способ производства древесного активированного угля

Формула изобретения

Способ производства древесного активированного угля, включающий сушку, пиролиз и активацию древесной массы с использованием в качестве активирующего агента летучих пиропродуктов, отличающийся тем, что пиролиз и активацию осуществляют как совмещенный процесс, следующий после сушки исходного древесного сырья, причем после совмещенных пиролиза и активации производят термовыдержку при температуре совмещенных пиролиза и активации с предпринятием последующего охлаждения, и совмещенные пиролиз и активацию, а также термовыдержку и охлаждение сопровождают электрозаземлением при потенциале 0,1 - 50 В.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям неорганической химии, в особенности к способам получения материалов на основе углерода, в частности к способам получения активированного угля из растительного сырья с использованием газообразных активирующих агентов.

Прототипом изобретения является способ получения активированного угля, включающий составление из принимаемой древесной массы расходного сырья-запаса, сырье-подработку, порционирование подработанного сырьевого кондиционата, термообработку имеющих место технологических переделов, предполагающую сушку сформированного порционата, совмещенные пиролиз и активацию нарабатываемой суенки с использованием в качестве активирующего агента летучих пиропродуктов, обособленную термовыдержку твердого остаточного активата и охлаждение выдержанного нормализата, завершающее термообработку распорционирование остуженного рефрижерата и передачу усредненной массы твердого предпродукта на составление товарных партий умеренно активированного угля.

Особенностью принятого за прототип способа является то, что совмещенные пиролиз и активацию, а также обособленную термовыдержку и охлаждение производят как электропассивное. Для этого упомянутые технологические операции лишают возможности хода в электрически активном режиме, в частности их лишают сопровождения принудительно-форсированным электрозаземлением массы имеющих место технологических переделов. Неопределенность электрозаземления не позволяет обеспечить продолжение структуризационно-индукцированным электрическим зарядам внутреннего электросопротивления структурных образований, самовозникающих в ходе технологически-операционного трансформирования массы технологических переделов. Это не позволяет обеспечить снятие накапливаемых электрических зарядов с обрабатываемой массы. Накапливаемые электрические заряды вызывают торможение течения нужной структуризации, которая определяет качество целевого углепродукта. В частности, в целевом продукте не происходит развитие скелетно-кристаллической аллотропической составляющей.

Основным недостатком принятого за прототип способа ввиду указанных особенностей является непредставляемость устранения сопротивления достижения целевым углепродуктом потенциального уровня возможного качества.

Задачей изобретения является устранение основного недостатка прототипа.

Сущность предложенного технологического решения состоит в том, что в предлагаемый способ, характеризуемый наличием той же, что и прототип, совокупности признаков, начиная от составления из принимаемой древесной массы расходного сырье-запаса и кончая составлением товарных партий умеренно активированного угля, внесен ряд отличий, которые состоят в том, что совмещенные пиролиз и активацию, а также обособленную термовыдержку и охлаждение производят как электроактивные. Для этого их сопровождают принудительным форсированным электрозаземлением массы имеющих место технологических переделов. Указанное электрозаземление инициируют потенциалом напряжением в 0,1 - 50 В.

Недоведение напряжения инициирования в 0,1 В не позволяет достичь надежного преодоления противодействия структур отводу тормозящих развитие материало-трансформационного процесса накапливаемых электрических зарядов. Превышение этим же потенциалом напряжения в 50 В вызывает нежелательный запуск параллельного течения реакций побочного электрохимического окисления вещества технологических переделов, приводящего, в конечном итоге, к чрезмерной трансформации сырьевого вещества и нарушению качества целевого продукта.

Подтверждением наличия у предложенного технического решения изобретательского уровня является отсутствие следования его явным образом из известного уровня техники (см. а.с. СССР N 1171506).

На фиг. 1 изображена структурная схема установки для реализации способа, компонуемой с использованием вертикально-камерного печного агрегата, обеспечивающего манипулирование технологическими переделами с помощью стоячих цилиндрических реторт; на фиг. 2 - вариант компоновки печного агрегата в горизонтально-камерном исполнении, обеспечивающем манипулирование технологическими переделами с помощью цилиндрического массопровода.

