Способ получения активного угля на основе растительных отходов

Авторы патента:

C01B32/318 - Неметаллические элементы; их соединения

Изобретение относится к области получения активных углей, используемых в процессах очистки жидкостей. Предложен способ получения активного угля, включающий карбонизацию и парогазовую активацию растительного сырья. В качестве сырья используют предварительно подсушенные и измельченные оболочки семян манго. Карбонизацию осуществляют нагреванием сырья со скоростью 10-15°С/мин до температуры 550-600°С и изотермической выдержкой при конечной температуре в течение 20-40 минут. Активацию проводят при 800-820°С. Технический результат изобретения: получение активного угля на основе растительных отходов, обладающего эффективностью при осветлении растворов желатина. 3 пр.

Изобретение относится к области получения активных углей и может быть использовано в процессах очистки жидкостей и растворов от нежелательных примесей.

Известен способ получения активного угля из соломы зерновых культур, включающий измельчение соломы на куски размером 1-10 см, их карбонизацию, активацию при 820-850°С водяным паром и охлаждение, отличающийся тем, что карбонизацию осуществляют в среде водяного пара в две стадии: сначала при 450-500°С, а затем при 700-750°С с выдержкой после каждой стадии карбонизации в течение 70-90 мин (см. пат. РФ №2596252 кл. С01В 37/08 опубл. 10.09.2016).

Недостатком известного способа является сложность осуществления процесса, особенно на стадии измельчения исходного сырья и термообработки во вращающихся печах.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения углеродного сорбента, включающий карбонизацию косточкового сырья, активацию, магнитную сепарацию, отмывку и сушку, отличающийся тем, что карбонизацию осуществляют с изотермической выдержкой при температуре 750±10°С в течение 20-30 мин, а перед отмывкой проводят обработку адсорбента острым паром при температуре 200-250°С и соотношении угля и пара, равном 1:(7-10) (см. пат. РФ №2377179 кл. С01В 31/08 опубл. 27.12.2009).

Техническим результатом (целью) изобретения является получение активного угля с повышенной эффективностью в осветлении растворов желатина.

Этот технический результат достигается способом получения активного угля на основе растительных отходов, включающим подготовку исходного сырья, его карбонизацию и парогазовую активацию, при этом в качестве исходного сырья используют предварительно подсушенные при 70-80°С и измельченные с выделением фракции 1-5 мм оболочки семян манго, карбонизацию осуществляют нагреванием сырья со скоростью 10-15°С/мин до температуры 550-600°С и изотермической выдержкой при конечной температуре 20-40 мин, а парогазовую активацию проводят водяным паром при температуре 800-820°С.

Отличие предлагаемого способа от прототипа в том, что в качестве исходного сырья используют предварительно подсушенные при 70-80°С и измельченные с выделением фракции 1-5 мм оболочки семян манго, карбонизацию осуществляют нагреванием сырья со скоростью 10-15°С/мин до температуры 550-600°С и изотермической выдержкой при конечной температуре 20-40 мин, а парогазовую активацию проводят водяным паром при температуре 800-820°С.

Из научно-технической и патентной литературы авторам неизвестен способ получения активного угля на основе растительных отходов, в котором в качестве исходного сырья используют предварительно подсушенные при 70-80°С и измельченные с выделением фракции 1-5 мм оболочки семян манго, карбонизацию осуществляют нагреванием сырья со скоростью 10-15°С/мин до температуры 550-600°С и изотермической выдержкой при конечной температуре 20-40 мин, а парогазовую активацию проводят водяным паром при температуре 800-820°С.

Способ осуществляется следующим образом.

Берут оболочки семян манго, образующиеся после удаления семян, подсушивают при температуре 70-80°С, измельчают на дробилке с рифлеными валками с выделением из продукта дробления фрагментов фракции 1-5 мм, которые подвергают карбонизации во вращающейся или шахтной печи при нагревании со скоростью подъема температуры 10-15°С/мин до температуры 550-600°С и выдержкой при конечной температуре в течение 20-30 мин. Затем печь переводят в режим активации, которую осуществляют при температуре 800-820°С водяным паром с удельным расходом 5-7 кг на 1 кг готового продукта. Полученный активный уголь выгружают после остывания печи, проводят его измельчение до частиц размером менее 100 мкм и после специальной обработки определяют обеспечиваемую его применением осветляющую способность водного раствора желатина медицинского 10%-ного для инъекций, производимого в фармацевтической промышленности.

