способ получения порошкообразного активного угля

Формула изобретения

Способ получения порошкообразного активного угля, включающий измельчение углеродсодержащего материала, формование гранул с использованием связующего, их карбонизацию, активацию и последующее измельчение до порошкообразной формы, отличающийся тем, что содержание летучих веществ в формованных гранулах должно составлять 26 - 38 мас.%, сырые гранулы перед карбонизацией подсушивают со скоростью нагрева 2 - 5^oС/мин до 40 - 50^oС, карбонизацию осуществляют при 650 - 800^oС в среде продуктов горения природного газа, мазута или твердого топлива, а измельчение ведут при коэффициенте заполнения размольного аппарата, равном 0,05 - 0,10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения активного угля, используемого для очистки питьевой воды, и может быть использовано в химико-фармацевтической и пищевой промышленности.

Известен способ получения активного угля, включающий активацию карбонизованного материала в две стадии: на первой - при температуре 800-950^oC водяным паром до обгаров 38-48%, на второй - водяным паром, содержащим 1-6% кислорода (см. авт.св. СССР N 827383, кл. С 01 В 31/08, опубл. 26.03.79).

Недостатком известного способа является низкий выход продукта и повышенная пожароопасность процесса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения порошкообразного активного угля, включающий получение угольно-смоляных гранул с содержанием летучих веществ 22-24%, карбонизацию при 400-600^oC в среде углекислого газа, нагрев без доступа газообразных реагентов до 800-850^oC со скоростью подъема температуры 50-100^oC/ч и активацию при 850-950^oC водяным паром при массовом отношении углеродсодержащего материала и водяного пара 1:5 - 10 с последующим измельчением активных гранул до размеров менее 100 мкм (см. пат. РФ N 2023661, опубл. 10.08.93).

Недостатком прототипа является низкая адсорбционная активность получаемого порошкообразного активного угля (ПАУ) по сумме органических примесей в очищаемой воде.

Целью изобретения является повышение адсорбционной активности получаемого активного угля по сумме органических соединений, присутствующих в очищаемой воде. Согласно существующим нормам качество воды по сумме органических соединений или эффективность применяемого для ее очистки активного угля оценивается перманганатной окисляемостью, которая указывает на количество миллиграмм кислорода, необходимое для полного разложения органики (см. ГОСТ Р 51232-98). Иными словами, чем меньше перманганатная окисляемость, тем выше эффективность ПАУ по очищаемой воде.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим измельчение углеродсодержащего материала, формование гранул с использованием связующего, их карбонизацию, активацию и последующее измельчение до порошкообразной формы, причем содержание летучих веществ в формованных гранулах должно составлять 26-38 мас. %, сырые гранулы перед карбонизацией подсушивают со скоростью нагрева 2-5^oC/мин до температуры 40-50^oC, карбонизацию осуществляют при температуре 650-800^oC в инертной среде, а измельчение ведут при коэффициенте заполнения размольного аппарата, равном 0,05-0,10.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что содержание летучих веществ в формованных гранулах должно составлять 26-38 мас.%, сырые гранулы перед карбонизацией подсушивают со скоростью нагрева 2-5^oC/мин до температуры 40-50^oC в инертной среде, а измельчение ведут при коэффициенте заполнения размольного аппарата, равном 0,05-0,10.

Авторам из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения ПАУ, в котором содержание летучих веществ в формованных гранулах должно составлять 26-38 мас.%, сырые гранулы перед карбонизацией подсушивают со скоростью нагрева 2-5^oC/мин до температуры 40-50^oC, карбонизацию осуществляют при температуре 650-800^oC в инертной среде, а измельчение ведут при коэффициенте заполнения размольного аппарата, равном 0,05-0,10.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Для полной адсорбции из воды при ее очистке всех органических соединений необходимо обеспечить развитие в частицах ПАУ всех разновидностей пор: тонких микропор для адсорбции низкомолекулярных органических веществ с молекулярной массой до 100, крупных микропор (супермикропор) для адсорбции среднемолекулярных веществ с молекулярной массой до 200, мезопор для адсорбции высокомолекулярных веществ с молекулярной массой выше 200.

Формирование мезопор обеспечивается, если в исходных сырых гранулах содержание летучих веществ достаточно высокое.

В то же время предельное измельчение и последующее формование с уплотнением структуры в сочетании с медленной сушкой гранул позволяет впоследствии развить значительный объем микропор. Карбонизация должна дать возможность закрепить структуру полученных кристаллитов и не дать перерасти микропорам в мезопоры. Поэтому карбонизация должна осуществляться при значительно более высоких температурах, чем это требует технология получения известных активных углей.

С другой стороны, эффективность очистки питьевой воды, особенно на стадии ее углевания (введения ПАУ непосредственно в реагентную камеру), зависит от однородности частиц ПАУ, которая может быть получена заданием определенного режима размола, важнейшим параметром которого является коэффициент заполнения размольного аппарата.

