RU2213693C1

RU2213693C1 - Sulfonated coal production process

Info

Publication number: RU2213693C1
Application number: RU2002131306A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Степанов; А.Б. Морозов; И.П. Иванов; И.Г. Судакова
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Карбоника-Ф"
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2003-10-10

Abstract

FIELD: water treatment. SUBSTANCE: invention, in particular, relates to sulfonation of brown coals to produce sulfonated coal, which can be used for chemical treatment of water. For that, brown coal fraction 0.25-1.25 mm with moisture content no higher than 10% is treated with oleum, after which neutralized, washed, and dried. Oleum treatment is conducted for 1 h at 50-100 C at oleum-to-coal weight ratio (3- 3.5):1. EFFECT: increased exchange capacity of coal to 300 mg-mole/l.

Description

Изобретение относится к технологии сульфирования углей, конкретно, к технологии сульфирования бурых углей для получения сульфокатионита, применяемого для химической очистки воды. The invention relates to a technology for the sulfonation of coal, in particular, to a technology for the sulfonation of brown coal to produce sulfocationite used for chemical treatment of water.

Сульфоуголь широко применяется для умягчения воды в котельных и для очистки технической воды от катионов кальция и магния. Sulfon charcoal is widely used to soften water in boiler rooms and to purify industrial water from calcium and magnesium cations.

Известно, что многие природные бурые и каменные угли обладают естественными катионообменными свойствами благодаря наличию в их структуре гуминовых составляющих с карбоксильными и другими кислотными группировками. It is known that many natural lignite and bituminous coals have natural cation exchange properties due to the presence in their structure of humic components with carboxyl and other acidic groups.

Однако использование их в практике, например при очистке воды, существенно затруднялось тем, что многие природные угли сильно набухают, содержат большие количества вымываемых в растворы органических и минеральных примесей, очень чувствительны к кислотам и щелочам, легко пептизируются. В связи с чем природные угли применяли главным образом после их стабилизации и активации обработкой различными веществами - кислотами, щелочами, солями различных металлов, термической обработкой и т.д. (Химия и генезис ископаемых углей, под ред. Кухаренко Т.А., 1964). However, their use in practice, for example, in water purification, was significantly hampered by the fact that many natural coals swell strongly, contain large amounts of organic and mineral impurities washed out in solutions, are very sensitive to acids and alkalis, and are easily peptized. In this connection, natural coals were used mainly after their stabilization and activation by treatment with various substances - acids, alkalis, salts of various metals, heat treatment, etc. (Chemistry and Genesis of Fossil Coals, ed. T. Kukharenko, 1964).

Известен способ получения гранулированного активированного углерода путем обработки бурого угля небольшим количеством (от 1 до 10%) концентрированной неорганической кислоты, например серной. Способ является сложным технологически: включает стадии предварительной подготовки угля, стадии последующего удаления летучих компонентов нагреванием до 300^oС без кислорода, активации гранул нагреванием в атмосфере активирующего агента (ЕР 0002674 А1, 1979).A known method of producing granular activated carbon by treating brown coal with a small amount (from 1 to 10%) of a concentrated inorganic acid, for example sulfuric. The method is technologically complicated: it includes the stages of preliminary preparation of coal, the stage of subsequent removal of volatile components by heating to 300 ^° C without oxygen, the activation of granules by heating in the atmosphere of an activating agent (EP 0002674 A1, 1979).

В настоящее время в промышленном масштабе сульфоуголь получают из каменных углей. On an industrial scale, sulfonated coal is obtained from coal.

Наиболее близким по совокупности признаков и назначению к заявленному изобретению является способ получения сульфоугля путем обработки каменного угля олеумом при температуре 110-140^oС с последующей нейтрализацией, промывкой и сушкой полученного сульфоугля. Уголь используют в виде угольной крупки размером 0,7-4 мм (патент РФ 2010000, 1994). Получаемый таким способом сульфоуголь имеет недостаточную обменную емкость.The closest in combination of features and purpose to the claimed invention is a method for producing sulfonated coal by treating coal with oleum at a temperature of 110-140 ^o With subsequent neutralization, washing and drying of the obtained sulfonated coal. Coal is used in the form of coal grains with a size of 0.7-4 mm (RF patent 2010000, 1994). The sulfonated carbon thus obtained has an insufficient exchange capacity.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении обменной емкости сульфоугля на основе более дешевого низкозольного бурого угля. The objective of the present invention is to increase the exchange capacity of sulfonated coal based on cheaper low-ash brown coal.

