Способ получения гранулированного активного угля

 

Изобретение относится к сорбционной технике, в частности к способам получения гранулированных активных углей, и может быть использовано для получения активных углей, применяемых для очистки газов и жидкостей от вредных примесей и токсичных веществ, а также для других индустриальных и природоохранных целей. Предложен способ получения гранулированного активного угля, включающий смешение при температуре 30-60°С измельченного каменноугольного сырья с добавлением октаметилциклотетрасилоксана в количестве 0,5-3,0 мас.% и смоляного связующего, гранулирование смеси при температуре 60-100°С и давлении 80-100 кг/см², охлаждение гранул до комнатной температуры, карбонизацию гранул сначала со скоростью нагревания 10-25°С/мин в течение 12-24 мин, затем со скоростью нагревания 2-5°С/мин до 450-650°С и их активацию до суммарного объема пор 0,6-0,9 см³/г. Предложенный способ позволяет в значительной степени повысить механическую прочность гранулированного активного угля при сохранении на высоком уровне адсорбционной способности по йоду. 1 табл.

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к способам получения гранулированных активных углей, и может быть использовано для получения активных углей, применяемых для очистки газов и жидкостей от вредных примесей, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен способ получения активного угля из растительного сырья посредством термической обработки при температуре 600^oC, активации в присутствии водяного пара, диоксида углерода или кислорода при температуре 1100^oC, охлаждения и повторной термической обработки при температуре до 1500^oC без подвода активирующих агентов извне (Пат. ПНР N 140117, кл. С 01 В 31/10, опубл. 05.01.88 г.).

Недостатком известного способа является значительная сложность технологического процесса и аппаратуры, низкая прочность получаемого активного угля, неудовлетворительная воспроизводимость показателей качества готового продукта.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения гранулированного активного угля, включающий смешение измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего при температуре 30-60^oC в течение 12-15 минут, гранулирование смеси при температуре 60-80^oC и давлении 80-100 кг/см², охлаждение гранул до комнатной температуры, карбонизацию гранул сначала со скоростью нагревания 10-25 ^oC/мин в течение 12-24 минут, затем со скоростью нагревания 2-5^oC/мин до температуры 450- 650^oC и их активацию до суммарного объема пор 0,6-0,9 см³/г (А.с. СССР N 1836288 от 03.09.91 г., кл. С 01 В 31/08).

Недостатком указанного способа является низкая механическая прочность полученного гранулированного активного угля.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи: повышение механической прочности гранулированного активного угля при сохранении на высоком уровне адсорбционной способности, что достигается предложенным способом, включающим смешение измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего, гранулирование смеси, охлаждение гранул перед карбонизацией до комнатной температуры, карбонизацию гранул и их активацию.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что при смешении в сырье добавляют октаметилциклотетрасилоксан в количестве 0,5-3,0 мас.%.

Из научно-технической литературы авторам неизвестна технологическая операция добавления октаметилциклотетрасилоксана в количестве 0,5-3,0 мас.% в угольно-смоляную композицию при получении гранулированного активного угля.

Адсорбционную способность гранулированного активного угля, полученного по предлагаемому и известному способам, оценивали по йоду.

Способ осуществляется следующим образом.

В смеситель-гранулятор дозируют измельченное каменноугольное сырье в количестве 2,0-2,5 кг и включают перемешивание. Не прекращая перемешивания, добавляют смоляное связующее в количестве 0,83-1,05 кг в течение 1-2 минут. При достижении равномерного распределения связующего по всему объему смеси добавляют октаметилциклотетрасилоксан в количестве 0,014-0,107 кг и продолжают перемешивание в течение 3-5 минут при температуре 30-60^oC. Полученную однородную смесь гранулируют через фильеры с диаметром отверстий 1,0-3,5 мм при температуре 60-100^oC и давлении 80-100 кг/см². Сформованные гранулы охлаждают до комнатной температуры (15-25^oC) и подают на карбонизацию, которую проводят в барабанной вращающейся печи. При карбонизации сначала скорость нагревания поддерживают равной 10-25^oC/мин в течение 12-24 минут за счет горения летучих веществ и поддержания факела пламени, а затем поддерживают скорость нагревания 2-5^oC/мин до достижения температуры 450-650^oC. Активацию проводят во вращающейся или шахтной печи смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 850-950^oC до суммарного объема пор 0,6-0,9 см³/г. Отсеивают фракцию 1,5-3,0 мм и проводят определение показателей качества готового продукта. Механическая прочность полученного гранулированного активного угля составила 90-94%, адсорбционная способность составила 52,4-54,8%. Механическая прочность гранулированного активного угля, полученного по известному способу, составила 82-84%, адсорбционная способность составила 52,3-55,1%.

Пример 1.

