RU2114783C1 - Method of producing activated carbon - Google Patents
Method of producing activated carbon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2114783C1 RU2114783C1 RU97107745A RU97107745A RU2114783C1 RU 2114783 C1 RU2114783 C1 RU 2114783C1 RU 97107745 A RU97107745 A RU 97107745A RU 97107745 A RU97107745 A RU 97107745A RU 2114783 C1 RU2114783 C1 RU 2114783C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- activation
- carbonization
- carbonizate
- carbon
- temperature
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 45
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 43
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 239000003077 lignite Substances 0.000 claims description 14
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 9
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 20
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract description 10
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 abstract 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 40
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000005539 carbonized material Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000003295 industrial effluent Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения активированных углей и углеродных сорбентов, используемых в газоочистке, водоподготовке и водоочистке, очистке почв, а также в противогазовой технике. The present invention relates to the field of sorption technology and can be used to produce activated carbon and carbon sorbents used in gas purification, water treatment and water purification, soil cleaning, as well as in gas mask technology.
Известен способ получения активированного угля (по а.с. СССР N 1567515, кл. C 01 B 31/08, 28.09.87), включающий измельчение каменного угля до размеров частиц менее 0,5 мм и нагревание до 1000- 1200oC с последующей активацией при этой температуре в вихревой печи активирующим агентом, содержащим водяной пар. Недостатком данного способа являются низкая адсорбционная способность получаемого активированного угля (а.у.) по высокомолекулярным органическим соединениям в жидкой фазе, а также малый общий выход готового продукта (20-23%).A known method of producing activated carbon (according to the AS of the USSR N 1567515, class C 01 B 31/08, 28.09.87), including grinding coal to particle sizes less than 0.5 mm and heating to 1000-1200 o C subsequent activation at this temperature in a vortex furnace with an activating agent containing water vapor. The disadvantage of this method is the low adsorption capacity of the obtained activated carbon (a.u.) for high molecular weight organic compounds in the liquid phase, as well as a low total yield of the finished product (20-23%).
Известен способ получения гранулированного активированного угля (по а. с. СССР N 1528729, кл. C 01 B 31/10, 27.11.87) с повышенной адсорбционной емкостью угля, по которому бурый уголь измельчают, гранулируют в присутствии воды, на гранулы накатывают слой бурого угля в присутствии 12,5 - 25% водного раствора сульфитно-спиртовой бражки, сушат, карбонизируют и активируют при 700- 750oC в течение 20-30 мин.A known method of producing granular activated carbon (according to A.S. USSR N 1528729, class C 01 B 31/10, 11.27.87) with an increased adsorption capacity of coal, by which brown coal is crushed, granulated in the presence of water, a layer is rolled onto granules brown coal in the presence of 12.5 - 25% aqueous solution of sulphite-alcohol mash, dried, carbonized and activated at 700 - 750 o C for 20-30 minutes
Недостаток данного способа - технологическая сложность в реализации способа в промышленном масштабе, высокая себестоимость готовой продукции. The disadvantage of this method is the technological complexity in implementing the method on an industrial scale, the high cost of finished products.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения активного угля (по а. с. N 1020371, кл. C 01 B 31/08, 29.09.80), выбранный за прототип и включающий карбонизацию измельченных углеродсодержащих отходов, подачу воды в карбонизованные отходы при расходе воды 0,4-0,8 м3/т отходов, активацию до 700-750oC. В результате получают активированный уголь с удельной поверхностью 190-210 м3/г, плотностью 1,5-1,9 г/см3, прочностью 35%.Closest to the proposed method in terms of technical nature and the achieved result is a method for producing activated carbon (according to a.s. N 1020371, class C 01 B 31/08, 09/29/80), selected for the prototype and including the carbonization of ground carbon-containing waste, feed water into carbonated waste at a water flow rate of 0.4-0.8 m 3 / t of waste, activation up to 700-750 o C. As a result, activated carbon with a specific surface area of 190-210 m 3 / g, density 1.5-1 , 9 g / cm 3 ,
К недостаткам данного способа можно отнести следующее:
- значительное измельчение исходного сырья;
- периодичность процесса;
- нетехнологичность способа, включающего раздельные стадии карбонизации, обработки водой и активации, проводимые последовательно в одном и том же аппарате;
- низкие эксплуатационные показатели получаемого сорбента.The disadvantages of this method include the following:
- significant grinding of the feedstock;
- the frequency of the process;
- low technological method, including separate stages of carbonization, water treatment and activation, carried out sequentially in the same apparatus;
- low operational performance of the resulting sorbent.
