RU2023663C1

RU2023663C1 - Method of activated carbon producing

Info

Publication number: RU2023663C1
Application number: RU93048624A
Authority: RU
Inventors: О.Л. Крайнова; В.И. Бурдуков; В.М. Мухин; В.А. Карев; А.Н. Тамамьян; М.Н. Солин
Original assignee: Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика"
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: chemical technology. SUBSTANCE: milled carbon-containing material is pressed, carbonized at heating at the rate 20-25 C up to 550-650 C, heated at the rate 1-3 C/min up to 900-950 C, activated by steam and ground up to particle size 0.5-1.5 mm. EFFECT: improved method of activated carbon making. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области производства активных углей (а.у.) и может быть использовано в электроугольной, графитовой и шинной промышленности. The invention relates to the field of production of activated carbons (a.u.) and can be used in the coal, graphite and tire industries.

Известен способ получения а.у., включающий измельчение бурого угля прессованием брикетов, их карбонизацию, дробление и активацию при 800-900^оС (патент ГДР N 227946, 1985).A known method of producing a.u., including grinding brown coal by pressing briquettes, their carbonization, crushing and activation at 800-900 ^about With (patent GDR N 227946, 1985).

Недостатком известного способа является высокая зольность получаемого а.у. и сложность проведения процесса карбонизации. The disadvantage of this method is the high ash content of the obtained a.u. and the complexity of the carbonization process.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения а.у. путем прессования измельченного углеродсодержащего материала, карбонизации полученных гранул до температуры 1050^оС со скоростью нагрева 200-300^оС/мин и активации в среде двуокиси углерода при температуре 850-900^оС до суммарного объема пор 0,6-0,7 см³/г (авт.св. СССР N 869090, 1973). Этот способ принят за прототип предлагаемого изобретения.Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of obtaining a.u. by compressing particulate carbonaceous material, carbonizing the resulting granules to a temperature of ^about 1050 C at a heating rate of 200-300 ^C / min and activated in carbon dioxide at a temperature of 850-900 ^o C to a total pore volume of 0.6-0.7 cm ³ / g (ed. St. USSR N 869090, 1973). This method is adopted as a prototype of the invention.

Недостатком прототипа является невысокая адсорбционная способность получаемого а.у. при очистке питьевой воды от активного хлора. The disadvantage of the prototype is the low adsorption ability of the obtained a.u. when cleaning drinking water from active chlorine.

Целью изобретения является повышение адсорбционной способности получаемого угля при очистке питьевой воды от активного хлора. The aim of the invention is to increase the adsorption capacity of the resulting coal in the purification of drinking water from active chlorine.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим прессование измельченного углеродсодержащего материала, карбонизацию до температуры 550-650^оС со скоростью нагрева 20-25^оС/мин, термообработку до температуры 900-950^оС со скоростью подъема 1-3^оС/мин, активацию в среде водяного пара с последующим дроблением полученных гранул до 0,5-1,5 мм.The goal is achieved by a method comprising compressing the particulate carbonaceous material, carbonization at a temperature ^of 550-650 C at a heating rate of 20-25 ^C / min, heat-treated to a temperature ^of 900-950 C at a rate of rise of 1-3 ° ^C / min, activation of water vapor in the medium, followed by crushing of the obtained granules to 0.5-1.5 mm.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Стадии карбонизации и термообработки карбонизованных гранул без доступа воздуха позволяют сформировать пористую структуру а.у. с заданными параметрами. Для адсорбции активного (молекулярного) хлора необходимо развить общий объем микропор с размером 0,5-1,2 нм. Экспериментальным путем установлено, что дробление активных гранул позволяет разрушить поверхностные транспортные макропоры и улучшить кинетику поглощения молекул активного хлора. The essence of the proposed method is as follows. The stages of carbonization and heat treatment of carbonized granules without air access allow the formation of a porous structure of a.u. with the given parameters. For the adsorption of active (molecular) chlorine, it is necessary to develop a total micropore volume with a size of 0.5-1.2 nm. It was experimentally established that crushing of active granules allows one to destroy surface transport macropores and improve the kinetics of absorption of active chlorine molecules.

Способ осуществляется следующим образом. Измельченный углеродсодержащий материал (каменный уголь, полукокс, древесный уголь-сырец и т.п.) смешивают со связующим до образования однородной пасты, которую гранулируют через филеры с диаметром отверстий 1,0-3,5 мм на прессах любого типа (шнековых, гидравлических). Сырые гранулы карбонизируют до 550-650^оС со скоростью нагрева 20-25^оС/мин во вращающейся или шахтной печи, после чего проводят термообработку до температуры 900-950^оС со скоростью подъема 1-3^оС/мин, затем уголь активируют во вращающейся или шахтной печи при 850-950^оС в среде водяного пара, подаваемого из расчета 5-15 кг на 1 кг термообработанных гранул до суммарного объема пор 0,8-1,2 см³/г.The method is as follows. The crushed carbon-containing material (coal, semi-coke, raw charcoal, etc.) is mixed with a binder to form a homogeneous paste, which is granulated through fillers with a hole diameter of 1.0-3.5 mm on presses of any type (screw, hydraulic ) Raw carbonized granules to ^about 550-650 C at a heating rate of 20-25 ° ^C / min in a rotary kiln or a shaft, and then heat-treated to a temperature ^of 900-950 C at a raising rate of 1.3 ° ^C / min, then activated charcoal in a rotary or shaft furnace at 850-950 ^о С in the environment of water vapor supplied at the rate of 5-15 kg per 1 kg of heat-treated granules to a total pore volume of 0.8-1.2 cm ³ / g.

