Способ получения гранулированного активированного угля Российский патент 2024 года по МПК C01B32/312 C01B32/384 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения гранулированных активированных углей предназначенных для очистки газов и воздуха, а так же в качестве носителей катализаторов и химических поглотителей.

Известен способ получения гранулированного активного угля, согласно которому в качестве связующего используются остаточные продукты нефтепереработки, при этом соотношение углеродсодержащего материала, в качестве которого используется неспекающийся каменный уголь, и связующего определяется на основании реологических свойств угольных композиций со связующим (патент RU 2637240 C1, МПК C01B 31/14, опубл. 01.12.2014).

Недостатком данного способа является использование малотоннажных остаточных продуктов нефтепереработки, которые не являются товарной продукцией и не могут обеспечить потребности промышленного производства. Полученные сорбенты обладают невысокой прочностью.

Известен способ получения гранулированного активного угля, согласно которому в качестве связующего используется каменноугольная смола марки А, в качестве углеродсодержащего материала - каменный уголь марки СС, при этом в состав угольно-смоляной композиции в качестве легирующей добавки вводится тристриметилсилоксифенилсилан (патент RU 2534248 C1, МПК C01B 31/08, опубл. 27.11.2014).

Недостатком данного способа, является использование в качестве добавки тристриметилсилоксифенилсилана - кремнийорганического соединения, что потенциально повышает зольность гранулированного активного угля.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ получения гранулированного активного угля, включающий смешение связующего с углеродсодержащим материалом - каменным углем, формование полученной пасты, двухстадийную термическую обработку гранул. В качестве связующего выступает древесная смола, смешанная с 0,1-0,5%-ным водным раствором оксиэтилированного изононилфенола со степенью оксиэтилирования 12, взятым в количестве 2-20 мас.%. В качестве углеродного материала используется измельченный каменный уголь (авторское свидетельство SU 1768509 A1, МПК C01B 31/08, опубл. 15.10.1992). Способ позволяет повысить выход активного угля. Способ, описанный в данном авторском свидетельстве, выбран за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - способ получения гранулированного активированного угля, включающий смешение связующего, содержащего добавку в виде неионогенного ПАВ, с углеродсодержащим материалом - каменным углем, формование полученной пасты, двухстадийную термическую обработку гранул.

Недостатком данного способа является появление дополнительной технологической стадии, связанной с необходимостью приготовления водного раствора неионогенного ПАВ, а также невысокая прочность готового сорбента.

Техническая проблема, решаемая предполагаемым изобретением, и технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, это улучшение вязкостных характеристик связующего, облегчение процесса смешения углеродсодержащего материала и связующего, процесса формования гранул, получение гранулированного активированного угля с высокой прочностью и долей микропор в сорбционном объеме пор 88-95%.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения гранулированного активированного угля, включающем смешение связующего с углеродсодержащим материалом - каменным углем, формование полученной пасты, двухстадийную термическую обработку гранул, согласно изобретению в качестве связующего используют коксохимическую смолу, в которую вводят ПАВ неионогенного типа - синтанол в количестве не менее 1 мас.%.

В предпочтительном варианте вводят неионогенное поверхностно-активное вещество - синтанол в коксохимическую смолу в соотношении, мас.%:

коксохимическая смола 95-99 95-99 синтанол 1-5

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - использование в качестве основного компонента связующего коксохимической смолы, в которую вводят в качестве добавки - ПАВ неионогенного типа - синтанол в индивидуальном виде в количестве не менее 1 мас.%; вводят неионогенное поверхностно-активное вещество - синтанол в коксохимическую смолу в соотношении, мас.%: коксохимическая смола - 95-99; синтанол - 1-5.

Использование указанного способа получения гранулированного активированного угля позволит существенно улучшить вязкостные характеристики связующего, что в свою очередь улучшит процесс приготовления пасты для формования, процесс формования гранул, качественные характеристики гранулированного активированного угля.

Введение ПАВ в коксохимическую смолу приводит к снижению вязкости связующего, уменьшению давления при формовании гранул, повышению прочности готового активированного угля и увеличению доли микропор в объеме сорбционных пор.

При содержании неионогенного ПАВ в составе композиционного связующего ниже 1 мас.% существенного изменения вязкостных характеристик связующего не наблюдается. Содержание неионогенного ПАВ в составе композиционного связующего выше 5 мас.% не приводит к дальнейшему улучшению вязкостных характеристик связующего.

В составе предлагаемой композиции для получения гранулированного активированного угля были использованы следующие компоненты:

- слабоспекающийся каменный уголь по ГОСТ 25543-2013;

- коксохимическая смола с динамической вязкостью при 60°С 0,074 Па·с и коксуемостью 22,51 %.

- неионогенное поверхностно-активное вещество - синтанол, представляющее собой смесь этоксилированных спиртов с общей формулой RO(СН₂СН₂О)₁₂Н.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения:

Пример 1.

В коксохимическую смолу с динамической вязкостью при 60°С 0,074 Па·с и массовой долей кокса 22,51 % массой 34,65 г, предварительно подогретую до 60°С, вводят 0,35 г неионогенного ПАВ - синтанола. Полученное связующее с динамической вязкостью 0,066 Па·с перемешивают и далее смешивают с пылью каменного угля марки ССОМ массой 65 г. Перемешивание осуществляют в лопастном смесителе в течение 15-20 минут. Полученную пасту гранулируют на шнековом грануляторе с диаметром отверстий фильеров 5 мм. Полученные гранулы сушат на воздухе в течение 1 суток, затем в сухожаровом шкафу при температуре 110°С в течение 2 часов, карбонизуют при температуре 550°С в инертной атмосфере и активируют при температуре 850°С в среде перегретого водяного пара. Полученный гранулированный активированный уголь обладает площадью удельной поверхности по БЭТ (S_BET) 422 м²/г и долей микропор в объеме сорбционных пор 88%.

