СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ИСКОПАЕМОГО КАМЕННОГО УГЛЯ МАРКИ ССОМ Российский патент 2015 года по МПК C01B31/08 C01B31/14 

Изобретение относится к области производства активных углей, которые могут быть использованы в процессах адсорбции из газообразных и жидких сред.

Известен способ получения активного угля по патенту RU №2023663 (опубликовано 30.11.1994), включающий прессование измельченного в пыль углеродсодержащего материала со связующим (смесью каменно-угольной и лесохимических смол), карбонизацию и активацию гранул, после карбонизации осуществляют нагревание со скоростью 1-3°C/мин до 900-950°C, карбонизацию ведут при нагревании со скоростью 20-25°C/мин до 500-650°C, а активацию - водяным паром и после активации осуществляют дробление до размера частиц 0,5-1,5 мм.

Недостатком известного способа является ограниченный размер и форма частиц активного угля на основе углеродсодержащего материала и связующего, что исключает комплексное использование исходного сырья.

Известен способ получения углеродного адсорбента по патенту SU 1789505 (опубликовано 31.08.1979), включающий окисление измельченного каменного угля кислородом воздуха при температуре 325-355°C, термообработку в неокисляющей атмосфере.

Недостатком известного способа является узкая область применения полученного углеродного адсорбента - очистка сточных вод от маслосодержащих эмульсий, что предопределяет его специфические адсорбционные характеристики.

Известен способ получения агломерированного угля на основе высокосортного жирного коксующегося каменного угля по патенту US 19740503483, включающий размол до размера 0,15-0,045 мм, прессование в брикеты (блоки), измельчение до размера 1,9-4,75 мм, окисление, карбонизацию, активацию.

Недостатком известного способа является сложная технология флюидизации слоя для предотвращения образования монолита при термообработке коксующегося угля, необходимость переработки его с использованием агломерирования, ограниченный размер и форма частиц.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения активного угля (ау) на каменноугольной основе по патенту RU 2507153 (опубл. 20.02.2014), включающий выделение фракции 1-3 мм из шихты для высокотемпературного слоевого коксования (сырье) и последовательно выполняемые операции окисления кислородом воздуха при температуре 250°C со скоростью подъема температуры от комнатной до заданной 15-20°C/мин с выдержкой при конечной температуре в течение 2,5 ч, карбонизации окисленного сырья подъемом температуры со скоростью 5°C/мин до температуры 550-650°C с выдержкой при этой температуре в течение 60 мин, активирования полученных продуктов водяным паром до обгара 35-40% при температуре 950°C со скоростью подъема температуры от температуры карбонизации до температуры активации 10°C/мин с выдержкой при конечной температуре 40 мин.

Недостатком известного способа является относительно низкая адсорбционная способность получаемого активного угля, ограниченный размер и форма частиц, отсутствие комплексной переработки сырья.

Предлагаемым изобретением решается задача улучшения технологичности процесса получения активного угля за счет разработки комплексной системы получения активного угля с широким фракционным составом (различный размер и форма частиц), т.е. гранулированного, дробленого и порошкового активного угля с рациональной пористой структурой, предопределяющей его высокую адсорбционную способность, и повышенными физико-механическими характеристиками.

Технический результат достигнут за счет использования в качестве основы ископаемого каменного угля марки ССОМ.

Для достижения указанного технического результата в данном способе получения активного угля ведется путем:

1) дробления ископаемого каменного угля марки ССОМ с выделением фракций 1-6 мм, термообработки, карбонизации, парогазовой активации и рассеивания активного полуфабриката с выделением фракций 1-4, 2-4, 2-5 мм (дробленый активный уголь);

2) дробления ископаемого каменного угля марки ССОМ с выделением фракций 1-6 мм, термообработки, карбонизации, парогазовой активации с последующим размолом до размера частиц порошкообразного угля (порошкообразный уголь);

3) дробления ископаемого каменного угля марки ССОМ, добавления отсевов от дробления по пп. 1, 2, тонкого помола, смешивания со связующим, формования, термообработки, карбонизации и парогазовой активации (гранулированный активный уголь).