Задача предлагаемого изобретения - вовлечение в производство активированных углей дешевого природного углеродсодержащего сырья, например бурого угля, и повышение адсорбционных свойств и прочности получаемого продукта при использовании в технологическом процессе типовых нагревательных аппаратов, например шахтных печей полукоксования. The objective of the invention is the involvement in the production of activated carbon cheap natural carbon-containing raw materials, such as brown coal, and increasing the adsorption properties and strength of the obtained product when used in the technological process of standard heating devices, for example, semi-coking shaft furnaces.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения активированного угля из углеродсодержащего сырья, включающем дробление, классификацию, карбонизацию, обработку водой и активацию, углеродсодержащее сырье, например бурые угли, фракции +8-80 мм направляют на карбонизацию при температуре 600-950oC, охлаждают до 250-350oC и обрабатывают водой, причем обработку водой ведут до полного насыщения карбонизата, подготовленный таким образом карбонизат направляют на активацию парогазовой смесью при температуре 750-900oC с получением активата, при этом перед карбонизацией углеродсодержащее сырье нагревают до температуры на 5-10oC ниже температуры начала отгона летучих углеводородных веществ и карбонизацию осуществляют со скоростью нагрева 2-10oC/мин в токе инертного газового теплоносителя при его расходе 0,3-0,5 м3/кг сырья, а активацию карбонизата парогазовой смесью с расходом пара 3-10 г/г ведут в течение 1-4 ч до обгара 30-60%.The problem is achieved in that in a method for producing activated carbon from carbon-containing raw materials, including crushing, classification, carbonization, water treatment and activation, carbon-containing raw materials, for example brown coals, fractions + 8-80 mm are sent to carbonization at a temperature of 600-950 o C , cooled to 250-350 o C and treated with water, and the water treatment is carried out until the carbonizate is completely saturated, the carbonizate thus prepared is sent for activation by a gas-vapor mixture at a temperature of 750-900 o C to obtain the activate, this carbonization of the carbonaceous feed is heated to a temperature of 5-10 o C below the temperature of the start of the distillation of volatile hydrocarbon substances and carbonization is carried out with a heating rate of 2-10 o C / min in an inert gas coolant flow at a flow rate of 0.3-0.5 m 3 / kg of raw materials, and the activation of the carbonizate with a steam-gas mixture with a steam flow rate of 3-10 g / g is carried out for 1-4 hours to 30-60% burn.
Общими признаками предлагаемого способа и способа по прототипу является наличие в них практически одних и тех же технологических приемов: дробление, классификация, карбонизация, обработка водой и активация углеродсодержащего сырья, однако использование в предлагаемом способе углеродсодержащего сырья, например бурого угля, крупного дробления (фракции +8-80мм) позволяет осуществлять данные приемы в такой последовательности и при таких технологических параметрах (см. формулу изобретения), что в результате получают адсорбенты (карбонизат, активат) по эксплуатационным качествам выше прототипа и соответствующие требованиям ТУ 6-16-1917-74 на "Уголь активный КАД-йодный" (см.табл. 1). Common features of the proposed method and the prototype method are the presence of practically the same technological methods in them: crushing, classification, carbonization, water treatment and activation of carbon-containing raw materials, however, the use of carbon-containing raw materials in the proposed method, for example, brown coal, coarse crushing (fractions + 8-80mm) allows these techniques to be carried out in such a sequence and with such technological parameters (see the claims) that adsorbents (carbonizate, ktivat) in performance over prior art and meet the requirements on TU 6-16-1917-74 "Coal active KAD-iodine" (see Table. 1).
Кроме исходного сырья, другим отличительным признаком от прототипа является предложенный авторами способ обработки карбонизата активирующим агентом (парогазовой смесью) в два этапа: 1 этап - подготовительная, низкотемпературная активация и 2 этап - высокотемпературная активация. При этом на 1 этап поступает карбонизат после охлаждения до 250-350oC, на 2 этап - охлажденный приблизительно до т-ры окружающей среды.In addition to the feedstock, another distinguishing feature from the prototype is the method proposed by the authors for treating carbonizate with an activating agent (gas-vapor mixture) in two stages: stage 1 - preparatory, low-temperature activation and stage 2 - high-temperature activation. In this case, carbonizate arrives at
Таким образом, предлагаемое техническое решение отличается от прототипа и, следовательно, отвечает критерию изобретения "новизна". Thus, the proposed technical solution differs from the prototype and, therefore, meets the criteria of the invention of "novelty."
