УСТАНОВКА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ Российский патент 2013 года по МПК C01B31/08 C01B31/10 

Настоящее изобретение относится к области техники, связанной с получением активированного угля.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к установке, а также к способу получения активированного угля, в частности, путем карбонизации и последующей активации подходящих полимерных исходных веществ, таких как сульфонированные полимеры.

Активированный уголь обладает в высокой степени неспецифическими адсорбционными свойствами и по этой причине является наиболее широко используемым адсорбентом. Установленные требования, а также растущее осознание необходимости охраны окружающей среды приводит к возрастающей потребности в активированном угле.

Как правило, активированный уголь получают карбонизацией и последующей активацией подходящих углеродсодержащих исходных веществ. Обычно предпочитают исходные вещества, дающие экономически жизнеспособные выходы, поскольку потери в весе, вызванные отделением летучих составляющих при карбонизации и при выгорании во время активирования, являются существенными. Что касается дополнительных подробностей, относящихся к получению активированного угля, см., например, H. V. Kienle and E. Baeder, Aktivkohle une ihre industrielle Anwendung, Enke Verlag Stuttgart, 1980.

Карбонизация, известная также как пиролиз, описывает превращение углеродсодержащего исходного вещества в углерод. Результатом карбонизации вышеупомянутых полимерных, в частности, сульфонированных, органических исходных веществ, является отделение летучих составляющих, таких как SO₂, в частности, с разрушением функциональных химических групп, групп сульфоновой кислоты, в частности, с образованием свободных радикалов, которые осуществляют заметное сшивание, без которого не было бы пиролизного остатка (=углерода).

Карбонизация сопровождается активированием. Основной принцип активирования заключается в том, что часть угля, полученного при карбонизации, селективно и намеренно разрушают в подходящих условиях. Это приводит к большому количеству пор, трещин и разломов, и площадь поверхности на единицу массы значительно возрастает. Таким образом, активирование включает намеренное дожигание предварительно карбонизованного вещества. Поскольку уголь разрушается во время активирования, данная процедура приводит к потере вещества, которая в некоторых случаях заметна и которая в оптимальных условиях приравнивается к повышению пористости и к увеличению площади внутренней поверхности и объема пор. Поэтому активирование проводят в селективных/регулируемых, обычно окислительных, условиях.

Состояние или строение полученного активированного угля - тонко- или крупнопористый, твердый или хрупкий - также зависит от исходного вещества. Обычные исходные вещества представляют собой скорлупу кокосовых орехов, отходы деревообрабатывающей промышленности, торф, битумный уголь, деготь, а также отдельные пластмассы, которые, помимо прочего, играют определенную роль при получении цельнотканой материи из активированного угля.

Используются различные формы активированного угля: угольный порошок, угольная щепа, гранулированный уголь, формованный уголь, а также, с конца 1970-х годов, активированный углерод сферической формы («сферический углерод»). Сферический активированный углерод имеет ряд преимуществ по сравнению с другими формами активированного угля, такими как угольный порошок, угольная щепа, гранулированный уголь и так далее, делая его ценным, или даже незаменимым, для некоторых применений: он является легкотекучим, чрезвычайно износоустойчивым (то есть беспылевым) и очень твердым. Однако, по причине своей высокой стоимости, его использование значительно ограничено защитными костюмами и высокоэффективными фильтрами для токсичных газов в воздушных потоках.

Сферический углерод пользуется большим спросом из-за своей сферической формы, а также по причине своей чрезвычайно высокой износостойкости, например, в отдельных областях применения, примерами которых являются листовые фильтры для защитных костюмов против химических отравляющих веществ и фильтры для токсичных газов в малой концентрации в больших объемах воздуха. Например, при образовании сетки, в крупноклеточные полиуретановые пены загружают активированный уголь, как описано в DE 3813563 А1, при этом можно использовать лишь очень легкотекучий углерод, если нужно добиться оптимального покрытия внутренних слоев пеноматериала, а также внешних слоев. При производстве защитных костюмов против химических отравляющих веществ, описанных в патенте DE 3304349 С3, например, можно также использовать только высоко-износостойкий углерод, и лишь сферический углерод соответствует данному описанию.

В настоящее время сферический углерод все еще, главным образом, получают многостадийными способами, которые являются весьма дорогостоящими и неудобными. Самый известный способ заключается в том, что небольшие сферы получают из каменноугольного дегтя и подходящих асфальтовых остатков нефтехимической промышленности и окисляют (чтобы придать им неплавкость), карбонизируют и активируют. Например, сферический углерод можно получить из битума многостадийным способом. Данные многостадийные способы являются весьма затратными, и связанная с этим высокая стоимость данного сферического углерода препятствует многим применениям, в которых сферический углерод в силу своих свойств должен был бы быть предпочтительным.

Поэтому предпринимались различные попытки получать высококачественный сферический углерод каким-либо другим способом. В предшествующей области техники сферический углерод получали карбонизацией и последующим активированием новых или использованных ионообменников, содержащих группы сульфоновой кислоты, или карбонизацией предшественников ионообменников в присутствии серной кислоты и последующей активацией, при которой группы сульфоновой кислоты и серная кислота, соответственно, выполняют функцию сшивающего агента, а получаемые выходы, которые не зависят от того, используют ли в качестве исходных веществ готовые катионообменники или несульфонированные предшественники ионооменников, составляют примерно от 30% до 50% из расчета на органическое/полимерное исходное вещество. Подобные способы описаны, например, в DE 4328219 А1 и в DE 4304026 А1, а также в DE 19600237 А1, включая немецкую дополнительную патентную заявку DE 19625069 А1. Но данные способы невыгодны и проблематичны, в особенности вследствие больших объемов выделяемой двуокиси серы (примерно 1 кг SO₂ на кг конечного продукта), а также вследствие (частично) сопутствующих коррозионных проблем с производственным оборудованием. При использовании в качестве исходных веществ ионообменных смол, в частности катионообменных смол, имеется также проблема, состоящая в том, что они, несмотря на промывание их кислотой, загрязнены катионами, которые затем накапливаются в конечном продукте, так что в результате получение больших объемов сферического углерода однородного качества крайне затруднительно. В том случае, когда используют предшественники ионообменников, то есть небольшие полимерные сферы без обменных групп типа групп сульфоновой кислоты, необходимо также использовать большие объемы серной кислоты и/или олеума для сшивания в процессе карбонизации.

В WO 98/07655 А1 описан способ получения небольших сфер активированного угля, в котором смесь, содержащую кубовый остаток от получения диизоцианата, и углеродистое вспомогательное вещество с добавлением или без добавления одного или более веществ, перерабатывают в сыпучие сферы небольшого размера, которые впоследствии карбонизируют и активируют. Аналогичным образом, в результате данного способа выделяются, в ходе стадии карбонизации, большие порции продуктов разложения, что связано с описанными выше проблемами.

Совместно переданный WO 01/83368 А1 относится к улучшенному способу получения активированного угля, в котором необходимые стадии способа карбонизации, с одной стороны, и активацию, с другой стороны, осуществляют отдельно друг от друга на основании того, что карбонизацию проводят в виде непрерывного процесса, тогда как посткарбонизацию и активацию проводят в виде периодического процесса. Данный способ основан, главным образом, на отделении коррозионной фазы (то есть предкарбонизация, связанная с выделением SO₂) от высокотемпературной фазы (активация). Поэтому предкарбонизированное исходное вещество более не является коррозионным, то есть при каком-либо дополнительном повышении температуры коррозионные вещества/газы более не образуются.

Кроме того, в совместно переданных опубликованных публикациях DE 102004036109 А1, DE 102005036607 А1, а также WO 2005/016819 А1 описаны установки для получения активированного угля.

Однако способы и установки для получения активированного угля, которые известны из уровня техники, касаются только улучшения частичных аспектов, и не предоставляют целостного подхода, в котором учитываются все проблемы, возникающие при получении активированного угля, в частности, необходимость в высокой энергии, использование дорогостоящих исходных веществ и химических реагентов, выделение отходящих газов, потеря энергии на отдельных стадиях обработки и так далее.

