способ получения активного угля

Формула изобретения

1. Способ получения активного угля из древесного угля-сырца, включающий дробление и активацию, отличающийся тем, что предварительное дробление угля-сырца ведут перед загрузкой в печь активации до размеров 5-12 мм, а активацию осуществляют в шахтной печи в потоке смеси водяного пара и диоксида углерода при 750-970^oС со скоростью обгара 1-3%/ч до достижения суммарного объема пор 1,5-2,0 см³/г.

2. Способ получения активного угля по п.1, отличающийся тем, что после активации проводят додрабливание и рассев до зерен с эффективным размером 1-3 мм.

3. Способ получения активного угля по п.1, отличающийся тем, что после активации проводят размол сорбента до частиц размером менее 100 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения активного угля из древесного угля-сырца и может быть использовано в процессах очистки водных и органических сред: питьевой воды, сточных вод, ликеро-водочных изделий, в пищевой, фармацевтической и парфюмерной промышленности и т.д.

Известен способ получения активного угля из древесного угля-сырца, включающий термическую обработку со скоростью обгара 40-70%/ч в атмосфере, содержащей кислород в количестве 0,1-1,0 об.%, активацию водяным паром при 800-950^oС и дробление, причем термическую обработку и активацию проводят в одной и той же печи (RU 2138442 С1, 1998, кл. С 01 В 31/08).

Недостатком известного способа является то, что высокая адсорбционная способность угля достигается за счет повышенного обгара в атмосфере кислорода, что приводит к высокой зольности угля и снижает его механическую прочность.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения активного угля из древесного угля-сырца путем термической обработки до 800-850^oС без доступа воздуха со скоростью подъема температуры 40-60^o/мин и активации водяным паром при соотношении угля-сырца и пара, равном 1:(5-8). (RU 2114057 C1, 1998, кл. С 01 В 31/08).

Недостатком прототипа является невозможность получения универсального осветляющего угля с высокими показателями адсорбционной активности по широкому спектру веществ, содержащихся как в водных, так и в органических растворах.

Задачей изобретения является получение универсального осветляющего угля с высокой адсорбционной емкостью по широкому спектру веществ для использования в водных и органических средах.

Оценку универсальности адсорбционных свойств активного угля проводили по стандартным веществам с различным размером молекул в широком диапазоне: йод - 0,43 нм; метиленовый голубой - 1,6 нм.

Поставленная задача достигается предложенным способом, включающим дробление и активацию, отличающимся тем, что предварительное дробление угля-сырца ведут перед загрузкой в печь активации до размеров 5-12 мм, а активацию осуществляют в шахтной печи в потоке смеси водяного пара и диоксида углерода при 750-970^oС со скоростью обгара 1-3%/ч до достижения суммарного объема пор 1,5-2,0 см³/г. После активации проводят додрабливание и рассев до зерен с эффективным размером 1-3 мм либо размол до частиц размером менее 100 мкм.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что уголь-сырец перед активацией предварительно дробят и отбирают фракцию 5-12 мм, а активацию осуществляют в шахтной печи в потоке смеси водяного пара и диоксида углерода при 750-970^oС со скоростью обгара 1-3%/ч до достижения суммарного объема пор 1,5-2,0 см³/г, затем проводят додрабливание и рассев до зерен с эффективным размером 1-3 мм либо размол до частиц размером менее 100 мкм.

Активация древесного угля-сырца в шахтной печи смесью водяного пара и диоксида углерода при 750-970^oС до заданного суммарного объема пор 1,5-2,0 см³/г с использованием двойного дробления авторам неизвестна.

Сущность предложенного способа состоит в следующем.

Берут древесный уголь-сырец (продукт пиролиза древесины или ее отходов) с содержанием золы не более 3% и летучих веществ не более 20% с размером кусков 10-50 мм, дробят, отсевают фракцию 5-12 мм и подают на активацию в шахтную печь, где уголь-сырец медленно опускается в каналах сверху вниз в результате периодической выгрузки готового угля и уменьшения его объема при обгаре. В зоне активации печи при 750-970^oС происходит взаимодействие углеродной массы с парогазовой смесью по реакциям

С+2Н₂О-->СO₂+2Н₂;

С+СО₂-->2СО.

Активирующая смесь пронизывает уголь в направлении, перпендикулярном его движению. Процесс активации проводят до суммарного объема пор 1,5-2,0 cм³/г, при этом обгар угля составляет 40-60%, а время активации 20-48 ч, т.е. скорость обгара 1-3%/ч.

