СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО УГЛЯ Российский патент 1997 года по МПК C01B31/08 

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, а также в противогазовой технике.

Известен способ получения активного угля, включающий карбонизацию растительного сырья при температуре до 600^oC, активацию в присутствии водяного пара, диоксида углерода или кислорода при температуре до 1100^oC и, после охлаждения, нагревание без подвода активирующих агентов до температуры не более 1500^oC [1]
Недостатком известного способа является низкая механическая прочность полученного активного угля и малый выход продукта.

Известен также способ получения активного угля, включающий карбонизацию древесного или растительного материала в парах хлористого водорода или бромистого водорода при температуре 80 1200^oC в течение 0,16 10 ч и активацию с помощью окислительного газа (водяной пар, диоксид углерода или воздух) при температуре 500-1000^oC в течение 0,5 10 ч [2]
Недостатком данного способа является сложность проведения технологического процесса получения активного угля, обусловленная высокими требованиями к технике безопасности проведения процесса, т.к. хлористый водород и бромистый водород являются высокотоксичными веществами.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения активного угля из торфа, включающий гранулирование сырья, сушку, обработку гранул 0,5 20% водным раствором соляной кислоты при температуре 70 160^oC в течение 0,1 72 ч при весовом отношении торф:раствор 1:(2 200), карбонизацию и активизацию [3]
Недостатком указанного способа является низкая адсорбционная способность полученного активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60 100^oС.

Целью изобретения является повышение адсорбционной способности активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60 100^oC.

В качестве эталонного органического вещества с температурой кипения 60 - 100^oC при исследовании сорбционных процессов выбран бензол.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим измельчение торфа, получение однородной пасты, ее гранулирование, сушку, карбонизацию и активизацию гранул.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в пасту перед гранулированием вводят калий и серу в количестве 4 25 и 1 12 мас. соответственно, после активации проводят промывку гранул растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой, а затем гранулы сушат и подвергают дополнительной термической обработке при температуре 600 870^o C.

Способ осуществляется следующим образом. Перемешивают молотый торф с раствором сернистого калия до получения однородной пасты с влажностью не более 50% При этом содержание калия и серы в пасте составляет 4 25 и 1 12 мас. соответственно (в пересчете на сухое вещество). Полученную пасту гранулируют посредством прессования через фильеры с диаметром отверстий 1,0 6,0 мм на гидравлическом прессе при давлении 80 200 атм. Сформованные гранулы сушат при температуре 120 170^oC в течение 30 50 мин. Подсушенные до содержания влаги не более 20% гранулы карбонизуют при температуре 500 - 700^oC в течение 2 3 ч, активируют при температуре 750 870^oС в течение 4 5 ч и охлаждают до температуры 50 70^oC. Охлажденные гранулы промывают растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой. Отмытые гранулы высушивают при температуре не более 600^oC в течение 0,5 ч и подвергают дополнительной термической обработке с водяным паром при температуре 600 870^oC в течение 1 ч.

Пример 1. Берут 4,5 кг молотого торфа с влажностью 45% добавляют 0,83 л раствора, содержащего 350 г/л калия и 175 г/л серы и перемешивают в смесителе с паровой рубашкой при температуре 55^oС в течение 40 мин. до получения пластичной однородной пасты с влажностью 50% При этом содержание калия и серы в пасте составило 10 и 5 мас. соответственно. Полученную пасту гранулируют посредством прессования через фильеры с диаметром отверстий 2,0 мм на гидравлическом прессе при давлении 150 атм. Гранулы сушат при температуре 150^oC в течение 40 мин, карбонизуют при температуре 600^oC в течение 2,5 ч и активируют при температуре 850^oC в течение 4,5 ч. После активации гранулы охлаждают до температуры 60^oC и промывают растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой. Отмытые гранулы выдерживают 6 ч, сушат при температуре 550^oC в течение 0,5 ч и подвергают дополнительной термообработке с водяным паром при температуре 850^o C в течение 1 ч. Адсорбционная способность полученного активного угля по парам бензола составила 113 мг/г.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением того, что добавили 2,8 л раствора, содержащего 350 г/л калия и 170 г/л серы. При этом содержание калия и серы в пасте составило 25 и 12 мас. соответственно. Адсорбционная способность полученного активного угля по парам бензола составила 127 мг/г.