Если температура карбонизации ниже 550^оС, в гранулах остается много летучих веществ, что приводит к шлаковке печей на стадии активации. При температуре карбонизации выше 650^оС в угле формируется объем тонких несорбирующих ультрамикропор.If the carbonization temperature is below 550 ^{° C,} the granules remain many volatiles, resulting in shlakovke furnaces during the activation step. When the carbonization temperature above 650 ^{° C} in the angle formed by the volume of fine nonsorbent ultramicropore.

Относительно температуры термообработки было установлено, что если она составляет менее 900^оС, то получают развитие транспортные (макро) поры, а при температуре выше 950^оС уже начинается процесс графитизации и разрушение пористой структуры.Regarding the heat treatment temperature was found that if it is less than 900 ^C, the prepared development of transport (macro) pores, and at a temperature above 950 ^{° C} already begins graphitization process and destruction of the porous structure.

Активные гранулы подвергают дроблению до размеров частиц 0,5-1,5 мм на дробилке любого типа. Active granules are crushed to particle sizes of 0.5-1.5 mm on a crusher of any type.

В результате многочисленных экспериментов были установлены режимы способа получения а.у., наилучшим образом очищающего питьевую воду от активного хлора: карбонизация гранул до температуры 550-650^оС со скоростью нагрева 20-25^оС/мин; термообработка гранул до температуры 900-950^оС/мин со скоростью подъема 1-3^оC/мин; активация гранул в среде водяного пара; дробление гранул до размеров частиц 0,5-1,5 мм.As a result of numerous experiments were set modes method for producing AU, best cleansing the drinking water of active chlorine: carbonizing the granules to a temperature ^of 550-650 C at a heating rate of 20-25 ° ^C / min; heat treatment of granules to a temperature of 900-950 ^about C / min with a lifting speed of 1-3 ^about C / min; activation of granules in water vapor; crushing granules to particle sizes of 0.5-1.5 mm

П р и м е р 1. Берут 3,5 кг каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-76) и 3,5 кг полукокса длиннопламенного угля марки Д (ГОСТ 5442-74), измельченных в шаровой мельнице до размеров частиц 5-90 мкм, и смешивают их с 3,0 кг лесохимической смолы (ТУ 13-4000-77-160-84) и 5,0 л воды. PRI me R 1. Take 3.5 kg of coal grade SS (GOST 10355-76) and 3.5 kg of semi-coke long-flame coal grade D (GOST 5442-74), crushed in a ball mill to a particle size of 5-90 microns, and mix them with 3.0 kg of wood chemical resin (TU 13-4000-77-160-84) and 5.0 l of water.

Процесс смешения осуществляют при температуре 50^оС в течение 12-15 мин. Затем пасту подают в загрузочную камеру шнекового пресса и осуществляют грануляцию через фильеры с диаметром отверстий 1,0 мм. Карбонизацию гранул осуществляют до температуры 550^оС со скоростью нагрева 20^оС/мин, после чего проводят термообработку до температуры 900^оС со скоростью подъема 1^оС/мин. Активацию проводят во вращающейся печи в среде водяного пара при 900^оС до суммарного объема пор 1,00 см³/г. Расход пара поддерживают в пределах 5-10 кг на 1 кг а.у. Дробление осуществляют до размеров частиц 0,5 мм. Адсорбционная способность полученного а. у. по активному хлору составляет 54 мг/см³.The mixing process is carried out at a temperature of 50 ^about C for 12-15 minutes Then the paste is fed into the loading chamber of the screw press and granulation is carried out through dies with a hole diameter of 1.0 mm. Carbonization is carried granules to a temperature ^of 550 C at a heating rate of 20 ^C / min, followed by heat treatment to a temperature of ⁹⁰⁰ ° C at a raising rate of 1 ° ^C / min. Activation is carried out in a rotary kiln in a medium of water vapor at 900 ^about C to a total pore volume of 1.00 cm ³ / year Steam consumption is maintained within 5-10 kg per 1 kg a.u. Crushing is carried out to a particle size of 0.5 mm. Adsorption capacity obtained a. at. active chlorine is 54 mg / cm ³ .