Таким образом, основные проблемы настоящего изобретения заключаются в предоставлении новой установки и способа для получения активированного угля, в котором ранее описанные недостатки, связанные с предшествующим уровнем техники, будут, по меньшей мере, частично обойдены или, по меньшей мере, улучшены.

Данная установка и способ дадут возможность получать активированный уголь менее неудобным, в идеале менее дорогостоящим, а, кроме того, экологически, а также экономически улучшенным, или более эффективным способом.

Поэтому для решения описанных выше проблем в настоящем изобретении предложена установка для получения активированного угля согласно п. 1, способ получения активированного угля согласно п. 33 и использование установки по изобретению согласно п. 65; кроме того, каждая из полезных разработок составляет предмет соответствующего зависимого пункта формулы изобретения.

Будет легко понять, что конкретные разработки и варианты осуществления, которые были описаны лишь в связи с одним аспектом настоящего изобретения, также применимы с соответствующими поправками в отношении других аспектов настоящего изобретения, без специальной их формулировки.

Что касается остального, специалист в данной области может в случае конкретного применения или на однократном основании отойти от приведенных ниже в настоящем описании чисел, значений и интервалов, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения.

Соответственно, в настоящем изобретении предоставлена - согласно первому аспекту настоящего изобретения - установка для получения активированного угля, в частности, путем карбонизации и последующей активации полимерных органических, предпочтительно, сульфонированных исходных веществ, при этом данная установка содержит:

- возможно средства сушки для сушки исходных веществ,

- возможно средства сульфонирования и/или пептизации возможно предварительно высушенных исходных веществ, в частности, по направлению вниз по потоку относительно возможных средств сушки и/или возможных средств сульфонирования,

- вниз по потоку относительно средств карбонизации средства активации, чтобы активировать исходные вещества, предварительно карбонизированные при помощи средств карбонизации,

в котором данная установка также содержит, по меньшей мере, одно средство для обработки отходящих газов, чтобы обрабатывать отходящие газы, образующиеся в ходе процесса в средствах карбонизации и/или устройствах активации.

В целом, средство для обработки отходящих газов включает, по меньшей мере, одну стадию термического дожигания (ТАВ).

Термическое дожигание (ТАВ) в настоящем описании следует понимать как относящееся к процессу, в котором отходящие газы, образующиеся при карбонизации и/или активации, сжигают при температуре выше 900°С. В результате данного процесса газы превращаются в отходящие газы, в частности, углеводороды, окись углерода и элементарный водород, в воду и двуокись углерода, большей частью и, по существу, полностью. Таким образом, оставшиеся отходящие газы удобнее и, следовательно, менее затратно чистить/очищать, а полученную теплоту можно подавать обратно в процесс карбонизации и/или активации, сохраняя энергию.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения установка по настоящему изобретению включает, по меньшей мере, одно средство для обработки отходящих газов в процессе функционирования в средстве карбонизации, с одной стороны, и, по меньшей мере, одно средство для обработки отходящих газов, образующихся в ходе процесса в средстве активации, с другой стороны.

Средство карбонизации в установке по настоящему изобретению обычно можно сконструировать следующим образом.

В целом, средство карбонизации включает, по меньшей мере, одну поворотную трубу, в частности, по меньшей мере, одну поворотную трубчатую печь.

Найдено, что для средства карбонизации предпочтительно образовывать замкнутую систему и/или функционировать в инертных условиях.

Замкнутая система для целей настоящего изобретения представляет собой, в частности, систему, которая крайне мало обменивается энергией с окружающей средой. Аналогичным образом, в идеале обмена веществом с окружающей средой, за исключением подаваемых технологических газов (например, водяного пара, двуокиси углерода и так далее) и удаляемых отходящих газов, будут избегать или, по меньшей мере, минимизировать, таким образом, любой обмен веществом имеет место только в точно определенных и контролируемых условиях.

Под упомянутыми в настоящем описании «инертными условиями» подразумевают, в частности, то, что установка по настоящему изобретению функционирует в атмосфере инертного газа, и что способ по настоящему изобретению осуществляют в атмосфере инертного газа, при этом указанная атмосфера инертного газа предпочтительно включает атмосферу благородного газа и/или азота, более предпочтительно, атмосферу азота. Атмосфера инертного газа предотвращает какое-либо нежелательное избыточное окисление или выжигание используемого вещества.

Согласно настоящему изобретению, средство карбонизации может функционировать в непрерывном или квазинепрерывном режиме. Кроме того, температуру средства карбонизации можно изменять непрерывным или ступенчатым образом в процессе функционирования.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения температуру средства карбонизации регулируют в процессе функционирования таким образом, чтобы присутствовали две или более, в частности, по меньшей мере, две, предпочтительно, от четырех до восьми, температурных зоны, температура каждой из которых отличается от остальных, предпочтительно, с температурой отдельных температурных стадий, каждая из которых повышается в направлении вверх по потоку. Однако альтернативным образом, может также иметь место градиент температуры, предпочтительно, с температурным профилем, который повышается в направлении вверх по потоку.

Температурная зона в целях настоящего изобретения представляет собой зону нагревания, или область, по меньшей мере, по существу с постоянной температурой. Подъем температуры в направлении протекания процесса через две или более температурных зоны приводит к относительно постоянному выделению оксидов серы SO_x из исходного вещества, подлежащего карбонизации. Более конкретно, отсутствуют скачки в выделении двуокиси серы, так что средства для улавливания и обработки отходящих газов можно сделать меньше, чем это было бы возможно в случае скачков, происходящих при выделении оксидов серы. Кроме того, лишь непрерывное и постоянное выделение оксидов серы, в частности двуокиси серы, дает возможность проводить рециркуляционный процесс для оксидов серы, который в противном случае нельзя было бы осуществить.

Температура средства карбонизации в процессе функционирования в рамках настоящего изобретения может изменяться в широких пределах. Интервал, в котором изменяется температура средства карбонизации, обычно составляет от 20°С до 1200°С, в частности, от 30°С до 1100°С, предпочтительно, от 50°С до 1000°С. Будет найдено, что особенно предпочтительно, когда первую температурную зону, предпочтительно расположенную у входного отверстия или в направлении протекания процесса у верхнего конца средств карбонизации, регулируют в процессе функционирования в интервале от 50°С до 500°С, в частности, от 200°С до 450°С. Кроме того, можно предположить, что следующую температурную зону, предпочтительно расположенную у выходного отверстия или у нижнего конца средств карбонизации, регулируют в процессе функционирования в интервале от 800°С до 1200°С, в частности, от 850°С до 950°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, средства карбонизации разделяют, по меньшей мере, на две секции. Первая секция, предпочтительно расположенная вверх по потоку, может состоять из нагреваемого вибрационного желоба, а вторая секция, предпочтительно расположенная вниз по потоку относительно первой секции, может состоять из поворотной трубы, предпочтительно, поворотной трубчатой печи, в частности, имеющей профиль подъема температуры или градиент температуры в направлении протекания процесса в состоянии функционирования.

Под упомянутым в настоящем описании вибрационным желобом следует понимать желоб или какое-либо другое средство транспортировки, например, такое как ленточный транспортер, который гарантирует хорошее перемешивание и равномерное нагревание подлежащего карбонизации вещества за счет систематической вибрации.

В одном из конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения первую секцию средства карбонизации можно сконструировать таким образом, чтобы в ней можно было установить постоянную температуру, или сконструировать таким образом, чтобы в ней можно было регулировать профиль подъема температуры или градиент температуры в направлении протекания процесса, тогда как вторую секцию средства карбонизации можно сконструировать таким образом, чтобы в ней можно было регулировать профиль подъема температуры или градиент температуры в направлении протекания процесса. Найдено, что в рамках настоящего изобретения предпочтительно, чтобы температуру в первой секции средства карбонизации в направлении протекания процесса можно было регулировать непрерывным или ступенчатым образом.