В результате многочисленных экспериментов были установлены режимы способа получения активного угля различной формы и размеров частиц и высокими адсорбционной способностью и физико-механическими характеристиками. Установлено, что применение ископаемого каменного угля данной марки в процессе термической обработки при температуре 250-350°C и карбонизации в интервале температур 550-650°C без доступа воздуха (интервал перехода в пластичное состояние) способствует образованию твердого нелетучего остатка (карбонизованного продукта) с повышенными физико-механическими характеристиками и первоначальной оптимальной пористостью без образования пористого монолита за счет отсутствия пластического слоя в процессе нагрева в определенном интервале температур.

Способ переработки ископаемого каменного угля марки ССОМ включает его дробление, выделение фракции угля с размером 1-6 мм, термообработку при 250-350°C карбонизацию при 550-650°C, активацию в среде водяного пара при 900-950°C, последующий рассев продукта активации на фракции 1-4, 2-4, 2-5 мм с получением дробленого активного угля или его размол до размера частиц менее 0,1 мм с получением порошкообразного активного угля. Гранулированный активный уголь получают путем смешивания дробленых частиц ископаемого каменного угля, имеющих размер менее 1 мм и более 6 мм, и отсевов, полученных на стадии дробления, затем смесь подвергают помолу до размера частиц менее 0,1 мм, смешивают со связующим, производят формование гранул, которые затем подвергают термообработке при 250-350°C карбонизации при 550-650°C, активации в среде водяного пара при 900-950°C.

Благодаря использованию каменного угля ССОМ, возможна его комплексная переработка в активный уголь с высокими адсорбционными и физико-механическими характеристиками как с использованием связующего, так и без него, что делает способ экономичным и безотходным.

Способ осуществляется следующим образом.

Для получения дробленого активного угля ископаемый каменный уголь марки ССОМ дробят на щековой дробилке с выделением фракции 1-6 мм, подвергают термообработке путем нагревания до температуры 250-350°C, карбонизации при 550-650°C со скоростью нагрева 20-25°C/мин во вращающейся печи, активации во вращающейся или шахтной печи при 900-950°C в среде водяного пара и далее проводят рассеивание активного полуфабриката с выделением фракций 1-4, 2-4, 2-5 мм на вибросите.

Для получения порошкообразного угля ископаемый каменный уголь марки ССОМ дробят на щековой дробилке с выделением фракции 1-6 мм, подвергают термообработке путем нагревания до температуры 250-350°C, карбонизации при 550-650°C со скоростью нагрева 20-25°C/мин во вращающейся печи, активации во вращающейся или шахтной печи при 900-950°C в среде водяного пара и далее проводят размол активного полуфабриката до фракции менее 0,1 мм на шаровой или роликовой мельнице.

Для получения гранулированного активного угля ископаемый каменный уголь марки ССОМ с добавлением отсевов от дробления угля, образовавшихся при получении дробленого и порошкообразного углей, измельченный до размера частиц менее 0,1 мм, смешивают со связующим до образования однородной пасты, которую гранулируют через фильеры на экструзионном прессе и термообрабатывают путем нагревания до температуры не более 250-350°C. Затем гранулы карбонизируют при 550-650°C со скоростью нагрева 20-25°C/мин во вращающейся печи и активируют во вращающейся или шахтной печи при 900-950°C в среде водяного пара, подаваемого из расчета 5-10 кг на 1 кг термообработанных гранул для развития удельной поверхности и формирования заданной пористой структуры активного угля.

Если температура термообработки ниже 250°C, то процесс формования первичной структуры и поверхности гранул и зерен незавершен. Ведение термообработки при температуре выше 350°C недопустимо, т.к. сопряжено с возгоранием продукта.

Если температура карбонизации ниже 550°C, процесс удаления летучих веществ замедляется. При температуре карбонизации выше 650°C полученный полуфабрикат обладает пониженной реакционной способностью по отношению к активирующему агенту - водяному пару на последующей стадии активации, что не позволяет вести данный процесс в требуемых режимах.

Относительно температуры активации было установлено, что если она составляет менее 900°C, то скорость реакции взаимодействия водяного пара с углеродной основой значительно замедляется, а при температуре выше 950°C процесс активации ухудшается за счет перекристаллизации атомов кислорода и графитизации поверхности угля - развивается значительный поверхностный обгар, что не позволяет получать качественные активные угли.

