Способ получения углеродного сорбента в кипящем слое Российский патент 2022 года по МПК B01J20/20 B01J20/30 C02F1/28 

Изобретение относится к области переработки угля, в частности, к получению углеродного сорбента путем частичной газификации угля в кипящем слое, используемого в процессах очистки сточных и карьерных вод, газовых выбросов предприятий, сорбционной добавки в процессах нефтепереработки и прочих технологических процессах.

Известен ряд способов получения сорбентов из угля с использованием техники кипящего слоя (см., например, Махорин К.Е., Глухманюк А.М. Получение углеродных сорбентов в кипящем слое. - Киев: Наукова думка, 1983.; Патент РФ 2108968, 1997).

Недостатками данных способов является их многостадийность, т.к. карбонизацию и активацию осуществляют в отдельных устройствах, а для активации используют парогазовую смесь с температурой 450-750°С, что влечет высокую себестоимость сорбента вследствие высоких капитальных и эксплуатационных затрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ получения адсорбента путем газификации угля в кипящем слое на паровоздушном дутье в двухкамерной установке при температуре 650-750°С. (Патент РФ 2098352, 1992).

Основным недостатком этого способа является сложное аппаратурное оформление двухкамерного газогенератора с кипящим слоем и использование нагретого до 200-250°С паровоздушного дутья, приводящие в совокупности к высоким капитальным и эксплуатационным затратам, что является существенным ограничением для широкого использования природоохранного и технологического использования сорбента.

Настоящее изобретение направлено на преодоление недостатков
предшествующего уровня техники.

В частности, задачей настоящего изобретения является предложить способ получения углеродного сорбента в кипящем слое, который при упрощении технологического процесса получения позволяет одновременно увеличить производительности процесса получения углеродного сорбента, используемого как расходный материал в процессах очистки сточных и карьерных вод, газовых выбросов предприятий, сорбционной добавки в процессах нефтепереработки.

Техническим результатом изобретения является увеличение производительности процесса получения сорбента в одностадийном процессе частичной газификации угля в кипящем слое без применения отдельной стадии парогазовой активации, что обеспечивает низкую себестоимость сорбента.

Технический результат достигается за счет предварительного подсушивания угля перед подачей в кипящий слой и применением только воздушного дутья для осуществления частичной газификации.

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения углеродного сорбента путем частичной газификации угля в кипящем слое при температуре не ниже 650°С с использованием воздушного дутья, при этом уголь, подаваемый в кипящий слой, предварительно подсушивается до влажности в диапазоне 0-35 % масс.

Предпочтительно, частичной газификации подвергают уголь с размером частиц от 0 мм до 20 мм и процесс осуществляют при температуре 650 - 950°С.

Заявленный способ обеспечивает увеличение производительности процесса получения сорбента в одностадийном процессе частичной газификации угля в кипящем слое без применения отдельной стадии парогазовой активации, что обеспечивает низкую себестоимость сорбента.

Способ осуществляют следующим образом. В аппарат с реактором кипящего слоя угля, который имеет температуру от 650 до 950 °С, питателем непрерывно подают предварительно подсушенный до влажности в диапазоне 0-35 % масс. дробленый уголь с размером частиц от 0 до 20 мм. Уголь в кипящем слое подвергается частичной воздушной газификации с выделением газообразных продуктов, которые дожигаются над кипящим слоем вместе с мелкодисперсным уносом твердого топлива. При газификации происходит увеличение пористости и внутренней удельной поверхности углеродного остатка в результате высокотемпературного гетерогенного реагирования углерода с газами. Горячий углеродный остаток, являющийся сорбентом, выгружают из аппарата через отборный патрубок и охлаждают без доступа воздуха для предотвращения возгорания.

В примерах, иллюстрирующих способ, приведены технические характеристики показателей процесса получения сорбента на опытном стенде при использовании угля с различной влажностью.

Пример 1.

В качестве сырья используют уголь класса крупности 0-20 мм марки 2Б (разрез Березовский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:

W^r=35,0 %; A^d = 4,9 %; V^daf = 47,6 %;

C^daf = 71,0 %; H^daf = 4,9 %; N^daf = 0,7 %; O^daf = 23,1 %; S^d = 0,15 %;

Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 650-680 °С.