Температура в первой секции средства карбонизации в направлении протекания процесса может изменяться в широких пределах. Интервал, в котором изменяется температура в первой секции средства карбонизации в направлении протекания процесса, обычно составляет от 50°С до 500°С, предпочтительно, от 200°С до 450°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

В варианте осуществления, который является предпочтительным согласно настоящему изобретению, температуру во второй секции средства карбонизации в направлении протекания процесса регулируют таким образом, чтобы она повышалась, в частности, ступенчатым или бесступенчатым образом, в направлении протекания процесса. Более конкретно, температуру во второй секции средства карбонизации в направлении протекания процесса регулируют таким образом, чтобы она повышалась в двух или более температурных зонах, или с градиентом температуры в направлении протекания процесса. Температура во второй секции средства карбонизации в направлении протекания процесса может изменяться в широких пределах. В целом, температуру во второй секции средства карбонизации в направлении протекания процесса устанавливают таким образом, чтобы она повышалась в интервале от 300°С до 1200°С, предпочтительно, от 350°С до 950°С в направлении протекания процесса. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

В еще одном особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средство карбонизации содержит, предпочтительно у входного отверстия или в направлении протекания процесса у верхнего конца средства карбонизации, в частности, у входного отверстия или в направлении протекания процесса у верхнего конца второй секции средства карбонизации, инжектирующее устройство для распыления или впрыскивания водяного пара, в частности, в виде смеси водяной пар-инертный газ. Доля водяного пара в смеси водяной пар-инертный газ может изменяться в широких пределах. В целом, долю водяного пара в смеси водяной пар-инертный газ регулируют в интервале от 1% до 30 объемных %, в частности, от 2% до 20 объемных %, предпочтительно, от 5% до 15 объемных %. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений. В рамках настоящего изобретения предпочтительно, чтобы инжектирующее распыляющее или вспрыскивающее устройство для инжекционного распыления или впрыскивания водяного пара, в частности, в виде смеси водяной пар-инертный газ, было расположено в первой трети, предпочтительно, в первой четверти, средства карбонизации.

Кроме того, найдено, что в рамках настоящего изобретения предпочтительно, чтобы средство карбонизации содержало, предпочтительно у выходного отверстия или в направлении протекания процесса у нижнего конца средства для карбонизации, инжектирующее впрыскивающее устройство для ввода кислорода, предпочтительно, в виде смеси кислорода, по меньшей мере, с одним дополнительным газом, предпочтительно, в виде воздуха. Объем вводимого потока кислорода в средство карбонизации может изменяться в широких пределах. В целом, объем вводимого потока кислорода, в частности, в виде смеси кислорода, по меньшей мере, с одним дополнительным газом, предпочтительно, в виде воздуха, регулируют в интервале от 10 до 500 л/мин, в частности, от 25 до 250 л/мин, предпочтительно, от 50 до 100 л/мин. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений. Найдено, что особенно предпочтительно, чтобы инжектирующее впрыскивающее устройство для введения кислорода располагалось в последней трети, предпочтительно, в последней четверти, реакционного сектора в средстве карбонизации.

Ввод водяного пара и/или кислорода в виде впрыскивания или распыления в существенной степени препятствует, за счет окисления/пиролиза пиролизных газов, какой-либо конденсации пиролизных газов в основной системе пор образующегося активированного угля; во-вторых, выделившуюся теплоту можно использовать для нагревания средства карбонизации, сохраняя соответствующее количество нагревательной энергии. Однако при добавлении кислорода или кислородной смеси необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать его контакт только с пиролизными газами, а не с карбонизатом, для предотвращения его выгорания.

В целом, в средстве карбонизации имеется средство для обработки отходящих газов, чтобы обрабатывать газы, образующиеся в процессе функционирования в средстве карбонизации, связанном/расположенном относительно него ниже по потоку.

В частности, при этом можно предположить, что средство для обработки отходящих газов включает, по меньшей мере, одну стадию термического дожигания.

В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средство для обработки отходящих газов включает, в частности, вверх по потоку относительно стадии термического дожигания, по меньшей мере, один теплообменник для охлаждения отходящих газов, образующихся при термическом дожигании.

Выделенную теплоту можно использовать либо для нагревания средства карбонизации и/либо для нагревания описанного в настоящем описании далее средства окисления оксидов серы.

Необязательно, средство сушки охлажденных отходящих газов располагается вниз по потоку относительно стадии термического дожигания и теплообменника. В свою очередь, у средства сушки имеется нагревательное устройство для нагревания высушенных отходящих газов, необязательно расположенное относительно него вниз по потоку. Сушку охлажденных отходящих газов можно осуществить либо физически, например, при помощи адсорбции, либо химически, например, реакцией с концентрированной серной кислотой или пятиокисью фосфора, при этом сушка отходящих газов химическим способом в рамках настоящего изобретения является предпочтительной.

Будет найдено, что в рамках настоящего изобретения особенно предпочтительно, когда средство обработки отходящих газов включает средство окисления, чтобы предпочтительно каталитически окислять оксиды серы, в частности, двуокись серы, присутствующую в отходящих газах, образующихся в процессе функционирования в средстве карбонизации, с образованием трехокиси серы, предпочтительно, ниже по потоку относительно стадии термического дожигания и необязательного теплообменника, средства сушки и/или устройства для нагревания. Можно предположить, что средство окисления включает, по меньшей мере, один катализатор окисления, предпочтительно, на основе ванадия и/или платины. Кроме того, можно предположить, что средство окисления включает устройство для возврата, чтобы возвращать трехокись серы в средство сульфонирования. Возврат трехокиси серы в средство сульфонирования необязательно достигается путем промежуточного средства получения сульфонирующего агента.

Таким образом, образующуюся трехокись серы можно возвратить в средство сульфонирования либо прямым, либо косвенным путем. Непосредственно здесь нужно понять, что газообразную трехокись серы возвращают в средство сульфонирования без задействования пространства или времени. Однако в косвенной связи со способом возврата трехокиси серы в средство сульфонирования следует понять, что сначала трехокись серы вымывают из потока газа, в частности, водой или концентрированной серной кислотой в промежуточном устройстве, и что трехокись серы, следовательно, возвращается в средство сульфонирования в форме генерированной таким образом концентрированной серной кислоты или олеума.

В одном из конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения средство окисления включает устройство для разделения, чтобы отделять трехокись серы от прочих составляющих отходящих газов, в частности, оксидов углерода и/или водяного пара и/или оксидов азота.

Можно предположить, что по направлению вниз по потоку от устройство для отделения трехокиси серы от прочих составляющих отходящих газов необязательно предоставлен промыватель для промывания отделенных газов от прочих составляющих отходящих газов.

Средство активации, расположенное вниз по потоку относительно карбонизации, обычно можно сконструировать следующим образом.

Как правило, средство активации функционирует в периодическом режиме.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средство активации образует замкнутую систему, более конкретно, средство активации функционирует в инертных условиях, в частности, в начале активации и/или в начале фазы нагревания. Что касается терминов «замкнутая система» и «инертные условия», следует обращаться к упомянутым выше замечаниям.

Температура средства активации в ходе функционирования может изменяться в широких пределах. Обычно температуру устройства для активации в ходе функционирования изменяют в интервале от 300°С до 1800°С, в частности, от 400°С до 1500°С, предпочтительно, от 500°С до 1250°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

Более конкретно, температура средства активации в ходе процесса изменяется ступенчатым и/или непрерывным образом. Можно предположить, что средство активации включает, по меньшей мере, одно устройство для нагревания, в частности, нагревательную систему с электрическим управлением.