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1, за исключением того, что добавляют 0,3 л раствора, содержащего 350 г/л калия и 87 г/л серы. При этом содержание в пасте калия и серы составило 4 и 1 мас. соответственно. Адсорбционная способность полученного активного угля по парам бензола составила 109 мг/г.

Результаты исследования влияния содержания в пасте калия и серы на адсорбционную способность полученных активных углей по парам бензола приведены в таблице.

Адсорбционную способность (А) рассчитывали по формуле

где c концентрация бензола в паровоздушном потоке;
v скорость потока паровоздушной смеси;
s площадь поперечного сечения слоя активного угля;
τ время появления за слоем активного угля паров бензола;
m навеска активного угля.

Условия опытов: с=18 мг/л; v=0,5 л/мин•см²; s=3,14 см²; m=7,4 г; высота слоя угля 5 см.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшая адсорбционная способность активных углей наблюдается при содержании в пасте калия и серы 4
25 и 1 12 мас. соответственно. При содержании калия менее 4 мас. и серы менее 1 мас. имеет место заметное снижение адсорбционной способности. С другой стороны, при содержании калия более 25 мас. и серы более 12 мас. происходит значительное снижение механической прочности гранул активного угля, что делает невозможным его использование по прямому назначению.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. Повышение адсорбционной способности активных углей при введении в пасту калия и серы в количестве 4 25 и 1 12 мас. соответственно обусловлено, вероятно, формированием и развитием оптимальной пористой структуры на стадиях карбонизации и активации в присутствии сернистого калия при использовании торфяного сырья. На стадии карбонизации в ходе термического разложения органической массы торфа в присутствии сернистого калия идет процесс обуглероживания сырья и начинается формирование пористой структуры активного угля. Сера сернистого калия взаимодействует с продуктами термического разложения органического вещества торфа и действует на продукты разложения торфа дегидратирующим образом. При этом теpмический распад направлен в сторону образования летучих соединений, кислород в которых связан с водородом (т.е. H₂O). В этом случае термический распад приводит к получению остатка, обогащенного углеродом и бедного водородом, то есть процесс идет без сколько-нибудь заметного смолообразования. Далее, на стадии активации продукт термического превращения сернистых соединений калия вступает в химическое взаимодействие с углеродом и кремнеземом зольных элементов угля. Калий восстанавливается до металлического и при высокой температуре внедряется в кристаллическую решетку; в свою очередь, сера вступает во взаимодействие с зольными элементами органического вещества. Во время активации происходит окончательное удаление летучих веществ из углеродсодержащего материала, его обогащение углеродом, уплотнение и повышение прочности гранул и заканчивается формирование пористой структуры активного угля. В процессе промывки активированных гранул раствором сернистого калия происходит удаление из продукта соединений калия, серы и минеральных примесей. При последующей промывке гранул раствором соляной кислоты, а затем водой происходит переход в растворимое состояние и удаление оставшихся солей металлов, содержащихся в золе исходного углеродсодержащего материала, а также разложение и удаление остатков сернистого калия. В процессе дополнительной термической обработки идет дальнейшее развитие пористой структуры, приводящее к повышению адсорбционной способности активного угля.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить активный уголь, значительно превосходящий известные в адсорбционной способности по парам органических веществ с температурой кипения 60 100^oC.

Этот уголь позволит проводить эффективную очистку газовых, жидких и твердых сред от вредных примесей, что позволит эффективно решать широкий круг экологических проблем.

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

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, а также противогазовой технике. Для получения активного угля исходный торф измельчают, увлажняют до получения однородной пасты, добавляют в пасту калий и серу в количествах 4 - 25 и 1 - 12 мас.% соответственно. Осуществляют грануляцию, сушку, карбонизацию, активацию гранул, промывку гранул растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой. После чего ведут сушку и дополнительную термическую обработку гранул при температуре 600-670^oC. Изобретение позволяет повысить адсорбционную способность активного угля по парам органических веществ с температурой кипения 60 - 100^oC, например по парам бензола с 76 мг/г до 109 - 127 мг/г. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения активного угля из торфа, включающий измельчение исходного сырья, гранулирование, сушку, карбонизацию и активацию гранул, отличающийся тем, что перед гранулированием в измельченное сырье вводят раствор, содержащий калий и серу в количествах 4 25% и 1 12 мас. соответственно, и перемешивают до однородной пасты, после активации проводят промывку гранул растворами сернистого калия, соляной кислоты и водой с последующей сушкой гранул и их дополнительной термообработкой. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительную термообработку ведут при температуре 600 870^oС.