Способ получения углеродного сорбента

 

Сущность изобретения: к саже добавляют 30 - 40 мас.% в пересчете на абсолютно сухое вещество тонкораздробленного каменного угля с размером частиц, кратным 4000 - 8000 усредненным диаметрам частиц сажи, и перемешивают в течение 40 - 55 мин. Смесь подвергают пластикации и гранулированию. Гранулы карбонизуют и активируют водяным паром. 1 табл.

Изобретение относится к способам осуществления технологических процессов, в особенности к способам получения сорбирующих материалов на основе углерода, в частности к способам переработки сажи в мезопористые угольные сорбенты.

Известен способ переработки сажи в мезопористый угольный сорбент, принятый за прототип.

Этот способ предполагает приемку пускаемой в дело сажи, компонование сажесырьевой массы, составление технологической добавки связующего агента, объединение сажесырьевой массы с технологической добавкой, пластикацию смеси, гранулирование пластиката, карбонизацию гранулята, парогазовую активацию карбонизата и отделение от активата целевой гранулометрической продуктовой фракции.

Особенностью этого способа является то, что компонование сажесырьевой массы осуществляют, как рафинационное, в частности однокомпонентное, для чего в ходе него сажу используют в качестве беспримесной сырьевой основы, лишенный соединения с сырьевой добавкой примексного материала. Это приводит к возможности развития структуры целевой продуктовой фракции только с опорой на возможную полостность сажевых агломератов, с контактированием в них сажевых частиц по принципу плотной шаровой упаковки. Узость указанной возможности не позволяет добиться оптимальности структурированности получаемого угольного сорбента, требующей дополнения базовой пористости, в нашем случае мезопористости, строго заданным объемом кондиционирующей пористости, в нашем случае микро- и макропористостью.

Основным недостатком известного способа является необеспечиваемость им оптимальности структурированности получаемого сорбента.

Задачей изобретения является устранение основного недостатка прототипа.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе, начиная с приемки пускаемой в дело сажи и кончая отделением от активата целевой гранулометрической фракции после приемки деловой сажи осуществляют составление из нее сырьевой основы, параллельно которому производят приготовление сырьевой кондиционирующей добавки на основе тонкораздробленного каменного ископаемого угля, частицы которого взяты с размерами, кратными 4000-8000 усредненным диаметром сажевых частиц. При этом компонование сажесырьевой массы производят, как рецептуросоставительное, при котором объединяемую с сырьевой основой сырьевую кондиционирующую добавку берут в количестве 30-40 мас. в расчете на абсолютно сухое вещество. После компонования сажесырьевой массы осуществляют ее гомогенизирование за счет сухого перемешивания в течение 40-55 мин.

Выдерживание в сырьевой кондиционирующей добавке размеров частиц ископаемого угля, кратными менее 4000 усред- ненным диаметром сажевых частиц, ведет к уменьшению объема замыкания контактными угольными гранями межзазоровых полостей и в конечном итоге к уменьшению сажеемкости сажесырьевой массы. Выдерживание этих же размеров, кратными более чем 8000 усредненным диаметрам сажевых частиц, ведет к уменьшению их суммарной внешней поверхности, определяющей интенсивность массообмена между структурными образованиями сажевой и угольной фаз.

Взятие сырьевой кондиционирующей добавки в количестве менее, чем 30 мас. ведет к незаполненности сажевой фазой объема замыкания контактными угольными гранями межзазоровых полостей и угольных частиц и к избыточному заливу незаполненных свободных пустот технологической добавкой связующего агента, образующего в продукте слабоструктурированную продуктовую составляющую. Взятие этой же добавки в количестве, большем, чем 40 мас. ведет к переполненности угольной насыпки сажевой фазой, разводящей на удаление друг от друга угольные частицы до потери ими мостиковых контактов, необходимых для связывания в конечном продукте в единую пропускную транспортную цепь структуронесущих образований идущую сквозь угольные поры.

Ведение перемешивания гомогенизируемой сажесырьевой массы менее чем 40 мин не позволяет добиться полноты заполнения сажевой фазой объема зазоровых полостей между контактными гранями угольных частиц. Ведение этого же перемешивания более, чем 55 мин ведет к разрушению угольных частиц и недопустимому уменьшению их размеров по отношению к частицам сажи.

