способ получения активного угля

Формула изобретения

1. Способ получения активного угля, включающий смешение измельченного углеродсодержащего материала со связующим, гранулирование смеси, карбонизацию, активацию и охлаждение гранул, отличающийся тем, что активацию ведут при 850 950^oС сначала до степени обгара 20 40 мас. а затем при этой же температуре до степени обгара 42 70 мас. причем охлаждение гранул ведут после каждой стадии активации до 20 50^oС со скоростью снижения температуры 10 40^oС/мин без доступа воздуха.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после охлаждения активный уголь дробят до частиц размером 0,2 1,5 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сорбционной технике и может быть применено для получения активных углей и углеродных адсорбентов, используемых в газоочистке, рекуперации летучих растворителей, водоподготовке и водоочистке, очистке почв, а также в противогазовой технике.

Известен способ получения активного угля, включающий измельчение углеродсодержащего материала с низкой спекаемостью и его прессование на вальцевом прессе при температуре 50-250^oC до частиц размером 0,25-3,0 мм. Полученные гранулы карбонизуют и активируют при температуре 950-1000^oC до обгара 30-35 мас. в одну стадию. Активный уголь охлаждают до 80-110^oC со скоростью снижения температуры 60^oC/мин в среде инертного газа [1]

Недостатком известного устройства является сложность технологического процесса получения активного угля, обусловленная необходимостью проведения операций окисления, карбонизации и активации в псевдоожиженном слое, а также низкая адсорбционная способность полученного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC вследствие значительного развития крупных пор.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения активного угля, включающий подачу гранул с размером частиц 2-5 мм углеродсодержащего материала, на карбонизацию при температуре 800-850^oC до обгара 40-50% с последующим охлаждением активного угля водой до температуры вначале до 415^oC, а затем до 70-80^oC [2]

Недостатком указанного способа является низкая механическая прочность полученного активного угля.

Целью изобретения является повышение механической прочности высокоактивированного угля, имеющего большой отбор (более 42%) при сохранении высокой адсорбционной способности по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC. В качестве эталонного органического вещества с температурой кипения 60-100^oC при исследовании сорбционных процессов выбран бензол.

Цель достигается предложенным способом, включающим смешение измельченного углеродсодержащего материала со связующим, гранулирование смеси, карбонизацию, активацию и охлаждение гранул.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что активацию ведут при температуре 850-950^oC до обгара 20-40% мас. а затем при этой же температуре до обгара 42-70 мас. причем после каждой активации уголь охлаждают до 20-50^oC со скоростью снижения температуры 10-40^oC/мин без доступа воздуха, а активный уголь дробят до частиц размером 0,2-1,5 мм.

Способ осуществляется следующим образом. Берут измельченный углеродсодержащий материал и смешивают его со связующим (каменноугольной или лесохимической смолой или их смесью) в смесителе при температуре 40-60^oC в течение 10-15 мин. Полученную угольно-смоляную пасту гранулируют на шнековом прессе через фильеры с диаметром отверстий 1,0-3,5 мм. Оформованные гранулы подсушивают на воздухе в течение 20-60 мин, после чего направляют на карбонизацию. Карбонизацию ведут во вращающейся, шахтной или полочной печи при температуре 450-600^oC в течение 20-30 мин. Карбонизованные гранулы направляют на активацию, которую ведут во вращающейся или шахтной печи при температуре 850-950^oC водяным паром из расчета 5-10 кг пара на 1 кг активного угля до обгара 20-40 мас. после чего уголь охлаждают до температуры 20-50^oC со скоростью снижения температуры 10-40^oC/мин без доступа воздуха. Затем уголь направляют на повторную активацию, которую ведут при тех же режимах до обгара 42-70 мас. а затем охлаждают до 20-50^oC со скоростью снижения температуры 10-40^oC/мин без доступа воздуха.

Обгар определяют по насыпному весу отобранной пробы угля. Полученный высокопористый активный уголь имел механическую прочность 50-60% и адсорбционную способность по парам бензола 180-200 мг/л. С целью дополнительного повышения механической прочности проводят дробление гранул на валковой дробилке до частиц размерами 0,2-1,5 мм. Полученный активный уголь имел механическую прочность 60-70% и сохранил адсорбционную способность по парам бензола на уровне 180 200 мг/л.

