Способ регенерации активного угля
Изобретение относится к сорбционным технологиям и может быть использовано для восстановления свойств углеродных сорбентов и их повторного использования в производстве. Изобретение применимо к активным углям (АУ), использованным в процессе рекуперации органических растворителей. Способ регенерации активного угля включает термообработку в атмосфере дымовых газов в диапазоне 350-500°С при скорости подъема температуры 50-150°С/мин и активацию при 850-950°С. Изобретение позволяет получить кондиционный продукт из выработавшего ресурс рекуперационного активного угля. 4 табл.
Изобретение относится к сорбционным технологиям и может быть использовано для восстановления свойств углеродных сорбентов и их повторного использования в производстве. Изобретение применимо к активным углям (АУ), использованным в процессе рекуперации органических растворителей.
Известен способ регенерации активного угля путем двустадийной термообработки АУ по патенту РФ №2042616 RU (опубл. 27.08.1995), включающий обработку АУ сначала потоком дымовых газов до 500-650°С со скоростью подъема темперауры 15-25°С/мин, охлаждение и обработку угля окислительным газом до 800-950°С со скоростью ее подъема 2-10°С/мин, при этом в качестве окислительного газа подают водяной пар в количестве 5-15 кг на 1 кг угля.
Недостатком данного способа является низкая механическая прочность гранул получаемого АУ, а также относительно низкое значение сорбционной емкости АУ, как правило, не превышающей значение активности свежего исходного АУ.
Предлагаемым изобретением решается задача переработки выработавшего свой ресурс рекуперационного АУ в кондиционный продукт с более высокими, чем у свежего АУ сорбционными характеристиками.
Для достижения указанного технического результата в способе регенерации активного угля, включающем нагрев угля в атмосфере дымовых газов, его выдержку при конечной температуре нагрева, охлаждение и термообработку проводят в потоке водяного пара при 850-950°С, а нагрев угля в атмосфере дымовых газов осуществляют до 350-500°С при скорости подъема температуры 50-150°С/мин.
Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что нагрев угля в атмосфере дымовых газов осуществляют до 350-500°С при скорости подъема температуры 50-150°С/мин.
Благодаря наличию этих признаков получен высокоэффективный способ рекуперации активного угля.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В процессе многоцикловой адсорбции-десорбции органических соединений пористая структура со временем оказывается заблокированной высокомолекулярными органическими соединениями, образующимися на поверхности пор АУ. Полученный АУ должен не только полностью восстановить свои сорбционные свойства, но и приобрести в процессе получения специфическую пористую структуру, оптимальную для процессов многоцикловой адсорбции-десорбции.
Многочисленными экспериментами установлено, что на первом этапе регенерации необходимо верно выбрать температуру и скорость ее подъема. Установлено, что при высокой температуре - 500°С и выше при медленной скорости подъема температуры - 15-25°С/мин происходит полное удаление летучих компонентов из гранул активированного угля, при этом отложений пироуглерода не образуется, но интенсивно происходит внешний обгар гранул, что приводит к снижению насыпной плотности АУ без увеличения его сорбционных характеристик (выраженных в г/г сорбента).
При температуре на первой стадии 350-500°С при темпе подъема температуры - 50-150°С/мин, при термообработке происходит удаление летучих веществ с одновременным их разложением и образование пироуглерода на поверхности супермикропор и мезопор. При этом закладывается определенная пористая структура, развивающаяся при дальнейшей активации.
При температуре ниже 350°С летучие вещества, не удаляясь, часто разлагаются прямо в микропорах, препятствуя доступу перегретого пара при дальнейшей активации. При более высокой скорости подъема температуры (более 150°С/мин) разложение летучих компонентов также происходит в микропорах.
Температура на второй стадии процесса определяется с одной стороны низкой скоростью реакции окисления углерода водяным паром при температуре ниже 850°С, а с другой преобладанием в основном процесса внешнего обгара углерода над внутренним (формирующим сорбирующие поры) при температуре более 950°С.
