Способ получения активированного угля


 


Владельцы патента RU 2490207:

Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к технологическим процессам получения активного угля на основе древесины. Способ получения активированного угля заключается в сушке, карбонизации и активации сырьевого материала в реакторе и в последующей выгрузке полученного продукта. В качестве сырья используют древесную щепу с размером частиц от 1 мм до 10 мм и с исходной влажностью от 30% до 70%. Сушку, карбонизацию и активацию осуществляют при прямоточном движении щепы через реактор при скорости подъема температуры в нем 20-80°С/мин до температуры пиролиза 800-900°С, при которой в реактор подают воздух. Изобретение обеспечивает получение угля с высокой сорбционной активностью по йоду. 1 з.п. ф-лы, 9 пр.

 

Изобретение относится к технологическим процессам получения активного угля на основе древесины для использования его в качестве адсорбента в жидкофазных процессах очистки питьевой воды, ликероводочных изделий, лекарственных препаратов и т.п.

Известен способ получения активного угля из растительного сырья посредством термической его обработки при температуре 600°С, активации в присутствии водяного пара, диоксида углерода или кислорода при температуре 110°С, охлаждения и повторной термической обработки при температуре до 150°С без подвода активирующих агентов извне (Патент ПНР №140117, С01В 31/10, опуб. 05.01.88).

Недостатком данного технического решения является значительная сложность технологического процесса и аппаратуры для его осуществления.

Известен способ переработки углеродсодержащего сырья, аппарат для осуществления которого содержит поярусно расположенные реакционные камеры предварительного нагрева, низкотемпературной и высокотемпературной карбонизации и активации, которые соединены между собой переточными трубопроводами. Процесс получения активных углей в режиме предварительного нагрева сырья при температуре 100-150°С, в низкотемпературной карбонизации при температуре 400-500°С, в высокотемпературной карбонизации при 750-850°С и в активации твердого продукта карбонизации парогазовой смесью, (а.с. SU №467761, С01В 31/08, 1970).

Для активации используют парогазовую смесь, образующуюся в камере сгорания при сгорании топлива (сюда же попадают водяной пар), которую пропускают последовательно снизу вверх через камеры активации, высокотемпературной карбонизации, низкотемпературной карбонизации и предварительного нагрева сырья противотоком к твердому продукту карбонизации. Готовый активный уголь выводят из процесса со стадии активации.

Недостатком данного технического решения по получению активированного угля является сложная технология проведения процесса по карбонизации исходного сырья и активации углеродсодержащей продукции, сопровождающихся использованием для этих целей высоких температур. Получаемый по данным технологическим процессам активированный уголь имеет низкую сорбционную активность по отношению к нефти и нефтепродуктам и к другим органическим продуктам переработки, находящихся в составе очищаемых жидкостных сред.

Известен способ получения активированного угля, при котором частицы твердого топлива сушат, карбонизируют с образованием полукокса и газообразных продуктов карбонизации, активируют водяным паром с образованием активированного угля и газообразных продуктов активации. Сушку ведут в слое, взвешенном острой струей газообразных продуктов карбонизации, подаваемой сверху, а активацию - острой струей водяного пара (см. патент RU 2051094, 27.12.1995).

Недостатком известного способа является невысокое качество полученного активированного угля из-за низкой прочности, обусловленной тем, что сушка исходного сырьевого продукта и процесс карбонизации осуществляются при высокоскоростном режиме нагреве частиц, соответственно, в режиме сушки при температуре 150-200°С в слое взвешенного острой струей парогазовых продуктов карбонизации и в режиме карбонизации острой струей парогазовых продуктов с температурой 750-800°С. В результате реализуемого технологического процесса происходит интенсивное выделение большого объема влаги и летучих продуктов из обрабатываемой частицы, что сопровождается их растрескиванием и разрушением структуры пор получаемого активированного угля.

Известен способ получения активированного угля, заключающийся в сушке, карбонизации при температуре пиролиза и в активации сырьевого материала в реакторе, в последующей выгрузке полученного продукта из реактора (Патент РФ №2023661, С01В 31/08, 1994).

При осуществлении данного технологического процесса режим карбонизации сырьевого материала осуществляют в две стадии, на первой из которых процесс ведут в атмосфере углекислого или топочных газов со скоростью подъема температуры 15-40°С/ мин до 400-650°С, затем карбонизированный продукт охлаждают и осуществляют второй этап карбонизации без доступа газообразных реагентов до температуры пиролиза 800-850°С со скоростью подъема температуры 50-100°С/час и после завершения данного этапа осуществляют активацию продукта путем подачи в реактор водяного пара.