Как правило, средство для активации включает, по меньшей мере, одно подающее устройство для введения, в частности, путем впрыскивания и/или продувания, по меньшей мере, одного активирующего газа, в частности, водяного пара и/или двуокиси углерода и/или кислорода и/или аммиака. Можно предположить в контексте настоящего изобретения, что данное подающее устройство включает, по меньшей мере, одно устройство для контроля температуры, чтобы регулировать введение активирующего газа (например, водяного пара) в средство для активации.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения подающее устройство включает, по меньшей мере, одно подающее устройство для введения, в частности, путем впрыскивания, распыления и/или продувания, водяного пара, в частности, в виде смеси водяной пар-инертный газ. Доля водяного пара в данной смеси водяной пар-инертный газ может изменяться в широких пределах. Обычно долю водяного пара в смеси водяной пар-инертный газ регулируют в интервале от 5% до 70 объемных %, в частности, от 10% до 50 объемных %, предпочтительно, от 15% до 40 объемных %. Для целей настоящего изобретения инертный газ включает газы или смеси газов, обладающие низкой, если вообще какой-либо, реакционной способностью в условиях, преобладающих на стадии активации, и/или в реакциях, которые не оказывают, или, по меньшей мере, не оказывают отрицательного влияния на процессы, происходящие при получении активированного угля; инертные газы, используемые в целях настоящего изобретения, включают, в частности, азот и/или благородные газы (например, аргон), предпочтительно, азот. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений. Можно предположить, что водяной пар вводят при температуре от 500°С путем впрыскивания, распыления и/или продувания.

В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения подающее устройство включает, по меньшей мере, одно подающее устройство для введения, в частности, путем впрыскивания, распыления и/или продувания, двуокиси углерода, в частности, в виде смеси двуокись углерода-инертный газ. Что касается используемых инертных газов, можно обратиться к приведенным выше замечаниям. В данном случае можно предположить, что двуокись углерода вводят при температуре от 800°С путем впрыскивания, распыления и/или продувания.

На поведение сырого активированного угля при выжигании и, следовательно, его последующую пористость влияет, главным образом, температура на стадии активации и, где это уместно, содержание СО₂ в средстве активации на стадии активации.

В следующем, особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения подающее устройство для введения активирующих газов снабжено и/или связано, по меньшей мере, с одним резервуаром для хранения сырья, который содержит, по меньшей мере, один активирующий газ.

Как правило, в средстве активации имеется средство для обработки отходящих газов, чтобы обрабатывать отходящие газы, образующиеся в ходе функционирования в средстве активации, связанное и/или расположенное относительно него вниз по потоку. Оказывается, что особенно предпочтительно, когда средство для обработки отходящих газов включает, по меньшей мере, одну стадию термического дожигания. Отходящие газы, полученные из средства активации, изменяются в зависимости от используемых активирующих газов и обычно включают, по меньшей мере, по существу, водород и оксиды углерода, в частности, окись углерода.

Согласно настоящему изобретению можно предусмотреть, чтобы средство для обработки отходящих газов включало, в частности, по направлению вверх по потоку относительно стадии термического дожигания, по меньшей мере, один промыватель для промывания отходящих газов, выходящих со стадии термического дожигания.

После прохождения через необязательный промыватель выделяются отходящие газы, которые благодаря термическому дожиганию состоят преимущественно из двуокиси углерода и водяного пара. Однако в промыватель подаются любые избыточные отходящие газы, то есть отходящие газы, которые более нельзя использовать в процессе. Преимущественную часть отходящих газов со стадии активации - как описано в настоящем описании далее - используют в качестве источника энергии на отдельных стадиях процесса производства активированного угля.

В одном весьма предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, отходящие газы, выходящие из средства для обработки отходящих газов, в частности, со стадии термического дожигания, ниже по потоку относительно средства активации, используют для косвенного, в частности, нагревания средства активации и/или через питающую линию для нагревания резервуара для хранения сырья, содержащего, по меньшей мере, один активирующий газ, или, по меньшей мере, один активирующий газ, и/или для нагревания средства сушки, в частности, для создания псевдоожиженного слоя.

Для этой цели можно сконструировать установку, в частности, такую, чтобы горячие отходящие газы при температуре около 1000°С, выходящие после термического дожигания (ТАВ) отходящих газов из средства активации, направлялись наружу вдоль средства активации и нагревали последний косвенным образом, так, чтобы таким образом можно было покрыть, по меньшей мере, от около 10% до 20% потребностей в энергии активации. Горячие отходящие газы, которые затем все еще находятся примерно при 800°С, впоследствии можно использовать для нагревания активирующих газов, в частности, водяного пара. Альтернативным образом, отходящие газы со стадии термического дожигания можно также непосредственно использовать для нагревания активирующих газов, то есть без предварительного проведения через средство активации. Согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно, когда отходящие газы, необязательно после прохождения через резервуар для хранения сырья, состоящего из активирующих газов, и/или нагревания активирующих газов, используют для сушки исходных веществ, которые необходимы для получения активированного угля, в частности, для создания псевдоожиженного слоя, в частности, после их охлаждения примерно до 150°С за счет разбавления воздухом. После этого охлажденный отходящий газ можно пропустить через промыватель, в случае чего - как уже указывалось выше - избыток неиспользованного отходящего газа можно в любое время удалить через промыватель и впоследствии выделить.

Стадия сушки, находящаяся вверх по потоку относительно необязательного средства сульфонирования, может включать, в частности, следующее:

Как правило, средство сушки функционирует в псеводоожиженном слое. В частности, средство сушки, в частности, его псеводоожиженный слой, функционирует и/или нагревается за счет отходящих газов из средства для обработки отходящих газов, в частности, со стадии термического дожигания, в частности, при помощи отходящих газов из средства для обработки отходящих газов для устройства для активации.

В рамках настоящего изобретения можно предположить, что средство сушки функционирует в периодическом режиме.

Температура, при которой функционирует средство сушки, может изменяться в широких пределах. Как правило, средство сушки функционирует при температуре в интервале от 100°С до 400°С, в частности, от 100°С до 200°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

Средство сульфонирования, размещенное вниз по потоку относительно необязательного средства сушки, можно сконструировать, в частности, следующим образом:

В рамках настоящего изобретения можно предположить, в частности, что необязательное средство сульфонирования функционирует в периодическом режиме.

Температура, при которой функционирует средство сульфонирования, может изменяться в широких пределах. Как правило, средство сушки функционирует при температуре в интервале от 25°С до 400°С, в частности, от 50°С до 300°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая, можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

В рамках настоящего изобретения оказывается предпочтительным, чтобы сортировочное устройство для сортировки карбонизата, выходящего из средства карбонизации, располагалось между средством карбонизации и средством активации. Это дает возможность сортировать полученный активированный уголь в соответствии с размером частиц и, следовательно, соответственно эксплуатационным свойствам. Затем для приведения полученного активированного угля в более точное соответствие с необходимыми требованиями можно использовать целевое смешивание отдельных классов. Это гарантирует попадание на стадию активации только карбонизата, который требуется в соответствии с размером его частиц.

Кроме того, в настоящем изобретении предоставлен - в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения - способ получения активированного угля, в частности, при помощи карбонизации и последующей активации полимерных органических, предпочтительно сульфонированных, исходных веществ, при этом данный способ включает следующие стадии:

(а) предоставление полимерных органических исходных веществ; затем

(b) сушка исходных веществ, если это уместно (то есть, в случае не прошедших сушку, или влажных исходных веществ); затем

(c) сульфонирование и/или пептизация возможно высушенных исходных веществ, если это уместно (то есть в случае несульфонированных исходных веществ); затем

(d) карбонизация возможно высушенных и/или сульфонированных и/или пептизированных исходных веществ; затем

(e) активация предварительно карбонизированных исходных веществ;

в котором отходящие газы после карбонизации (d) и/или после активации (е) подвергают обработке отходящих газов.

Найдено, что предпочтительно, в частности, в рамках настоящего изобретения, чтобы полимерное органическое исходное вещество использовали в конкретных ионообменных смолах и их предшественниках, например, сульфонированных ионообменных смолах, а также их несульфонированных предшественников и/или дивинилбензол-сшитых полистиролах, например, сополимерах стиролдивинилбензола, в сульфонированной или несульфонированной форме, предпочтительно, с содержанием дивинилбензола, составляющим, например, от 1% до 10 массовых % дивинилбензола из расчета на сополимер.

