способ получения гранулированного активного угля

Формула изобретения

Способ получения гранулированного активного угля, включающий смешение при 30 - 60^oC измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего, гранулирование смеси при температуре 60 - 100^oC и давлении 80 - 100 кг/см², охлаждение гранул до комнатной температуры, карбонизацию гранул сначала со скоростью нагревания 10 - 25^oC/мин в течение 12 - 24 мин, затем со скоростью нагревания 2 - 5^oC/мин до 450 - 650^oC и их активацию до суммарного объема пор 0,6 - 0,9 см³/г, отличающийся тем, что при смешении в сырье добавляют углеродное волокно в количестве 1 - 5 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности, к способам получения гранулированных активных углей, и может быть использовано для получения активных углей, применяемых для очистки газов и жидкостей от вредных примесей, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен способ получения активного угля из растительного сырья посредством термической обработки при температуре 600^oC, активации в присутствии водяного пара, диоксида углерода или кислорода при температуре 1100^oC, охлаждения и повторной термической обработки при температуре до 1500^oC без подвода активирующих агентов извне (Пат. ПНР N 140117, кл. C 01 B 31/10, опубл. 05.01.88 г.).

Недостатком известного способа является значительная сложность технологического процесса и аппаратуры, низкая прочность получаемого активного угля, неудовлетворительная воспроизводимость показателей качества готового продукта.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения гранулированного активного угля, включающий смешение измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего при температуре 30-60^oC в течение 12-15 минут, гранулирование смеси при температуре 60-80^oC и давлении 80-100 кг/см², охлаждение гранул до комнатной температуры, карбонизацию гранул сначала со скоростью нагревания 10-25^oC/мин в течение 12-24 минут, затем со скоростью нагревания 2-5^oC/мин до температуры 450-650^oC и их активацию до суммарного объема пор 0,6-0,9 см³/г (А.С.СССР N 1836288 от 03.09.91 г., кл. C 01 B 31/08).

Недостатком указанного способа является низкая адсорбционная способность полученного гранулированного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC (в качестве эталонного органического вещества с температурой кипения 60-100^oC выбран бензол).

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи: повышение адсорбционной способности полученного гранулированного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC, что достигается предложенным способом, включающим смешение измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего, гранулирование смеси, охлаждение гранул перед карбонизацией до комнатной температуры, карбонизацию гранул и их активацию.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что при смешении в сырье добавляют углеродное волокно в количестве 1-5 мас.%

Способ осуществляется следующим образом.

В смеситель-гранулятор дозируют измельченное каменноугольное сырье в количестве 2,0-2,5 кг и включают перемешивание. Не прекращая перемешивания, добавляют рубленое углеродное волокно в количестве 0,02-0,12 кг; через 10-15 минут, при достижении равномерного распределения волокон по всему объему смеси, добавляют смоляное связующее в количестве 0,83-1,05 кг в течение 1-2 минут. Перемешивание продолжают в течение 3-5 минут при температуре 30-60^oC. Полученную однородную смесь гранулируют через фильеры с диаметром отверстий 1,0-3,5 мм при температуре 60-100^oC и давлении 80-100 кг/см². Сформованные гранулы охлаждают до комнатной температуры (15-25^oC) и подают на карбонизацию, которую проводят в барабанной вращающейся печи. При карбонизации сначала скорость нагревания поддерживают равной 10-25 ^oC/мин в течение 12-24 минут за счет горения летучих веществ и поддержания факела пламени, а затем поддерживают скорость нагревания 2-5^oC/мин до достижения температуры 450-650^oC. Активацию проводят во вращающейся или шахтной печи смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 850-950^oC до суммарного объема пор 0,6-0,9 см³/г. Отсеивают фракцию 1,5-3,0 мм и проводят определение показателей качества готового продукта. Адсорбционная способность полученного гранулированного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC составила 130-142 мг/г. Адсорбционная способность гранулированного активного угля, полученного по известному способу, составила 91-99 мг/г.

Пример 1. В смеситель-гранулятор загружают 1,2 кг каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-76) и 1,2 кг каменноугольного полукокса длиннопламенного марки Д (ГОСТ 5442-74), измельченных в шаровой мельнице до частиц размером 5-90 мкм. Включают перемешивание и добавляют рубленное углеродное волокно в количестве 0,024 кг; через 10 минут, при достижении равномерного распределения волокон по всему объему смеси, добавляют связующее в количестве 1 кг в течение 2 минут. В качестве связующего берут лесохимическую смолу (ТУ 13-4000-77-160-84). После добавления связующего перемешивание продолжают в течение 3 минут при температуре 50^oC. Полученную однородную смесь гранулируют через фильеры с диаметром отверстий 1,7 мм при температуре 80^oC и давлении 90 кг/см². Сформованные гранулы охлаждают до комнатной температуры (15-25^oC) и подают на карбонизацию, которую проводят в барабанной вращающейся печи сначала со скоростью нагревания 20^oC/мин в течение 15 минут, затем со скоростью нагревания 3^oC/мин до температуры 550^oC. Активацию проводят во вращающейся или шахтной печи смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 900^oC до суммарного объема пор 0,8 см³/г. Адсорбционная способность полученного гранулированного активного угля составила 130 мг/г.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества углеродного волокна, добавленного в сырье, которое составило 0,05 кг. Адсорбционная способность полученного гранулированного активного угля составила 135 мг/г.

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества углеродного волокна, добавленного в сырье, которое составило 0,125 кг. Адсорбционная способность полученного гранулированного активного угля составила 142 мг/г.

Результаты исследования влияния количества добавленного в сырье углеродного волокна на адсорбционную способность полученного гранулированного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC приведены в таблице.

Как следует из результатов, приведенных в таблице, наибольшая адсорбционная способность гранулированного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC имеет место при добавлении в сырье углеродного волокна в количестве 1-5 мас.% При уменьшении количества добавленного в сырье углеродного волокна менее 1 мас.% наблюдается заметное снижение адсорбционной способности. Увеличение количества добавленного в сырье углеродного волокна более 5 мас.% не приводит к изменению адсорбционной способности гранулированного активного угля.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Повышение адсорбционной способности гранулированного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC при добавлении в сырье углеродного волокна в количестве 1-5 мас.%, вероятно, обусловлено следующей причиной. Углеродное волокно имеет фибриллярную структуру и небольшие сегменты микрофибрилл на поверхности волокна принимают участие в процессе образования углеродных кристаллитов в прилегающих углеродных частицах. В результате этого образуются мостики связи из углеродных атомов. Таким образом создается пространственная структура внутри гранул, при последующем пиролизе которых формируется оптимальная пористая структура, обеспечивающая высокую адсорбционную способность гранулированного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC.

Добавление в сырье углеродного волокна в количестве менее 1 мас.% не приводит к существенному повышению адсорбционной способности гранулированного активного угля по причине малого содержания структурообразующего элемента в составе угольно-смоляной композиции. С другой стороны, увеличение количества добавленного в сырье углеродного волокна более 5 мас.% не приводит к изменению адсорбционной способности, т.к. формирование оптимальной пористой структуры уже завершено.

Таким образом, предложенный способ позволяет в значительной степени повысить адсорбционную способность гранулированного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC.

Реализация предложенного способа позволит значительно расширить область применения активного угля для очистки газов и жидкостей от вредных примесей, а также для других индустриальных и природоохранных целей, что даст возможность эффективно решить широкий круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а именно: на повышение адсорбционной способности гранулированного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100^oC, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.