Для определения "уровня техники" проведен поиск по патентной и научно-исследовательской литературе. Проведенный анализ показал, что ряд признаков, заявленных в формуле изобретения, известен:
- использование бурых углей в производстве сорбентов известно, например, по а. с. СССР N 1528729 (C 01 B 31/10) "Способ получения гранулированного активированного угля", но получение сорбентов проведением карбонизации в крупнокусковом буром угле не найдено;
- карбонизация каменноугольного угля при температуре 600-950oC известна из патента СССР N 1836289 (C 01 B 31/08) "Способ получения активного угля", согласно которому при карбонизации осуществляют нагрев до 450-600oC со скоростью нагревания 15-20oC/мин, а затем со скоростью нагревания 0,5-2oC/мин до 850-950oC;
- высокотемпературная активация углеродсодержащего материала известна из патента РФ N 2023663 (C 01 B 31/08) "Способ получения активного угля", согласно которому после карбонизации осуществляют нагревание со скоростью 1-ЗoC/мин до 900-950oC и после активации водяным паром осуществляют дробление до размера частиц 0,5-1,5 мм, что значительно сужает ассортимент сорбентов для потребителей, а в предлагаемом решении используется весь диапазон крупности сорбента фракции - 5 мм;
- предварительная сушка перед карбонизацией известна по а.с. СССР N 178797 (C 01 B 31/08) "Способ получения активного угля", согласно которому сушку осуществляют при температуре 80-120oC, но авторы в предлагаемом изобретении предлагают дифференцировать сушку в зависимости от физико-химических свойств сырья, что позволит стабилизировать процесс карбонизации за счет того, что на карбонизацию будет поступать сырье с одинаковой с физико-химической точки зрения степенью предварительной термоподготовки;
- ведение карбонизации со скоростью нагрева, изменяющейся в широком диапазоне, например 2- 10oC/мин, как заявлено авторами, известно из патента СССР N 1836288 (C 01 B 31/08) "Способ получения гранулированного активного угля", но если в известном изобретении осуществление карбонизации вначале со скоростью нагревания 10-25oC/мин", затем со скоростью 2-5oC/мин является обязательным требованием ведения технологии вначале с большей скоростью нагрева, затем с меньшей, то в предлагаемом изобретении заявленный широкий интервал скорости нагрева характеризует многообразие вариантов ведения процесса с получением соответственно сорбентов с разнообразными потребительскими свойствами.To determine the "prior art", a search was carried out in patent and research literature. The analysis showed that a number of features claimed in the claims are known:
- the use of brown coal in the production of sorbents is known, for example, by a. from. USSR N 1528729 (C 01 B 31/10) "Method for the production of granular activated carbon", but no sorbents were obtained by carbonization in lump brown coal;
- carbonization of coal at a temperature of 600-950 o C is known from USSR patent N 1836289 (C 01 B 31/08) "Method for the production of activated carbon", according to which during carbonization carry out heating to 450-600 o C with a heating rate of 15-20 o C / min, and then with a heating rate of 0.5-2 o C / min to 850-950 o C;
- high-temperature activation of a carbon-containing material is known from RF patent N 2023663 (C 01 B 31/08) "Method for producing activated carbon", according to which, after carbonization, heating is carried out at a rate of 1-C o C / min to 900-950 o C and after activation water vapor is crushed to a particle size of 0.5-1.5 mm, which significantly narrows the range of sorbents for consumers, and the proposed solution uses the entire range of particle size sorbent fractions - 5 mm;
- pre-drying before carbonization is known by A. with. USSR N 178797 (C 01 B 31/08) "Method for producing activated carbon", according to which the drying is carried out at a temperature of 80-120 o C, but the authors in the present invention propose to differentiate the drying depending on the physicochemical properties of the raw material, which will stabilize the carbonization process due to the fact that raw materials will be supplied to the carbonization from the same degree of preliminary heat treatment from the physicochemical point of view;
- maintaining carbonization with a heating rate that varies over a wide range, for example 2-10 o C / min, as claimed by the authors, is known from USSR patent N 1836288 (C 01 B 31/08) "Method for producing granular activated carbon", but if the known invention, the implementation of carbonization at first with a heating rate of 10-25 o C / min, then with a speed of 2-5 o C / min is a mandatory requirement for technology at first with a higher heating rate, then with a lower, then in the present invention the claimed wide speed range heating characterizes many the variety of process options with the corresponding production of sorbents with diverse consumer properties.
Анализ уровня техники показывает неизвестность заявляемой технологии получения сорбента, ключевым моментом которой является использование на стадии карбонизации крупнокускового углеродсодержащего сырья, например бурого угля, а также предварительная низкотемпературная активация парами воды в процессе охлаждения карбонизата и подача на высокотемпературную активацию увлажненного до полного насыщения карбонизата, что указывает соответствие предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень". The analysis of the prior art shows the unknown method of sorbent production, the key point of which is the use of lumpy carbon-containing raw materials, for example brown coal, at the stage of carbonization, as well as preliminary low-temperature activation with water vapor during the cooling of the carbonizate and feeding the carbonizate moistened to complete saturation, which indicates compliance of the invention with the criterion of "inventive step".
Согласно прототипу карбонизируют измельченный материал, охлаждают его и затем увлажняют при температуре 50-70oC, в результате чего в порах карбонизованного материала образуются азеотропные смеси низкомолекулярных продуктов пиролиза и воды. Далее подготовленный таким образом карбонизат направляют на активацию, причем подъем температуры осуществляют до 750oC со скоростью 8-9o/мин. Удаление воды и азеотропных смесей при активации начинается при температуре 90oC и последняя влага удаляется при 300-400oC, а далее активация идет при отсутствии активирующего агента.According to the prototype, the crushed material is carbonized, cooled, and then moistened at a temperature of 50-70 ° C, as a result of which azeotropic mixtures of low molecular weight pyrolysis products and water are formed in the pores of the carbonized material. Then, the carbonizate thus prepared is directed to activation, and the temperature is raised to 750 ° C at a rate of 8-9 ° / min. The removal of water and azeotropic mixtures during activation begins at a temperature of 90 o C and the last moisture is removed at 300-400 o C, and then activation occurs in the absence of an activating agent.