В смеситель-гранулятор загружают 1,2 кг каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-76) и 1,2 кг каменноугольного полукокса длиннопламенного марки Д (ГОСТ 5442- 74), измельченных в шаровой мельнице до частиц размером 5-90 мкм. Включают перемешивание и добавляют связующее в количестве 1 кг в течение 2 минут. В качестве связующего берут лесохимическую смолу (ТУ 13-4000-77-160-84). При достижении равномерного распределения связующего по всему объему смеси добавляют октаметилциклотетрасилоксан (ТУ 38.103.85-78) в количестве 0,014 кг и продолжают перемешивание в течение 3 минут при температуре 50^oC. Полученную однородную смесь гранулируют через фильеры с диаметром отверстий 1,7 мм при температуре 80^oC и давлении 90 кг/см². Сформованные гранулы охлаждают до комнатной температуры (15-25^oC) и подают на карбонизацию, которую проводят в барабанной вращающейся печи сначала со скоростью нагревания 20^oC/мин в течение 15 минут, затем со скоростью нагревания 3^oC/мин до температуры 550^oC. Активацию проводят во вращающейся или шахтной печи смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 900^oC до суммарного объема пор 0,8 см³/г. Механическая прочность полученного гранулированного активного угля составила 90%, адсорбционная способность составила 54,3%.

Пример 2.

Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества октаметилциклотетрасилоксана, добавленного в сырье, которое составило 0,05 кг. Механическая прочность полученного гранулированного активного угля составила 91%, адсорбционная способность составила 54,7%.

Пример 3.

Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества октаметилциклотетрасилоксана, добавленного в сырье, которое составило 0,1 кг. Механическая прочность полученного гранулированного активного угля составила 93%, адсорбционная способность составила 54,2%.

Результаты исследования влияния количества добавленного в сырье октаметилциклотетрасилоксана на механическую прочность и адсорбционную способность полученного гранулированного активного угля приведены в таблице.

Как следует из результатов, приведенных в таблице, наибольшая механическая прочность гранулированного активного угля при сохранении на высоком уровне адсорбционной способности имеет место при добавлении в сырье октаметилциклотетрасилоксана в количестве 0,5-3,0 мас.%. При уменьшении количества добавленного в сырье октаметилциклотетрасилоксана менее 0,5 мас.% наблюдается заметное снижение механической прочности. Увеличение количества добавленного в сырье октаметилциклотетрасилоксана 3,0 мас.% не приводит к сколько-нибудь заметному изменению механической прочности гранулированного активного угля, однако при этом наблюдается уменьшение адсорбционной способности.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Повышение механической прочности гранулированного активного угля при сохранении на высоком уровне адсорбционной способности при добавлении в сырье октаметилциклотетрасилоксана в количестве 0,5-3,0 мас.%, вероятно, обусловлено следующей причиной.

При добавлении в угольно-смоляную композицию октаметилциклотетрасилоксана последний образует с частицами угля связи, которые при дальнейшей термообработке (карбонизация и активация) упрочняются. В результате образуется надмолекулярная пространственная структура из молекул октаметилциклотетрасилоксана, сшитых с углеродной матрицей. В этом случае добавка фактически играет роль армирующего элемента в составе гранул активного угля. При воздействии механических нагрузок на такие гранулы внешние напряжения перераспределяются по всему объему гранулы с использованием высокого прочностного модуля самих молекул октаметилциклотетрасилоксана, что и приводит к повышению механической прочности гранулированного активного угля.

Добавление в сырье октаметилциклотетрасилоксана в количестве менее 0,5 мас. % не приводит к существенному повышению механической прочности гранулированного активного угля по причине малого содержания армирующего элемента в составе угольно-смоляной композиции. С другой стороны, увеличение количества добавленного в сырье октаметилциклотетрасилоксана более 3,0 мас.% приводит к уменьшению адсорбционной способности вследствие блокировки сорбирующих пор активного угля молекулами добавки.

Таким образом, предложенный способ позволяет в значительной степени повысить механическую прочность гранулированного активного угля при сохранении на высоком уровне адсорбционной способности.

Реализация предложенного способа позволит значительно расширить область применения активного угля для очистки газов и жидкостей от вредных примесей, а также для других индустриальных и природоохранных целей, что даст возможность эффективно решить широкий круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а именно: на повышение механической прочности гранулированного активного угля при сохранении на высоком уровне адсорбционной способности, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Формула изобретения

Способ получения гранулированного активного угля, включающий смешение при 30 - 60^oС измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего, гранулирование смеси при температуре 60 - 80^oС и давлении 80 - 100 кг/см², охлаждение гранул до комнатной температуры, карбонизацию гранул сначала со скоростью нагревания 10 - 25^oС/мин в течение 12 - 24 мин, затем со скоростью нагревания 2 - 5^oС/мин до 450 - 650^oС и их активацию до суммарного объема пор 0,6 - 0,9 см³/г, отличающийся тем, что при смешении в сырье добавляют октаметилциклотетрасилоксан в количестве 0,5 - 3,0 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2