способ регенерации активированного угля
Классы МПК: | C01B31/08 активированный уголь B01J20/34 регенерация или реактивация |
Автор(ы): | Хоанг Ким Бонг (RU), Темкин Олег Наумович (RU), Тимофеев Владимир Савельевич (RU), Валитова Эллина Раилевна (RU), Грешняева Ирина Михайловна (RU), Черкасова Ольга Андреевна (RU), Ворожцов Георгий Николаевич (RU), Калия Олег Леонидович (RU), Кузнецова Нина Александровна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") (RU), Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова" (МИТХТ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-04-02 публикация патента:
20.07.2010 |
Изобретение относится к способу регенерации активированного угля (АУ), насыщенного органическими веществами. Предложено регенерировать активированный уголь, насыщенный органическими веществами, путем его нагревания до 230-290°С со скоростью подъема температуры 15-30°С/мин, промежуточной обработки в атмосфере паров аммиачной воды с концентрацией 25%, подаваемых со скоростью 0,5-1,0 м/с при температуре 75-80°С, нагревом до 450-550°С со скоростью 8-18°С/мин и последующим охлаждением в атмосфере, не содержащей кислород. Способ обеспечивает высокий выход регенерированного АУ (90-95%) с хорошими адсорбционными и прочностными характеристиками. 1 табл.
Формула изобретения
Способ регенерации активированного угля, насыщенного органическими веществами, включающий нагревание, промежуточную обработку и охлаждение в атмосфере, не содержащей кислород, отличающийся тем, что нагревание ведут до 230-290°С со скоростью подъема температуры 15-30°С/мин, затем проводят обработку парами аммиачной воды с концентрацией 25%, подаваемыми со скоростью 0,5-1,0 м/с при температуре 75-80°С, потом нагревают до 450-550°С со скоростью 8-18°С/мин и затем охлаждают.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способу регенерации активированных углей (АУ), насыщенных органическими веществами, с целью их дальнейшего использования в технологии водоподготовки и очистки питьевой воды и стоков промышленности.
Известен способ регенерации активированного угля, загрязненного органическими веществами, путем обработки гомогенатом разрушенных клеток биокультуры рода Bacillus SP. Завершают процесс регенерации активированного угля промывкой водой и сушкой на воздухе [авторское свидетельство СССР № 865384, B01J 49/00 от 23.09.1981].
Другим способом является применение дрожжей рода Saccaromyces с последующей термической обработкой угля при температуре 300°С, необходимой для полного удаления микроорганизмов, и промывкой раствором соляной кислоты [патент РФ № 2051095, С01В 31/08 от 27.12.1995].
Недостатком известных способов является низкий выход регенерированного АУ, малая его прочность и низкая адсорбционная емкость по органическим веществам.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ регенерации АУ, включающий нагревание угля до температуры 660-700°С со скоростью подъема температуры 30-60°С/мин, обработку водяным паром при массовом соотношении пара и угля (2-4):1 с последующим охлаждением в атмосфере, не содержащей кислорода, со скоростью 60-100°С/мин [пат. РФ № 2167103, кл. С01В 31/08 от 20.01.2001]. Этот способ принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения.
Недостатком прототипа является невысокая адсорбционная способность регенерированного угля при водоподготовке и очистке жидких сред от органических веществ с низкими и среднемолекулярными массами.
Задачей изобретения является восстановление первоначальной адсорбционной способности отработанных АУ после адсорбции из растворов упомянутых органических веществ (нафталин и органические вещества типа профлавинацетата) при выходе продукта не ниже 90%.
Поставленная задача решается предложенным способом, включающим нагревание угля до 230-290°С со скоростью подъема температуры 15-30°С/мин обработке угля в атмосфере паров аммиачной воды с концентрацией аммиака 25 мас.%, подаваемых со скоростью 0,5-1,0 м/с при температуре 75-80°С. Последующий этап состоит в том, что уголь, обработанный парами аммиачной воды, нагревают до 450-550°С со скоростью 8-18°С/мин с последующим охлаждением в атмосфере, не содержащей кислород.