Для осуществления технологического процесса на первом этапе используют реактор в виде вращающейся печи.

Данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения.

Недостаток известного способа состоит в сложной технологии проведения процесса карбонизации, недостаточно высокой экономической эффективности, связанной с дополнительными затратами на промежуточное охлаждение карбонизованного продукта и повторный нагрев на второй стадии карбонизации.

Использование на первом этапе карбонизации сырьевого продукта углекислого газа приводит к снижению реакционной способности угля к активации, т.к. при данном процессе газификации происходит уплотнение кристаллической структуры продукта карбонизации.

Задача настоящего изобретения состояла в создании способа получения активированного угля из древесных материалов, обеспечивающего технический результат по упрощению технологического процесса получения активированного угля с сохранением заданных технологических свойств получаемого продукта по адсорбционной способности.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ получения активированного угля, заключающийся в сушке, карбонизации при температуре пиролиза и активации сырьевого материала в реакторе, в последующей выгрузке полученного продукта из реактора, согласно изобретению в качестве сырьевого материала используют древесную щепу с размером фракций от 1 мм до 10 мм и с исходной влажностью от 30% до 70%, которую сушат, карбонизуют и одновременно активируют парогазовой смесью, образующейся в режиме пиролиза при прямоточном движении материала и продуктов реакций через реактор при скорости подъема температуры в нем от 20-80°С/мин до температуры процесса 800-900°С, при этом в реактор подают воздух.

Согласно изобретению полученный продукт после выгрузки из реактора охлаждают и измельчают.

При реализации изобретения упрощается технологический процесс получения активированного угля благодаря прямоточному движению выбранного сырьевого материала через реактор, заданной скорости подъема температуры в нем и подачи воздушной среды в реактор. Процесс получения активированного угля осуществляется в одну стадию, при которой режим активации технологически совмещается с процессом карбонизации за счет водяного пара, образующего в реакторе при сушке и карбонизации выбранного сырьевого материала с исходной влажностью от 30 до 70%.

Полученный по изобретению продукт на основе древесного активированного угля соответствует технологическим требованиям по адсорбционной способности.

При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений с совокупностью признаков, соответствующих заявляемому техническому решению и обеспечивающих описанный выше результат.

Приведенный анализ известного уровня техники свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям «новизна», «изобретательский уровень».

Заявляемое техническое решение может быть промышленно реализовано при использовании известного технологического оборудования, используемого для получения активированных углей из различных сырьевых материалов, в том числе древесных.

Для реализации настоящего изобретения используют реактор, предпочтительно, муфельную вращающуюся печь, использование которой при осуществлении технологического процесса обеспечивает наиболее оптимальные условия по равномерности сушки, карбонизации и активации сырьевого материала при прямоточном его движении.

Для реализации настоящего изобретения используют:

сырьевой материал - древесную щепу. Выбранный для реализации настоящего изобретения сырьевой материал для получения активированных углей наиболее оптимален по условиям получения адсорбентов для процессов очистки питьевой воды, ликероводочных изделий, лекарственных препаратов и т.п;

фракционный состав древесной щепы от 1 мм до 10 мм, что наиболее оптимально. При использовании фракционного состава щепы свыше 10 мм приводит к неэффективности сушки и карбонизации сырьевого материала в реакционных зонах реактора при прямоточном движении щепы через него, что в результате ухудшает качественные показатели получаемого угля. При использовании щепы при фракционном составе менее 1 мм процесс карбонизации ее сопровождается значительными изменениями ее параметров с переходом в пылевидное состояние после пиролиза, происходит вынос продукта с дымовыми газами, снижается выход готового продукта и его технологические показатели по адсорбционной способности;

исходную влажность древесной щепы - от 30 до 70%, что оптимально по условиям осуществления прямоточного движения данного материала через реактор при одностадийности технологического процесса получения активированных углей. При заданной влажности исходного сырья при проведении процесса в режиме прямотока обеспечивается эффективное выделение паров воды при сушке и пиролизе сырья и его парогазовая активация. При влажности менее 30% недостаточно количества образующегося активатора (паров воды). Увеличение влажности свыше 70% приводит к увеличению зоны сушки и соответственно к сокращению зон пиролиза и активации, что снижает качество активного угля;

заданная по изобретению скорость подъема температуры в реакторе от 20°С до 80°С в мин - оптимальна. Скорость подъема температуры влияет на состав продуктов пиролиза. По мере повышения скорости подъема температуры происходит снижение молекулярной массы продуктов пиролиза. При скорости подъема менее 20°С /мин образуются крупномолекулярные смолистые вещества, которые в дальнейшем поглощаются углем, разлагаются в объеме получаемого угля и снижают качество конечного продукта. При скорости подъема температуры свыше 80°С/мин состав летучих изменяется несущественно, но при этом увеличиваются энергетические затраты. Высокая скорость подъема температуры приводит также к снижению выхода углеродного остатка или конечного продукта.

