Способ получения углеродного сорбента Российский патент 2024 года по МПК B01J20/30 B01J20/20 

Область техники

Изобретение относится к способам получения углеродных сорбентов и может быть использовано в химической технологии.

Уровень техники

Известен способ получения углеродного адсорбента в вертикальном аппарате шахтного типа с внутренним обогревом, в котором активация производится в среде, содержащей пар, газ и воздух. Недостатками данного способа являются потребность во внешнем теплоносителе (горячий газ), неравномерность температурного профиля по высоте слоя, низкая адсорбционная активность (не более 25% по йоду) и удельная поверхность активированного угля и наличие в выходящих газах жидких и парообразных продуктов пиролиза.

Ближайшим техническим решением к заявленному способу является способ получения углеродного адсорбента, включающий термообработку слоя угля фракции 5-20 мм в вертикальном аппарате шахтного типа при подаче воздуха через слой угля, разожженный со стороны, противоположной подаче воздуха, при удельном расходе воздуха 100-400 м³/(м²⋅ч) (патент РФ №2014883). Недостатком данного способа является низкая удельная производительность. Так, в приведенном в патенте РФ №2014883 примере диаметр аппарата составляет 0,35 м, что соответствует площади его поперечного сечения 0,096 м². Расход воздуха составляет 35 м³/ч, то есть удельный расход воздуха с учетом площади реактора составляет 365 м³/(м²⋅ч). Из загруженного в аппарат 135 кг угля за время 8 ч получено 37 кг сорбента. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки Б2 (бородинский уголь) с влажностью 30% составляет 48 кг/(м²⋅ч). При этом в описании изобретения указано, что при снижении расхода воздуха менее 100 м³/(м²⋅ч) адсорбционная активность по йоду снижается до показателя менее 35%, а скорость движения фронта горения, определяющая удельную производительность реактора, снижается вдвое, что, в свою очередь, вдвое снижает и удельную производительность процесса-до 24 кг/(м²⋅ч).

Задачей настоящего изобретения является интенсификация процесса производства сорбента и расширение сырьевой базы для производства сорбентов путем применения низкомарочных бурых углей.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение производительности одностадийного процесса получения сорбента при частичной газификации угля в стационарном слое, а также в увеличении адсорбционной активности по йоду сорбентов, получаемых при низких удельных расходах воздуха, в том числе из низкомарочных углей. Технический результат достигается за счет предварительного подсушивания угля перед осуществлением процесса частичной газификации. Сущность изобретения заключается в следующем.

В шахтный аппарат через загрузочный люк загружают дробленый предварительно подсушенный до определенной влажности в диапазоне от 0% до 40% уголь с размером частиц от 1 мм до 30 мм, под газораспределительную решетку внизу шахты подают воздушное дутье с удельным расходом от 70 м³/(м²⋅час) до 400 м³/(м²⋅час) и поджигают слой угля со стороны, противоположной подаче дутья, с целью образования обратной тепловой волны, которая с постоянной скоростью смещается навстречу потоку воздуха, оставляя за собой слой горячего кокса. Уголь при прохождении тепловой волны последовательно подвергается нагреву, сушке и пиролизу. Горючие продукты пиролиза полностью сгорают в кислороде воздуха с образованием диоксида углерода и водяного пара, которые затем восстанавливаются на горячей поверхности кокса до оксида углерода и водорода, образуя, таким образом, горючий газ, не содержащий углеводородов ряда выше метана, в том числе конденсируемых смолистых веществ. После достижения тепловой волной уровня газораспределительной решетки процесс завершается. По завершению процесса коксования производят охлаждение (сухое тушение) кокса, после чего охлажденный кокс выгружают через люк, расположенный внизу аппарата.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 21,7 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 5-20 мм марки 2Б, имеющего следующий технический: W^r=20,3%, A^d=4,0%, V^daf=46%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 400 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 3,5 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 6,9 кг, или 31,8% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,5%, A^d=10,3%, V^daf 6,5%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 64,8%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки 2Б с влажностью 20,3% составляет 53,4 кг/(м²⋅ч).

Пример 2. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 21,3 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 1-15 мм марки 2Б, имеющего следующий технический: W^r=14,7%, A^d=4,0%, V^daf=46%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 100 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 5,3 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается.

Выход сорбента составил 9,8 кг, или 46,0% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,6%, A^d=8,0%, V^daf=5,9%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 61,3%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки 2Б с влажностью 14,7% составляет 51,8 кг/(м²⋅ч).

Пример 3. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 20,4 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 10-30 мм марки 2Б, имеющего следующий технический: W^r=0,0%, A^d=4,0%, V^daf=46%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 150 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 2,9 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 8,8 кг, или 43,0% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,0%, A^d=7,9%, V^daf=5,7%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 60,1%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки 2Б с влажностью 5,0% составляет 88,1 кг/(м²⋅ч).

Пример 4. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 20,2 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 10-30 мм марки 2Б, имеющего следующий технический: W^r=0,0%, A^d=4,0%, V^daf=46%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 70 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 3,6 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 10,3 кг, или 51,2% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,0%, A^d=6,4%, V^daf=10,9%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 45,2%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки 2Б с влажностью 0,0% составляет 85,7 кг/(м²⋅ч).

Пример 5 (сравнительный). В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 22,0 кг угля класса крупности 5-15 мм марки 1Б, имеющего следующий технический: W^r=49%, A^d=9,0%, V^daf=48%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 180 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 10 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 4,4 кг, или 20,0% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,5%, A^d=22,1%, V^daf=5,3%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 35,1%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании неподсушенного бурого угля марки 1Б с влажностью 46% составляет 14,0 кг/(м²⋅ч).

Пример 6. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 22,0 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 5-15 мм марки 1Б, имеющего следующий технический: W^r=40,0%, A^d=9,0%, V^daf=48%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 180 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху.

Через 9,0 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 5,5 кг, или 25,0% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,5%, A^d=20,6%, V^daf=6,7%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 47,4%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании подсушенного бурого угля марки 1Б с влажностью 40,0% составляет 19,5 кг/(м²⋅ч).

Таким образом, использование изобретения позволяет увеличить производительность одностадийного процесса получения сорбента при частичной газификации угля в стационарном слое при сохранении его сорбционных свойств, и дополнительно увеличить сорбционную активность сорбента, получаемого при низких удельных расходах воздуха, в том числе из углей низкой стадии метаморфизма.

Изобретение относится к способам получения углеродных сорбентов и может быть использовано в химической технологии. Представлен способ получения углеродного сорбента, включающий термоокислительную обработку слоя угля с размером частиц от 1 мм до 30 мм в вертикальном аппарате шахтного типа при подаче через него воздуха со стороны, противоположной стороне розжига слоя угля, характеризующийся тем, что уголь перед осуществлением процесса термоокислительной обработки подсушивают до влажности в диапазоне от 0% до 40%. Изобретение обеспечивает увеличение производительности одностадийного процесса получения сорбента при частичной газификации угля в стационарном слое, а также увеличение адсорбционной активности по йоду сорбентов, получаемых при низких удельных расходах воздуха, в том числе из низкомарочных углей. 1 табл., 3 пр.

Способ получения углеродного сорбента, включающий термоокислительную обработку слоя угля с размером частиц от 1 мм до 30 мм в вертикальном аппарате шахтного типа при подаче через него воздуха со стороны, противоположной стороне розжига слоя угля, характеризующийся тем, что уголь перед осуществлением процесса термоокислительной обработки подсушивают до влажности в диапазоне от 0% до 40%.