При сушке отработанного угля ниже 230°С не происходит полного удаления влаги и легколетучих веществ. При сушке выше 290°С наблюдается значительное увеличение пыли. При повторном нагревании угля до температуры ниже 450°С адсорбционная емкость по профлавинацетату и нафталину значительно снижается, выше 550°С наблюдается увеличение количества пыли, а адсорбционная емкость по профлавинацетату и нафталину снижается. Обработка парами аммиачной воды за пределами значений корости подачи и температуры процесса не дает АУ требуемого качества.
При скорости подъема температуры менее 15°С/мин не успевает пройти процесс сушки, а при скорости более 30°С/мин снижается адсорбционная емкость АУ.
На следующем этапе нагревания АУ при скорости менее 8°С/мин процесс становится неэкономичным, т.к. требуется длительное время и большой расход энергии, при скорости более 18°С/мин не успевает пройти регенерация и адсорбционная емкость по профлавинацетату значительно снижается.
Известно, что при использовании АУ для очистки жидких сред и/или его применении в многоцикловых процессах, например в очистке воды или рекуперации растворителей, происходит забивка пористой структуры углей высокомолекулярными органическими примесями, вследствие чего происходит снижение их адсорбционных свойств. Регенерация этих углей должна разблокировать не только микропористую структуру, но и систему транспортных пор.
Экспериментами было установлено, что необходимо различать некоторые промежуточные стадии регенерации для обеспечения:
- удаления летучих веществ и испарения влаги из объема пор для открытия свободного выхода продуктов деструкции высокомолекулярных органических веществ,
- деструкции этих веществ.
При этом для каждой из 2-х стадий экспериментально должна быть установлена оптимальная скорость нагрева.
Экспериментами было найдено, что степень восстановления адсорбционных свойств зависит от режима охлаждения регенерируемого угля, который должен обеспечить восстановление деформации гранул и исключить нарушение их прочности, а следовательно, и понижение выхода продукта.
Предложенный способ иллюстрируется нижеприведенными примерами.
Пример 1. (Сравнительный) Регенерацию проводят по прототипу. 500 г отработанного АУ после адсорбции нафталина, утратившего адсорбционную способность на 70-80%, подвергают обработке при Т=700°С со скоростью подъема температуры 60°С/ мин в течение 25 мин и подачи водяного пара 1,5 нл/мин, с последующим охлаждением в атмосфере, не содержащей кислорода, со скоростью 100°С/мин. АУ выгружают и проверяют адсорбционные свойства.
Адсорбционные показатели АУ, полученного по прототипу:
- адсорбционная емкость по профлавинацетату (ПА) составляет 8,64·10-2 г/г,
- адсорбционная емкость по нафталину (НФ) составляет 4,83·10-3 г/г.
Количество пыли составляет 11,7%, влажность АУ 9,4%, а механическая прочность по истиранию 64%. Выход продукта 53,7%.
Пример 2. 500 г отработанного АУ, утратившего адсорбционную способность на 70-80%, загружают во вращающийся реактор и нагревают от комнатной температуры до 280°С со скоростью подъема температуры 18°С/мин, затем охлаждают в атмосфере паров аммиачной воды с концентрацией 25%, подаваемых со скоростью 1,0 м/с при температуре 75-80°С. Затем уголь, обработанный парами аммиачной воды, нагревают до 500°С со скоростью 14°С/мин в течение 36 мин, затем охлаждают в атмосфере, не содержащей кислород. Выход продукта 95%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацтату 1,25 г/г и по нафталину 0,79 г/г. Количество пыли составляет 0,83%. Влажность 2,75% и механическая прочность по истиранию составляет 85-87%.