Обработка активного угля для осветления (очистки) инъекционных растворов в соответствии с методикой, описанной в электронном ресурсе «Промышленная технология лекарств. Глава 5. Лекарственные средства для парентерального применения, режим доступа: ztl.nuph.edu.ua/html/medication/chapter 19_05.html (дата обращения: 08.04.2018)», заключается в его дозированном помещении в горячую (~ 90°С) и содержащую постепенно добавленное заданное количество химически чистой соляной кислоты очищенную воду, перемешивании результирующей суспензии в течение 30 минут, ее переносе в нутч-фильтр для отделения угля от раствора и его многократной промывки вначале горячей, а затем очищенной водой комнатной температуры с тщательным отжимом и анализом промытого угля на наличие солей кальция, тяжелых металлов, хлоридов и сульфатов.

Оценка собственно осветляющей способности состоит во внесении в водный раствор желатина медицинского 10%-ного для инъекций (из расчета на 1 л раствора) белка трех яиц и 3% активного угля, свежеобработанного согласно охарактеризованной выше методики, нагревании полученной суспензии до 105°С и ее выдерживании в течение 15 мин, сопровождаемом механическим захватом механических загрязнений свернувшимся белком. Эффект осветления определяется с использованием высокого градуированного цилиндра Спеллена и печатного шрифта Спеллена №1 (высота букв на белой пластинке 3,5 мм) согласно стандарту, представленному в электронных ресурсах «Определение прозрачности, режим доступа: http://www.meddr.ru/rucovodstvo_k_prakticheskim_zanyatiyam_po_me/issledovanie (дата обращения: 08.04.2018)» и «Прозрачность, режим доступа: http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/VPU_book_new/analit_tab_2_04.html (дата обращения: 08.04.2018)»

Полученный активный уголь имел степень осветления названного раствора 94-98%.

Пример 1

Берут 1 кг оболочек семян манго и подвергают их сушке при 70°С, после чего измельчают в валковой дробилке с рифлеными валками с отсеиванием фракции 1 мм. Продукт отсеивания подвергают карбонизации во вращающейся или шахтной печи путем нагревания со скоростью 10°С/мин до конечной температуры 550°С и последующей изотермической выдержки в течение 20 мин. Активацию карбонизата осуществляют водяным паром при температуре 800°С, подавая его с расходом 5-7 кг на 1 кг готового продукта.

Полученный активный уголь имел осветляющую способность водного раствора желатина 94%.

Пример 2

Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что сушку проводят при температуре 80°С, после измельчения отсеивают фракцию 5 мм, карбонизацию осуществляют нагреванием со скоростью 15 °С/мин до конечной температуры 600°С и последующей изотермической выдержкой в течение 30 мин, а активацию ведут при температуре 820°С.

Полученный активный уголь имел осветляющую способность водного раствора желатина 96%.

Пример 3

Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что сушку проводят при 75°С, после измельчения отсеивают фракцию 3 мм, которую подвергают карбонизации при нагревании со скоростью 12°С/мин до конечной температуры 575°С с изотермической выдержкой при этой температуре в течение 30 мин, а активацию проводят при температуре 810°С.

Полученный активный уголь имел осветляющую способность водного раствора желатина 98%.

Активный уголь, полученный согласно прототипу, имел осветляющую способность 81-84%.

В результате многочисленных экспериментов было установлено влияние режимных параметров на достижение технического результата.

Так, если скорость нагрева сырья при карбонизации превышает 15°С/мин, в активном угле развиваются преимущественно макропоры, а при скорости нагрева сырья при карбонизации менее 10°С/мин в его фрагментах образовывалось большое количество аморфного углерода, что в обоих случаях снижало адсорбционную активность получаемого активного угля и следовательно, его осветляющие свойства.

