Способ получения формованного активного угля из древесных опилок

 

Древесные опилки просеивают и сушат, затем пропитывают раствором нитрата аммония при коэффициенте пропитки не менее 0,18 и формуют образцы, имеющие торцы. Полученные образцы устанавливают в виде блока между пластинами, ограничивающими их с противоположных торцов, помещают в инертную атмосферу, одновременно карбонизуют и активируют сжиганием при поджиге блока со стороны одной из пластин, охлаждают до комнатной температуры и очищают от примесей промывкой.

Изобретение относится к области получения активных углей, а именно к получению формованных образцов активных углей заданных форм и размеров.

В настоящее время наиболее распространенными методами активации являются химические за счет введения химически активных веществ. Процессы химической активации характеризуются коэффициентом пропитки. Коэффициент пропитки - отношение массы безводного активатора к массе сухого исходного вещества. В известных технологиях коэффициент пропитки варьируют в интервале (1,0-1,4) [1] Активный уголь, полученный методом химической активации, отличается однородностью пористой структуры и увеличением объема пор по сравнению, например, с парогазовой активацией. Однако химические активаторы требуют аппаратуры, выполненной из бронзы или футерованной бронзой. Процесс энергоемкий, т.к. протекает при температурах (700-900)^oC. Количество вводимого активатора требует длительной и сложной отмывки готового продукта, иногда с применением в качестве одной из отмывающих жидкостей раствора кислоты.

Стадия отмывки длительный и энергоемкий процесс, т.к. активный уголь отмывают горячей водой до тех пор, пока водяная вытяжка и содержание примесей в продукте не будут отвечать требованием ГОСТа на готовый продукт. В ряде случаев процесс отмывания длится несколько суток.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения профилированного углерода с высокой адсорбционной способностью к ионам тяжелых металлов, описанный в [2] Принципиальная схема способа состоит в следующем: 1. подготовка органических веществ, в том числе и древесных опилок (очистка от посторонних примесей, взвешивание).

2. подготовка фосфорной кислоты (расчет на количество органического вещества).

3. смешивание органических веществ с фосфорной кислотой.

4. нагревание полученной смеси при температуре (30-200)^oC с целью улучшения когезии смеси.

5. формование нагретой смеси в виде образцов, имеющих торцы.

6. обжиг формованных образцов при температуре (300-600)^oC с целью одновременной карбонизации и активации.

7. промывание полученного профилированного углерода водой длительное время.

8. сушка промытых образцов активного угля до постоянного веса.

Таким образом, приведенный способ длителен во времени, учитывая временные затраты на отмывку готового продукта; энергоемок, расход тепла извне на стадиях предварительного прогрева смеси органических веществ с фосфорной кислотой, прессования, карбонизации и активации образцов; осуществим при использовании специального оборудования для смешивания органических веществ с фосфорной кислотой и нагрева полученной смеси; требует дополнительных мер техники безопасности при работе с фосфорной кислотой.

Целью настоящего изобретения является разработка малоэнергоемкого, короткого по времени способа получения активного угля в виде крупных блоков заданной формы.

Поставленная цель достигается тем, что процесс получения формованного активного угля проводят в режиме устойчивого самоподдерживающего горения без подвода тепловой энергии извне, а получение формованных образцов достаточной механической прочности осуществляют за счет сдерживания удлинения образца в волне горения. Для реализации режима горения в состав опилок вводят нитрат аммония. Тепло, необходимое для горения, выделяется в результате взаимодействия продуктов распада нитрата аммония и легколетучих продуктов пиролиза древесины. Нитрат аммония при распаде образует только газообразные вещества, которые полностью окисляют легколетучие продукты распада древесных опилок и способствует окислению смолообразных составляющих продуктов пиролиза. В итоге получается достаточно чистый углеродный каркас с развитой микропористой структурой, который не требует длительной отмывки.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

1) Древесные опилки подвергают очистке от примесей просеиванием, выделяя фракции 1 5 мм 2) взвешивают 3) навеску опилок высушивают до влажности 10-15 вес.

4) готовят раствор нитрата аммония;
5) пропитывают навеску опилок раствором нитрата аммония при коэффициенте пропитки не менее 0,18
6) пропитанную навеску опилок высушивают при 70-80^oC до влажности 2-3 вес.

7) высушенные пропитанные опилки формуют под давлением 500-1000 кг/см² в виде образцов имеющих торцы.

8) формованные образцы устанавливают между пластинами, ограничивающими их длину с двух противоположных торцов
9) полученный блок помещают в инертную атмосферу
10) поджигают блок со стороны одной из пластин
11) охлаждают полученный формованный уголь до комнатной температуры
12) промывают уголь до pH промывных вод 6,0-6,5
13) высушивают промытый уголь до влажности 2-3 вес.