Обработка отходящего газа обычно включает, по меньшей мере, одну стадию термического дожигания.

Найдено, что в рамках настоящего изобретения предпочтительно, когда каждый из отходящих газов после карбонизации и отходящих газов после активации подвергают обработке отходящих газов.

Предпочтительно, каждый из отходящих газов после карбонизации и отходящих газов после активации подвергают отдельной обработке отходящих газов, поскольку они имеют различный состав, и, следовательно, требования к их обработке различаются; например, отходящие газы после карбонизации необходимо очистить от оксидов серы.

Как правило, карбонизацию проводят, по меньшей мере, в одной поворотной трубе, в частности, по меньшей мере, в одной поворотной трубчатой печи. Кроме того, найдено, что в рамках настоящего изобретения предпочтительно, когда карбонизацию проводят в замкнутой системе и/или карбонизацию проводят в инертных условиях. Согласно настоящему изобретению карбонизацию можно проводить в непрерывном или квазинепрерывном режиме и/или температуру во время карбонизации можно регулировать по замкнутому и/или разомкнутому циклу непрерывным или ступенчатым образом. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения температуру во время карбонизации можно регулировать непрерывным или ступенчатым образом по замкнутому и/или разомкнутому циклу, так что карбонизацию проводят в двух или более, в частности, по меньшей мере, в двух, предпочтительно в четырех-восьми температурных зонах, температура в каждой из которых отличается друг от друга, предпочтительно, температура каждой из отдельных стадий температуры повышается в направлении вверх по потоку. Альтернативным образом, в рамках настоящего изобретения, карбонизацию можно проводить с градиентом температуры, предпочтительно, с профилем повышения температуры в направлении вверх по потоку.

Температура во время карбонизации может изменяться в широких пределах. Как правило, температуру во время карбонизации регулируют по замкнутому и/или разомкнутому циклу в интервале от 20°С до 1200°С, в частности, от 30°С до 1100°С, предпочтительно, от 50°С до 1000°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений. В области настоящего изобретения можно предположить, что первую температурную зону, предпочтительно расположенную у входного отверстия или в направлении протекания процесса у верхнего конца (средства) карбонизации, устанавливают в интервале от 50°С до 500°С, в частности, от 200°С до 450°С. Кроме того, можно предположить, что следующую температурную зону, предпочтительно расположенную у выходного отверстия или у нижнего конца (средства) карбонизации, устанавливают в интервале от 800°С до 1200°С, в частности, от 850°С до 950°С. В данных случаях, также приведенные значения лишь отмечают обычные интервалы, предпочтительные до настоящего времени. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

Карбонизацию обычно разделяют, по меньшей мере, на две частичных стадии. Можно предположить, что первую, предпочтительно, восходящую, частичную стадию проводят в нагреваемом вибрационном желобе, а вторую частичную стадию, предпочтительно проводимую вниз по потоку относительно первой секции, осуществляют в поворотной трубе, предпочтительно, в поворотной трубчатой печи, в частности, имеющей профиль подъема температуры или градиент температуры в направлении протекания процесса.

Согласно настоящему изобретению первую частичную стадию можно проводить при постоянной температуре или с профилем температуры или градиентом температуры, повышающимся в направлении протекания процесса, и/или вторую частичную стадию можно проводить с профилем температуры или градиентом температуры, повышающимся в направлении протекания процесса. Кроме того, в области настоящего изобретения температуру на первой частичной стадии карбонизации в направлении протекания процесса можно регулировать по замкнутому циклу непрерывным или ступенчатым образом. Температура на первой частичной стадии карбонизации в направлении протекания процесса может изменяться в широком интервале. Как правило, температуру на первой частичной стадии карбонизации в направлении протекания процесса регулируют по замкнутому циклу непрерывным или ступенчатым образом в интервале от 50°С до 500°С, предпочтительно, от 200°С до 450°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

Кроме того, в рамках настоящего изобретения, температуру на второй частичной стадии карбонизации в направлении протекания процесса можно регулировать по замкнутому циклу по возрастающей, в частности, ступенчатым или непрерывным образом, в частности, в двух или более температурных зонах или с градиентом температуры, в направлении протекания процесса. Температура на второй частичной стадии карбонизации в направлении протекания процесса может изменяться в широком интервале. Как правило, температуру на второй частичной стадии карбонизации в направлении протекания процесса регулируют по замкнутому циклу с повышением в направлении протекания процесса в интервале от 300°С до 1200°С, предпочтительно, от 350°С до 950°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

В одном из конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения водяной пар, в частности, в виде смеси водяной пар-инертный газ, вводят путем распыления или вспрыскивания во время карбонизации, предпочтительно во входное отверстие, или в направлении протекания процесса в верхний конец (средства) карбонизации, в частности, во входное отверстие или в направлении протекания процесса в верхний конец второй секции средства карбонизации. Доля водяного пара в смеси водяной пар-инертный газ может изменяться в широких пределах. Как правило, долю водяного пара в смеси водяной пар-инертный газ устанавливают в интервале от 1% до 30 объемных %, в частности, от 2% до 20 объемных %, предпочтительно, от 5% до 15 объемных %. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

Кроме того, в рамках настоящего изобретения найдено предпочтительным, когда кислород, в частности, виде смеси, по меньшей мере, с одним дополнительным газом, предпочтительно, в виде воздуха, вводят или продувают во время карбонизации, предпочтительно в выходное отверстие или в направлении протекания процесса в нижний конец (средства) карбонизации. Введенный или продуваемый объем потока кислорода или кислородной смеси может изменяться в широких пределах. Как правило, введенный или продуваемый объем потока кислорода, в частности, в виде смеси кислорода, по меньшей мере, с одним дополнительным газом, предпочтительно, в виде воздуха, регулируют в интервале от 10 до 500 л/мин, в частности, от 25 до 250 л/мин, предпочтительно, от 50 до 100 л/мин. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

Как правило, карбонизация сопровождается обработкой отходящих газов, полученных в ходе карбонизации. При этом можно предположить, что обработка отходящих газов включает, по меньшей мере, одну стадию термического дожигания. В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения обработка отходящих газов сопровождается, в частности, в точке вверх по потоку относительно стадии термического дожигания, охлаждением отходящих газов, образующихся на стадии термического дожигания, в частности, при помощи теплообменника. Необязательно, за охлаждением отходящих газов следует сушка охлажденных отходящих газов. В свою очередь, сушка отходящих газов может необязательно сопровождаться нагреванием высушенных отходящих газов.

В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения обработка отходящих газов включает окисление, предпочтительно, каталитическое окисление, оксидов серы, в частности, двуокиси серы, присутствующей в отходящих газах, которые образуются в ходе карбонизации, с получением трехокиси серы, предпочтительно, по направлению вниз по потоку относительно стадии термического дожигания и необязательного охлаждения, сушки и/или нагревания. Можно предположить, что окисление проводят при помощи и/или в присутствии, по меньшей мере, одного катализатора окисления, предпочтительно, на основе ванадия и/или платины. Кроме того, можно предположить возврат трехокиси серы, образующейся в результате окисления, в процесс сульфонирования и/или пептизации. Необязательно, трехокись серы, образующуюся в результате окисления, возвращают в процесс сульфонирования и/или пептизации после промежуточной стадии процесса получения сульфонирующего агента.

Кроме того, в области настоящего изобретения окажется особенно предпочтительным, когда трехокись серы, образующуюся в результате окисления, отделяют от прочих составляющих отходящих газов, в частности, оксидов углерода и/или водяного пара и/или оксидов азота. При этом можно предположить, что данное отделение необязательно сопровождается промыванием прочих отделенных составляющих отходящих газов.

После этого за карбонизацией следует, необязательно после промежуточной стадии сортировки карбонизата, активация полученного ранее карбонизата. Как правило, активацию проводят в периодическом режиме.