Установка для реализации способа включает площадку 1 для составления из принимаемой древесной массы расходного сырье-запаса. Площадка 1 сопряжена со станочным комплексом 2 для проведения сырье-подработки, в частности для возможного окорения древесных стволов, их распиловки на мерные поленья и чурбаки и отсортировки требуемого сырьевого кондиционата. Далее размещены площадка 3 для хранения запаса сырьевого кондиционата и площадка 4 для его порционирования. Возможным для площадки 4 может быть привязка к депо 5 для размещения набора оборотных реторт 6 и к депо 7 для размещения набора оборотных ретортных крышек 8 дыхательно-лабиринтной конструкции. Возможным для площадки 4 может быть следование за ней вертикально-камерного печного агрегата 9 или горизонтально-камерного печного агрегата 10. В вертикально-камерном агрегате 9 предусмотрено вычленение сушильной секции 11 и секции 12, обеспечивающей проведение совмещенных операций пиролиза-активации и обособленной термовыдержки. После печного агрегата 9 спланирована охладительная площадка 13. Площадка 13 размещена доступной для печного кранового манипулятора 14. Горизонтально-камерный печной агрегат 10 предусматривает включение в установку депо 15 для размещения набора внутримассопроводных грузоносителей 16. При этом в агрегате 10 предусмотрено вычленение сушильной секции 17, секция 18 совмещенных пиролиза-активации, секции 19 термовыдержки и охладительной секции 20. После печных агрегатов 9, 10 осуществлено размещение поста 21 распорционирования имеющего место технологического передела, пребывающего в состоянии охлажденного рефрежирата. Пост 21 введен на усреднительную бункерную секцию 22. После этой секции 22 размещено фракционирующее устройство 23. Основной подситовый выход устройства 23 выведен на дозирующий бункер 24 весовой продуктозатаривающей станции 25. Указанная станция 25 оборудована транспортной системой 26 для отвода сформированных мешочных продуктоупаковок 27. Вспомогательный надситовый выход фракционирующего устройства выведен на дробильно-крошильный агрегат 28. После агрегата 28 размещено сепарационное средство 29. Основной подситовый выход средства 29 связан с дозирующим бункером 24. Печные агрегаты 9, 10 соединены с устройствами 30 принудительного электрозаземления.

Примеры реализации способа.