П р и м е р 1. Для обеспечения получения требуемого мезопористого сорбента осуществляют приемку пускаемой в дело сажи. В ходе приемки сажи следят, чтобы ее масса была составлена преимущественно частицами шарообразной формы со средним диаметром величиной 60 нм. После приемки сажи осуществляют составление из нее сырьевой основы. Для этого сажу переводят в дозировочный ворох, не допуская ее загрязнения посторонними примесями. Параллельно составлению из сажи сырьевой основы осуществляют приготовление сырьевой кондиционирующей добавки. Указанное приготовление осуществляют с использованием тонкораздробленного каменного угля. Используемый уголь берут с частицами, размер которых взят соответствующим минимальной величине в допустимом интервале значения, в частности кратным 4000 усредненным диаметром сажевых частиц. Далее производят компонование сажесырьевой массы, которое осуществляют, как рецептуросоставительное. Для этого производят объединение сырьевой основы с заданным количеством сырьевой добавки. Указанное количество устанавливают соответствующим минимальной величине в допустимом интервале значений, в частности соответствующим 30 мас. в расчете на абсолютно сухое вещество. По завершению компонования сажесырьевой массы производят ее гомогенизирование, ведомое за счет сухого перемешивания в течение определенного промежутка времени. Продолжительность перемешивания устанавливают соответствующей минимальной величине в допустимом интервале значений, в частности равным 40 мин. Ведомое перемешивание обеспечивает смыкание угольных частиц друг с другом по их граням, образование их контактными гранями межзазоровых полостей и полную заливку объема этих полостей сажевой фазой. При проведении перемешивания не исключают его эффектизирование приложением к гомогенизату вибрации или ультразвука. Параллельно компонованию сажесырьевой массы осуществляют составление технологической добавки связующего агента. Указанное составление производят из 70 мас. препарированной лесотехнической смолы, нагретой до 85^оС и загущенной 30 мас. каменноугольной смолы. В процессе составления технологической добавки производят помещение ее массы в расходный изотермируемый объем. Эту массу подвергают перемешиванию. Далее скомпонованную сажесырьевую массу подвергают дозированию. Сформированную фазу разогревают до 70^оС. Затем производят объединение отдозированной сажесырьевой массы с технологической добавкой. В ходе производимого объединения сырьевой массы с технологической добавкой последнюю берут с расчетом попадания ее в получаемую смесь в количестве 25 мас. После этого производят механическую пластикацию полученной смеси в условиях сохранения поддержания ее в термопластичном состоянии. По мере наработки требуемого пластиката производят его гранулирование. Для этого пластикат подвергают экструдированию через формовочные фильеры диаметром 1 мм. После приемки сформированного гранулята осуществляют его карбонизацию. В ходе карбонизации гранулят подвергают прогреву до 900-1000^оС в токе выделяемых им летучих продуктов термического разложения сырьевой и технологической добавок. В результате получают обезлетученный карбонизат с сохраненными практически в неизмененном состоянии сажевыми частицами. На конечной стадии процесса производят парогазовую активацию наработанного карбонизата. В качестве активирующего агента в ходе указанной активации используют практически беспримесный водяной пар, нагретый до 850^оС. Сажевые частицы продолжают сохранять в ходе активации практически неизменное состояние, образуя гетерогенный (на микроуровне) активат. В завершение производят отделение от активата целевой гранулометрической продуктовой фракции, составленной частицами диаметром 1 мм.

Составляющий указанную фракцию продукт подвергают испытанию. В результате испытаний установлено, что 80 об. его мезопор определена размерным диапазоном с радиусом пор 65-70 нм. При этом содержание самих мезопор в пористом объеме сорбционной массы составляет 32 об. Поверхность мезопор сорбента составляет 75 м²/г. Прочность сорбента на истирание составила 75 мас.

П р и м е р 2. Процесс ведут при всех условиях, соответствующих примеру 1, за исключением того, что размер частиц используемого в качестве сырьевой добавки каменного угля, количество сырьевой добавки и время ее сухого перемешивания с сырьевой основой устанавливают соответствующими максимальным величинам в допустимых интервалах значений. В частности размер частиц угля выдерживают кратным 8000 усредненным диаметрам сажевых частиц, количество сырьевой добавки выдерживают соответствующим 40 мас. Время перемешивания устанавливают равным 55 мин.

В результате испытаний целевой гранулометрической продуктовой фракции установлено, что 87 об. ее мезопор определена размерным диапазоном радиуса пор 65-70 нм. При этом содержание самих мезопор в пористом объеме сорбционной массы составляет 33 об. Поверхность мезопор сорбента составила 76 м²/г. Прочность сорбента на истирание составила 77 мас.

П р и м е р 3. Процесс ведут при всех условиях, соответствующих примеру 1, за исключением того, что размер частиц используемого в качестве сырьевой добавки каменного угля, количество сырьевой добавки и время ее сухого перемешивания с сырьевой основой устанавливают соответствующими промежуточным величинам в допустимых интервалах значений. В частности, размер частиц угля выдерживают кратным 7000 усредненным диаметрам сажевых частиц, количество сырьевой добавки выдерживают соответствующим 37 мас. Время перемешивания устанавливают равным 55 мин.

В результате испытаний целевой гранулометрической продуктовой фракции установлено, что 90 об. ее мезопор определена размерным диапазоном радиуса пор 65-70 нм. При этом содержание самих мезопор в пористом объеме сорбционной массы составляет 34 об. Поверхность мезопор сорбента составляет 78 м²/г. Прочность сорбента на истирание составляет 79 мас.

Данные по всем приведенным выше примерам реализации предлагаемого способа сведены в таблицу, в которой они даны в сравнении с результатами получения активированного угля марки АГ-5, производимого по ГОСТ 20777-75 с использованием бессажевой сырьевой основы, в частности с использованием мелкораздробленного мезопористого полукокса.

Из таблицы видно, что наилучшие результаты были достигнуты при реализации предлагаемого способа в соответствии с примером 3.

Техническим преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является обеспеченность им повышенного ресурсосбережения.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА, включающий добавление к саже связующего агента, пластикацию смеси, ее гранулирование, карбонизацию гранул и их активацию водяным паром, отличающийся тем, что предварительно к саже добавляют 30 - 40 мас.% в пересчете на абсолютно сухое вещество тонкораздробленного каменного угля с размером частиц, кратным 4000 - 8000 усредненным диаметрам частиц сажи, с последующим перемешиванием в течение 40 - 55 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1