Кроме того, согласно настоящему изобретению найдено, что предпочтительно проводить активацию в замкнутой системе и/или проводить активацию в инертных условиях, в частности, в начале активации и/или в начале фазы нагревания.

Температура в процессе активации может изменяться в широких пределах. Как правило, температуру в процессе активации устанавливают в интервале от 300°С до 1800°С, в частности, от 400°С до 1500°С, предпочтительно, от 500°С до 1250°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

В связи с этим можно предположить, что температуру в процессе активации устанавливают ступенчатым и/или непрерывным образом, предпочтительно при помощи нагревающего устройства, в частности, нагревательной системы с электрическим управлением.

В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения активация включает введение, в частности, путем впрыскивания и/или продувания, по меньшей мере, одного активирующего газа, в частности, водяного пара и/или двуокиси углерода и/или кислорода и/или аммиака.

В рамках настоящего изобретения можно предположить, что активирующий газ, вводимый на стадию активации, нагревают до определенной температуры.

При использовании двух или более различных активирующих газов, их можно вводить на стадию активации одновременно или в разное время, в этом случае введение в разное время предпочтительно в рамках настоящего изобретения. Аналогичным образом, активирующие газы можно вводить при одинаковой или различных температурах.

Согласно настоящему изобретению активация включает введение, в частности, путем впрыскивания, распыления и продувания, по меньшей мере, водяного пара, в частности, в виде смеси водяной пар-инертный газ, в качестве активирующего газа.

Доля водяного пара в смеси водяной пар-инертный газ может изменяться в широких пределах. Как правило, долю водяного пара в смеси водяной пар-инертный газ устанавливают в интервале от 5% до 70 объемных %, в частности, от 10% до 50 объемных %, предпочтительно, от 15% до 40 объемных %. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений. В связи с этим можно предположить, что водяной пар вводят в процессе активации при температуре от 500°С путем впрыскивания, распыления и/или продувания.

Аналогичным образом в рамках настоящего изобретения окажется предпочтительным, когда активация включает введение двуокиси углерода, в частности, в виде смеси двуокись углерода-инертный газ, в качестве активирующего газа, в частности, в дополнение к водяному пару, используемому в качестве активирующего газа, в частности, путем впрыскивания, распыления и/или продувания. Можно предположить, что двуокись углерода вводят при температуре от 800°С путем впрыскивания, распыления и/или продувания.

Как уже отмечалось при замечаниях, относящихся к установке по настоящему изобретению, температура и содержание двуокиси углерода в процессе активации влияют на поведение подлежащего активации вещества при дожигании и, следовательно, на свойства вещества полученного активированного угля.

В одном из конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один активирующий газ подают на стадию активации из резервуара для хранения сырья через подающее устройство.

Как правило, активация сопровождается обработкой, которую проводят в отношении отходящих газов, образующихся в процессе активации. В связи с этим можно предположить, что обработка отходящих газов включает, по меньшей мере, одну стадию термического дожигания.

Согласно настоящему изобретению, стадия термического дожигания может сопровождаться промыванием, проводимым в отношении отходящих газов со стадии термического дожигания. После прохождения промывателя выделяются отходящие газы, которые, благодаря термическому дожиганию, состоят преимущественно из двуокиси углерода и водяного пара. Однако непосредственно в промыватель направляют только избыток отходящих газов, при этом преобладающую часть используют в качестве источника энергии в различных процессах производства активированного угля.

В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, отходящие газы, выходящие после обработки отходящих газов (то есть обработки отходящих газов в отношении отходящих газов, выходящих после активации), в частности, после термического дожигания, используют для косвенного, в частности, нагревания (средства) активации и/или для нагревания, по меньшей мере, одного активирующего газа и/или для сушки, в частности, для создания псевдоожиженного слоя. В отношении дополнительных подробностей, относящихся к использованию отходящих газов после активации, в частности, после прохождения термического дожигания, можно обратиться к приведенным выше разъяснениям, касающимся установки настоящего изобретения.

Как отмечалось выше, стадию сушки (а) проводят в случае невысушенных/влажных исходных веществ перед фактическим получением активированного угля. Согласно настоящему изобретению, сушку можно проводить в псевдоожиженном слое; предпочтительно, сушка, в частности, ее псевдоожиженный слой, может функционировать за счет отходящих газов, выходящих после обработки отходящих газов (то есть обработки отходящих газов в отношении отходящих газов после активации), в частности, после термического дожигания. В частности, в рамках настоящего изобретения, сушку можно осуществлять в периодическом режиме. Температура, относящаяся к стадии сушки, может изменяться в широких пределах. В частности, сушку проводят в интервале от 100°С до 400°С, в частности, от 100°С до 200°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

Как отмечалось выше, в случае несульфонированных исходных веществ, стадию процесса сульфонирования и/или пептизации проводят перед карбонизацией. Данная стадия процесса сульфонирования и/или пептизации включает фактическое сульфонирование (то есть, введение групп сульфоновой кислоты) и, кроме того, необязательно, пептизацию (то есть, растворение мономерных, димерных и олигомерных звеньев, оставшихся в исходном веществе, и осаждение указанных звеньев на внешней поверхности частиц исходного вещества). В частности, в рамках настоящего изобретения сульфонирование и/или пептизацию можно проводить в периодическом режиме.

Температура сульфонирования/пептизации может изменяться в широких пределах. Как правило, сульфонирование/пептизацию проводят в интервале от 25°С до 400°С, в частности, от 50°С до 300°С. Однако для конкретного применения или на основании единичного случая можно отойти от вышеупомянутых значений, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Решение поступить таким образом находится в пределах возможности или свободы выбора специалиста, имеющего опыт в данной области для принятия решений.

В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, стадию процесса сортировки карбонизата, выходящего после карбонизации, можно также проводить между стадией карбонизации и стадией активации.

Что касается дополнительных подробностей способа по настоящему изобретению, можно обратиться к приведенным выше замечаниям, относящимся к установке по настоящему изобретению, который включает соответствующие поправки, относящиеся к способу по настоящему изобретению.

Установка по настоящему изобретению, а также способ по настоящему изобретению обладают рядом преимуществ по сравнению с предшествующим уровнем техники:

В результате окисления серосодержащих соединений до трехокиси серы и возврата трехокиси серы на стадию сульфонирования, избегают выброса серосодержащих отходящих газов, которые, в противном случае, требовалось бы подвергать затруднительному и дорогостоящему очищению/очистке.

Значительную долю используемого сульфонирующего агента можно регенерировать, так что лишь малая часть сульфонирующего агента расходуется и должна быть восстановлена.

Кроме того, в результате регенерации сульфонирующего агента значительно снижается общий объем всех образующихся отходящих газов, в частности, коррозионных кислотных отходящих газов.

Термическое дожигание отходящих газов, образующихся в результате карбонизации/активации, дает гарантии того, что после удаления серосодержащих соединений отходящие газы практически исключительно состоят из безопасных продуктов сгорания - двуокиси углерода и водяного пара.

В результате дожигания выделяется теплота, за счет чего можно заметно снизить энергозатраты на способ получения активированного угля; например, энергозатраты на стадию активации можно снизить, по меньшей мере, от 10% до 20%, за счет термического дожигания образующихся отходящих газов.

Более того, горячие отходящие газы после термического дожигания можно также использовать для нагревания активирующих газов и/или для сушки исходных веществ, используемых для получения активированного угля.

Сортировка сырого активированного угля перед активацией дает возможность отделить или, кроме того, специально смешивать отдельные классы, так что полученный активированный уголь можно оптимальным образом привести к соответствию для желательного конечного использования.

Установка по настоящему изобретению и способ по настоящему изобретению позволяют поддерживать выделение SO₂ в процессе карбонизации при таком постоянном уровне, который дает возможность осуществлять способ получения трехокиси серы и, таким образом, регенерировать сульфонирующий агент.