Далее продукт выгружают из печи, дополнительно додрабливают до эффективного размера зерен 1-3 мм и получают зерненный сорбент, его адсорбционная способность по йоду составляет более 800 мг/г, по метиленовому голубому более 250 мг/г.

Отходы после дробления (более крупная и мелкая фракции) размалывают в шаровой мельнице до размеров менее 100 мкм и получают порошкообразный уголь с осветляющей способностью по метиленовому голубому более 300 мг/г.

В предложенном способе пористая структура углеродного адсорбента формируется за счет постепенного плавного удаления летучих веществ, при этом значительную роль в управлении пористой структурой играет размер зерен угля-сырца, загружаемого в печь активации. Предварительное дробление угля-сырца перед загрузкой позволяет получить более однородный сырец с меньшим содержанием золы, так как в результате дробления и рассева удаляется поверхностная часть сырца с максимальным содержанием золы. Данный фактор приводит к улучшению диффузионных процессов при активации и обеспечивает возможность воспроизводимости структурных характеристик угля. Кроме того, дробление перед активацией позволяет уменьшить или даже полностью исключить образование вздутий, больших раковин на поверхности зерен сорбента.

Применение в качестве активатора смеси пара и диоксида углерода при медленной активации (скорость обгара составляет 1-3%/ч) обуславливает постепенное формирование мезо- и микропористой структуры. Первоначально в активируемой массе образуется углеродный скелет с длинными и разветвленными каналами, часть которых в дальнейшем расширяется до 20-100 нм, а часть достигает размеров 0,7-0,9 нм, т.е. одновременно идет процесс формирования микро- и мезопористой структур в угле, что обеспечивает высокую эффективность сорбента при поглощении веществ с различным размером молекул, и значительно расширяет области его применения.

Пример 1. Берут 10 т древесного угля-сырца с размером кусков 10-50 мм, дробят и отсеивают фракцию 5-8 мм, выход на этой стадии составляет 80%. Полученный однородный "орешек" загружают в шахтную печь, где проводят активацию смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре в зоне активации (80020)^oС, далее через 40 ч готовый продукт с V=1,5 см³/г выгружают из печи, при этом обгар угля составляет 42%, т.е. активация проходит со скоростью обгара 1%/ ч. Полученный уголь додрабливают и рассеивают, выделяя целевую фракцию с эффективным размером зерен 1-3 мм, а затем анализируют по показателям:

1) осветляющая способность по J₂ (ГОСТ 6217);

2) осветляющая способность по метиленовому голубому (ГОСТ 4453).

Для определения осветляющей способности пробу угля предварительно растирают в ступке до пыли, прошедшей через сито 005 и высушивают при 100-110^oС.

Полученный уголь имел осветляющую способность по J₂ - 823 мг/г, по метиленовому голубому - 310 мг/г.

Пример 2. Аналогично примеру 1, за исключением того, что температура в зоне активации составляет (95020)^oС, уголь выгружают через 20 ч, при этом V=2,0 см³/г, обгар составляет 60%, т.е. скорость обгара - 3%/ч.

Полученный уголь имел осветляющую способность по J₂ - 910 мг/г, по метиленовому голубому - 340 мг/г.

Пример 3. Аналогично примеру 1, за исключением того, что размер кусков перед загрузкой составляет 7-12 мм, активацию проводят при (86020)^oС до суммарной пористости 1,85 см³/г, при этом скорость обгара составляет 2,2%/ч.

Полученный уголь имел осветляющую способность по J₂ - 875 мг/г, по метиленовому голубому - 325 мг/г.

Пример 4. Аналогично примеру 1, за исключением того, что полученный уголь размалывают в шаровой мельнице до пылевидного состояния, при этом размер частиц угля составляет менее 100 мкм.

Полученный уголь имел осветляющую способность по J₂ - 820 мг/л, по метиленовому голубому - 315 мг/л.

Опытным путем установлено, что снижение температуры активации ниже 750^oС приводит к резкому уменьшению суммарной пористости угля, а значит его активности, а повышение более 970^oС ускоряет протекающие химические реакции между углеродным материалом и активирующими агентами, при этом требуемая пористая структура не успевает сформироваться, в большей степени развивается объем мезопор, а значит снижается осветляющая способность угля по йоду.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявляемой совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявляемого технического решения.