Реализация всех выдвинутых положений позволяет получить ПАУ с использованием которого при очистке (обработке) питьевой воды достигается самый низкий показатель перманганатной окисляемости.

Способ осуществляется следующим образом.

Берут измельченный углеродсодержащий материал (каменный уголь, полукокс или их шихту), смешивают со связующим (каменноугольной и/или лесохимической смолой) до образования однородной пасты, при этом контролируется содержание летучих веществ в сырых гранулах, которое должно быть 26-38 мас.%. Пасту формуют на шнековом прессе через фильеры с диаметром отверстий 1,0-3,5 мм. Сырые гранулы подают на элеватор, в который поступает воздух, подогретый до температуры 40-50^oC, и осуществляют сушку до указанной температуры со скоростью нагрева 2-5^oC/мин, после чего направляют подсушенные гранулы в печь карбонизации, где осуществляют их термообработку при температуре 650-800^oC в среде инертного газа (продукта горения природного газа, мазута или твердого топлива), после чего проводят активацию в вертикальной шахтной, горизонтальной вращающейся печи или в печи другой конструкции при температуре 850-950^oC перегретым водяным паром при норме расхода 5-10 кг на 1 кг выгружаемого угля. Полученные активные гранулы охлаждают и направляют без рассева в размольный аппарат (шаровую мельницу, маятниковую мельницу, КИД-дробилку и др.), поддерживая коэффициент заполнения в интервале 0,05-0,10.

Готовый порошкообразный продукт выгружают в бумажные мешки, барабаны или цистерны, анализируют, упаковывают и отправляют потребителю.

Оценку качества полученного порошкообразного угля по очистке воды ведут стандартным методом по ГОСТ Р 51232-98, определяя перманганатную окисляемость в очищенной воде.

Для ПАУ, полученного по предложенному способу, она составляет 2,0-2,5 мг O/л. Перманганатная окисляемость воды, очищенной по прототипу, составляет 4,0-4,5 мг О/л (O - кислород).

Пример 1

Берут 3,5 кг каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-75) и 3,5 кг полукокса длиннопламенного угля марки Д (ГОСТ 5442-74), измельченных в шаровой мельнице до размеров частиц 20-90 мкм, и смешивают их с 3,0 кг каменноугольной смолы (ТУ 14-7-100-89 марка А) и 0,5 кг воды. Процесс смешения осуществляют в течение 12-15 мин. Содержание летучих веществ в сырых гранулах, составляет 26 мас.%. Пасту формуют через фильеры с диаметром отверстий 1,8 мм. Выходящие из фильер гранулы подают на элеватор, в который поступает воздух, нагретый до температуры 40^oC, и осуществляют подсушивание гранул до указанной температуры со скоростью нагрева 2^oC/мин, после чего направляют подсушенные гранулы в печь карбонизации, где осуществляют их термообработку при температуре 650^oC в среде продуктов горения природного газа. Карбонизованные гранулы охлаждают и подают на активацию в вертикальную шахтную печь, где активируют перегретым водяным паром при норме расхода 5 кг пара на 1 кг выгружаемого угля при температуре 850^oC путем чередования пронизывания слоя гранул в направлении перпендикулярном его движению.

Полученные активные гранулы охлаждают и направляют без рассева в шаровую мельницу, поддерживая коэффициент заполнения мельницы равным 0,05.

Полученный порошкообразный активный уголь с размером частиц 20-90 мкм анализируют по очистке воды. Перманганатная окисляемость воды, очищенной полученным ПАУ, составила 2,3 мг О/л.

Пример 2

Аналогично примеру 1, за исключением того, что берут 7,0 кг измельченного каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-75) без добавки полукокса и смешивают с 30 кг препарированной лесохимической смолы (ГОСТ 22989-78 марка Б), содержание летучих веществ в гранулах после формирования составляет 38 мас. %, гранулы подсушивают воздухом, нагретым до 50^oC со скоростью нагрева 5^oC/мин, карбонизацию осуществляют при температуре 800^oC, а измельчение активных гранул производят при коэффициенте заполнения шаровой мельницы, равном 0,10.

Перманганатная окисляемость воды, очищенной полученным ПАУ, составила 2,5 мг О/л.

Пример 3

Аналогично примеру 1, за исключением того, что содержание летучих веществ в гранулах после формования составляет 32 мас.%, гранулы подсушивают воздухом, нагретым до 45^oC со скоростью нагрева 3,5^oC/мин, карбонизацию осуществляют при температуре 720^oC, а измельчение активных гранул производят при коэффициенте заполнения шаровой мельницы, равном 0,07.

Перманганатная окисляемость воды, очищенной полученным ПАУ, составила 2,0 мг О/л.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно на уменьшение перманганатной окисляемости воды, очищенной получаемым порошкообразным активным углем от органических веществ.