Единственная фигура представляет собой схематичное и приведенное в качестве примера изображение типичного, предпочтительного варианта осуществления установки по изобретению 1 и последовательность способа по данному изобретению:

Как показано на данной фигуре, при использовании невысушенного/влажного исходного вещества, сначала необязательно проводят операцию сушки в 2, предпочтительно, в псевдоожиженном слое, которая, в случае несульфонированных исходных веществ, затем необязательно сопровождается в 3 сульфонированием и/или пептизацией. Высушенное и сульфонированное/пептизированное исходное вещество, например, на основе сульфонированных полимеров стирола-дивинилбензола, например, в виде так называемых сульфонированных ионообменных смол гелевого типа или макропористого типа, впоследствии подвергают карбонизации в 4, после чего карбонизат, полученный на данной стадии, подвергают активации в 5, что приводит к требуемому конечному продукту (то есть, активированному углю). Кроме того, как показано на фигуре, в частности, кислотные отходящие газы, выходящие после карбонизации 4, сначала подвергают, в 4А, термическому дожиганию (ТАВ), а затем - необязательно после охлаждения, сушки и повторного нагревания данных газов - в 4В - каталитическому окислению, в частности, в присутствии пятиокиси ванадия в качестве катализатора окисления, так что двуокись серы SO₂, находящаяся в отходящем газе, превращается в трехокись серы SO₃, которую можно вернуть, через 4С, обратно на стадию сульфонирования 3, в частности, в виде концентрированной серной кислоты/олеума. Однако после этого выделяются газы, оставшиеся после каталитического окисления 4В, необязательно после последующего промывания ниже по потоку 4D, при этом данные отходящие газы состоят, главным образом, из двуокиси углерода СО₂, водяного пара Н₂О и лишь крайне малых количеств оксидов азота NO_x и оксидов серы SO_x.

Отходящие газы после активации 5, в частности, водород Н₂ и окись углерода СО, аналогичным образом подвергают термическому дожиганию (ТАВ) 5С, а все еще горячие отходящие газы, выходящие после термического дожигания, можно использовать сначала для совместного нагревания средства активации 5, во-вторых, для нагревания активирующих газов, или соответствующего резервуара для активирующих газов, в частности, водяного пара, в 5В, в этом случае нагретые активирующие газы, в частности, водяной пар, подают затем на стадию активации через 5А, и, наконец, также для подачи необходимой теплоты и псевдоожиженного слоя для стадии сушки 2. После этого в качестве отходящих газов могут выделяться любые неиспользованные отходящие газы после термического дожигания (ТАВ) 5С, необязательно после промывателя 5D, в частности, состоящие, главным образом, из двуокиси углерода СО₂ и водяного пара Н₂О и так далее.

В типичном варианте осуществления настоящего изобретения установку по настоящему изобретению или способ по настоящему изобретению можно реализовать следующим образом:

Исходное вещество, например, сополимеры стирола-дивинилбензола, в частности, ионообменные смолы гелевого типа или макропористого типа, подвергают - в случае их присутствия в невысушенной/влажной форме - сушке на первой стадии, при этом указанную сушку исходного вещества предпочтительно проводят в псевдоожиженном слое, предпочтительно, при использовании отведенного тепла со стадии активации. Сушку предпочтительно осуществляют в периодическом/дискретном режиме (например, 1 м³ исходного вещества на загрузку).

Несульфонированные исходные вещества подвергают на второй стадии, ниже по потоку относительно стадии сушки, сульфонированию/пептизации. Для этой цели исходные полимеры или, если быть более точным, ионообменники, приводят в контакт с подходящим сульфонирующим агентом, в частности, концентрированной серной кислотой/олеумом (например, 15% олеумом), в частности, при температуре от 100°С до 400°С, предпочтительно, от 150°С до 250°С. В зависимости от желательной системы пор, можно использовать различные количественные соотношения сульфонирующего агента, и, например, вводить во взаимодействие в соответствии с характеристической температурой, которую может выбрать специалист в данной области, до тех пор, пока исходное вещество не подвергнется сульфонированию и не будет находиться в текучей форме. Данная стадия предоставляет не только сульфонирование, но, как правило, так называемую пептизацию, то есть мономерные, димерные и олигомерные остатки вымываются из исходных веществ путем растворения и впоследствии повторно осаждаются на поверхности частиц, при этом повторные отложения приводят в ходе последующей карбонизации к очень твердому и, следовательно, износостойкому псевдографитовому слою, образующемуся на поверхности частиц.

Последующая, третья, стадия способа затем включает карбонизацию/пиролиз сухого и сульфонированного исходного вещества, предпочтительно, в непрерывном или квазинепрерывном режиме, в частности, в замкнутой системе. Карбонизацию обычно проводят в инертных условиях реакции. Обычно вещество можно загрузить в нагреваемый вибрационный желоб, обычно в атмосфере инертного газа, в этом случае вещество можно нагреть, например, до 350°С, в течение 60 минут, например. Затем данный вибрационный желоб вставляют в поворотную трубчатую печь, также функционирующую в непрерывном или квазинепрерывном режиме, температура которой составляет обычно 400°С, с выходной стороны. После этого в процессе перемещения в поворотную трубу вещество обычно нагревают, например, до 900°С, при прохождении от шести до восьми зон нагревания. Предпочтение отдают одновременному добавлению водяного пара, предпочтительно, из соответствующей смеси азот-водяной пар (например, от 10% до 30 объемных % водяного пара) с входной стороны печи, и добавлению смеси воздух/кислород (например, от 50 до 100 л/мин) с выходной стороны печи, чтобы дать возможность образующимся пиролизным газам сгореть в реакционной трубе. Это можно использовать для достижения нескольких положительных эффектов. Во-первых, в существенной степени предотвращается конценсация пиролизных газов в базовой поверхности пор исходного вещества, а во-вторых, сгорание в реакционной трубе можно использовать для использования теплосодержания и можно свести к минимуму подачу электроэнергии в систему нагревания печи. После завершения карбонизации/пиролиза вещество обычно доступно и имеет площадь внутренней поверхности (ВЕТ), составляющую, например, от 400 до 800 м²/г. Предпочтительно, чтобы форма частиц была сферической, в соответствии с исходными веществами.

После этого расположенная ниже по потоку четвертая стадия включает активацию первоначально полученного карбонизата. На стадии активации вещество, предпочтительно после предварительной сортировки, помещают в виде фракций с узким распределением по размерам частиц в поворотную трубчатую печь с внутренней организацией и нагревают в атмосфере инертного газа примерно до 960°С, в то время как в данную атмосферу может быть добавлен водяной пар (например, в количестве от 20% до 30 объемных %), предпочтительно, в виде смеси азот/водяной пар, например, примерно от 600°С. В зависимости от требуемой степени активации и в зависимости от требуемой системы пор, в атмосферу можно добавить двуокись углерода СО₂ при температуре примерно от 900°С, и/или данную температуру можно изменять, например, для воздействия на поведение при дожигании. Газы, в частности, водород Н₂ и оксид углерода СО, образующиеся на стадии активации, предпочтительно можно использовать для косвенного нагревания трубопровода активации. В результате из данного способа можно вычесть примерно 20% от общих энергозатрат установки.

Что касается обработки отходящих газов, отходящие газы, выходящие после карбонизации/пиролиза, сначала можно подвергнуть дожиганию на стадии термического дожигания (ТАВ), в частности, при помощи избытка воздуха, с окислением всех органических составляющих, затем обогащенный SO₂ отходящий газ предпочтительно направляют в теплообменник и охлаждают, чтобы его можно было обезводить на стадии газовой сушки при помощи серной кислоты и, вслед за последующим нагреванием, например, до температуры примерно 480°С, данный газ можно провести через множество стадий к катализатору окисления (например, катализатору окисления на основе ванадия, например, пятиокиси ванадия) до окисления двуокиси серы SO₂ до трехокиси серы SO₃. После окисления всего SO₂ до SO₃, содержащий SO₃ отходящий газ обычно снова охлаждают и вымывают SO₃ при помощи концентрированной серной кислоты, с тем, чтобы SO₃ можно было вернуть на стадию сульфонирования. Таким образом, для сульфонирующих агентов обеспечивается полный рециркуляционный цикл и отсутствует необходимость в дорогостоящем и неудобном удалении. Для того чтобы проект мог быть экономически и экологически осуществим, предпочтительно, чтобы количество образующихся отходящих газов было относительно постоянным, чего можно добиться при помощи относящихся к SO₂ стадий процесса, в частности, карбонизации/пиролиза, которые делают непрерывными/квазинепрерывными, а выделение SO₂ поддерживают приблизительно постоянным, то есть с отсутствием выбросов в выделении SO₂.