Режимы способа получения дробленого, порошкообразного и гранулированного активных углей представлены примерами 1-3.

Пример 1. Берут 2 кг ископаемого каменного угля марки ССОМ, дробят с выделением фракции 1-6 мм. Полученную фракцию термически обрабатывают при температуре не более 350°C, карбонизуют при температуре 500-600°C для удаления летучих веществ и активируют перегретым водяным паром при 900-950°C до достижения заданной пористой структуры, обеспечивающей йодное число не менее 950 мг/г, рассеивают его с выделением фракций 1-4, 2-4, 2-5 мм.

Пример 2. Берут 2 кг ископаемого каменного угля марки ССОМ, дробят с выделением фракции 1-6 мм. Полученную фракцию термически обрабатывают при температуре не более 350°C, карбонизуют при температуре 500-600°C для удаления летучих веществ и активируют перегретым водяным паром при 900-950°C до достижения заданной пористой структуры, обеспечивающей йодное число не менее 950 мг/г, с последующим размолом до размера частиц менее 0,1 мм.

Пример 3. Берут 1,5 кг ископаемого каменного угля марки ССОМ, дробят до размера кусков 10 мм, добавляют 0,5 кг отсевов от дробления угля при получении дробленого или порошкообразного активных углей, размалывают до размера частиц менее 0,1 мм, смешивают со связующим и формуют методом экструзии через фильеры с целью получения цилиндрических гранул. Полученные гранулы подвергают термической обработке путем нагревания и выдерживания при температуре не более 350°C, карбонизуют при температуре 500-600°C для удаления летучих веществ и активируют перегретым водяным паром при 900-950°C до достижения заданной пористой структуры, обеспечивающей равновесную активность по толуолу 140 г/дм³ и более.

В таблице представлены характеристики полуфабриката и активного угля, полученного на основе ископаемого каменного угля марки ССОМ.

Как следует из представленных примеров, за счет использования ископаемого каменного угля ССОМ обеспечивается получение активного угля различной формы и размеров частиц.

Благодаря свойствам, которыми обладает каменный уголь ССОМ, возможна его комплексная переработка в активный уголь с высокими адсорбционными и физико-механическими характеристиками как с использованием связующего, так и без него, что делает способ экономичным и безотходным.

Изобретение относится к области производства активных углей. Способ переработки ископаемого каменного угля марки ССОМ включает дробление, выделение фракции угля с размером 1-6 мм, термообработку при 250-350°C, карбонизацию при 550-650°C, активацию в среде водяного пара при 900-950°C. После рассева или размола продукта активации получают дробленый активный уголь или порошкообразный активный уголь. К дробленым частицам ископаемого каменного угля с размером менее 1 мм и более 6 мм добавляют отсевы, полученные на стадии дробления, смесь подвергают помолу до размера частиц менее 0,1 мм, смешивают со связующим, производят формование гранул. Гранулы подвергают термообработке карбонизации и активации в среде водяного пара с получением гранулированного активного угля. Изобретение обеспечивает комплексную переработку ископаемого каменного угля с получением качественных активных углей различного назначения. 3 пр., 1 табл.

Способ переработки ископаемого каменного угля марки ССОМ, включающий его дробление, выделение фракции угля с размером 1-6 мм, термообработку при 250-350°C, карбонизацию при 550-650°C, активацию в среде водяного пара при 900-950°C, последующий рассев продукта активации на фракции 1-4, 2-4, 2-5 мм с получением дробленого активного угля или его размол до размера частиц менее 0,1 мм с получением порошкообразного активного угля, при этом к дробленым частицам ископаемого каменного угля, имеющим размер менее 1 мм и более 6 мм, добавляют отсевы, полученные на стадии дробления, смесь подвергают помолу до размера частиц менее 0,1 мм, смешивают со связующим, производят формование гранул, которые затем подвергают термообработке при 250-350°C, карбонизации при 550-650°C, активации в среде водяного пара при 900-950°C с получением гранулированного активного угля.