способ получения сульфоугля

Формула изобретения

Способ получения сульфоугля путем обработки олеумом угля с последующей нейтрализацией, промывкой и сушкой полученного продукта, отличающийся тем, что используют бурый уголь, имеющий фракционный состав 0,25-1,25 мм и влажность не более 10%, и обработку олеумом проводят при температуре 50-100^oС, при массовом соотношении олеум: бурый уголь, равном 3-3,5:1, и продолжительности обработки не более 1 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии сульфирования углей, конкретно, к технологии сульфирования бурых углей для получения сульфокатионита, применяемого для химической очистки воды.

Сульфоуголь широко применяется для умягчения воды в котельных и для очистки технической воды от катионов кальция и магния.

Известно, что многие природные бурые и каменные угли обладают естественными катионообменными свойствами благодаря наличию в их структуре гуминовых составляющих с карбоксильными и другими кислотными группировками.

Однако использование их в практике, например при очистке воды, существенно затруднялось тем, что многие природные угли сильно набухают, содержат большие количества вымываемых в растворы органических и минеральных примесей, очень чувствительны к кислотам и щелочам, легко пептизируются. В связи с чем природные угли применяли главным образом после их стабилизации и активации обработкой различными веществами - кислотами, щелочами, солями различных металлов, термической обработкой и т.д. (Химия и генезис ископаемых углей, под ред. Кухаренко Т.А., 1964).

Известен способ получения гранулированного активированного углерода путем обработки бурого угля небольшим количеством (от 1 до 10%) концентрированной неорганической кислоты, например серной. Способ является сложным технологически: включает стадии предварительной подготовки угля, стадии последующего удаления летучих компонентов нагреванием до 300^oС без кислорода, активации гранул нагреванием в атмосфере активирующего агента (ЕР 0002674 А1, 1979).

В настоящее время в промышленном масштабе сульфоуголь получают из каменных углей.

Наиболее близким по совокупности признаков и назначению к заявленному изобретению является способ получения сульфоугля путем обработки каменного угля олеумом при температуре 110-140^oС с последующей нейтрализацией, промывкой и сушкой полученного сульфоугля. Уголь используют в виде угольной крупки размером 0,7-4 мм (патент РФ 2010000, 1994). Получаемый таким способом сульфоуголь имеет недостаточную обменную емкость.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении обменной емкости сульфоугля на основе более дешевого низкозольного бурого угля.

Поставленная задача решается способом получения сульфоугля путем обработки олеумом бурого угля, имеющего фракционный состав 0,25-1,25 мм и влажность не более 10%, при температуре 50-100^oС, при массовом соотношении олеум: бурый уголь, равном 3-3,5:1, и продолжительности обработки не более 1 часа с последующей нейтрализацией, промывкой и сушкой полученного продукта.

Отличием заявленного изобретения является использование бурого угля, имеющего фракционный состав 0,25-1,25 мм и влажность не более 10%, а также проведение обработки олеумом при температуре 50-100^oС, при массовом соотношении олеум: бурый уголь, равном 3-3,5:1 в течение не более 1 часа.

Реализация изобретения позволяет получить сульфокатионит, имеющий уровень обменной емкости не менее 300 мг-моль/дм³, т.е. превосходящий известный по этому показателю (270-275 мг-моль/дм³ по известному способу).

Лучшие результаты получены при сульфировании буроугольной фракции 0,25-1,25 мм. При вариации технологических параметров процесса: температура, продолжительность процесса и соотношение уголь: олеум получены следующие результаты.

Снижение температуры сульфирования ниже 50^oС и повышение ее выше 100^oС при времени процесса 1 час приводит к снижению динамической обменной емкости.

При массовом соотношении уголь:олеум ниже 3:1 снижается показатель динамической обменной емкости, а увеличение соотношения выше 3,5:1 не приводит к существенному росту показателя динамической обменной емкости.

Максимальной обменной емкостью обладает уголь после сульфирования в течение 1 часа. При увеличении времени сульфирования до 4 часов наблюдается незначительное снижение показателя динамической обменной емкости получаемых продуктов.

В значительной мере на ионообменные свойства получаемых сульфокатионитов влияет влажность угля.

При увеличении влажности выше 10% в процессе сульфирования происходит значительное набухание бурого угля, что приводит к снижению ионообменных свойств получаемых буроугольных сульфокатионитов. При этом также снижается и механическая прочность. Это связано с тем, что в процессе сульфирования бурых углей с высокой влажностью происходит разрушение частичек угля, что проявляется в увеличении выхода фр. <0,25 мм до 38%.

Сочетание вышеуказанных условий позволяет получить сульфокатионит, имеющий показатель динамической обменной емкости, равный 317-320 мг-моль/дм³.

Способ получения сульфокатионита осуществляют по следующей принципиальной технологической схеме.

Исходный бурый уголь, прошедший стадию дробления, сушки при температуре 105-110^oС и фракционирования поступает в резервуар - усреднитель. После усреднения полученную угольную фракцию 0,25-1,25 мм дозирующим устройством подают во вращающийся реактор, куда также подают подогретый до температуры 40-50^oС олеум (концентрация SO₃ - 16-19%). Олеум подают насосом-дозатором, обеспечивающим соотношение уголь: олеум, равное 1:3-3,5 по массе. Процесс проводят при перемешивании в течение 30-60 мин при температуре 50-100^oС.

Следующим этапом является стадия нейтрализации-охлаждения просульфированного угля. После предварительной нейтрализации полученный продукт выгружают из реактора на вибросито, где проводят окончательную отмывку от непрореагировавшего олеума. Вода после промывания поступает на напорные фильтры, где происходит отделение от взвешенных угольных частиц, затем в коллектор очищенных вод и далее в резервуар для нейтрализации. Часть очищенной воды направляют в резервуар условно чистой воды, откуда насосом забирается для первичного промывания буроугольного сульфокатионита.

Отмытый от олеума (рН промывных вод 5-6) готовый продукт высушивают до остаточной влажности 25-30% и подают в бункер-накопитель целевого продукта. Из бункера через дозирующее устройство сульфокатионит поступает на фасовку, а затем на склад товарной продукции.

Способ позволяет на основе дешевого бурого угля получить эффективный сульфокатионит для очистки воды от солей жесткости, обладающий высокой динамической емкостью, что позволяет извлекать из растворов как ионные формы химических элементов, так и коллоидные частицы, и сохраняющий механическую прочность и термическую и химическую стойкость.