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, за исключением того, что карбонизацию осуществляют до 650^оС со скоростью нагрева 25^оС/мин, термообработку проводят до температуры 950^оС со скоростью подъема 3^оС/мин, активацию ведут при температуре 900^оС до суммарного объема пор 0.80 см³/г. Дробление проводят до размеров частиц 1,5 мм. Адсорбционная способность полученного а.у. по активному хлору составляет 55 мг/см³.PRI me R 2. Analogously to example 1, except that the carbonization is carried out up to 650 ^about With a heating rate of 25 ^about C / min, heat treatment is carried out to a temperature of 950 ^about With a rise speed of 3 ^about C / min, activation is carried out at a temperature of 900 ^{° C} to a total pore volume of 0.80 cm ³ / g. Crushing is carried out to a particle size of 1.5 mm. The adsorption capacity of the obtained a.u. active chlorine is 55 mg / cm ³ .

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1, за исключением того, что карбонизацию осуществляют до температуры 600^оС со скоростью нагрева 22^оС/мин, термообработку проводят до температуры 920^оС со скоростью подъема 2^оС/мин, а активацию ведут при температуре 900^оС до суммарного объема пор 0,90 см³/г. Дробление проводят до размера частиц 1,0 мм. Адсорбционная способность полученного а.у. по активному хлору составляет 60 мг/см³.PRI me R 3. Analogously to example 1, except that the carbonization is carried out to a temperature of 600 ^about With a heating rate of 22 ^about C / min, heat treatment is carried out to a temperature of 920 ^about With a rise speed of 2 ^about C / min, and activation is carried out at a temperature of 900 ^about C to a total pore volume of 0.90 cm ³ / g Crushing is carried out to a particle size of 1.0 mm. The adsorption capacity of the obtained a.u. active chlorine is 60 mg / cm ³ .

В табл.1 представлены примеры 4-13, полученные аналогично примеру 1 по влиянию скорости нагрева при карбонизации и скорости подъема температуры при термообработке, при активации в среде водяного пара и расходе водяного пара 10 кг/кг а.у. на адсорбционную активность по активному хлору. Адсорбционная способность по активному хлору выражается в м² поглощенного хлора на 1 см³ а.у.Table 1 presents examples 4-13, obtained analogously to example 1 on the influence of the heating rate during carbonization and the rate of temperature rise during heat treatment, when activated in the medium of water vapor and the flow rate of water vapor 10 kg / kg a.u. on the adsorption activity of active chlorine. Adsorption capacity for active chlorine is expressed in m ² absorbed chlorine per 1 cm ³ a.u.

Как следует из полученных данных при скорости нагрева при карбонизации 20-25^оС/мин до температуры 550-650^оС и термообработке до температуры 900-950^оС со скоростью ее подъема 1-3^оС/мин достигается повышение адсорбционной способности по активному хлору в 2,0-2,2 раза. При скорости нагрева при карбонизации ниже 20^оС/мин и термообработке со скоростью подъема температуры ниже 1^оС/мин образуются тонкие микропоры, что снижает их доступность для больших молекул хлора. С другой стороны, при скорости нагрева при карбонизации выше 25^оС/мин и термообработке со скоростью подъема температуры выше 3^оС/мин происходит выгорание стенок микропор и снижение их общего объема. В обоих случаях значительно снижается адсорбционная способность а.у. по активному хлору при адсорбции его из воды.As follows from the data obtained at a heating rate of carbonation at 20-25 ° ^C / min to a temperature of 550-650 ^C and a heat treatment to a temperature ^of 900-950 C at a rate of rise of 1-3 ° ^C / min is achieved by increasing the adsorption ability of the active chlorine 2.0-2.2 times. When the heating rate during the carbonization is below 20 ^o C / min and heat-treated with a thin micropores, reducing their availability for large chlorine molecules temperature elevation rate of below 1 ^{° C.} / minute are formed. On the other hand, when the heating rate during the carbonization above 25 ° ^C / min and heat treated with temperature rising rate of higher than 3 ° ^C / min burnout occurs micropore walls and decrease of their total volume. In both cases, the adsorption capacity of a.u. is significantly reduced. active chlorine upon adsorption from water.

В табл.2 представлены результаты влияния размера частиц а.у. на достижение цели изобретения. Table 2 presents the results of the influence of particle size a.u. to achieve the objective of the invention.

Как следует из данных табл.2, при размере частиц а.у. 0,5-1,5 мм обеспечивается наибольшая адсорбционная способность по активному хлору. При размере частиц менее 0,5 мм происходит уменьшение объема крупных микропор, а при размере частиц более 1,5 мм ухудшается кинетика поглощения. Оба фактора приводят к уменьшению адсорбционной способности а.у. по активному хлору. As follows from the data of table 2, when the particle size a.u. 0.5-1.5 mm provides the highest adsorption capacity for active chlorine. When the particle size is less than 0.5 mm, the volume of large micropores decreases, and when the particle size is more than 1.5 mm, the absorption kinetics worsen. Both factors lead to a decrease in the adsorption capacity of a.u. active chlorine.

Claims

METHOD FOR PRODUCING ACTIVE COAL, including pressing crushed carbon-containing material, carbonization and activation of granules, characterized in that after carbonization heating is carried out at a rate of 1 - 3 ^o C / min to 900 - 950 ^o C, carbonization is carried out by heating at a speed of 20 - 25 ^o C / min up to 550 - 650 ^o C, and activation with water vapor, and after activation crushing to a particle size of 0.5 - 1.5 mm is carried out.