Количество подаваемого на второй стадии водяного пара должно быть достаточным для проведения реакции окисления углерода в микропорах АУ.
Способ осуществляется следующим образом:
Берут отработанный рекуперационный АУ, в процессе работы утративший свою сорбционную способность на 50% и более. Загружают его в реактор и проводят обработку в среде дымовых газов до 350-500°С, со скоростью подъема температуры 50-150°С/мин. Затем уголь выгружают, охлаждают и подают его в другой реактор, где проводят обработку водяным паром при 850-950°С, подавая водяной пар в количестве 6-10 кг на 1 кг выгружаемого угля.
Полученный АУ выгружают, охлаждают, высеивают кондиционную фракцию, фасуют в бумажные мешки и направляют потребителю.
Пример 1.
Берут 10 кг отработанного активного угля марки АР-Б (в пересчете на сухой уголь) и подают его в реактор по направлению движения дымовых газов, обеспечивая нагрев его до 350°С при скорости подъема температуры 100°С/мин, выдерживают при конечной температуре 20 мин, после чего выгружают и охлаждают. Затем уголь направляют в реактор, где проводят обработку его в потоке водяного пара, нагревая до 850°С, при этом расход водяного пара составляет 6 кг на 1 кг активного угля. Полученный АУ имеет равновесную активность по толуолу 155 г/дм3, активность по метиленовому голубому 250 мг/г.
Пример 2.
Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что нагревание в потоке дымовых газов на первой стадии осуществляется до 500°С при скорости подъема температуры 140°С/мин, а после охлаждения в потоке водяного пара до температуры 950°С, при расходе водяного пара 10 кг на 1 кг выгружаемого угля. Полученный АУ имеет равновесную активность по толуолу 158 г/дм3, активность по метиленовому голубому 280 мг/г.
Пример 3.
Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что нагревание в потоке дымовых газов на первой стадии осуществляется до 450°С при скорости подъема температуры 100°С/мин, а после охлаждения в потоке водяного пара до температуры 900°С, при расходе водяного пара 8 кг на 1 кг выгружаемого угля. Полученный АУ имеет равновесную активность по толуолу 155 г/дм3, активность по метиленовому голубому 260 мг/г.
В таблице 1 приведены результаты исследования адсорбционной способности активных углей, регенерированных по предлагаемому способу в зависимости от температурного режима их получения, а также от скорости подъема температуры.
В таблице 2 приведены результаты исследования адсорбционной способности активных углей, регенерированных по предлагаемому способу в зависимости от расхода пара на второй стадии термообработки.
Пример 4.
Берут 10 кг отработанного активного коксового угля марки Каусорб-224 (в пересчете на сухой уголь) и подают его в реактор по направлению движения дымовых газов, обеспечивая нагрев его до 400°С при скорости подъема температуры 100°С/мин, выдерживают при конечной температуре 20 мин, после чего выгружают и охлаждают. Затем уголь направляют в реактор, где проводят обработку его в потоке водяного пара, нагревая до 900°С, при этом расход водяного пара составляет 8 кг на 1 кг активного угля. Полученный АУ имеет равновесную активность по толуолу 190 г/дм3.
В таблице 3 приведены результаты исследования адсорбционной способности активных углей на кокосовой основе, регенерированных по предлагаемому способу в зависимости от температурного режима их получения, а также от скорости подъема температуры.
В таблице 4 приведены результаты исследования адсорбционной способности активных углей на кокосовой основе, регенерированных по предлагаемому способу в зависимости от расхода пара на второй стадии термообработки.
