Способ получения активного угля
Владельцы патента RU 2346889:
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (RU)
Изобретение относится к области сорбционной техники. Способ получения активного угля из торфа включает измельчение исходного сырья, введение модификатора при отношении массы торфа к массе модификатора 1:(0,3-3), гранулирование, сушку, карбонизацию при 450-600°С и активацию гранул водяным паром или смесью Н2О+СО2 при 880-950°С, при этом в качестве модификатора торфа используют продукты деполимеризации термопластов серной кислотой, полученные при отношении массы полимеров к массе H2SO4, равном 1:(1-3). Предложенный способ позволяет увеличить прочность при истирании активного угля на торфяной основе в 1,22-1,26 раза (до 95-98,2%) при сохранении суммарного объема пор не ниже 0,7-0,8 см3/г доли микропор в суммарном объеме пор на уровне 63-36%. 1 табл.
Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения активных углей, применяемых в гидрометаллургии благородных и редких металлов, водоподготовке и водоочистке, в газоочистке, рекуперации летучих растворителей, противогазовой технике, а также в других отраслях народного хозяйства.
Известен способ получения активного угля из торфа, включающий измельчение исходного сырья, гранулирование, сушку, карбонизацию и активацию гранул, причем перед гранулированием в измельченное сырье вводят каменный уголь в количестве 10-40 мас.% см. пат. РФ №2102318, кл. С01В 31/08, опубл. 20.01.98.
Недостатком известного способа является низкий выход продукта и большие энергозатраты на стадии грануляции.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения активного угля из торфа, включающий измельчение исходного сырья, гранулирование при 20-50°С, сушку при 120-170°С в течение 30-50 мин, карбонизацию при 500-700°С в течение 2-3 часов и химическую активацию гранул при 750-870°С в течение 4-5 часов, где перед гранулированием в измельченное сырье вводят раствор, содержащий калий и серу в количествах 4-25% и 1-12% соответственно, перемешивают до однородной пасты, причем после активации проводят отмывку гранул растворами сернистого калия, соляной кислоты, водой и ведут дополнительную термообработку при 600-870°С в течение 1-2 часов (см. пат. РФ №2072964, кл. С01В 31/08, опубл. 10.02.97).
Недостатком указанного способа (прототипа) является низкая прочность при истирании получаемого активного угля (75-78%).
Технической задачей изобретения является повышение прочности при истирании активного угля, при сохранении суммарного объема пор и доли микропор в суммарном объеме пор.
Поставленная задача достигается предложенным способом, включающим измельчение исходного сырья, введение модификатора, гранулирование при 30-80°С, сушку при 150-200°С в течение 2-4 час, карбонизацию при 450-600°С и активацию гранул водяным паром или смесью водяного пара и диоксида углерода при температурах 880-950°С, где в качестве модификаторов используют продукты деполимеризации термопластов под действием серной кислоты, полученные при соотношении масс полимеров и H2SO4, равном 1:1-3, при отношении массы торфа к массе модификатора, равном 1:0,3-3.
Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в качестве модификатора торфа используют смесь серной кислоты и продуктов деполимеризации термопластов, полученных при соотношениях масс серной кислоты и полимеров, равном 1:1-3, при отношении массы торфа к массе модификатора, равном 1:0,3-3. Модификатор-смесь получают путем деструкции полимеров в серной кислоте, а активацию проводят водяным паром или смесью водяного пара и диоксида углерода при температурах 880-950°С.
Из научно-технической литературы авторам неизвестно использование в качестве модификаторов торфа продуктов деполимеризации термопластов под действием серной кислоты, полученных при соотношении масс полимеров и H2SO4, равном 1:1-3, при отношении массы торфа к массе модификатора 1:0,3-3. Применяемый в данном техническом решении новый тип модификаторов - продуктов деполимеризации термопластов под действием серной кислоты, полученные при соотношении масс полимеров и H2SO4, равном 1:1-3, является чрезвычайно эффективным гидролизующим агентом для торфа.
Способ осуществляют следующим образом.