Пример 1. Для ресурсного обеспечения, реализующего предложенный способ технологического процесса, осуществили приемку заготовленной сырой древесной массы. Принятая древесная масса была сформирована древесиной, пригодной для переработки в технологический древесный уголь-сырец. Она соответствовала ГОСТ 24260-80 "Сырье для пиролиза и углежжения". Влажность древесины соответствовала классу "сырая масса". В частности, влажность древесины была равна 50 мас. %. Доля включений гнили не превышала 0,7 мас.%. Из принимаемой древесной массы произвели составление расходного сырье-запаса. Для этого из нее произвели изъятие стволов ольхи, ивы, рябины, а также стволов всех пород, диаметр которых не доходил до 14 см. Далее предприняли сырье-подработку. В ходе сырье-подработки древесные стволы подвергли при необходимости окорению, распиловке на поленья и чурбаки длиной 1,0 - 1,25 м и выдержке до трансформирования сырья в начальный технологический передел с влажностью 25 мас.%, соответствующей классу "воздушно-сухой сырьевой кондиционат". Получив подработанный сырьевой кондиционат, осуществили порционирование объединяющего его материалопотока. Для этого из поленьев составили пучки объемом в 3,5 м³, употребляемые при возможной обработке материалопотока с использованием стоячих цилиндрических реторт, или объемом 0,3 м³, употребляемые при возможной обработке с использованием лежачего цилиндрического массопровода. Технологический передел был проведен в результате порционирования в состояние упорядоченного порционата. Он был способен образовывать компактный контейнеризат и мобильный материалоизолянт. После этого начали осуществлять многостадийную термообработку имеющих место технологических переделов. Указанная термообработка предполагала сушку сформированного порционата. Сушка была проведена за счет внешнего порционата в течение 8 ч нагретым до 120^oC газообразным теплоагентом. В качестве упомянутого теплоагента использовали потерявшие тепло утилизационные дымовые газы. Технологический передел переходил при этом в состояние сушенки, имеющей влажность 1 мас.%. Далее произвели совмещенные пиролиз и активацию нарабатываемой сушенки с использованием в качестве активирующего агрегата летучих пиропродуктов. Выделение расходуемых на активацию летучих пиро-продуктов соответствовало 35 мас.%. Генерирование потребных летучих продуктов инициировали внешним нагревом сушенки до 600^oC газообразных теплоагентом. В качестве летучегенерационного теплоагегата использовали первичные дымовые газы. Эти газы получали стороннетопочным сжиганием подходящих древесных отходов или несортовых дров. Совмещенные пиролиз-активацию длили в течение 4 ч. В результате технологический передел последовательно переходил в состояние пиролизата, обезлетученного огарка и твердого остаточного активата. Достигнув полного обезлетучивания технологического передела, начали осуществлять обособленную термовыдержку твердого остаточного активата. Осуществляемая термовыдержка протекала при 600^oC, ее длительность составляла 3-4 ч. В результате термовыдержки технологический передел перешел в состояние механически стабильного нормализата. Для перевода технологического передела также еще и в химически стойкую форму предприняли оконцовывание термообработки охлаждением выдержанного нормализата. Охлаждение производили за счет внешнего теплоотвода. Теплоотвод шел в атмосферный воздух. В результате технологический передел переходил в состояние остуженного до 60^oC рефрижерата. Произведенную термообработку завершили распорционированием технологического передела, предпринимаемым для его усреднения. Для этого технологический передел подвергли объединению в интегральную обобщенную массу, объединяющую на каждый текущий момент времени не менее чем восемь выходных порций. Далее произвели передачу усредненной массы твердого предпродукта на составление товарных партий умеренно активированного угля. Составление товарных партий предполагало проведение фракционирования предпродукта. Фракционирование шло за счет подвержения предпродукта условному ситу-процессу, определяемому ячейкофактором с характеристическим номером 3,6 мм. В результате фракционирования технологический передел перешел в состояние подситового и надситового фракционатов. Подситовый фракционат направили на составление весового нетто-фасоната. Надситовый фасонат направили на крошение, которое могло быть проведено, например, в многовалковой дробилке. В результате крошения технологический передел перешел в состояние мелкого дезинтеграта-дробленки. Полученный передел подвергли сепарированию, которое шло за счет вовлечения дезинтеграта в условный сито-процесс, определяемый ячейкофактором с характеристическим номером 3,6 мм. В результате сепарации технологический передел перешел в состояние подситового и надситового сепараторов. Надситовый сепарат подвергли рециклу на дораскрошивание. Подситовый сепарат направили на объединение с подситовым фракционатом для образования целевого продукта. Предпринимаемые совмещенные пироиз и активацию производили как и обособленную термовыдержку и охлаждение с предусмотрением их сопровождения принудительным формированным электрозаземлением массы имеющих место технологических переделов. Течение указанного электрозаземления инициировали потенциалом заданного напряжения. Задаваемое напряжение устанавливали соответствующим минимальному пределу в допустимом интервале величины, в частности равным 0,1 В.

Произведенный активированный уголь подвергли испытаниям. В результате испытаний было установлено, что суммарный объем пор по влагоемкости был доведен в полученном угле до 1,21 см³/г, активность по составляющей способности в растворе йода была доведена до 30% (оптич).

Пример 2. Реализующий предложенный способ технологический процесс вели при наличии соответствия всех режимов и параметров примеру 1, за исключением того, что напряжение обеспечивающего принудительное электрозаземление потенциала устанавливали соответствующим максимальному пределу в допустимом интервале величин, в частности равным 50 В.

В результате произведенных испытаний было установлено, что суммарный объем пор по влагоемкости был доведен в полученном угле до 1,27 см³/г. Активность по осветляющей способности в растворе иода была доведена до 33%.

Пример 3. Реализующий предложенный способ технологический процесс вели при наличии соответствия всех режимов и параметров примеру 1, за исключением того, что напряжение обеспечивающего принудительное электрозаземление потенциала устанавливали соответствующим промежуточному уровню в допустимом интервале величин, в частности равным 10 B.

В результате произведенных испытаний было установлено, что суммарный объем пор по влагоемкости был доведен в полученном угле до 1,32 см³/г. Активность по осветляющей способности в растворе йода была доведена до 36%.

Положительные результаты, достигнутые в соответствии со всеми приведенными примерами реализации предложенного способа, сведены в сопоставительную таблицу, в которой они даны в сравнении с характеристиками активированного угля марки ДАК, производимого по ГОСТ 6217-74, без предусмотрения принудительного электрозаземления массы имеющих место технологических переделов.

Из представленной таблицы видно, что наилучшие результаты были достигнуты при реализации предложенного способа в соответствии с примером 3.

Техническим преимуществом предложенного способа по сравнению с прототипом является обеспеченность улучшенной управляемости ходом технологического процесса.