СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО УГЛЯ Российский патент 1994 года по МПК C01B31/08 

Изобретение относится к области производства активных углей (а.у.) и может быть использовано в электроугольной, графитовой и шинной промышленности.

Известен способ получения а.у., включающий измельчение бурого угля прессованием брикетов, их карбонизацию, дробление и активацию при 800-900^оС (патент ГДР N 227946, 1985).

Недостатком известного способа является высокая зольность получаемого а.у. и сложность проведения процесса карбонизации.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения а.у. путем прессования измельченного углеродсодержащего материала, карбонизации полученных гранул до температуры 1050^оС со скоростью нагрева 200-300^оС/мин и активации в среде двуокиси углерода при температуре 850-900^оС до суммарного объема пор 0,6-0,7 см³/г (авт.св. СССР N 869090, 1973). Этот способ принят за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатком прототипа является невысокая адсорбционная способность получаемого а.у. при очистке питьевой воды от активного хлора.

Целью изобретения является повышение адсорбционной способности получаемого угля при очистке питьевой воды от активного хлора.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим прессование измельченного углеродсодержащего материала, карбонизацию до температуры 550-650^оС со скоростью нагрева 20-25^оС/мин, термообработку до температуры 900-950^оС со скоростью подъема 1-3^оС/мин, активацию в среде водяного пара с последующим дроблением полученных гранул до 0,5-1,5 мм.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Стадии карбонизации и термообработки карбонизованных гранул без доступа воздуха позволяют сформировать пористую структуру а.у. с заданными параметрами. Для адсорбции активного (молекулярного) хлора необходимо развить общий объем микропор с размером 0,5-1,2 нм. Экспериментальным путем установлено, что дробление активных гранул позволяет разрушить поверхностные транспортные макропоры и улучшить кинетику поглощения молекул активного хлора.

Способ осуществляется следующим образом. Измельченный углеродсодержащий материал (каменный уголь, полукокс, древесный уголь-сырец и т.п.) смешивают со связующим до образования однородной пасты, которую гранулируют через филеры с диаметром отверстий 1,0-3,5 мм на прессах любого типа (шнековых, гидравлических). Сырые гранулы карбонизируют до 550-650^оС со скоростью нагрева 20-25^оС/мин во вращающейся или шахтной печи, после чего проводят термообработку до температуры 900-950^оС со скоростью подъема 1-3^оС/мин, затем уголь активируют во вращающейся или шахтной печи при 850-950^оС в среде водяного пара, подаваемого из расчета 5-15 кг на 1 кг термообработанных гранул до суммарного объема пор 0,8-1,2 см³/г.

Если температура карбонизации ниже 550^оС, в гранулах остается много летучих веществ, что приводит к шлаковке печей на стадии активации. При температуре карбонизации выше 650^оС в угле формируется объем тонких несорбирующих ультрамикропор.

Относительно температуры термообработки было установлено, что если она составляет менее 900^оС, то получают развитие транспортные (макро) поры, а при температуре выше 950^оС уже начинается процесс графитизации и разрушение пористой структуры.

Активные гранулы подвергают дроблению до размеров частиц 0,5-1,5 мм на дробилке любого типа.

В результате многочисленных экспериментов были установлены режимы способа получения а.у., наилучшим образом очищающего питьевую воду от активного хлора: карбонизация гранул до температуры 550-650^оС со скоростью нагрева 20-25^оС/мин; термообработка гранул до температуры 900-950^оС/мин со скоростью подъема 1-3^оC/мин; активация гранул в среде водяного пара; дробление гранул до размеров частиц 0,5-1,5 мм.

П р и м е р 1. Берут 3,5 кг каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-76) и 3,5 кг полукокса длиннопламенного угля марки Д (ГОСТ 5442-74), измельченных в шаровой мельнице до размеров частиц 5-90 мкм, и смешивают их с 3,0 кг лесохимической смолы (ТУ 13-4000-77-160-84) и 5,0 л воды.

