СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУКОКСА Российский патент 2010 года по МПК C10B57/14 

Изобретение относится к области производства углеродных адсорбентов, а также топливных материалов и может быть использовано в химической и металлургической промышленности, а также при разработке систем очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов.

Актуальность производства дешевых полукоксовых сорбентов для очистки воды от масел очевидна в связи с возрастающими разливами нефти при повреждении трубопроводов и увеличением количества автомоек в городах. С другой стороны, полукоксы крайне важны как раскислители в черной и цветной металлургии, а при их транспортировке имеют место значительные потери за счет измельчения ввиду их низкой прочности.

Известен способ получения полукокса из бурых и каменных углей, включающий дробление, сушку и термообработку угля при 600-700°С в токе воздуха, содержащего водяной пар при массовом соотношении водяной пар:воздух, равном 1:(10÷30) /Патент РФ №2073061, кл. С10В 49/10, опубл. 5.06.1992 г./.

Недостатком известного способа является низкая адсорбционная способность такого полукокса при адсорбции из воды органических веществ.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения полукокса, включающий классификацию исходного сырья, его одновременную сушку и карбонизацию при скорости подъема температуры 15-50°C/час до достижения температуры 550-750°C с последующей термообработкой при этой температуре в течение 4-10 часов в потоке газа-теплоносителя с содержанием кислорода 0,1-1,0 об.% /Патент РФ №2162097, кл. C10B 49/10, опубл. 20.01.2001/.

Недостатком прототипа является слабая адсорбционная способность получаемого полукокса при извлечении из воды нефтяных масел, а также низкая механическая прочность продукта.

Техническим результатом /целью изобретения/ является получение полукокса, обладающего высокой адсорбционной способностью при извлечении из воды масел и повышенной механической прочностью.

Доставленная цель достигается предлагаемым способом, включающим классификацию исходного сырья, его сушку и карбонизацию, причем в процессе сушки в измельченное исходное сырье вводят 1,0-1,3% фосфорной кислоты, сушку ведут при температуре 75-90°C, затем производят формование сырья в брикеты при давлении 800-1400 кг/см², а их карбонизацию осуществляют при 450-500°C без доступа кислорода.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что в процессе сушки в измельченное исходное сырье вводят 1,0-1,3% фосфорной кислоты, сушку ведут при температуре 75-90°C, затем производят формование сырья в брикеты при давлении 800-1400 кг/см², а их карбонизацию осуществляют при 450-500°C без доступа кислорода.

Из научно-технической и патентной литературы авторам неизвестен способ получения полукокса, в котором в процессе сушки в измельченное исходное сырье вводят 1,0-1,3% фосфорной кислоты, сушку ведут при температуре 75-90°C, затем производят формование сырья в брикеты при давлении 800-1400 кг/см², а их карбонизацию осуществляют при 450-500°C без доступа кислорода.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. При получении полукокса важно придать ему как прочностные, так и сорбционные свойства. Этого можно добиться только путем подбора специальных модификаторов и выбора оптимальных режимов уплотнения сырья и его термообработки. Многочисленные эксперименты показали, что наилучший тип такого модификатора - фосфорная кислота - H₃PO₄, а наилучшая стадия ее введение в исходное углеродсодержащее сырье, когда оно находится в измельченном виде и подается на стадию уплотнения /формование/. Режимы же термообработки должны обеспечивать, с одной стороны, быстрое удаление влаги из сырья и, наоборот, медленное удаление летучих веществ до определенного предела при проведении операции карбонизации /пиролиза/.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходное измельченное углеродсодержащее сырье целлолигнин /лигнин/ - отход гидролизного производства Фурфурола из древесины с содержанием влаги 50-52% подают в циклон на классификацию, где отделяются крупные частицы размером более 2 мм.

Готовое сырье с влажностью 47-52% собирается в бункере-накопителе, откуда подается шнековым питателем в трубчатую сушилку.

В питатель одновременно дозируется фосфорная кислота в количестве 1,0-1,3 вес.% в пересчете на 100%-ную концентрацию ее. Сушку ведут при температуре 75-90°C до влажности 10-18 мас.%. Затем модифицированный целлолигнин подают на брикетирование в штемпельный пресс, где производят его формование в брикеты при давлении 800-1400 кг/см². Карбонизацию брикетов /размер 10-15 см/ осуществляют в полочной, шахтной или вращающейся печи при 450-500°C со скоростью подъема температуры 10-12°C/час в бескислородной атмосфере до остаточного содержания летучих веществ 6-10 мас.%. После проведения процесса карбонизации брикеты охлаждают и загружают в транспортную тару.

Оценку прочности брикетов на раздавливание проводят на приборе МП-2 /разработки ИФХЭ РАН/. Прочность на раздавливание у карбонизованных брикетов, полученных по предлагаемому способу, составила 960-1220 кг/см².

