СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АКТИВНОГО УГЛЯ Российский патент 2003 года по МПК C01B31/08 

Изобретение относится к адсорбционной технике и может быть использовано для регенерации активных углей, отработанных в различных углеадсорбционных процессах при очистке жидких сред и водных растворов (производство химфармпрепаратов, чистых веществ, водоподготовка, гидрометаллургия).

Известен способ регенерации отработанного сорбента (активного угля, а.у. ), включающий обработку сначала потоком дымовых газов до 500-650^oС со скоростью подъема температуры 15-25^oС/мин, охлаждение и обработку угля окисляющим газом до 800-850^oС/мин, при этом в качестве окисляющего газа подают водяной пар в количестве 5-15 кг на 1 кг угля (см. пат. РФ 2042616, кл. С 01 В 31/08 от 14.12.92. опубл. 27.08.95).

Недостатком этого способа является сложность осуществления процесса регенерации при высокой влажности отработанного угля (более 40%), а также высокие энергозатраты.

Наиболее близким по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ регенерации активного угля, включающий нагревание угля до 660-700^oС со скоростью подъема температуры 30-60^oС/мин, обработку водяным паром при массовом соотношении пара и угля (2-4):1 и охлаждение в атмосфере, не содержащей кислорода, со скоростью 60-100^oС/мин (см. пат. РФ 2167103, кл. С 01 В 31/08 от 22.05.2000 г., опубл. 20.01.2001 г.). Этот способ принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

Недостатком прототипа является невысокая адсорбционная способность регенерированного угля при очистке жидких сред от среднемолекулярных и высокомолекулярных органических веществ.

Целью изобретения является восстановление высокой первоначальной адсорбционной способности отработанных в жидкой среде а.у. по среднемолекулярным веществам, контролируемым адсорбционной емкостью по йоду, и высокомолекулярным веществам типа метиленового голубого и мелассы при высоком выходе годного продукта 88-92%.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим нагревание угля до 200-250^oС со скоростью подъема температуры 25-30^oС/мин, до 600-650^oС со скоростью 15-20^oС/мин, до 700-850^oС со скоростью 8-12^oС/мин и охлаждение угля, осуществляемое в атмосфере водяного пара, подаваемого со скоростью 0,3-0,6 м/с.

Отличие предлагаемого способа от известного состоит в том, что отработанный уголь нагревают до 200-250^oС со скоростью подъема температуры 25-30^oС/мин, до 600-650^oС со скоростью 15-20^oС/мин, до 700-850^oС со скоростью 8-12^oС/мин, а охлаждение осуществляют в атмосфере водяного пара, подаваемого со скоростью 0,3-0,6 м/с.

Из патентной и научно-технической литературы авторам неизвестен способ регенерации отработанного а.у. путем нагревания до 200-250^oС, до 600-650^oС и до 700-750^oС с разными скоростями подъема температуры, а охлаждения при скорости подачи водяного пара - 0,3-0,6 м/с.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

При использовании активного угля для очистки жидких сред или его эксплуатации в многоцикловых процессах, например,рекуперации растворителей или очистке питьевой воды, происходит забивка пористой структуры адсорбентов высокомолекулярными органическими примесями, вследствие чего происходит снижение их адсорбционных свойств. Регенерация таких углей должна обеспечивать разблокировку микропористой структуры и системы транспортных пор (мезо- и макропор).

Многочисленными экспериментами было установлено, что в случае проведения термической реактивации до температуры 850^oС с постоянной скоростью нагревания (например, 15-25^oС/мин или иной) происходит нагревание воды (испарение) и одновременное удаление летучих органических веществ из объема пор, а также их деструкция, что провоцирует образование пироуглерода, блокирующего входы в микропоры. Поэтому необходимо разделить во времени промежутки:
- испарение влаги из объема пор для открытия свободного выхода продуктов деструкции высокомолекулярных органических веществ;
- удаления летучих веществ;
- деструкцию этих веществ.

При этом для каждой из 3-х стадий экспериментально должна быть установлена оптимальная скорость нагрева.

Опытами было найдено, что на степень восстановления адсорбционных свойств влияет также и режим охлаждения регенерируемого угля, чтобы обеспечить эффективное проведение теплосъема, предотвращая деформацию гранул и нарушение их прочности, а следовательно, и понижение выхода готового продукта.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут отработанный активный уголь, который в процессе многоциклового использования утратил свою адсорбционную способность на 50-70%.

Уголь загружают в реактор (стационарную или вращающуюся печь) и нагревают от комнатной температуры до 200-250^oС со скоростью 25-30^oС/мин, далее до 600-650^oС скорость подъема температуры составляет 15-20^oС/мин, а до 700-850^oС - со скоростью 8-12^oС/мин. Одновременно подают водяной пар в количестве 4-5 кг на 1 кг угля.

После достижения температуры 700-850^oС уголь начинают охлаждать, подавая в выгрузочное устройство водяной пар со скоростью 0,3-0,6 м/с.

Регенерированный уголь выгружают, отсеивают от пыли, исследуют по методикам и ГОСТ, принятым в сорбционной практике, упаковывают в бумажные мешки или металлические барабаны.