Процесс смешения осуществляют при температуре 50^оС в течение 12-15 мин. Затем пасту подают в загрузочную камеру шнекового пресса и осуществляют грануляцию через фильеры с диаметром отверстий 1,0 мм. Карбонизацию гранул осуществляют до температуры 550^оС со скоростью нагрева 20^оС/мин, после чего проводят термообработку до температуры 900^оС со скоростью подъема 1^оС/мин. Активацию проводят во вращающейся печи в среде водяного пара при 900^оС до суммарного объема пор 1,00 см³/г. Расход пара поддерживают в пределах 5-10 кг на 1 кг а.у. Дробление осуществляют до размеров частиц 0,5 мм. Адсорбционная способность полученного а. у. по активному хлору составляет 54 мг/см³.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, за исключением того, что карбонизацию осуществляют до 650^оС со скоростью нагрева 25^оС/мин, термообработку проводят до температуры 950^оС со скоростью подъема 3^оС/мин, активацию ведут при температуре 900^оС до суммарного объема пор 0.80 см³/г. Дробление проводят до размеров частиц 1,5 мм. Адсорбционная способность полученного а.у. по активному хлору составляет 55 мг/см³.

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1, за исключением того, что карбонизацию осуществляют до температуры 600^оС со скоростью нагрева 22^оС/мин, термообработку проводят до температуры 920^оС со скоростью подъема 2^оС/мин, а активацию ведут при температуре 900^оС до суммарного объема пор 0,90 см³/г. Дробление проводят до размера частиц 1,0 мм. Адсорбционная способность полученного а.у. по активному хлору составляет 60 мг/см³.

В табл.1 представлены примеры 4-13, полученные аналогично примеру 1 по влиянию скорости нагрева при карбонизации и скорости подъема температуры при термообработке, при активации в среде водяного пара и расходе водяного пара 10 кг/кг а.у. на адсорбционную активность по активному хлору. Адсорбционная способность по активному хлору выражается в м² поглощенного хлора на 1 см³ а.у.

Как следует из полученных данных при скорости нагрева при карбонизации 20-25^оС/мин до температуры 550-650^оС и термообработке до температуры 900-950^оС со скоростью ее подъема 1-3^оС/мин достигается повышение адсорбционной способности по активному хлору в 2,0-2,2 раза. При скорости нагрева при карбонизации ниже 20^оС/мин и термообработке со скоростью подъема температуры ниже 1^оС/мин образуются тонкие микропоры, что снижает их доступность для больших молекул хлора. С другой стороны, при скорости нагрева при карбонизации выше 25^оС/мин и термообработке со скоростью подъема температуры выше 3^оС/мин происходит выгорание стенок микропор и снижение их общего объема. В обоих случаях значительно снижается адсорбционная способность а.у. по активному хлору при адсорбции его из воды.

В табл.2 представлены результаты влияния размера частиц а.у. на достижение цели изобретения.

Как следует из данных табл.2, при размере частиц а.у. 0,5-1,5 мм обеспечивается наибольшая адсорбционная способность по активному хлору. При размере частиц менее 0,5 мм происходит уменьшение объема крупных микропор, а при размере частиц более 1,5 мм ухудшается кинетика поглощения. Оба фактора приводят к уменьшению адсорбционной способности а.у. по активному хлору.

Измельченный углеродсодержащий материал прессуют, карбонизуют при нагревании со скоростью 20 - 25°С до 550 - 650°С, нагревают со скоростью 1 - 3°С/мин до 900 - 950°С, активируют водяным паром и подвергают дроблению до размера частиц 0,5 - 1,5 мм.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО УГЛЯ, включающий прессование измельченного углеродсодержащего материала, карбонизацию и активацию гранул, отличающийся тем, что после карбонизации осуществляют нагревание со скоростью 1 - 3^oС/мин до 900 - 950^oС, карбонизацию ведут при нагревании со скоростью 20 - 25^oС/мин до 550 - 650^oС, а активацию - водяным паром, и после активации осуществляют дробление до размера частиц 0,5 - 1,5 мм.