В молотый торф вводят модификатор (продукты деполимеризации термопластов под действием серной кислоты, полученные при соотношении масс полимеров и H2SO4, равном 1:1-3) в соотношении 1:0,3-3 и перемешивают до получения однородной пасты. Полученную пасту гранулируют на шнековом экструдере или гидравлическом прессе через фильеры с диаметром отверстий 1-5 мм. Сформованные гранулы сушат на воздухе при температуре 150-200°С в течение 2-4 часов. Подсушенные гранулы карбонизуют при температуре 450-600°С в течение 2-3 ч, активируют при температуре 880-950°С в течение 1-2,5 часов, используя в качестве активатора водяной пар или смесь водяного пара и диоксида углерода. После активации уголь охлаждают до температуры 100°С без доступа воздуха и анализируют.
Условия проведения опытов по осуществлению способа и их результаты в сравнении с характеристиками прототипа приведены в табл.1.
| Таблица 1 | ||||||
| №образца | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 (прототип) |
| модификатор | Смесь, полученная путем обработки волокна дорластан 80% H2SO4. | Смесь, полученная путем обработки полиметил-метакрилата марки ЛПТ-1 технической H2SO4. | Смесь, полученная путем обработки полисульфона марки астрел-360 технической Н2SO4. | Смесь, полученная путем обработки полиэтилен-терефталата марки (ПЭТФ ТУ-60-06-415-73) технической H2SO4. | Смесь, полученная путем обработки полиуретана марки ТПУ-3БМ технической H2SO4. | Водный раствор, содержащий 8% серы и 20% калия |
| Отношение масс полимера и H2SO4 | 1:1,25 | 1:3 | 1:2,8 | 1:1,8 | 1:1 | |
| Отношение массы торфа к массе модификатора | 1:1 | 1:0,5 | 1:0,6 | 1:0,7 | 1:3 | 1:1,5 |
| Температура гранулирования, °С | 30 | 30 | 60 | 80 | 30 | 40 |
| Температура сушки, °С | 180 | 200 | 150 | 150 | 150 | 150 |
| Время сушки, час | 2 | 2 | 4 | 4 | 4 | 0,5 |
| Температура карбонизации | 600 | 600 | 450 | 500 | 600 | 700 |
| Время карбонизации, час | 2,5 | 2 | 2 | 2 | 1,5 | 2,5 |
| Активирующий агент | Водяной пар | Смесь Н2О и CO2 при отношении масс Н2О/СО2 =1/1 | Смесь Н2О и СО2 при отношении масс Н2О/СО2=1/1 | Смесь Н2O и CO2 при отношении масс Н2О/СО2=2/1 | Смесь Н2O и СО2 при отношении масс H2O/CO2=1/1 | Металлический калий |
| Температура активации, °С | 880 | 950 | 950 | 900 | 950 | 800 |
| Время активации, час. | 2,5 | 2 | 2 | 2 | 1,5 | 4 |
| Прочность при истирании, % | 98,2 | 95 | 95 | 98 | 95 | 78 |
| Суммарный объем пор, см3/г | 0,8 | 0,7 | 0,73 | 0,77 | 0,8 | 0,8 |
| Доля микропор в суммарном объеме пор, % | 63 | 43 | 40,9 | 46 | 36 | 50 |
Как видно из приведенных в таблице 1 примеров, применение в качестве модификатора торфа продуктов деполимеризации термопластов под действием серной кислоты, полученных при соотношении масс полимеров и H2SO4, равном 1:1-3, при отношении массы торфа к массе модификатора 1:0,3-3 и соответствующих условиях сушки, карбонизации и активации влияет на увеличение прочности при истирании активного угля на торфяной основе при сохранении доли микропор в суммарном объеме пор, а именно: позволяет увеличить прочность при истирании активного угля на торфяной основе в 1,22-1,26 раза (до 95-98,2%) при сохранении суммарного объема пор не ниже 0,7-0,8 см3/г доли микропор в суммарном объеме пор на уровне 63-36%.
Способ получения активного угля из торфа, включающий измельчение торфа, гранулирование, сушку, карбонизацию при 450-600°С и активацию гранул, отличающийся тем, что в измельченный торф вводят смесь, полученную путем обработки полимера серной кислотой, при отношении массы полимера к массе серной кислоты, равном 1:(1-3), введение осуществляют из расчета отношения массы торфа к массе упомянутой смеси, равного 1:(0,3-3), при этом активацию проводят водяным паром или смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 880-950°С.
