способ получения активного угля

Формула изобретения

Способ получения активного угля из торфа, включающий измельчение исходного сырья, введение в измельченное сырье раствора, содержащего калий и серу, гранулирование, сушку, карбонизацию, активацию гранул, промывку гранул растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой с последующей сушкой гранул и их дополнительной термообработкой, отличающийся тем, что активацию ведут со скоростью подъема температуры 10-25 град/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения активных углей, применяемых в газоочистке, рекуперации летучих растворителей, водоподготовке и водоочистке, очистке почв, противогазовой технике, а также в других отраслях народного хозяйства.

Известен способ получения активного угля из торфа, включающий гранулирование сырья, сушку, обработку гранул 0,5-20%-ным водным раствором соляной кислоты при температуре 70-160С в течение 0,1-72 часов при весовом соотношении торф : раствор =1:(2-200), карбонизацию и активацию (АС СССР №610791 от 01.04.76 г., кл. С 01 В 31/08).

Недостатком известного способа является низкая адсорбционная способность единицы объема полученного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60-100С.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения активного угля из торфа, включающий измельчение исходного сырья, добавление в измельченное сырье раствора, содержащего калий и серу в количествах 4-25 и 1-12 мас.%, соответственно грануляцию, сушку, карбонизацию, активацию гранул, промывку гранул растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой, сушку гранул и их дополнительную термообработку при температуре 600-670С (Пат. РФ №2072964 от 09.11.94 г., кл. С 01 В 31/08).

Недостатком указанного способа является низкая защитная мощность полученного активного угля по парам хлорорганических веществ.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи: повышение защитной мощности активного угля по парам хлорорганических веществ при сохранении его прочности на высоком уровне, что достигается предложенным способом, включающим измельчение исходного сырья, введение в измельченное сырье раствора, содержащего калий и серу, гранулирование, сушку, карбонизацию, активацию гранул, промывку гранул растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой с последующей сушкой гранул и их дополнительной термообработкой.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что активацию ведут со скоростью подъема температуры 10-25 град/мин.

В качестве эталонного хлорорганического вещества при исследовании адсорбционных процессов выбран хлорэтил. В качестве меры защитной мощности активного угля выбрано время, прошедшее от момента пуска газовоздушного потока, содержащего пары хлорорганического вещества, до появления последнего за слоем активного угля в концентрации не ниже предельно допустимой (ПДК).

Способ осуществляется следующим образом.

Перемешивают молотый торф с раствором сернистого калия до получения однородной пасты с влажностью не более 50% (из расчета 4-25 мас.% калия и 1-12 мас.% серы на сухое вещество). Полученную пасту гранулируют методом прессования через фильеры с диаметром отверстий 1-5 мм на гидравлическом прессе при давлении 100-200 атм. Сформованные гранулы сушат при температуре 130-150С в течение 35-60 мин. Подсушенные гранулы (содержание влаги не более 20%) карбонизуют при температуре 500-700С в течение 2-3 ч, активируют при температуре 750-870С в течение 4-5 ч, при этом скорость подъема температуры составляет 10-25 град/мин. После активации гранулы охлаждают до температуры 40-60С. Охлажденные гранулы промывают растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой. Отмытые гранулы выдерживают 6-10 часов, высушивают при температуре не более 600С в течение 0,5 ч и подвергают дополнительной термической обработке с водяным паром при температуре 600-870С в течение 1 ч. Защитная мощность активного угля, полученного по предлагаемому способу, по парам хлорорганических веществ составила 55-70 мин; защитная мощность активного угля, полученного по известному способу, по парам хлорорганических веществ составила 35-45 мин.

Пример 1

Берут 4,3 кг молотого торфа с влажностью 47%, добавляют 0,8 л раствора, содержащего 350 г/л калия и 175 г/л серы и перемешивают в смесителе с паровой рубашкой при температуре 50С в течение 45 минут до получение пластичной однородной пасты с влажностью 50%. Полученную пасту гранулируют посредством прессования на гидравлическом прессе при давлении 160 атм. Гранулы сушат при температуре 150С в течение 40 мин, карбонизуют при температуре 600С в течение 2,5 часов и активируют при температуре 850С в течение 4,5 ч со скоростью подъема температуры 10 град/мин. После активации гранулы охлаждают до температуры 50С и промывают растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой. Отмытые гранулы выдерживают в течение 6 часов, сушат при температуре 500С в течение 0,5 часа и подвергают дополнительной термообработке с водяным паром при температуре 850С в течение 1 ч. Защитная мощность полученного активного угля составила 55 мин.

Пример 2

Ведение процесса, как в примере 1, за исключением скорости подъема температуры на стадии активации, которая составила 15 град/мин. Защитная мощность полученного активного угля по парам хлорорганических веществ составила 70 мин.

Пример 3

Ведение процесса, как в примере 1, за исключением скорости подъема температуры на стадии активации, которая составила 25 град/мин. Защитная мощность полученного активного угля по парам хлорорганических веществ составила 60 мин.

Результаты исследования влияния скорости подъема температуры на защитную мощность полученного активного угля по парам хлорорганических веществ приведены в таблице.

Как следует из результатов, приведенных в таблице, наибольшая защитная мощность полученного активного угля по парам хлорорганических веществ при сохранении его прочности на высоком уровне наблюдается при скорости подъема температуры 10-25 град/мин. При уменьшении скорости подъема температуры ниже 10 град/мин защитная мощность активного угля по парам хлорорганических веществ понижается. При повышении скорости подъема температуры выше 25 град/мин также имеет место снижение защитной мощности активного угля и, кроме того, значительно снижается прочность гранул активного угля.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

В процессе получения активного угля добавленный в измельченное сырье калий на стадии активации восстанавливается до металлического и при высокой температуре внедряется в кристаллическую решетку обуглероженного сырья - происходит формирование сорбирующих пор (микропор). При этом важное значение имеет скорость подъема температуры. Высокая скорость подъема температуры приводит к уменьшению средних размеров микрокристаллитов углерода, что облегчает внедрение металлического калия в кристаллическую решетку. Однако при возрастании скорости подъема температуры выше определенного значения происходит нарушение связей между микрокристаллитами углерода, что приводит к значительному падению прочности гранул активного угля и увеличению объема транспортных (несорбирующих) пор, вследствие чего снижается защитная мощность активного угля.

Таким образом, предложенный способ позволяет в значительной степени повысить защитную мощность активного угля по парам хлорорганических веществ при сохранении его прочности на высоком уровне.

Реализация предложенного способа позволит значительно расширить область применения активного угля в процессах газоочистки, рекуперации летучих растворителей, водоподготовки и водоочистки, очистки почв, 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 защитной мощности активного угля по парам хлорорганических веществ при сохранении его прочности на высоком уровне; а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.