Как следует из данных, приведенных в табл.1, 2, 3, 4, достигается получение углеродного адсорбента с более высокими, чем у исходного свежего активного угля, сорбционными характеристиками, при условии, что температурный режим на первой стадии термообработки поддерживают в диапазоне 350-500°С при скорости подъема температуры 50-150°С/мин, температурный режим на второй стадии термообработки 850-950°С, расход пара на второй стадии термообработки 6-10 кг/кг выгружаемого активного угля.
| Таблица 1 | |||||
| Способ | Температура на первой стадии термообработки, °С | Скорость подъема температуры на первой стадии термообработки, °С/мин | Температура на второй стадии термообработки, °С | Равновесная активность по толуолу, г/дм3 | Адсорбционная активность по метиленовому голубому, мг/г |
| Предлагаемый | 300 | 100 | 900 | 125 | 210 |
| 350 (пример 1) | 100 | 900 | 155 | 258 | |
| 450 | 100 | 900 | 155 | 260 | |
| 500 | 100 | 900 | 165 | 265 | |
| 600 | 100 | 900 | 132 | 215 | |
| 500 | 35 | 900 | 120 | 190 | |
| 500 | 50 | 900 | 148 | 230 | |
| 500 | 100 | 900 | 165 | 265 | |
| 500 | 150 | 900 | 151 | 235 | |
| 500 | 200 | 900 | 130 | 215 | |
| 500 | 100 | 800 | 132 | 180 | |
| 500 | 100 | 850 | 150 | 230 | |
| 500 (пример 2) | 100 | 950 | 155 | 270 | |
| 500 | 100 | 1000 | 127 | 250 | |
| АР-Б ГОСТ 8703-74 | - | - | - | 135 | - |
| Примечание: Расход пара на 2 стадии термообработки 8 кг/ кг активного угля |
| Таблица 2 | |||
| Способ | Расход водяного пара, кг/кг угля | Равновесная активность по толуолу, г/дм3 | Адсорбционная активность по метиленовому голубому, мг/г |
| Предлагаемый | 4 | 110 | 170 |
| 6 | 145 | 230 | |
| 8 (пример 3) | 155 | 260 | |
| 10 | 153 | 265 | |
| 12 | 136 | 210 | |
| АР-Б ГОСТ 8703-74 | , | 135 | - |
| Примечание: 1. Температура 1 стадии термообработки 450°С, скорость подъема температуры 100°С/мин 2. Температура 2 стадии термообработки 900°С. |
| Таблица 3 | ||||
| Способ | Температура на первой стадии термообработки, °С | Скорость подъема температуры на первой стадии термообработки, °С/мин | Температура на второй стадии термообработки, °С | Равновесная активность по толуолу, г/дм3 |
| Предлагаемый | 300 | 100 | 900 | 140 |
| 400 (пример 4) | 100 | 900 | 190 | |
| 500 | 100 | 900 | 185 | |
| 600 | 100 | 900 | 152 | |
| 500 | 35 | 900 | 125 | |
| 500 | 50 | 900 | 162 | |
| 500 | 100 | 900 | 182, | |
| 500 | 150 | 900 | 163 | |
| 500 | 200 | 900 | 145 | |
| 400 | 100 | 800 | 155 | |
| 400 | 100 | 850 | 178 | |
| 400 | 100 | 950 | 169 | |
| 400 | 100 | 1000 | 135 | |
| Каусорб-224 ТУ 2162-210-05795731-2006 | 160 |
| Таблица 4 | ||
| Способ | Расход водяного пара, кг/кг угля | Равновесная активность по толуолу, г/дм3 |
| Предлагаемый | 4 | 126 |
| 6 | 164 | |
| 8 (пример 4) | 190 | |
| 10 | 167 | |
| 12 | 135 | |
| Каусорб-224 ТУ 2162-210-05795731-2006 | - | 160 |
| Примечание: 1. Температура 1 стадии термообработки 400°С, скорость подъема температуры 100°С/мин. 2. Температура 2 стадии термообработки 900°С. |
Способ регенерации активного угля, включающий нагрев угля в атмосфере дымовых газов, его выдержку при конечной температуре нагрева, охлаждение и термообработку в потоке водяного пара при 850-950°С, отличающийся тем, что нагрев угля в атмосфере дымовых газов осуществляют до 350-500°С при скорости подъема температуры 50-150°С/мин.