Если температура карбонизации превышала 600°С, имела место графитизация структуры, а не образование кристаллитов. С другой стороны, при температуре карбонизации менее 550°С в фрагментах карбонизатв а оставалось значительное содержание (до 12%) летучих веществ, что ухудшало в обоих случаях развитие микропор и, следовательно, осветляющую способность получаемого активного угля.

Относительно времени изотермической выдержки карбонизата при конечной температуре было установлено, что при его длительности менее 20 мин снижается доля кристаллитов в массе фрагментов, а увеличение этой длительности более 40 мин ведет к графитизации структуры, что в обоих случаях обусловливает снижение осветляющей способности целевых продуктов.

Поскольку оболочки семян манго являются достаточно тонкими (толщина ~ 0,2-0,3 мм), температура активации должна быть пониженной, так как, если она превышает 820°С, идет озоление фрагментов, а при температурах менее 800°С длительность процесса активации значительно возрастает, что в обоих случаях нежелательно.

Из изложенного выше следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Способ получения активного угля на основе растительных отходов, включающий подготовку исходного сырья, его карбонизацию и парогазовую активацию, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют предварительно подсушенные при 70-80°C и измельченные с выделением фракции 1-5 мм оболочки семян манго, карбонизацию осуществляют нагреванием сырья со скоростью 10-15°C/мин до температуры 550-600°C и изотермической выдержкой при конечной температуре 20-40 мин, а парогазовую активацию проводят водяным паром при температуре 800-820°C.

Изобретение относится к области производства активных углей. Предложен способ получения активного угля на основе древесного сырья, включающий измельчение исходного сырья до фрагментов 3-7 мм, его карбонизацию и парогазовую активацию.

Способ получения синтез-газа // 2675561

Изобретение относится к способу получения синтез-газа, который может быть использован в химической промышленности для производства метанола, диметилового эфира, синтетических жидких углеводородов и других продуктов.

Способ введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия и применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок // 2675515

Настоящее изобретение относится к способу введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия.

Способ получения графена, пленок и покрытий из графена // 2675146

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении композитов, электрохимических и электрофизических устройств. В электролите, содержащем источник углерода, размещают электроды.

Способ интерактивной сушки теплоизолированной печи каталитического окисления природного газа // 2675014

Изобретение относится к технологии обработки в печи каталитического окисления, а именно к способу интерактивной сушки адиабатической печи каталитического окисления природного газа.

Аппарат и способ получения водородсодержащего газа // 2674971

Изобретение относится к аппарату и способу получения водородсодержащего газа. Способ включает в себя подачу парометановой смеси в межтрубное пространство коаксиального смесителя, установленного на верхнем корпусе реактора.

Способ получения порошка карбида хрома // 2674526

Изобретение относится к получению нанодисперсного порошка карбида хрома. Проводят восстановительную обработку оксидного соединения хрома микроволновым излучением в атмосфере аргона.

Способ и устройство для производства синтез-газа // 2674427

Изобретение относится к способу и устройству производства синтез-газа. Способ производства синтез-газа (5) осуществляется посредством парового риформинга, при котором для получения обедненного азотом загружаемого сырья (4) для парового риформера (D), обогреваемого горелкой, из исходного вещества (1), содержащего углеводороды и азот, выделяют азот с образованием содержащего углеводороды остаточного газа (2), который впоследствии служит топливом (6).

Способ получения ячеистого пеноуглерода // 2674201

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении сорбентов, катализаторов, композитных материалов. Углеводородное сырьё разлагают в кварцевом реакторе при 850-900°C в присутствии инертного газа.

Установка для получения водорода // 2674123

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом. Предложена установка, включающая реактор с катализатором парового риформинга, в котором размещены узел селективного выделения водорода с водородселективной перегородкой и узел нагрева реактора с катализатором окисления, также содержащая устройство нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла окисления и узла теплообмена, и систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой, холодильником и рекуперационным теплообменником.