К признакам способа, на которые распространяют испрашиваемый объем правовой охраны, относят:
пропитывание навески высушенных опилок раствором нитрата аммония при коэффициенте пропитки не менее 0,18;
высушивание пропитанных опилок при (70-80)^oC до влажности (2-3) вес.

размещение формованных образцов между пластинами, ограничивающими их длину с двух противоположных торцов;
помещение полученного блока в инертную атмосферу;
поджиг блока со стороны одной из пластин;
охлаждение полученного образца до комнатной температуры.

Реализация предлагаемого способа показана на примере получения блока активного угля диаметром 40 мм и высотой 80 мм. Опилки просеивают через сито с ячейками 1,5х1,5 мм. Взвешивают 1 кг опилок. Высушивают навеску в течение 24-36 часов при температуре 100-110^oC до влажности 2-3% Растворяют 0,499 кг нитрата аммония в 1 л воды. Пропитывают 1 кг опилок в 1 л раствора нитрата аммония, что соответствует коэффициенту пропитки 0,18. Пропитанные опилки сушат в течении 24-36 часов при температуре 70-80^oC до влажности 2-3 вес. Под давлением 500 кг/см² прессуют сухую смесь в виде цилиндрических образцов высотой 18-20 мм, диаметром 40 мм. Размещают формованные образцы между пластинами, ограничивающими их длину с двух противоположных торцов. Помещают полученный блок в атмосферу азота при давлении не менее 0,1 кг/см². Поджигают блок со стороны одной из пластин накаленной спиралью, оставляют запал до устойчивого воспламенения образца, после чего отводят в сторону. Горение блока из 4-х образцов в самоподдерживающем режиме длится 160-200 сек. Блок активного угля охлаждают, при этом вес полученного формованного образца активного угля составляет 0,25-0,26 от веса непропитанных опилок, а диаметр цилиндрического образца равен 35-37 мм. Полученный образец промывают водой до pH промывных вод 6,0-6,5 и высушивают до влажности 2-3 вес.

Полученный активный уголь анализировали на адсорбционную активность по йоду суммарный объем пор по воде, кажущуюся плотность и массовую долю золы разрушающее напряжение сжатия и относительную деформацию сжатия при разрушении.

Приведены характеристики формованного активного угля, полученного по предлагаемому способу:
Адсорбционная активность по йоду, (60-62)
Суммарный объем пор по воде, см³/г (3,4-3,7)
Кажущаяся плотность, г/см³ (0,2-0,3)
Массовая доля золы, вес. (2,5-3,0)
Разрушающее напряжение сжатия, кг/см² (6,0-6,2)
Относительная деформация сжатия при разрушении, (43-45)
Ниже для сравнения даны характеристики ряда марок активных углей, используемых для адсорбции из водных сред в фильтровальных установках, очистки парового конденсата от масла и других примесей, адсорбции из растворов, в ликеро-водочном производстве для адсорбции различных примесей. 1. Адсорбционная активность по йоду, не менее
БАУ-А 60; БАУ-Ау 60; ДАК 30; БАУ-МФ 70. 2. Суммарный объем пор по воде, см³/с, не менее
БАУ-А 1,6; БАУ-Ау 1,7; ДАК 1,4; БАУ-МФ не нормируется; массовая доля золы, вес. не более
БАУ-А 6; БАУ-Ау 7; ДАК 6; БАУ-МФ 10.

Таким образом, разработанный способ позволяет получить непосредственно из древесных опилок формованный активный уголь.

Полученный по предлагаемому способу активный уголь по характеристикам не уступает маркам активных углей.

Проведение процесса в режиме самоподдерживающего горения позволяет сократить затраты тепловой энергии. Тепло необходимо только для поджигания образца.

Резко сокращаются затраты на отмывание готового изделия.

Способ технологически гибок, т.к. позволяет менять свойства активного угля за счет введения различных веществ, изменения коэффициента пропитки, давления прессования, давления, при котором производят сжигание образца, величины зазора между образцом и ограничивающей пластиной.

Предлагаемый способ не требует для реализации дорогостоящего технологического оборудования и разработки специальных мероприятий по технике безопасности проводимых работ.

Формование образцов активного угля происходит непосредственно в волне горения исходных изделий и не требует дополнительного технологического цикла, причем размеры и формы готовых изделий легко варьируются по желанию заказчика.

Формула изобретения

Способ получения формованного активного угля, включающий пропитку древесных опилок раствором химического реагента, формование образцов, имеющих торцы, их одновременную карбонизацию, активацию и очистку от примесей промывкой, отличающийся тем, что перед пропиткой древесные опилки просеивают и сушат, пропитку осуществляют раствором нитрата аммония при коэффициенте пропитки не менее 0,18, после формования образцы устанавливают в виде блока между пластинами, ограничивающими их с противоположных торцов, и помещают в инертную атмосферу, карбонизацию и активацию осуществляют сжиганием при поджиге блока со стороны одной из пластин, после чего осуществляют охлаждение до комнатной температуры.