Постепенный подъем температуры при активации приводит к тому, что с влагой удаляются лишь низкотемпературные соединения и, в основном, из макро- и мезопор, а микропоры и зародыши микропор, образовавшиеся при карбонизации, при начальных низких температурах активации не освобождаются от продуктов пиролиза и при дальнейшем повышении температуры в них протекает вторичный пиролиз с образованием пироуглерода, уплотняющего материал за счет сокращения количества микропор. A gradual increase in temperature upon activation leads to the fact that only low-temperature compounds and, mainly, from macro- and mesopores are removed with moisture, and micropores and micropore nuclei formed during carbonization, at initial low activation temperatures, are not exempted from pyrolysis products and further An increase in temperature leads to secondary pyrolysis with the formation of pyrocarbon, which compacts the material by reducing the number of micropores.
В предлагаемом изобретении учтены все недостатки технологии по прототипу и предлагается новый механизм использования активирующего агента, реализуемый при соблюдении предлагаемой последовательности ведения технологического процесса и соблюдении его параметров, а также при использовании крупнокускового сырья, например бурого угля с его природными структурными и физико-химическими особенностями. The present invention takes into account all the shortcomings of the technology of the prototype and proposes a new mechanism for using an activating agent, which is implemented while observing the proposed sequence of conducting the process and observing its parameters, as well as when using lumpy raw materials, for example brown coal with its natural structural and physicochemical features.
В предлагаемой технологии из сырья фракции +8-80 мм перед карбонизацией полностью отгоняют влагу для обеспечения наиболее благоприятных условий глубокого пиролиза, карбонизируют и затем ведут охлаждение карбонизованного продукта с одновременной пропиткой его водой, причем обработку водой начинают с 250-350oC.In the proposed technology, moisture from the + 8-80 mm fraction is completely distilled off before carbonization to ensure the most favorable conditions for deep pyrolysis, carbonized, and then the carbonized product is cooled while it is soaked with water, and water treatment begins with 250-350 o C.
Рассмотрим механизм действия активирующего агента (пара, воды) по предлагаемой технологии на двух этапах активации. Consider the mechanism of action of the activating agent (steam, water) according to the proposed technology at two stages of activation.
В карбонизованном материале на 1 этапе активации при 250-350oC микропоры и зародыши микропор более доступны для паров воды, чем в холодном материале, поэтому смесь паров воды и газов пиролиза активно взаимодействует с углеродистой поверхностью карбонизата, увеличивая количество активных центров, доступных пор и их размеры. С понижением температуры карбонизата ниже 100oC пары воды конденсируются в порах, причем заполняются водой практически все доступные поры. На выходе мы имеем пропитанный влагой карбонизат с удельным весом 1,25 г/см3, что ниже по сравнению с прототипом (1,44 г/см3 на сухой карбонизат).In the carbonized material at the 1st stage of activation at 250-350 o C, micropores and micropore nuclei are more accessible for water vapor than in cold material, therefore, the mixture of water vapor and pyrolysis gases actively interacts with the carbon surface of the carbonizate, increasing the number of active centers, accessible pores and their sizes. With a decrease in the temperature of the carbonizate below 100 o C, water vapor condenses in the pores, and almost all available pores are filled with water. At the output, we have a moisture-saturated carbonizate with a specific gravity of 1.25 g / cm 3 , which is lower compared to the prototype (1.44 g / cm 3 for dry carbonizate).
То есть карбонизация, охлаждение и обработка водой, осуществляемые в непрерывном последовательном режиме (желательно в одном аппарате, например шахтной печи полукоксования), позволяют получить пропитанный активирующим агентом (до полного насыщения) карбонизат с хорошо развитой первичной пористостью, необходимой для последующей эффективной активации. That is, carbonization, cooling and water treatment carried out in a continuous sequential mode (preferably in one apparatus, for example, a semi-coking shaft furnace), allow to obtain a carbonizate impregnated with an activating agent (until completely saturated) with a well-developed primary porosity necessary for subsequent effective activation.
При последующей высокотемпературной активации карбонизат с температурой, приблизительно равной температуре окружающей среды, сразу попадает в зону высокой температуры (750-900oC), в результате чего вода в порах резко увеличивается в объеме и в случае макро- и мезопор происходит полное очищение транспортных каналов для дальнейшей доставки активирующего агента, а в случае микропор и зародышей микропор вода выполняет роль не только транспорта для вывода продуктов пиролиза, но и вскрывает (разрушает) поры,делая их более доступными.In the subsequent high-temperature activation, the carbonizate with a temperature approximately equal to the ambient temperature immediately enters the high temperature zone (750-900 o C), as a result of which the water in the pores increases sharply in volume and in the case of macro- and mesopores, the transport channels are completely cleaned for further delivery of the activating agent, and in the case of micropores and micropore nuclei, water acts not only as a transport for the removal of pyrolysis products, but also opens (destroys) the pores, making them more accessible.
Таким образом, активация паром осуществляется в максимально подготовленном материале по раскрытию и очистке пор с наличием первичных активных центров. Thus, steam activation is carried out in the most prepared material for opening and cleaning pores with the presence of primary active centers.
Признаки, заявленные в формуле изобретения и выраженные в абсолютных величинах, обосновываются следующим. The features claimed in the claims and expressed in absolute terms are justified by the following.
1." ...углеродсодержащее сырье фракции +8-80 мм ..."