Способы и системы получения железа прямого восстановления и газообразного топлива для сталелитейного завода // 2675581

Изобретение относится к способу получения железа прямого восстановления (DRI) и газообразного топлива для сталелитейного завода с применением коксового газа (COG) и газа основной сталеплавильной печи с подачей кислорода (BOFG). Способ включает следующие стадии: сжатие потока COG в компрессоре; пропускание сжатого потока COG через слой активированного древесного угля с удалением смол из сжатого потока COG; отделение потока газа, обогащенного водородом, от сжатого очищенного потока COG с применением блока адсорбции с перепадом давления (PSA). Далее подачу потока газа, обогащенного водородом, в шахтную печь прямого восстановления в качестве восстановительного газа и подачу потока оставшегося газа из блока PSA в сталелитейный завод в качестве газообразного топлива. При этом способ дополнительно включает рециркулирование потока колошникового газа из шахтной печи прямого восстановления обратно в восстановительный газ. Технический результат изобретения заключается в снижении уровня углеводородов в COG. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ производства пористых металлоуглеродных материалов // 2675582

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов топливных элементов, двухслойных конденсаторов, литий-ионных или литий-полимерных батарей, а также катализаторов или адсорбентов. На электропроводящую подложку, например стеклоуглеродную пластину, наносят слой полимерного комплекса переходного металла с основанием Шиффа вида [M(Shiff)]n, имеющего повторяющийся фрагмент следующей структуры: где n - целое число в интервале от 2 до 50000; М - переходный металл, выбранный из группы, состоящей из никеля, палладия, платины, кобальта, меди, железа; Shiff - тетрадентатный лиганд, выбранный из группы, состоящей из Salen (остаток бис-(салицилальдегид)-этилендиамина), Saltmen (остаток бис-(салицилальдегид)-тетраметилэтилендиамина), Salphen (остаток бис-(салицилальдегид)-о-фенилендиамина); R - заместитель в основании Шиффа, выбранный из группы, состоящей из Н- и углеродсодержащих заместителей, предпочтительно СН3-, С2Н5-, СН3О-, С2Н5O-; и Y - диаминовый мостик в основании Шиффа, имеющий следующую структуру: для основания Шиффа Salen, для основания Шиффа Saltmen, для основания Шиффа Salphen. Затем проводят нагрев в инертной атмосфере до 500-750°С в течение 1-4 ч до завершения процесса карбонизации полимерного комплекса. Инертную атмосферу создают одним или несколькими газами, выбранными из группы, включающей азот, аргон и гелий. Перед нагреванием подложку с нанесенным на нее слоем указанного комплекса можно промыть, используя ацетонитрил. Полученный электрохимически активный металлуглеродный материал имеет высокую электронную проводимость, удельную поверхность, контролируемые элементный состав и распределение размера пор, при этом атомы металла распределены внутри него равномерно. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 пр.

Способ получения фуллеренов и устройство для его осуществления // 2675865

Изобретение относится к нанотехнологии. Углеродосодержащий материал обрабатывают в электрическом поле между электродом в виде иглы 1, подключенным к источнику высокого напряжения 2, и жидкостным проточным осадительным электродом 3. Электрод в виде иглы 1 изготовлен из графита и его заостренное под иглу окончание обращено в сторону осадительного электрода 2. Электрод в виде иглы 1 размещен внутри трубки 4, выполненной из металлического катализатора, выбранного из Pt, Pd, Ni, Cr, Mn, Fe или стали, легированной Ni, Cr, Mn, а конец этой трубки, обращенный к осадительному электроду 3, сформирован с острой кромкой, примыкающей к графиту. Полученные фуллерены собирают на осадительном электроде 3. Изобретение позволяет снизить энергозатраты при получении фуллеренов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Водород-аккумулирующие материалы и способ их получения // 2675882

Изобретение относится к водородным технологиям и водородной энергетике. Водород-аккумулирующие материалы содержат следующие компоненты, мас.%: 97-75 MgH2 и 3-25 никель-графенового катализатора гидрирования, представляющего собой 10 или 25 мас.% наночастиц Ni размером 1-10 нм, равномерно закрепленных на графеновой поверхности. Указанные материалы получают механохимической обработкой металлического магния с никель-графеновым катализатором гидрирования при комнатной температуре и давлении водорода 10-30 атм. Полученные водород-аккумулирующие материалы обладают большим содержанием обратимого водорода и высокой циклической стабильностью при уменьшении содержания и размеров наночастиц никеля. 2 н.п. ф-лы, 5 пр.