Технологический процесс получения активированного угля по изобретению осуществляют следующим образом:

В реактор - муфельную вращающуюся печь подается сырьевой материал - щепа (возможна подача других древесных отходов при заданном по изобретению параметрах фракционного состава). На начальном этапе печь разогревается от внешнего источника тепла (горелка). Процесс осуществляют при прямоточном движении материала через печь при заданной по изобретению скорости подъема температуры в печи, при этом происходит сушка сырьевого продукта, его карбонизация и активация парами воды, выделяющимися в процессе термической обработки сырья. Подъем температуры в печи осуществляют до 800-900°С, при которой пиролиз древесины сопровождается выделением сложной парогазовой смеси продуктов разложения (деструкции) древесины, имеющих значительное количество СO2, Н2, СО и углеводородами. Указанные параметры подъема температуры в реакторе оптимальны по условиям получения качественных характеристик конечного продукта. При температуре ниже 800°С не происходит достаточно полной деструкции смолистых соединений, они поглощаются готовым активным углем и его свойства ухудшаются, при этом снижается и скорость парогазовой активации, что ухудшает качественные показатели угля. Увеличение температуры свыше 900°С приводит к снижению выхода активного угля из-за увеличения степени внешнего обгара. Для стабилизации в реакторе эффективного температурного режима карбонизации сырья и парогазовой его активации при достижении в реакторе названной температуры (800-900°С) в реактор подается воздух, наличие которого способствует более эффективному сгоранию продуктов деструкции древесины и повышению скорости парогазовой ее активации. Окончание процесса связано прямоточным прохождением через реактор в зону выгрузки загружаемого в реактор сырьевого материала.

Полученный после выгрузки из реактора продукт охлаждается и измельчается до заданных технологических параметров адсорбентов для жидкофазных процессов очистки биологических или медицинских продуктов.

Изобретение было реализовано по нижеприведенным примерам, полученные по данным примерам продукты оценивались на адсорбционную способность по йоду, согласно ГОСТ 6217-74.

Пример 1

Щепу при фракционном составе 5 мм и исходной влажности 40% пропускают через печь в режиме прямотока. Скорость подъема температуры 50°С/мин конечная температура процесса 850°С. На выходе получен активный древесный уголь, имеющий адсорбционную способность по йоду 80%.

Пример 2

Процесс ведется аналогично примеру 1 при: влажности щепы 30%.

Адсорбционная способность по йоду 60%.

Пример 3

Процесс ведется аналогично примеру 1 при влажности щепы 70%.

Адсорбционная способность 65%.

Пример 4

Процесс ведется аналогично примеру 1 при фракционном составе щепы 1 мм. Адсорбционная способность по йоду составляет 70%.

Пример 5

Процесс ведется аналогично примеру 1 фракционный состав щепы 10 мм. Адсорбционная способность по йоду составляет 63%.

Пример 6 - контрольный

Процесс ведется аналогично примеру 1 при: влажности щепы 20%.

Адсорбционная активность по йоду - 40%.

Пример 7 - контрольный

Процесс ведется аналогично примеру 1 при скорости подъема температуры на стадии карбонизации 10°С мин.

Адсорбционная способность по йоду составила 50%.

Пример 8 - контрольный

Процесс ведется аналогично примеру 1 при конечной температуре процесса 700°С

Адсорбционная способность по йоду составила 35%.

Пример 9 контрольный

Процесс ведется аналогично примеру 1 при фракционном составе щепы 15 мм. Адсорбционная способность по йоду составляет 50%.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что при реализации технологического процесса получения активированного угля качественные характеристики его по адсорбционной способности наиболее оптимальны при заданных по изобретению параметрах выбранного сырьевого материала и технологических режимов его термохимической обработки в реакторе. Осуществление процесса при прямоточном движении сырьевого материала в реакторе обеспечивает получение готового продукта с эффективными адсорбционными свойствами.

