей и степень очистки производственных сточных вод с различным содержанием нефтепродуктов от времени выдержки бурого угля при указанной температуре нагрева при получении углеродного сорбента.
| Таблица 2 | |||||
| Время выдержи бурого угля при указанной температуре, час | Температура нагрева бурого угля, °С | Удельная поверхность полученного углеродного сорбента, м2/г | Суммарный объем пор полученного углеродного сорбента, см3/г | Исходное содержание нефтепродуктов в промышл. сточных водах, мг/л | Степень очистки промышленных сточных вод, % |
| 1 | 400 | 40,0 | 0,14 | 0,84 | 62,0 |
| 2 | 100 | 27,0 | 0,06 | 1,70 | 12,0 |
| 2 | 200 | 37,0 | 0,11 | 1,05 | 91,4 |
| 2 | 300 | 46,0 | 0,14 | 0,26 | 88,4 |
| 3 | 250 | 40,0 | 0,14 | 1,05 | 92,3 |
| 4 | 350 | 42,0 | 0,14 | 1,05 | 86,2 |
| 5 | 150 | 44,0 | 0,14 | 1,05 | 94,7 |
| 10 | 150 | 43,0 | 0,21 | 1,64 | 91,5 |
При сопоставлении представленных в таблицах 1 и 2 данных видно, что при нагреве бурого угля до температуры 150-300°С и времени его выдержки 2-5 часов при данной температуре углеродный сорбент получается с высокими сорбционными свойствами. Он хорошо очищает промышленные сточные воды от нефтепродуктов. При уменьшении температуры нагрева менее 150°С и времени выдержки менее 2 часа при данной температуре получаемый углеродный сорбент имеет низкие сорбционные свойства, что не позволяет ему производить эффективную очистку промышленных сточных вод от нефтепродуктов. При увеличении температуры нагрева бурого угля более 300°С и времени выдержки более 5 часов при данной температуре сорбционные свойства получаемого углеродного сорбента будут высокими, но неоправданно увеличиваются энергозатраты на его получение.
Применение предлагаемого способа позволит уменьшить энергозатраты на получение углеродного сорбента. Это позволит получить дешевый сорбент, обладающий высокими сорбционными свойствами, для очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов до уровня норм, установленных природоохранными органами.
Способ получения углеродного сорбента, включающий измельчение бурого угля до фракции 0,5-5 мм, его нагрев и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев осуществляют до 150-300°С и выдерживают при указанной температуре в течение 2-5 ч при непрерывном отводе выделяющихся при нагреве газов.