Минимальный размер кусков 8 мм обосновывается:
- необходимостью обеспечения достаточной газопроницаемости всего объема сырьевой массы при карбонизации;
- задачей получения на выходе карбонизата с лучшими физико-химическими и физико-механическими свойствами за счет удаления зольных примесей, концентрирующихся в мелких фракциях;
- возможностью сокращения от пылеуноса при переработке тонкоизмельченного углеродсодержащего сырья.1. "... carbon-containing feed fraction + 8-80 mm ..."
The minimum piece size of 8 mm is justified:
- the need to ensure sufficient gas permeability of the entire volume of the raw material mass during carbonization;
- the task of obtaining carbonizate at the outlet with the best physicochemical and physicomechanical properties by removing ash impurities concentrated in fine fractions;
- the possibility of reduction from dust during the processing of finely ground carbon-containing raw materials.
Максимальный размер 80 мм определен с точки зрения оптимальных тепломассопередачи и газопроницаемости объема сырьевой массы при карбонизации, а также тем, что более крупный уголь (выше 80 мм) в среде газового теплоносителя не успевает прогреваться во всем объеме. The maximum size of 80 mm is determined from the point of view of optimal heat and mass transfer and gas permeability of the volume of the raw material during carbonization, as well as the fact that larger coal (above 80 mm) in the gas medium does not have time to warm up in the whole volume.
2."...карбонизацию при температуре 600-950oC..."
Нижний предел (600oC) - это минимально допустимая температура, обеспечивающая достаточно эффективную тепломассопередачу в крупнокусковом материале, а также при более низких температурах карбонизации снижаются прочностные характеристики карбонизата.2. "... carbonation at a temperature of 600-950 o C ..."
The lower limit (600 o C) - this is the minimum allowable temperature, providing a sufficiently effective heat and mass transfer in bulk material, and also at lower carbonization temperatures the strength characteristics of carbonizate are reduced.
При увеличении температуры карбонизации выше верхнего предела (950oC) наблюдается уменьшение реакционной способности карбонизата, от которой зависит формирование пористой структуры на последующей стадии активации.With an increase in the carbonization temperature above the upper limit (950 ° C), a decrease in the reactivity of the carbonizate is observed, which determines the formation of the porous structure in the subsequent activation stage.
3."...охлаждают до 250-350oC..."
Охлаждение осуществляют холодными газами пиролиза (≈40oC), подаваемыми перпендикулярно движению карбонизируемой массы, причем разгрузку осуществляют в емкость с водой таким образом, что образующийся при этом пар под действием тяги, создаваемой в печи карбонизации, попадает в зону охлаждаемого карбонизата. Точка ввода холодного газа располагается на таком уровне, чтобы карбонизат при выходе из зоны охлаждения газом имел температуру 250-350oC.3. "... cool to 250-350 o C ..."
Cooling is carried out with cold pyrolysis gases (≈40 o C), supplied perpendicular to the movement of the carbonizable mass, and unloading is carried out in a container with water so that the steam formed in this case under the influence of traction created in the carbonization furnace enters the zone of cooled carbonizate. The point of entry of cold gas is located at such a level that the carbonizate when leaving the cooling zone with gas has a temperature of 250-350 o C.
При температуре карбонизата на выходе из зоны охлаждения менее 250oC первый (низкотемпературный) этап активации неэффективен в силу меньшей доступности пор и меньшей энергетической активности пара.When the temperature of the carbonizate at the outlet of the cooling zone is less than 250 o C, the first (low-temperature) stage of activation is ineffective due to the lower availability of pores and lower energy activity of the vapor.
При температуре карбонизата на выходе из зоны охлаждения более 350oC наблюдается образование объема пара больше необходимого, что создает технологические трудности в ведении карбонизации и трудности в процессе окончательного охлаждения карбонизата.At a temperature of the carbonizate at the outlet of the cooling zone of more than 350 ° C., the formation of a vapor volume greater than necessary is observed, which creates technological difficulties in carbonization management and difficulties in the process of final cooling of the carbonizate.
4."... на активацию при температуре 750-900oC..."
При температуре ниже 750oC не обеспечивается достаточно полный процесс активации в микропорах материала.4. "... for activation at a temperature of 750-900 o C ..."
At temperatures below 750 o C is not ensured a sufficiently complete activation process in the micropores of the material.
При температуре активации более 900oC наблюдается значительный обгар материала, а также интенсифицируется процесс вторичного пиролиза, что снижает адсорбционную способность активата.At an activation temperature of more than 900 ° C, a significant burning of the material is observed, and the secondary pyrolysis process is intensified, which reduces the adsorption capacity of the activator.
5. "... нагревают до температуры на 5-10oC ниже температуры начала отгона летучих углеводородных веществ " (третий пункт формулы).5. "... heated to a temperature of 5-10 o C below the temperature of the beginning of the distillation of volatile hydrocarbon substances" (third paragraph of the formula).
Данный предел обусловлен необходимостью проведения этапа сушки и нагрева бурых углей без отгона углеводородов в зоне сушки печи для сохранения сыпучести сырьевой массы для осуществимости в дальнейшем технологического процесса. Выделяющиеся при последующей карбонизации углеводороды непрерывно и организованно удаляются на переработку, что интенсифицирует процесс карбонизации. This limit is due to the need for the stage of drying and heating of brown coal without distillation of hydrocarbons in the drying zone of the furnace to preserve the flowability of the raw material for the feasibility of the further technological process. Hydrocarbons released during subsequent carbonization are continuously and organizedly removed for processing, which intensifies the carbonization process.