Получают сорбент со следующими характеристиками:

W^r=0,1 %; A^d = 9,6 %; V^daf = 9,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 300 м²/г; адсорбционная активность по йоду - 35 %. Производительность по сорбенту составила 39 кг/ч.

Пример 2.

В качестве сырья используют уголь класса крупности 0-20 мм марки 2Б (разрез Березовский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:

W^r=0,0 %; A^d = 4,9 %; V^daf = 47,6 %;

C^daf = 71,0 %; H^daf = 4,9 %; N^daf = 0,7 %; O^daf = 23,1 %; S^d = 0,15 %;

Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 720-750°С.

Получают сорбент со следующими характеристиками:

W^r=0,0 %; A^d = 10,6 %; V^daf = 6,9 %; класс крупности - 0-5 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 370 м²/г; адсорбционная активность по йоду - 38 %. Производительность по сорбенту составила 79 кг/ч.

Пример 3.

В качестве сырья используют уголь класса крупности 5-15 мм марки 2Б (разрез Бородинский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:

W^r=15,0 %; A^d = 3,8 %; V^daf = 48,6 %;

C^daf = 73,7 %; H^daf = 5,2 %; N^daf = 1,9 %; O^daf = 19,1 %; S^d = 0,1 %;

Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 750-780 ^оС.

Получают сорбент со следующими характеристиками:

W^r=0,0 %; A^d = 8,7 %; V^daf = 7,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 420 м²/г; адсорбционная активность по йоду - 55 %. Производительность по сорбенту составила 45 кг/ч.

Пример 4.

В качестве сырья используют уголь класса крупности 5-15 мм марки 2Б (разрез Березовский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:

W^r=33,0 %; A^d = 4,9 %; V^daf = 47,6 %;

C^daf = 71,0 %; H^daf = 4,9 %; N^daf = 0,7 %; O^daf = 23,1 %; S^d = 0,15 %;

Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 800-830^оС.

Получают сорбент со следующими характеристиками:

W^r=0,0 %; A^d = 13,6 %; V^daf = 6,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 500 м²/г; адсорбционная активность по йоду - 65 %. Производительность по сорбенту составила 33 кг/ч.

Пример 5.

В качестве сырья используют уголь класса крупности 0-15 мм марки 2Б (разрез Бородинский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:

W^r=32,2 %; A^d = 3,8 %; V^daf = 48,6 %;

C^daf = 73,7 %; H^daf = 5,2 %; N^daf = 1,9 %; O^daf = 19,1 %; S^d = 0,1 %;

Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 860-900^оС.

Получают сорбент со следующими характеристиками:

W^r=0,1 %; A^d = 7,6 %; V^daf = 8,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 480 м²/г; адсорбционная активность по йоду - 60 %. Производительность по сорбенту составила 30 кг/ч.

Пример 6.

В качестве сырья используют уголь класса крупности 0-15 мм марки 2Б (разрез Бородинский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:

W^r=32,2 %; A^d = 3,8 %; V^daf = 48,6 %;

C^daf = 73,7 %; H^daf = 5,2 %; N^daf = 1,9 %; O^daf = 19,1 %; S^d = 0,1 %;

Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 920-950°С.

Получают сорбент со следующими характеристиками:

W^r=0,1 %; A^d = 15,6 %; V^daf = 7,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 380 м²/г; адсорбционная активность по йоду - 40 %. Производительность по сорбенту составила 25 кг/ч.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить сорбент в одностадийном процессе частичной газификации угля в кипящем слое без применения отдельной стадии парогазовой активации, а предварительное снижение влажности угля позволяет увеличить производительность, что уменьшает себестоимость сорбента.

Изобретение относится к способу получения углеродного сорбента путем частичной газификации угля в кипящем слое при температуре не ниже 650°С с использованием воздушного дутья, характеризующемуся тем, что уголь, подаваемый в кипящий слой, предварительно подсушивают до влажности в диапазоне 0-35% масс. 1 з.п. ф-лы, 6 пр.

1. Способ получения углеродного сорбента путем частичной газификации угля в кипящем слое при температуре не ниже 650°С с использованием воздушного дутья, отличающийся тем, что уголь, подаваемый в кипящий слой, предварительно подсушивают до влажности в диапазоне 0-35% масс.

2. Способ получения углеродного сорбента по п. 1, отличающийся тем, что частичной газификации подвергают уголь с размером частиц от 0 до 20 мм и процесс осуществляют при температуре 650-950°С.