1. Способ получения активированного угля, заключающийся в сушке, карбонизации и активации сырьевого материала в реакторе, в последующей выгрузке полученного продукта из реактора, отличающийся тем, что в качестве сырьевого материала используют древесную щепу с размером фракций от 1 мм до 10 мм и с исходной влажностью от 30% до 70%, которую сушат, карбонизуют и одновременно активируют парогазовой смесью, образующейся в режиме пиролиза при прямоточном движении материала и продуктов реакций через реактор при скорости подъема температуры в нем от 20 до 80°С/мин до температуры процесса 800-900°С, при этом в реактор подают воздух.

2. Способ получения активированного угля по п.1, отличающийся тем, что полученный продукт после выгрузки из реактора охлаждают и измельчают.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения углеродных сорбентов с антибактериальными свойствами на основе пористых углеродных адсорбентов и предназначено для применения в медицине и ветеринарии.

Изобретение относится к получению активированных углей. .

Изобретение относится к способу для карбонизации и активирования углеродного материала и вращающейся печи с внешним обогревом для его осуществления. .

Изобретение относится к способам получения активированного углерода. .
Изобретение относится к области получения адсорбционно-активных углеродных продуктов. .

Изобретение относится к способу получения органических смол в виде гранул из жидких исходных веществ (промежуточных продуктов), которые подвергаются быстрой полимеризации в заданном режиме, и устройству для формирования отдельных твердых гранул полимерного материала.