6."... со скоростью нагрева 2-10o/мин" (четвертый пункт формулы).6. "... with a heating rate of 2-10 o / min" (fourth paragraph of the formula).
При скорости менее 2o/мин не обеспечивается достаточно интенсивное выделение летучих веществ для образования в угле транспортных пор, обеспечивающих подвод активирующего агента на стадии активации, а также удлиняет время карбонизации, что удорожает процесс в целом.At a speed of less than 2 o / min, a sufficiently intense release of volatile substances is not provided for the formation of transport pores in the coal, which provide the supply of an activating agent at the activation stage, and also lengthens the carbonization time, which makes the whole process more expensive.
При скорости нагрева более 10o/мин карбонизация идет с интенсивным выходом летучих веществ, что приводит к разрушению природной углеродной структуры материала, перестройке углеродного каркаса и уменьшению прочности адсорбента в целом.At a heating rate of more than 10 o / min, carbonization occurs with an intensive release of volatile substances, which leads to the destruction of the natural carbon structure of the material, the rearrangement of the carbon skeleton and a decrease in the strength of the adsorbent as a whole.
7."... при расходе теплоносителя 0,3-0,5 м3/кг бурого угля" (пятый пункт формулы).7. "... at a coolant flow rate of 0.3-0.5 m 3 / kg of brown coal" (fifth paragraph of the formula).
Данный предел расхода теплоносителя с температурой 600-950oC обеспечивает подвод необходимого количества тепловой энергии.This limit of flow rate of the coolant with a temperature of 600-950 o C provides the supply of the required amount of thermal energy.
8. ". .. с расходом пара 3-10 г/г карбонизата... " (шестой пункт формулы). 8. "... with a steam flow rate of 3-10 g / g of carbonizate ..." (sixth claim).
При расходе ниже 3 г пара на 1 г карбонизата наблюдается недостаток активирующее агента, в результате чего выходит активат с низкой микропористостью и недостаточным количеством активных зон. At a flow rate below 3 g of steam per 1 g of carbonizate, a lack of activating agent is observed, resulting in an activator with low microporosity and an insufficient number of active zones.
При расходе выше 10 г/г снижается механическая прочность активата, увеличивается обгар материала. At a flow rate above 10 g / g, the mechanical strength of the activate decreases, and the burn of the material increases.
9. "...активацию ведут в течение 1-4 ч" (седьмой пункт формулы). 9. "... activation is carried out within 1-4 hours" (seventh claim).
Время активации из данного предела выбирается в зависимости от требований к сорбенту. Так, например, для получения сорбента на тяжелые металлы достаточно одного часа активации, а для получения сорбента для очистки растворов от органики необходима более длительная активация. The activation time from this limit is selected depending on the requirements for the sorbent. So, for example, to obtain a sorbent for heavy metals, one hour of activation is sufficient, and to obtain a sorbent for cleaning solutions from organics, longer activation is required.
10."...активацию ведут до обгара 30-60%" (восьмой пункт формулы). 10. "... activation is carried out before a burn of 30-60%" (the eighth paragraph of the formula).
Заявленный авторами предел, во-первых, указывает на гибкость предлагаемого способа, который можно вести при различных комбинациях заявленных технологических параметров и получать в результате сорбенты с эксплуатационными свойствами широкого диапазона, так как степень обгара определяет структурные особенности получаемого сорбента:
- сорбент, полученный в результате процесса с 30% обгаром, имеет, как правило, низкую микропористость и может быть рекомендован для грубой и механической очистки;
- сорбент, полученный в результате процесса с 60% обгаром, имеет хорошо развитую структуру с высокой удельной поверхностью и может использоваться в тонкой очистке.The limit declared by the authors, firstly, indicates the flexibility of the proposed method, which can be carried out with various combinations of the claimed technological parameters and to obtain sorbents with operational properties of a wide range, since the degree of burning determines the structural features of the resulting sorbent:
- the sorbent obtained as a result of a process with 30% burn has, as a rule, low microporosity and can be recommended for rough and mechanical cleaning;
- the sorbent obtained as a result of a process with 60% burn has a well-developed structure with a high specific surface and can be used in fine cleaning.
Необходимо также отметить, что в процессе реализации предлагаемого способа происходит обогащение исходного сырья, например бурого угля, а именно: дробление и классификация перед карбонизацией с целью выделения материала необходимой крупности (+8-80 мм) обеспечивает удаление с отсевом (мелкой фракцией) значительной части зольных примесей. Таким образом, на карбонизацию поступает материал с уменьшенным содержанием золы, а поэтому получаемый по данной технологии карбонизат и активат характеризуются высокой механической прочностью и пониженной способностью загрязнять воду растворимыми солями, содержащимися в золе. It should also be noted that in the process of implementing the proposed method, enrichment of the feedstock, for example brown coal, takes place, namely: crushing and classification before carbonization in order to isolate the material of the required size (+ 8-80 mm) provides for the removal of a significant part ash impurities. Thus, material with a reduced ash content is supplied to carbonization, and therefore the carbonizate and activat obtained by this technology are characterized by high mechanical strength and reduced ability to pollute water with soluble salts contained in the ash.