Оценку адсорбционной способности полученных карбонизованных продуктов в зернении 1-5 мм проводили динамическим способом путем поглощения из воды моторного масла М80, введенного в воду в количестве 5 мас.%. Адсорбционная способность полученного полукокса составляла 5,2-8,4 мас.%.

Пример 1

Берут 1 кг целлолигнина с содержанием влаги 50 мас.% отделяют путем просева частицы с размером больше 2 мм и загружают его в смеситель, куда дозируют 10 г фосфорной кислоты H₃PO₄ /1 мас.%/ в пересчете на 100%-ную концентрацию. Полученную пасту тщательно перемешивают в течение 20-25 мин и затем подвергают сушке в полочной сушилке при температуре 75% в течение 1,0-1,5 часа.

Затем модифицированный целлолигнин с влажностью 15 мас.% загружают в матрицу брикетного пресса и формуют при давлении 800 кг/см³. Готовые брикеты загружают в полочную печь карбонизации и термообрабатывают в бескислородной атмосфере со скоростью подъема температуры 11°C/час до температуры 480°C. После отключения нагрева и охлаждения брикетов их выгружают из полочной печи. Содержание остаточных летучих веществ в брикетах 8 мас.%. Затем для анализа брикеты раздрабливают на щековой дробилке и высевают для анализа фракцию частиц размером 1-5 мм, которую передают для исследования.

Прочность на раздавливание у полученного образца составила 960 кг/см², а адсорбционная способность по извлечению из воды масла M80 составила 5,2 мас.%.

Пример 2

Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что в процессе сушки в измельченный целлолигнин вводили 1,3 мас.% фосфорной кислоты, а сушку осуществляли при 90°С, брикетирование пасты вели при давлении 1400 кг/см², а карбонизацию брикетов выполняли при 500°С.

Прочность на раздавливание у полученного образца составила 1012 кг/см², а адсорбционная способность по извлечению из воды масла M80 составила 6,9 мас.%.

Пример 3

Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что в процессе сушки в измельченный целлолигнин вводили 1,15 мас.% фосфорной кислоты, а сушку осуществляли при 85°С, брикетирование пасты вели при давлении 1200 кг/см², а карбонизацию брикетов выполняли при 480°С.

Прочность на раздавливание у полученного образца составляла 1220 кг/см², а адсорбционная способность по извлечению из воды масла М80 составляла 8,4 мас.%.

Выполненными экспериментами было показано, что при введении в целлолигнин менее 1 мас.% H₃PO₄ не отмечается эффекта повышения прочности, а при увеличении содержания H₃PO₄ выше 1,3 мас.% наблюдается снижение суммарного объема пор до 0,12 см³/г и, следовательно, падение адсорбционной способности.

При температуре сушки брикетов ниже 75°C время операции увеличивается в 2-3 раза, что экономически не оправдано, а при повышении температуры сушки выше 90°C имело место возгорание пасты.

Что касается температуры карбонизации брикетов, то ее снижение ниже 450°C не позволяет удалить полностью до оптимального содержания /6-10 мас.%/ летучие вещества, а увеличение температуры карбонизации выше 500°C приводит к частичной графитизации и снижению адсорбционной способности.

Давление формования брикетов - также важный технологический параметр: при снижении давления формования ниже 800 кг/см² падает на 18-20% выход готового полукокса, а при увеличении давления формования выше 1400 кг/см² возрастают энергозатраты с 25-27 кв.час/т до 35-40 квт.час/т, что ухудшает экономику производства.

Полукокс, полученный по способу, изложенному в прототипе /патент РФ №2162097/, имеет прочность на раздавливание 750-800 кг/см² и адсорбционную способность по извлечению из воды масла М80 2,8-3,1 мас.% и, следовательно, уступает по своим качественным показателям полукоксу, полученному по предлагаемому способу.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать полукокс, имеющий прочность на раздавливание на 20-60% больше, а адсорбционную способность по извлечению из воды масла М80 на 70-190% выше, чем полукокс, полученный по известному способу.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи и вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение может быть использовано в химической и металлургической промышленности, а также при разработке систем очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов. Способ получения полукокса включает классификацию исходного сырья, в качестве которого используют лигнин или целлолигнин, сушку при температуре 75-90°С, в процессе которой в измельченное исходное сырье вводят 1,0-1,3 вес.% фосфорной кислоты, формование сырья в брикеты при давлении 800-1400 кг/см² и карбонизацию полученных брикетов при температуре 450-500°С без доступа кислорода. Изобретение позволяет получать полукокс, обладающий высокой адсорбционной способностью при извлечении из воды масел и повышенной механической прочностью.

Способ получения полукокса, включающий классификацию исходного сырья, его сушку и карбонизацию, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют лигнин или целлолигнин, в процессе сушки в измельченное исходное сырье вводят 1,0-1,3 вес.% фосфорной кислоты, сушку ведут при температуре 75-90°С, затем производят формование сырья в брикеты при давлении 800-1400 кг/см², а их карбонизацию осуществляют при 450-500°С без доступа кислорода.