Пример 3. 500 г отработанного АУ, утратившего адсорбционную способность на 70-80%, загружают во вращающийся реактор и нагревают от комнатной температуры до 250°С со скоростью подъема температуры 20°С/мин, затем охлаждают в атмосфере паров аммиачной воды с концентрацией 25%, подаваемых со скоростью 1,0 м/с при температуре 75-80°С. Затем уголь, обработанный парами аммиачной воды нагревают до 500°С со скоростью 10°С/мин в течение 50 мин с последующим. Выход продукта 93,7%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 1,18 г/г и по нафталину 0,75 г/г. Количество пыли составляет 1,3%. Влажность меньше 3,8% и механическая прочность по истиранию составляет 83-86%.
Пример 4. Регенерацию проводят как в примере № 2, но с другой скоростью подачи паров аммиачной воды - 0,5 м/с. Выход продукта 92,4%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,99 г/г и по нафталину 0,70 г/г. Количество пыли составляет 2,4%. Влажность меньше 4,35% и механическая прочность по истиранию составляет 82-84%.
Пример 5. Регенерацию проводят как в примере № 3, но со скоростью подачи паров аммиачной воды - 0,5 м/с. Выход продукта 90,7%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,93 г/г и по нафталину 0,63 г/г. Количество пыли составляет 7,3%. Влажность 7,35% и механическая прочность по истиранию составляет 82-84%.
Пример 6. Регенерацию проводят как в примере № 4, но с температурой регенерации 550°С. Выход продукта 92%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,97 г/г и по нафталину 0,68 г/г. Количество пыли составляет 3,7%. Влажность меньше 5,82% и механическая прочность по истиранию составляет 79-81%.
Пример 7. Регенерацию проводят как в примере № 5, но с температурой регенерации 550°С. Выход продукта 90%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,90 г/г и по нафталину 0,57 г/г. Количество пыли составляет 3,8%. Влажность меньше 6,6% и механическая прочность по истиранию составляет 77-79%.
Пример 8. Регенерацию проводят как в примере № 2, но с температурой регенерации 550°С. Выход продукта 93%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 1,05 г/г и по нафталину 0,69 г/г. Количество пыли составляет 4,4%. Влажность 6,23% и механическая прочность по истиранию составляет 81-83%.
Пример 9. Регенерацию проводили как в примере № 3, но с температурой регенерации 550°С. Выход продукта 91,6%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,95 г/г и по нафталину 0,63 г/г. Количество пыли составляет 3,9%. Влажность 5,94% и механическая прочность по истиранию составляет 78-80%.
В таблице представлены закономерности изменения адсорбционной емкости по профлавинацетату (ПА) и нафталину (НФ) в зависимости от скорости нагрева в интервале 500-550°С и скорости подачи аммиачной воды.
Таблица | |||||
Характеристики регенерированных углей | |||||
№ № Примеры | Режим регенерации активированных углей | ||||
Трегенерации, °C | Vскор. под..Т°С, °С/мин | V скор. подачи амм. | Адсорбционная емкость по | ||
ПА (г/г) | НФ (г/г) | ||||
Прототип (1) | 700-800 | 30-60 | - | 8,64·10-2 | 4,83·10-3 |
2 | 500 | 14 | 1,0 | 1,25 | 0,79 |
3 | 500 | 10 | 1,0 | 1,18 | 0,75 |
4 | 500 | 14 | 0,5 | 0,99 | 0,70 |
5 | 500 | 10 | 0,5 | 0,93 | 0,64 |
6 | 550 | 14 | 0,5 | 0,97 | 0,68 |
7 | 550 | 10 | 0,5 | 0,90 | 0,57 |
8 | 550 | 14 | 1,0 | 1,05 | 0,69 |
9 | 550 | 10 | 1,0 | 0,95 | 0,63 |
Из примеров, а также показателей, приведенных в таблице следует, что предложенный способ обеспечивает высокий выход регенерированного АУ (90-95%) с хорошими адсорбционными и прочностными характеристиками.
Класс C01B31/08 активированный уголь
Класс B01J20/34 регенерация или реактивация