Для реализации предлагаемого способа не требуется специальных печей и устройств, что в целом упрощает и снижает затраты на процесс. To implement the proposed method does not require special furnaces and devices, which generally simplifies and reduces the cost of the process.
Пример 1 (получение экологического сорбента). Example 1 (obtaining environmental sorbent).
Опытно-промышленные испытания проводили на Ангарском нефтехимическом комбинате (АО АНХК, Иркутская обл.). Pilot tests were carried out at the Angarsk petrochemical plant (JSC ANHK, Irkutsk region).
Процесс карбонизации и активации осуществляли в шахтных печах полукоксования с производительностью по исходному углю 200 т/сут. The process of carbonization and activation was carried out in semi-coking shaft furnaces with a feed rate of 200 tons / day for initial coal.
Для усреднения результатов испытаний процесс вели на трех печах параллельно. Общая длительность эксперимента составляет 4 суток (сутки-выход на заданный технологический режим, далее 72 ч работы на стабильном режиме). To average the test results, the process was conducted on three furnaces in parallel. The total duration of the experiment is 4 days (day-exit to the specified technological mode, then 72 hours of operation in stable mode).
В качестве сырья использовали бурые угли Азейского угольного разреза Иркутского угольного бассейна, которые перед карбонизацией дробили и классифицировали с выделением фракции +8-80 мм. As raw materials, brown coals of the Azean coal section of the Irkutsk coal basin were used, which were crushed and classified before carbonization with the separation of a fraction of + 8-80 mm.
Уголь после загрузки проходит через зону сушки печи, куда подается теплоноситель с температурой 220-250oC. В качестве теплоносителя использовали газы пиролиза угля, прошедшие переработку. Расход газа составлял 1000-2000 м3/ч.Coal after loading passes through the drying zone of the furnace, where a coolant with a temperature of 220-250 o C. is supplied. The processed pyrolysis gases of coal were used as a coolant. The gas flow rate was 1000-2000 m 3 / h.
Высушенный уголь подвергали карбонизации. Параметры процесса карбонизации определяли, исходя из заданных потребительских свойств карбонизата (см. табл. 1):
- теплоноситель - очищенные газы пиролиза угля;
- расход теплоносителя - 3000-4000 м3/ч;
- температура теплоносителя - 900±50oC;
- скорость нагрева - 3-4oC/мин.The dried coal was carbonized. The parameters of the carbonization process were determined based on the specified consumer properties of the carbonizate (see table. 1):
- coolant - purified coal pyrolysis gases;
- coolant flow rate - 3000-4000 m 3 / h;
- coolant temperature - 900 ± 50 o C;
- heating rate is 3-4 o C / min.
В нижнюю конусную зону печи, через которую проходит готовый карбонизат, подавали очищенные газы пиролиза угля с температурой 20-40oC, а расход газов составлял 1000 м3/ч.Purified coal pyrolysis gases with a temperature of 20-40 o C were fed into the lower conical zone of the furnace through which the finished carbonizate passes, and the gas flow rate was 1000 m 3 / h.
Разгрузка карбонизата осуществлялась в емкость с водой (водяной затвор). Расход воды - 400 м3/ч.Unloading of carbonizate was carried out in a container with water (water lock). Water consumption - 400 m 3 / h.
Карбонизат, пропитанный водой до насыщения, направляли на активацию парогазовой смесью с весовым соотношением пар:газ:воздух = 10:1:10, а в качестве газа использовали очищенные газы пиролиза угля. The carbonizate impregnated with water to saturation was sent for activation by a gas-vapor mixture with a weight ratio of steam: gas: air = 10: 1: 10, and purified coal pyrolysis gases were used as gas.
Параметры процесса активации определялись исходя из заданных свойств активата экологического (см. табл. 1):
- температура парогазовой смеси - 750-900oC;
- расход воды на активацию - 4 - 5 г H2O/г карбонизата;
- время активации - 2 ч;
- обгар - 30%.The parameters of the activation process were determined based on the specified properties of the environmental activate (see table. 1):
- the temperature of the gas-vapor mixture is 750-900 o C;
- water consumption for activation - 4 - 5 g of H 2 O / g of carbonizate;
- activation time - 2 hours;
- a burn - 30%.
Характеристика полученного экологического активата приведена в табл. 1 и данный активат рекомендуется как экологический сорбент для очистки бытовых и промышленных стоков и газовых выбросов. The characteristics of the resulting environmental activate are given in table. 1 and this asset is recommended as an environmental sorbent for the treatment of domestic and industrial effluents and gas emissions.
Пример 2 (получение технологического сорбента). Example 2 (obtaining technological sorbent).
В данном примере стадии предварительной подготовки и карбонизации отличаются тем, что карбонизацию осуществляли со скоростью нагрева 4-5oC/мин.In this example, the preliminary preparation and carbonization stages are characterized in that the carbonization was carried out at a heating rate of 4-5 ° C./min.
Параметры активации:
- температура парогазовой смеси - 800±50oC;
- время активации - 3 ч;
- обгар - 40-50%.Activation Options:
- the temperature of the vapor-gas mixture is 800 ± 50 o C;
- activation time - 3 hours;
- a burn - 40-50%.