Обработку отходящих газов после стадии активации можно осуществить описанным ранее способом (то есть термическим дожиганием и использованием отходящих газов, выходящих после термического дожигания, для нагревания активирующего газа, в частности, водяного пара, и/или для прямого нагревания активационной печи и/или для использования для сушки в псеводоожиженном слое).

Наконец, в настоящем изобретении также предоставляют - в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения - использование установки по настоящему изобретению, описанной ранее, для получения активированного угля. Как описано ранее, получение активированного угля в процессе использования настоящего изобретения достигается путем карбонизации и последующей активации полимерных органических, предпочтительно сульфонированных, исходных веществ. В отношении дальнейших подробностей, относящихся к использованию согласно настоящему изобретению, можно обратиться к приведенным выше наблюдениям, касающимся установки по настоящему изобретению, которую применяют с соответствующими изменениями к использованию согласно настоящему изобретению.

Дальнейшие усовершенствования, модификации, изменения, а также преимущества настоящего изобретения станут очевидны и осуществимы для среднего специалиста после прочтения данного описания, без их выхода за рамки настоящего изобретения.

Изобретение относится к получению активированного угля. Уголь получают путем карбонизации и последующей активации полимерных органических, сульфонированных исходных веществ. Установка включают средства сушки для сушки исходных веществ, средства сульфонирования, размещенные вниз по потоку относительно средств сушки. Далее установка содержит средства карбонизации, размещенные вниз по потоку относительно средств сульфонирования, а также средства активации, размещенные вниз по потоку относительно средств карбонизации, где производят активацию карбонизированных продуктов. Установка включает также средство обработки отходящих газов, образующихся в средстве карбонизации и/или в средстве активации в ходе процесса. Все отходящие газа подвергают дожиганию. Изобретение обеспечивает повышенную эффективность процесса и его экологическую безопасность. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка (1) для получения активированного угля путем карбонизации и последующей активации полимерных органических сульфонированных исходных веществ, при этом данная установка включает:
- средства (2) сушки для сушки исходных веществ,
- средства (3) сульфонирования для сульфонирования и/или пептизации предварительно высушенных веществ вниз по потоку относительно средств (2) сушки,
- средства (4) карбонизации для карбонизации предварительно высушенных и сульфонированных и/или пептизированных исходных веществ, вниз по потоку относительно средств (2) сушки и средств (3) сульфонирования, в котором температуру средств (4) карбонизации регулируют в процессе функционирования таким образом, чтобы присутствовали, по меньшей мере, две температурные зоны с температурой отдельных температурных стадий, каждая из которых повышается в направлении вверх по потоку, или, кроме того, с градиентом температуры, имеющим профиль повышения температуры в направлении вверх по потоку,
- вниз по потоку относительно средств (4) карбонизации, средства (5) активации для активации исходных веществ, предварительно карбонизированных в средствах (4) карбонизации, где установка (1) также содержит, по меньшей мере, одно средство (4А, 4В, 4D) обработки отходящих газов для обработки отходящих газов, образующихся в ходе процесса в средствах (4) карбонизации, и, по меньшей мере, одно средство (5С, 5D) обработки отходящих газов для обработки отходящих газов, образующихся в ходе процесса в средствах (5) активации, где в средствах (4) карбонизации имеются средства (4А, 4В, 4D) обработки отходящих газов для обработки отходящих газов, образующихся в процессе функционирования в средствах (4) карбонизации, связанное и/или расположенное относительно него вниз по потоку, в котором средства (4А, 4В, 4D) обработки отходящих газов включают, по меньшей мере, одну стадию (4А) термического дожигания, и где в средствах (5) активации находятся средства (5С, 5D) обработки отходящих газов для обработки отходящих газов, образующихся в процессе функционирования в средствах (5) активации, связанные и/или расположенные относительно них вниз по потоку, где средства (5С, 5D) обработки отходящих газов включают, по меньшей мере, одну стадию (5С) термического дожигания, и где отходящие газы, выходящие из средств (5С, 5D) обработки отходящих газов, используют для нагревания средств (5) активации и/или по линии (5Е) подачи для нагревания резервуара (5В) для хранения сырья, содержащего, по меньшей мере, один активирующий газ, и/или для нагревания средств (2) сушки.

2. Установка по п.1, в которой средства (4) карбонизации включают, по меньшей мере, одну поворотную трубу или, по меньшей мере, одну поворотную трубчатую печь и функционируют в инертных условиях в непрерывном или квазинепрерывном режиме.

3. Установка по п.1 или 2, в которой средства (4) карбонизации подразделяют, по меньшей мере, на две секции, где первая секция, расположенная вверх по потоку, состоит из нагреваемого вибрационного желоба, а вторая секция, расположенная вниз по потоку относительно первой секции, состоит из поворотной трубы, имеющей профиль повышения температуры или градиент температуры в направлении протекания процесса в состоянии функционирования.

4. Установка по п.1, в которой средства (4А, 4В, 4D) обработки отходящих газов включают вверх по потоку относительно стадии (4А) термического дожигания, по меньшей мере, один теплообменник для охлаждения отходящих газов, образующихся в ходе термического дожигания, с последующими средствами сушки для сушки охлажденных отходящих газов и, в свою очередь, с последующими средствами нагрева высушенных отходящих газов, и/или
в которой средства (4А, 4В, 4D) обработки отходящих газов включают средства (4В) окисления для каталитического окисления оксидов серы, находящейся в отходящих газах, образующихся в ходе процесса в средствах (4) карбонизации, с получением трехокиси серы, вниз по потоку относительно стадии (4А) термического дожигания и теплообменника, средств сушки и/или средств нагрева.

5. Установка по п.1, в которой средства (5) активации функционируют в периодическом режиме и образуют замкнутую систему, и в которой средства (5) активации функционируют в инертных условиях и температура в которой изменяется в процессе функционирования в интервале от 300°C до 1800°C.

6. Способ получения активированного угля путем карбонизации и последующей активации полимерных органических сульфонированных исходных веществ, при этом способ включает следующие стадии процесса:
(a) предоставление полимерных органических исходных веществ, затем
(b) сушка исходных веществ, затем
(c) сульфонирование и/или пептизация предварительно высушенных исходных веществ, затем
(d) карбонизация предварительно высушенных и сульфонированных и/или пептизированных исходных веществ, при которой температуру в ходе карбонизации регулируют по замкнутому и/или разомкнутому циклу так, что карбонизацию проводят, по меньшей мере, в двух температурных зонах, температура каждой из которых отличается от температуры других, с температурой отдельных температурных стадий, каждая из которых повышается в направлении вверх по потоку, или, кроме того, с градиентом температуры, имеющим профиль повышения температуры в направлении вверх по потоку, затем
(е) активация предварительно карбонизированных исходных веществ, в которой отходящие газы как после карбонизации (d), так и после активации (е), каждый подвергают обработке отходящих газов, где карбонизация сопровождается обработкой отходящих газов, образующихся в процессе карбонизации, где обработка отходящих газов включает, по меньшей мере, одну стадию термического дожигания, и где за активацией следует обработка, проводимая в отношении отходящих газов, образующихся в процессе активации, где обработка отходящих газов включает, по меньшей мере, одну стадию термического дожигания, и в которой отходящие газы, выходящие после обработки отходящих газов в отношении отходящих газов, образующихся в процессе активации, используют для нагревания средств активации, и/или для нагревания, по меньшей мере, одного активирующего газа, и/или для сушки.