Изобретение относится к получению активированного угля. Уголь получают путем карбонизации и последующей активации полимерных органических, сульфонированных исходных веществ. Установка включают средства сушки для сушки исходных веществ, средства сульфонирования, размещенные вниз по потоку относительно средств сушки. Далее установка содержит средства карбонизации, размещенные вниз по потоку относительно средств сульфонирования, а также средства активации, размещенные вниз по потоку относительно средств карбонизации, где производят активацию карбонизированных продуктов. Установка включает также средство обработки отходящих газов, образующихся в средстве карбонизации и/или в средстве активации в ходе процесса. Все отходящие газа подвергают дожиганию. Изобретение обеспечивает повышенную эффективность процесса и его экологическую безопасность. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение может быть использовано для очистки технологических стоков предприятий химической промышленности. Способ очистки водных растворов от пиридина адсорбцией активным углем включает обработку активного угля хлоридом аммония с концентрацией 5 мг/дм3 в течение 3 часов. Соотношение массы активного угля к объему раствора хлорида аммония составляет 1:100. Адсорбцию пиридина из его водного раствора проводят в статических условиях. Изобретение позволяет повысить эффективность и экономичность процесса очистки. 3 табл., 15 пр.
Изобретение относится к способу получения активного угля. Способ включает выделение фракции 1-3 мм из шихты для слоевого высокотемпературного коксования и следующие стадии: окисление кислородом воздуха при температуре 250°C со скоростью подъема температуры от комнатной до заданной 15-20°C/мин, с выдержкой при конечной температуре в течение 2,5 часов, карбонизация окисленного сырья при подъеме температуры со скоростью 5°C/мин до температуры карбонизации 550-650°C, с выдержкой при температуре карбонизации в течение 60 минут и активирование полученных продуктов водяным паром до обгара 35-40% при температуре 950°C. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности получения активных углей из шихт коксохимического производства без введения каких-либо дополнительных компонентов. 5 пр.
Изобретение относится к области получения хемосорбентов, используемых для средств защиты органов дыхания и для очистки отходящих газов. Способ получения хемосорбента включает пропитку гранул активного угля модифицирующим раствором, вылеживание гранул и их термообработку. Пропитке подвергают активный уголь с объемом микропор 0,36-0,55 см3/г. Пропиточный раствор содержит сернокислую медь, воду и серную кислоту в соотношении 1:(8-10):(0,3-0,5). Коэффициент пропитки составляет 0,8-1,0. Изобретение позволяет повысить время защитного действия полученного хемосорбента по бензолу при сохранении высокой адсорбционной активности. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к обработке питьевой воды с использованием сорбционной очистки. Способ дообработки питьевой воды включает механическую фильтрацию воды через древесную активированную угольную сорбционную загрузку и введение в исходную фильтруемую воду гипохлорита натрия. Фильтрацию исходной воды осуществляют с заданной скоростью, соответствующей времени контакта фильтруемой воды с сорбционной загрузкой в течение 8-12 минут. Периодически измеряют показатель окисляемости в фильтрате. При увеличении на 25-30% показателя окисляемости в фильтрате заданную скорость фильтрации снижают в 2-3 раза. Гипохлорит натрия вводят в исходную фильтруемую воду с концентрацией 60-80 мг/л, после чего сорбционную загрузку промывают обратным током очищенной воды. Изобретение позволяет увеличить сорбционную емкость угля в процессе дообработки воды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к магнитоуправляемому сорбенту для удаления эндо- и экзотоксинов из организма человека, приготовленному из наночастиц магнетита Fe3O4. Поверхность магнетита модифицирована соединением, образующим прочную связь с частицей-носителем за счет поверхностно-активных групп, придающих свойства селективности и выполненных в виде оболочки из нормальных углеводородных цепей C12H25, присоединенных к ядру посредством сульфидной связи Fe-S, причем в качестве упомянутого соединения, обеспечивающего связывание железа с углеродной цепочкой, выбран додецилмеркаптан. Магнетит получен либо из хлорида железа (II) и хлорида железа (III) методом химического осаждения с концентрацией их в растворе 1% масс. и мольным соотношением железа (II) и (III) = 2,5 либо из сульфата железа FeSO4 (II) с добавлением смеси водных растворов нитрата калия KNO3 и гидроксида калия KOH из расчета 3 моль KOH и 0,1 моль KNO3 на 1 моль FeSO4. Изобретение обеспечивает сорбент, с помощью которого достигается эффективный контроль за вредными ингредиентами плазмы крови. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области получения углеродных сорбентов на основе растительного сырья. Способ получения углеродного адсорбента включает карбонизацию измельченной древесины березы при 300-800°C в инертной среде. После карбонизации осуществляют выдержку карбонизата при конечной температуре 30 минут. Затем смешивают карбонизат древесины березы с бетулинолом в соотношении, равном 4:1, сплавляют при 400-450°C и активируют. Активацию проводят в атмосфере аргона в присутствии твердого гидроксида калия при подъеме температуры до 800°C. После активации осуществляют выдержку при конечной температуре в течение 60 мин. Продукт промывают раствором кислоты, затем водой при температуре 50°C и сушат. Техническим результатом является улучшение характеристик углеродного сорбента по отношению к низкомолекулярным компонентам газовых смесей. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области адсорбционной техники, в частности к способам получения активных углей на основе каменноугольного сырья. Предложен способ получения активного угля на основе антрацита. Способ включает дробление кусков, рассев зерен, термообработку в инертной среде и активацию при 850-900°С. Термообработку ведут при температуре 760-820°С со скоростью подъема температуры 12-20°С/мин. Активацию осуществляют смесью водяного пара и диоксида углерода, подаваемой со скоростью 0,7-1,2 см/с. Способ позволяет повысить емкость активного угля по ионам тяжелых металлов. 1 з.п.ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к пористому углеродному композиционному материалу. Пористый углеродный композиционный материал образуется из (А) пористого углеродного материала, получаемого из материала растительного происхождения, имеющего содержание кремния (Si), составляющее 5 мас.% или выше, в качестве исходного материала, причем указанный пористый углеродный материал имеет содержание кремния, составляющее 1 мас.% или меньше, и (В) функционального материала, закрепленного на пористом углеродном материале, и имеет удельную площадь поверхности 10 м2/г или больше, которую определяют по адсорбции азота методом BET, и объем пор 0,1 см3/г или больше, который определяют методом BJH и методом МР. Полученный углеродный материал можно использовать, например, в качестве медицинского адсорбента, композиционного фотокаталитического материала, носителя для лекарственного препарата, агента, поддерживающего выделение лекарственного препарата, для селективной адсорбции нежелательных веществ в организме, насадки для колонн очистки крови, водоочищающего адсорбента, адсорбирующего листа. Изобретение обеспечивает получение материала с высокой функциональностью. 6 н. и 13 з.п. ф-лы, 21 ил., 8 табл., 11 пр.
Изобретение относится к способам получения активных углей из сельскохозяйственных растительных отходов. Предложен способ получения активного угля, включающий измельчение соломы рапса на куски 1-10 см, карбонизацию соломы в инертной атмосфере при температуре 450-500°C со скоростью подъема температуры 1-20°C/мин и выдержкой при конечной температуре в течение 30-60 минут. Затем осуществляют активацию водяным паром при температуре 820-850°C, подаваемым с расходом 3-5 кг на 1 кг карбонизованного продукта. Предложенный способ позволяет получить порошковый активный уголь с высокой адсорбционной способностью по полифенолам, ёмкость по резоцину составляет 0,0030-0,0050 мг/г, по гидрохинону составляет 0,0040-0,0050 мг/г. 3 пр.
Наверх