способ получения древесноугольного сорбента

Формула изобретения

Способ получения древесноугольного сорбента, отличающийся тем, что углеродсодержащее сырье влажностью 10-30% карбонизуют при температуре 450-600°C, проводят активацию парогазовой смесью при 650-800°C из расчета 3-12 кг пара на 1 кг карбонизата, активированный карбонизат охлаждают в тонком слое (дополнительная активация-окисление кислородом воздуха) до 20-30°C со скоростью снижения температуры 10°C/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения древесноугольного сорбента, которое может быть использовано для получения активных углей и углеродных сорбентов, используемых в сельском хозяйстве (животноводстве, птицеводстве, очистке почв, а также в качестве кормовой добавки).

Известен способ получения активированного угля [а. с. СССР N 1567515, кл. С01В 31/08, 28.09.87, (1)] включающий измельчение каменного угля до размеров частиц менее 0,5 мм и нагревание до 1000-1200°С с последующей активацией при этой температуре в вихревой печи активирующим агентом, содержащим водяной пар. Недостатком данного способа являются малый общий выход готового продукта (20-23%).

Известен способ получения гранулированного активированного угля [а. с. СССР N 1528729, кл. С01В 31/10, 27.11.87, (2)] с повышенной адсорбционной емкостью угля, по которому бурый уголь измельчают, гранулируют в присутствии воды, на гранулы накатывают слой бурого угля в присутствии 12,5-25% водного раствора сульфитно-спиртовой бражки, сушат, карбонизируют и активируют при 700-750°С в течение 20-30 мин.

Недостаток данного способа - технологическая сложность в реализации способа в промышленном масштабе, высокая себестоимость готовой продукции.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения активного угля [а. с. СССР N 1020371, кл. С01В 31/08, 29.09.80, (3)], выбранный за прототип и включающий карбонизацию измельченных углеродсодержащих отходов, подачу воды в карбонизованные отходы при расходе воды 0,4-0,8 м³ на тонну отходов, активацию до 700-750°С. В результате получают активированный уголь с удельной поверхностью 190-210 м³/г, плотностью 1,5-1,9 г/см³, прочностью 35%.

К недостаткам данного способа можно отнести следующее:

- измельчение исходного сырья;

периодичность процесса (раздельные стадии карбонизации и активации, проводимые последовательно в одном и том же аппарате).

Задача предлагаемого изобретения - использование в производстве древесноугольных сорбентов возобновляемого природного углеродсодержащего сырья, например древесных опилок, и получение сорбентов при использовании в технологическом процессе типовых аппаратов.

Способ получения древесноугольного сорбента, включающий карбонизацию углеродсодержащего сырья при температуре 450-600°С и последующую активацию карбонизата парогазовой смесью при температуре 650-800°С.

В качестве углеродсодержащего сырья используют древесные опилки хвойных и лиственных пород с исходной влажностью 10-30%.

Полученный древесноугольный сорбент направляют на дополнительную активацию для окисления кислородом воздуха.

Отличие способа заключается в том, что процесс карбонизации-активации осуществляется в одну стадию, в два этапа. На первом этапе происходит разложение древесного сырья с образованием карбонизата и продуктов разложения древесины, которые отводятся из реактора. На втором этапе осуществляют активацию горячего карбонизата с применением парогазовой смеси.

Второе отличие состоит в том, что с целью быстрого и равномерного термического разложения углеродсодержащего сырья, учитывая его низкий коэффициент теплопроводности, сырье в реактор подают в виде древесных опилок лиственных и хвойных пород равномерно, порционно со скоростью подачи 20 кг/ч.

Третье отличие состоит в том, что полученный древесноугольный сорбент направляют на дополнительную активацию для окисления кислородом воздуха.

Способ осуществляют следующим образом. Измельченный углеродсодержащий материал (опилки лиственных и хвойных пород древесины) с помощью загрузочного устройства подают на карбонизацию, которую ведут в первом отсеке вращающейся печи при температуре 450-600°С в течение 20-30 мин. Полученный карбонизат направляют на активацию (второй отсек печи) при температуре 650-800°С парогазовой смесью из расчета 3-12 кг пара на 1 кг карбонизата, после чего карбонизат охлаждают. Охлаждение осуществляют в тонком слое, причем проводят дополнительную активацию (окисление кислородом воздуха) до температуры 20-30°С со скоростью снижения температуры 10°С/мин.

Полученный активный уголь имел и адсорбционную способность по йоду 30-41% (что соответствует требованиям ГОСТ на уголь дробленый активный марки ДАК).

Пример 1. 3,0 кг опилок лиственных пород древесины направляют на карбонизацию, которую ведут при температуре 500°С в течение 25 мин. Карбонизат активируют парогазовой смесью при температуре 800°С, продолжительность активации 40 мин. Древесноугольный сорбент охлаждают в тонком слое кислородом воздуха до достижения температуры 20°С со скоростью снижения температуры 10°С/мин. Выход конечного продукта составляет - 22%. Адсорбционная способность по йоду - 38,8%.

Пример 2. Ведение процесса, как в примере 1, за исключением того, что карбонизацию ведут при температуре 470°С, активацию при температуре 740°С. Выход конечного продукта составляет - 26%. Полученный древесноугольный сорбент имел адсорбционную способность по йоду 28-31,1%.

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 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.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить древесноугольный сорбент с адсорбционной способностью по йоду - 30-41% (что соответствует требованиям ГОСТ на уголь дробленый активный марки ДАК). Использование в качестве исходного сырья древесных отходов деревопереработки и лесопиления (опилок хвойных и лиственных пород) влажностью 10-30%. Предлагаемый способ позволяет проводить непрерывный процесс получение совмещенного технологического процесса карбонизации-активации древесных опилок в одном аппарате и при этом управлять формированием пористой структуры полученных древесноугольных сорбентов при парогазовой активации и активации воздухом и получать сорбенты с требуемыми параметрами пористой структуры и адсорбционными свойствами. Изготовлена стендовая установка, проведена отработка технологических параметров, наработаны образцы, проведен их анализ и ведутся работы по выявлению потенциальной возможности применения древесноугольного сорбента в животноводстве для защиты животных от воздействия токсических метаболитов микроскопических грибов.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР № 1567515 от 28.09.1987 от 30.05.90 «Способ получения активированного угля».

2. Авторское свидетельство СССР № 1528729 от 27.11.87 «Способ получения гранулированного активного угля».

3. Авторское свидетельство СССР № 1020371 от 29.09.80 «Способ получения активного угля» (прототип).