Пример 1. Берут 3,0 кг каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-76) и 3,0 кг каменноугольного полукокса длиннопламенного угля марки Д (ГОСТ 5442-74), измельченных в шаровой мельнице до размеров частиц 5-90 мкм, и смешивают их с 2,6 кг лесохимической смолы (ТУ 13 4000-77-160-84) и 4,3 кг воды. Процесс смешения осуществляют в смесителе при температуре 50^oC мин в течение 10 мин. Полученную угольную смоляную пасту подают в загрузочную камеру шнекового пресса и ведут гранулирование при температуре 85^oC и давлении 90 атм через фильеры с диаметром отверстий 1,7 мм. Оформованные гранулы подсушивают на воздухе в течение 40 мин и направляют на карбонизацию, которую ведут при температуре 500^oC в течение 25 мин. Карбонизованные гранулы активируют водяным паром при температуре 900^oC до обгара 30 мас. после чего охлаждают без доступа воздуха до температуры 40^oC со скоростью снижения температуры 30^oC/мин. Затем уголь направляют на повторную активацию, которую ведут при тех же режимах до обгара 60 мас. Полученный активный уголь охлаждают без доступа воздуха до температуры 40^oC со скоростью снижения температуры 30^oC/мин. На валковой дробилке гранулы дробят до частиц размером 0,2-1,5 мм. Полученный активный уголь имел механическую прочность 60% и адсорбционную способность по парам бензола 182 кг/г.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением того, что первую активацию вели до обгара 20 мас. повторную до обгара 42 мас. а скорость снижения температуры при охлаждении составляла 10^oC/мин. Полученный активный уголь имел механическую прочность 72% и адсорбционную способность по парам бензола 204 мг/г.

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1, за исключением того, что первую активацию веи до обгара 40 мас. повторную до обгара 70 мас. а скорость снижения температуры при охлаждении составляла 40^oC/мин. Полученный активный уголь имел механическую прочность 64% И адсорбционную способность по парам бензола 191 мг/г.

Наибольшую механическую прочность при сохранении высокой адсорбционной способности по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC имел активный уголь, полученный при активации при температуре 850-950^oC вначале до обгара 20-40 мас. а затем при этой же температуре до обгара 42-70 мас. охлаждении после каждой активации без доступа воздуха до температуры 20-50^oC со скоростью снижения температуры 10-40^oC и дроблении гранул до частиц размером 0,2-1,5 мм.

Сущность предложенного метода заключается в следующем.

Известно, что процесс активации имеет целью развитие пористой структуры угля, которая обуславливает поглощение адсорбата, при этом она коррелирует с величиной обгара. Достижение высокой степени обгара непрерывной активации приводит к сильному поверхностному обгару и значительному выгоранию стенок соседних микропор, которые ответственны за адсорбционную способность. Указанные факторы приводят к снижению механической прочности гранул активного угля и падению его адсорбционной способности. Однако проведение процесса активации сначала до средней величины обгара, а затем до требуемой высокой позволяет устранить вышеуказанные недостатки.

Как было сказано выше, развитие пористой структуры осуществляется на стадии активации, однако вследствие снижения температуры на стадии охлаждения эта структура претерпевает изменения в сторону усадки. При высокой скорости снижения температуры вследствие внутренних напряжений происходит разрушение кристаллитов угля и ликвидация части микропор, что способствует уменьшению как механической прочности, так и адсорбционной способности. С другой стороны, медленное снижение температуры при охлаждении приводит к сужению входов в сорбирующие поры и их блокировке, в результате чего снижается адсорбционная способность активного угля.

Дробление гранул активного угля после активации приводит к тому, что происходит удаление с основного прочного ядра гранул частей, имеющих микротрещины и сколы, что приводит к повышению механической прочности оставшихся гранул.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить активный уголь, значительно превосходящий известные по механической прочности при сохранении высокой адсорбционной способности по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC.

Этот уголь позволит проводить эффективную очистку газовых, жидких и твердых сред от вредных примесей, что даст реальную возможность эффективно решать широкий круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно на повышение механической прочности активного угля, имеющего большой обгар (более 42%), при сохранении высокой адсорбционной способности по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.