Пример 1. Берут 10 кг отработанного в процессе водоочистки активного угля марки "Гидросорб-5" и подают его в реактор, нагреваемый электрическим током, обеспечивая нагрев от комнатной температуры до 200^oС со скоростью 25^oС/мин, до 600^oС со скоростью 15^oС/мин, до 700^oС со скоростью 80^oС/мин. При этом в печь непрерывно подают водяной пар в количестве 4-5 кг на 1 кг угля. Затем, выдержав некоторое время при 700^oС (2-4 мин), уголь выгружают в герметичную емкость, куда подают водяной пар со скоростью 0,3 м/с.

Полученный регенерированный уголь практически полностью восстанавливает свои адсорбционные свойства по среднемолекулярным веществам - йоду, ГОСТ 6217-74, и высокомолекулярным веществам - метиленовому голубому и мелассе (ГОСТ 4453-74).

Адсорбционная емкость полученного регенерированного угля по йоду составляет 100%, метиленовому голубому - 240 мг/г, мелассе - 120%.

Выход регенерированного продукта (а.у.) составляет 90%.

Адсорбционные показатели а. у. "Гидросорбента-5", регенерированного по прототипу (пат. РФ 2167103, кл. С 01 В 31/08 от 22.05.2000, опубл. 20.05.2001):
- адсорбционная емкость по йоду 48%;
- емкость по метиленовому голубому - 105 мг/г;
- мелассе 39%;
- выход годного продукта - 60%.

Пример 2. Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что уголь нагревают от комнатной температуры до 250^oС со скоростью 30^oС/мин, до 650^oС со скоростью 20^oС/мин, до 850^oС со скоростью 12^oС/мин, а в выгрузочную емкость подают водяной пар со скоростью 0,6 м/с. Адсорбционная емкость полученного регенерированного угля "Гидросорб-5":
- по йоду - 103%;
- метиленовому голубому - 245 мг/г;
- мелассе - 121%;
- выход годного угля 89%.

Пример. Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что уголь нагревают до 225^oС со скоростью 27,5^oС/мин, до 625^oС - со скоростью 17,5^oС/мин, а до 775^oС со скоростью 10^oС/мин.

Полученный активный уголь "Гидросорб-5" на 98% восстанавливает свои адсорбционные свойства. Адсорбционная емкость по:
- йоду - 105%;
- метиленовому голубому - 270 мг/г;
- мелассе - 130%;
- выход регенерированного годного продукта - 91%.

В табл. 1 приведены результаты исследования адсорбционной способности а. у. типа "Гидросорб-5", регенерированного при различных скоростях подъема температуры на 1 стадии процесса, а именно в интервале от 25^oС до 200-250^oС. На 2 стадии в этих опытах скорость подъема температуры составляла - 17,5^oС/мин, а на 3 стадии - 10^oС/мин. Здесь же для сравнения представлены характеристики угля "Гидросорб-5", регенерированного по прототипу, и угля "свежего", не использованного в процессах адсорбции.

В табл. 2 представлены закономерности изменения адсорбционной емкости по среднемолекулярным и высокомолекулярным веществам в зависимости от скорости нагрева в интервале температур 250-(600-650^oС).

Показатели качества регенерированного угля "Гидросорб-5" в зависимости от скорости подъема температуры на 3 стадии нагрева 650-(800-850^oС) приведены в табл. 3.

Анализируя данные табл. 1-3, легко видеть, что только скорости подъема температуры:
- 25-30^oС/мин на 1 стадии - до 200-250^oС;
- 15-20^oС/мин на 2 стадии 250-(600-650^oС);
- 8-12^oС/мин на 3 стадии 650-(800-850^oС)
обеспечивают достижение поставленной цели.

Экспериментами по влиянию скорости подачи водяного пара при охлаждении угля в процессе выгрузки определено, что лучшие качественные показатели и максимальный выход (88-92%) достигаются только при скорости 0,3-0,6 м/с.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно:
полное восстановление адсорбционных свойств по средне- и высокомолекулярным веществам у углей, отработанных при очистке воды (например, на Московской водопроводной станции), что обеспечивает их многоразовое использование.

Изобретение относится к адсорбционной технике и может быть использовано для регенерации активных углей. Предложен способ регенерации активного угля, отработавшего свой адсорбционный ресурс в различных процессах, включающий нагревание угля, обработку водяным паром, причем нагревание до 200-250^oС осуществляют со скоростью подъема температур 25-30^oС/мин, до 600-650^oС со скоростью 15-20^oС/мин, до 700-850^oС со скоростью 8-12^oС/мин, а охлаждение проводят в атмосфере водяного пара, подаваемого со скоростью 0,3-0,6 м/с. Способ позволяет повысить адсорбционную способность регенерируемого сорбента по среднемолекулярным и высокомолекулярным веществам (загрязнителям), например по йоду, метиленовому голубому и мелассе, при высоком выходе годного продукта. 3 табл.

Способ регенерации активного угля, включающий нагревание угля, обработку водяным паром и охлаждение, отличающийся тем, что нагревание ведут до 200-250^oС со скоростью ее подъема 25-30^oС/мин, до 600-650^oС со скоростью 15-20^oС/мин, до 700-850^oС со скоростью 8-12^oС/мин, а охлаждение осуществляют в атмосфере водяного пара, подаваемого со скоростью 0,3-0,6 м/с.