Активат рекомендуется как технологический сорбент, преимущественно на тяжелые металлы и их окислы. The asset is recommended as a technological sorbent, mainly for heavy metals and their oxides.
Процесс переработки бурых углей в карбонизат с заданными свойствами и дальнейшее получение активата с заданными свойствами характеризуются следующим материальным балансом (на 1 т исходного угля) (см. табл. 2). The process of processing brown coal into a carbonizate with predetermined properties and the further preparation of an activate with predetermined properties are characterized by the following material balance (per 1 ton of initial coal) (see table 2).
Таким образом, для получения 1 т активата необходимо переработать около 14 т бурого угля. Thus, to obtain 1 ton of activate, it is necessary to process about 14 tons of brown coal.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97107745A RU2114783C1 (en) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | Method of producing activated carbon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97107745A RU2114783C1 (en) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | Method of producing activated carbon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2114783C1 true RU2114783C1 (en) | 1998-07-10 |
| RU97107745A RU97107745A (en) | 1998-10-10 |
Family
ID=20192872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97107745A RU2114783C1 (en) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | Method of producing activated carbon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2114783C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2237013C1 (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная группа "Ренари" | Method of preparing activated carbon from vegetable raw material |
| RU2264253C1 (en) * | 2004-01-29 | 2005-11-20 | ЗАНПО "Вега-2000-Сибирская органика" | Porous carbon material preparation process |
| RU2343972C1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-01-20 | ЗАО "ПО Геоэкология" | Method of obtaining carbon sorbent |
| RU2430881C2 (en) * | 2009-12-02 | 2011-10-10 | Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук | Method for obtaining powder-like active carbon |
| RU2464226C1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-10-20 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method of producing high strength and capacity carbon sorbent |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1567515A1 (en) * | 1987-09-28 | 1990-05-30 | Дзержинский Филиал Государственного Научно-Исследовательского Института По Промышленной И Санитарной Очистке Газов | Method of obtaining active coal |
-
1997
- 1997-05-08 RU RU97107745A patent/RU2114783C1/en active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1567515A1 (en) * | 1987-09-28 | 1990-05-30 | Дзержинский Филиал Государственного Научно-Исследовательского Института По Промышленной И Санитарной Очистке Газов | Method of obtaining active coal |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SU, авторск ое свидетельство, 1020371, кл. C 01 B 31/08, 1983. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2237013C1 (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная группа "Ренари" | Method of preparing activated carbon from vegetable raw material |
| RU2264253C1 (en) * | 2004-01-29 | 2005-11-20 | ЗАНПО "Вега-2000-Сибирская органика" | Porous carbon material preparation process |
| RU2343972C1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-01-20 | ЗАО "ПО Геоэкология" | Method of obtaining carbon sorbent |
| RU2430881C2 (en) * | 2009-12-02 | 2011-10-10 | Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук | Method for obtaining powder-like active carbon |
| RU2464226C1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-10-20 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method of producing high strength and capacity carbon sorbent |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2003502263A (en) | Method for producing shaped activated carbon | |
| FR2481311A1 (en) | PROCESS FOR DECARBURIZING OR DEMETALLIZING A HYDROCARBON LOAD | |
| SU862835A3 (en) | Method of oil shale preheating | |
| RU2114783C1 (en) | Method of producing activated carbon | |
| CA1144139A (en) | Production of activated carbon or coke from a moist organic substance | |
| IE44193B1 (en) | Active carbon | |
| CN108101572A (en) | The method that high viscosity tank bottom oily sludge coupling coal chemical industry solid waste prepares light ceramic | |
| JPH09315809A (en) | Method for producing activated carbon and method for treating organic wastewater using the activated carbon | |
| US3767592A (en) | Activated carbon from petroleum coke pretreated with polyphosphoric acid | |
| RU2111923C1 (en) | Method for production of active coal of fruit kernel and nut shell | |
| RU2171778C1 (en) | Method of preparing crushed activated carbon | |
| JP2022529161A (en) | Charcoal manufacturing method | |
| RU2490207C2 (en) | Method of obtaining activated coal | |
| US5723717A (en) | Procedure for the recovery and/or cleaning of carbon formed as a result of combustion processes | |
| KR100599254B1 (en) | Activated carbon for hydrogen storage meat ball and preparation method thereof | |
| JPH1067588A (en) | Calcium carbonate fertilizer having snow melting effect and its production | |
| EP0719177B1 (en) | Porous granular material obtained from wool scouring liquor, method for the manufacture thereof and applications | |
| RU2685653C1 (en) | Method of producing crushed active coal | |
| RU2233240C1 (en) | Method of producing active coal | |
| Pikkov et al. | Characteristics of activated carbon produced from biosludge and its use in wastewater post-treatment | |
| RU2675569C1 (en) | Method of producing active coal on basis of wood raw materials | |
| RU2799322C1 (en) | Method for producing crushed activated carbon | |
| RU2776530C1 (en) | Method for producing crushed activated carbon from coal raw materials | |
| RU2715538C1 (en) | Method of producing active coal from bones of fruit trees | |
| RU2228293C1 (en) | Method of preparing crushed activated carbon from nutshell |