способ получения гранулированного активного угля из торфа

Формула изобретения

Способ получения активного угля из торфа, включающий смешение исходного сырья - торфа с активатором и связующим, грануляцию смеси, карбонизацию и парогазовую активацию, отличающийся тем, что используют в качестве активатора торфа и в качестве связующего технический лигносульфонат, высушенный до воздушно-сухого состояния, смешение проводят с водой до влажности 50-56 мас. % и соотношении торфа и лигносульфоната 2-2,2:1, карбонизацию ведут при температуре 550-600°С, а парогазовую активацию - при температуре 760-800°С в течение 60-80 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится получению сорбентов, а именно активных углей, и может быть использовано для очистки отходящих газов химических, металлургических, целлюлозно-бумажных производств от вредных примесей, а также для очистки сточных вод.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гранулированного активного угля из торфа методом сернисто-калиевой активации (Кельцев Н.В., Основы сорбционной техники. М. Химия, 1976, 84 с. Уголь марки СКТ-6A ТЭУ N Д2ГУ-942-66). Способ заключается в смешении исходного материала - торца с активатором - сульфидом калия, в качестве связующего компонента используются древесная или каменноугольная смола, грануляция, карбонизация и парогазовая активация.

К недостаткам метода относится использование дорогостоящего сульфида калия, связующих смол, обладающих канцерогенными свойствами.

Целью изобретения является повышение экономичности и экологичности способа за счет получения из дешевого сырья активного угля, не уступающего по сорбционным свойствам и механической прочности промышленному активному углю марки СКТ-6А.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения гранулированного активного угля из торца, включающем смешение исходного сырья - торфа с активатором и связующим, грануляцию смеси, карбонизацию и парогазовую активацию, используют в качестве активатора торца и в качестве связующего технический лигносульфонат, высушенный до воздушно-сухого состояния, смешение проводят с водой до влажности 50-56 мас.% и соотношении торфа и лигносульфоната 2 - 2,2 : 1, карбонизацию ведут при температуре 550-660^oC, а активацию при температуре 760 - 800^oC в течение 60 - 80 мин.

Существенным отличием изобретения является то, что в качестве химического активатора торфа и связующего используют отход целлюлозно-бумажной промышленности - технические лигносульфонаты кальция, натрия, магния или аммония.

Технические лигносульфонаты кальция, получаемые при использовании варочной кислоты на кальциевом основании, выпускаются под товарным названием "концентрат сульфитно-спиртовой барды" в соответствии с ГОСТ 8518-57 в виде трех марок: КБЖ, КБТ и КБП.

Концентрат КБЖ - это густая жидкость темно-коричневого цвета плотностью при 20^oC 1270 кГ/м³, содержащая 50% сухих веществ. Концентраты КБТ и КБП отличаются от КБЖ только содержанием сухих веществ, КБТ содержит 76% сухих веществ, КБП - светло-коричневый порошок, высушенный до воздушно-сухого состояния.

Концентраты сульфитно-спиртовой барды, получаемые при варке целлюлозы с кальциевым, магниевым, натриевым или аммониевым основаниями, также могут быть использованы в качестве активатора торфа и связующего для получения активного угля из торфа.

Основу технических лигносульфонатов составляют ароматические структуры C₆- C₃ типа фенилпропановых звеньев.

Эти звенья сшиты линейно и пространственно в макромолекулы и насыщены сульфогруппами HSO₃^- или анионами солей варочной кислоты NaSO₃^-, MgSO₃^-, NH₄SO₃^- и др. В зависимости от варки и глубины сульфирования лигносульфонаты могут содержать серу в количестве от 3 до 12 мас.%. Это предопределяет специфику карбонизации торфа с химическим активатором - техническим лигносульфонатом и парогазовую активацию угля - сырца с получением активного угля с высокой пористостью.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленно применимо.

Способ осуществляется следующим образом.

Торф, высушенный до воздушно-сухого состояния, разламывают до мелко дисперсного состояния, смешивают с порошком высушенного до воздушно-сухого состояния лигносульфоната в соотношении 2 - 2,2 : 1 и добавляют воду до пластичного состояния и влажности массы 50 - 56 мас.%. Далее пластичную массу гранулируют в специальном грануляторе формования с размером частиц 1,5 - 2 мм, высушивают при температуре 100-110^oC, карбонизуют при температуре 550 - 600^oC и активируют при температуре 760 - 800^oC в течение 60 - 80 мин. Охлаждение ведут в инертной атмосфере.

Пример 1.

100 г торфяной дисперсной массы смешивают с 50 г лигносульфоната кальция марки КБП (ГОСТ 8518-57), добавляют воду до влажности смеси 50 мас.% и перемешивают в лопастном смесителе до пластичного состояния. Пластичную массу влажностью 50 мас.% гранулируют предпочтительнее на грануляторе точного формования, сушат при температуре 105-110^oC, карбонизуют при температуре 550^oC до прекращения выделения газов и паров. Активируют водяным паром и углекислым газом при температуре 760^oC в течение 70 мин. Охлаждение ведут в инертной атмосфере.

Пример 2.

110 г торфяной дисперсной массы смешивают с 50 г технического лигносульфоната натрия марки КБП, добавляют воду до влажности 50 мас.% и перемешивают до пластичного состояния. Пластичную массу с влажностью 50 мас.% гранулируют предпочтительнее на грануляторе точного формования, сушат при температуре 105-110^oC, карбонизуют при температуре 600^oC до прекращения выделения газов и паров. Активируют водяным паром и углекислым газом при температуре 800^oC в течение 60 мин. Охлаждение ведут в инертной атмосфере.

Пример 3.

105 г торфяной дисперсной массы смешивают с 50 г технического лигносульфоната аммония марки КБП, добавляют воду до влажности 56 мас.% и перемешивают до пластичного состояния. Пластичную массу с влажностью 56% мас.%, гранулируют предпочтительнее на грануляторе точного формования, сушат пи температуре 105-110^oC. карбонизуют при температуре 550^oC до прекращения выделения газов и паров. Активируют водяным паром и углекислым газом при температуре 780^oC в течение 80 мин. Охлаждение ведут в инертной атмосфере.

Физико-химические характеристики полученных образцов по примерам 1, 2 и 3 представлены в таблице.

В качестве основных характеристик образцов полученного активного угля использованы суммарная пористость, сорбционная емкость по бензолу, сорбционная емкость по иоду и механическая прочность на истирание по МИС-60-8 по методикам, описанным в справочнике: Колышкин Д.А., Михайлов К.К. Активные угли. Л.: Химия, 1972, 52 с.

Результаты испытаний образцов получены при одинаковых условиях с прототипом.

Аналогично примерам 1, 2, 3 были получены образцы углей по примерам 4 - 9 и приведены в таблице.

Как видно из таблицы, при выходе за заявляемые пределы опытов 1-3 полученный сорбент имеет пониженную, по сравнению с прототипом, суммарную пористость и механическую прочность.

В заявленной технологии активного угля заменен дорогостоящий сульфид калия на дешевый технический лигносульфонат кальция, натрия, магния или аммония, являющийся отходом сульфитного производства целлюлозы и не обладающий канцерогенными свойствами. Температура активации композиции торфа с лигносульфонатом на 100-140^oC ниже, чем в технологии прототипа - угля марки СКТ-6А, что экономит энергоресурсы. Повышенная сорбционная активность и механическая прочность, позволяющая использовать аппараты меньшего размера, делают изобретение экономически выгодным.