Способ получения и очистки синтез-газа // 2675892

Изобретение относится к способу получения и очистки синтез-газа, содержащего CO, H2, CO2, CH4, H2O и N2. Способ включает стадии получения CO- и H2-содержащего потока синтез-газа из углеводородсодержащего сырья, отделения по меньшей мере CO2 от потока синтез-газа и криогенного выделения CO из потока синтез-газа. СО2 с помощью адсорбции при переменной температуре отделяется от потока синтез-газа выше по потоку относительно криогенного отделения СО до уровня менее 10 млн-1 по объему. Насыщенный адсорбент регенерируется путем косвенного теплопереноса от среды теплоносителя к адсорбенту. Десорбция СО2 происходит при давлении в диапазоне от 0,5 до 9 МПа, предпочтительно от 1,5 до 6 МПа. CO2 после десорбции возвращается в устройство для получения синтез-газа в качестве реагента. Ниже по потоку относительно адсорбции при переменной температуре может проводиться дополнительная адсорбция при переменной температуре, чтобы отделить от потока синтез-газа оставшийся СО2. Обеспечивается экономичное получение синтез-газа без необходимости в газовом промывании. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ получения модифицированного активного угля // 2676044

Предложен способ модифицирования активного угля. Промышленный активный уголь промывают дистиллированной водой. Затем его обрабатывают раствором гидрокарбоната натрия с массовой долей растворенного вещества 5%. Далее осуществляют прогрев при температуре 100°С в течение 1 часа. Изобретение обеспечивает повышение сорбционной емкости угля по отношению к диметилформамиду. 3 табл., 3 пр.

Способ и система для производства жидкого углеводородного продукта с помощью процесса фишера-тропша с использованием синтез-газа, произведенного в реакторе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода // 2676062

Изобретение относится к способам производства синтез-газа в системе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода и жидкого углеводородного продукта с помощью процесса Фишера-Тропша. Способ включает риформинг питающего потока в реакторе риформинга в присутствии пара, лучистой теплоты от элементов мембраны транспорта кислорода и катализатора риформинга с получением потока преобразованного синтез-газа, содержащего водород, окись углерода и непреобразованный газообразный углеводород. Поток преобразованного синтез-газа дополнительно преобразуется в реакторе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода и кондиционируется с получением потока продуктового синтез-газа. Поток продуктового синтез-газа затем подвергается синтезу с использованием процесса Фишера-Тропша с получением жидкого углеводородного продукта и отходящего газа Фишера-Тропша. Питающий поток содержит содержащее метан питание и питание в виде части отходящего газа Фишера-Тропша. Обеспечивается улучшение эффективности и рентабельности производства жидких углеводородных продуктов с помощью процесса Фишера-Тропша. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.

Сетчатая структура углеродного материала и способ для ее производства // 2676287

Изобретение может быть использовано при изготовлении углеродсодержащих композиционных и конструкционных материалов. Поверхность углеродного материала галогенируют путём его обработки галогенсодержащим газом от 1 с до 24 ч при температуре 0–600 °C. Углеродный материал выбирают из группы, состоящей из активированного угля, углеродного нанорога, углеродного наносвитка, графита, сажи, алмазоподобного углерода, углеродного волокна, графена, аморфного углерода, фуллерена и углеродной нанотрубки. Обработанный углеродный материал контактируют с нуклеофильным соединением, в молекуле которого содержатся две или более нуклеофильных групп, от 1 с до 24 ч с образованием сетчатой структуры, в которой углеродные материалы поперечно сшиты друг с другом через связывающую группу, получаемую из указанного нуклеофильного соединения. Нуклеофильное соединение представляет собой по меньшей мере одно из группы, состоящей из алиароматического амина, ароматического амина, реактива Гриньяра, алкиллития, алкоксида металла, дитиола и органической перекиси. Галогенирование и обработку для образования сетчатой структуры можно выполнять одновременно или непрерывно в произвольном порядке. Полученная сетчатая структура обладает высокой механической прочностью, например прочностью при растяжении. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл., 20 пр.