Пример 2

В коксохимическую смолу с динамической вязкостью при 60°С 0,074 Па·с и массовой долей кокса 22,51 % массой 32,98 г, предварительно подогретую до 60°С, вводится 1,02 г неионогенного ПАВ - синтанола. Полученное связующее с динамической вязкостью 0,056 Па·с перемешивают и далее смешивают с пылью каменного угля марки ССОМ массой 66 г, перемешивание осуществляяют в лопастном смесителе в течение 15-20 минут. Полученную пасту гранулируют на шнековом грануляторе с диаметром отверстий фильеров 5 мм. Полученные гранулы сушат на воздухе в течение 1 суток, затем в сухожаровом шкафу при температуре 110°С в течение 2 часов, карбонизуют при температуре 550°С в инертной атмосфере и активируют при температуре 850°С в среде перегретого водяного пара. Полученный гранулированный активированный уголь обладает площадью удельной поверхности по БЭТ (S_BET) 706 м²/г и долей микропор в объеме сорбционных пор 94%.

Пример 3

В коксохимическую смолу с динамической вязкостью при 60°С 0,074 Па·с и массовой долей кокса 22,51 % массой 31,35 г, предварительно подогретую до 60°С, вводится 1,65 г неионогенного ПАВ - синтанола. Полученное связующее с динамической вязкостью 0,050 Па·с перемешивают и далее смешивают с пылью каменного угля марки ССОМ массой 67 г, перемешивание осуществляют в лопастном смесителе в течение 15-20 минут. Полученную пасту гранулируют на шнековом грануляторе с диаметром отверстий фильеров 5 мм. Полученные гранулы сушат на воздухе в течение 1 суток, затем в сухожаровом шкафу при температуре 110°С в течение 2 часов, карбонизуют при температуре 550°С в инертной атмосфере и активируют при температуре 850°С в среде перегретого водяного пара. Полученный гранулированный активированный уголь обладает площадью удельной поверхности по БЭТ (S_BET) 509 м²/г и долей микропор в объеме сорбционных пор 95%.

Примеры 4-5 выполнены по примеру 1, соотношение коксохимической смолы и неионогенного ПАВ - синтанола составляет, мас.%:

Пример 4 - 98:2.

Пример 5 - 96:4.

Примеры 6-7 выполнены по примеру 2, соотношение коксохимической смолы и неионогенного ПАВ - синтанола составляет, мас.%:

Пример 6 - 99,5:0,5.

Пример 7 - 90:10.

Пример 8 выполнен по примеру 1 без добавки неионогенного ПАВ - синтанола в коксохимическую смолу.

Таблица

Образец по примеру Содержание коксохимической смолы в составе связующего, мас.% Содержание неионогенного ПАВ в составе связующего, мас.% Динамическая вязкость связующего при 60°С, Па·с Удельная площадь поверхности по БЭТ, м²/г Доля микропор в объеме сорбционных пор, % Прочность, % Прототип 95 мас.% древесной смолы 5% водного раствора концентрации 1% 37 (при 20°С) 685 78 70 1 99 1 0,066 422 88 91 2 97 3 0,056 706 94 93 3 95 5 0,050 509 95 95 4 98 2 0,062 723 92 92 5 96 4 0,055 634 94 93 6 99,5 0,5 0,074 520 89 87 7 90 10 0,049 511 92 93 8 100 0 0,074 546 91 85

Как видно из таблицы, содержание в связующем коксохимической смолы в количестве 95-99 мас.% и ПАВ неионогенного типа - синтанола в количестве 5-1 мас.% позволяет получить гранулированный активированный уголь с высокой прочностью и долей микропор в сорбционном объеме пор 88-95%.

Повышение содержания неионогенного ПАВ в составе связующего выше 5 мас.% не приводит к изменению качества получаемого активированного угля, в связи с этим является экономически нецелесообразным.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения гранулированных активированных углей, предназначенных для очистки газов и воздуха, а также в качестве носителей катализаторов и химических поглотителей. Способ включает смешение связующего с углеродсодержащим материалом – каменным углем, формование полученной пасты, двухстадийную термическую обработку гранул. Причем в качестве связующего используют коксохимическую смолу в количестве 95-99 мас.%, в которую вводят ПАВ неионогенного типа – синтанол в количестве 1-5 мас.%. Технический результат заявленного изобретения заключается в улучшении вязкостных характеристик связующего, облегчении процесса смешения углеродсодержащего материала и связующего, процесса формования гранул, получении гранулированного активированного угля с высокой прочностью и долей микропор в сорбционном объеме пор 88-95%. 1 табл., 8 пр.

Способ получения гранулированного активированного угля, включающий смешение связующего с углеродсодержащим материалом – каменным углем, формование полученной пасты, двухстадийную термическую обработку гранул, отличающийся тем, что в качестве связующего используют коксохимическую смолу, в которую вводят ПАВ неионогенного типа – синтанол, при следующем соотношении, мас.%:

коксохимическая смола 95-99 синтанол 1-5