Поставленная задача решается способом получения сульфоугля путем обработки олеумом бурого угля, имеющего фракционный состав 0,25-1,25 мм и влажность не более 10%, при температуре 50-100^oС, при массовом соотношении олеум: бурый уголь, равном 3-3,5:1, и продолжительности обработки не более 1 часа с последующей нейтрализацией, промывкой и сушкой полученного продукта.The problem is solved by the method of producing sulfonated coal by treating brown coal with an oleum having a fractional composition of 0.25-1.25 mm and a moisture content of not more than 10%, at a temperature of 50-100 ^o C, with an oleum: brown coal mass ratio of 3-3 , 5: 1, and the processing time of not more than 1 hour, followed by neutralization, washing and drying of the resulting product.

Отличием заявленного изобретения является использование бурого угля, имеющего фракционный состав 0,25-1,25 мм и влажность не более 10%, а также проведение обработки олеумом при температуре 50-100^oС, при массовом соотношении олеум: бурый уголь, равном 3-3,5:1 в течение не более 1 часа.The difference of the claimed invention is the use of brown coal having a fractional composition of 0.25-1.25 mm and a moisture content of not more than 10%, as well as the processing of oleum at a temperature of 50-100 ^o With a mass ratio of oleum: brown coal equal to 3- 3.5: 1 for no more than 1 hour.

Реализация изобретения позволяет получить сульфокатионит, имеющий уровень обменной емкости не менее 300 мг-моль/дм³, т.е. превосходящий известный по этому показателю (270-275 мг-моль/дм³ по известному способу).The implementation of the invention allows to obtain sulfocationite having a level of exchange capacity of at least 300 mg mol / dm ³ , i.e. superior to known in this indicator (270-275 mg mol / dm ³ by a known method).

Лучшие результаты получены при сульфировании буроугольной фракции 0,25-1,25 мм. При вариации технологических параметров процесса: температура, продолжительность процесса и соотношение уголь: олеум получены следующие результаты. The best results were obtained by sulfonation of a brown coal fraction of 0.25-1.25 mm. By varying the technological parameters of the process: temperature, duration of the process and the ratio of coal: oleum, the following results are obtained.

Снижение температуры сульфирования ниже 50^oС и повышение ее выше 100^oС при времени процесса 1 час приводит к снижению динамической обменной емкости.The decrease in sulfonation temperature below 50 ^o With and increasing it above 100 ^o With a process time of 1 hour leads to a decrease in dynamic exchange capacity.

При массовом соотношении уголь:олеум ниже 3:1 снижается показатель динамической обменной емкости, а увеличение соотношения выше 3,5:1 не приводит к существенному росту показателя динамической обменной емкости. With a mass ratio of coal: oleum below 3: 1, the dynamic exchange capacity index decreases, and an increase in the ratio above 3.5: 1 does not lead to a significant increase in the dynamic exchange capacity index.

Максимальной обменной емкостью обладает уголь после сульфирования в течение 1 часа. При увеличении времени сульфирования до 4 часов наблюдается незначительное снижение показателя динамической обменной емкости получаемых продуктов. The maximum exchange capacity has coal after sulfonation for 1 hour. With an increase in sulfonation time to 4 hours, a slight decrease in the dynamic exchange capacity of the resulting products is observed.

В значительной мере на ионообменные свойства получаемых сульфокатионитов влияет влажность угля. To a large extent, the humidity of the coal affects the ion-exchange properties of the resulting sulfocationionites.

При увеличении влажности выше 10% в процессе сульфирования происходит значительное набухание бурого угля, что приводит к снижению ионообменных свойств получаемых буроугольных сульфокатионитов. При этом также снижается и механическая прочность. Это связано с тем, что в процессе сульфирования бурых углей с высокой влажностью происходит разрушение частичек угля, что проявляется в увеличении выхода фр. <0,25 мм до 38%. With an increase in humidity above 10%, a significant swelling of brown coal occurs in the sulfonation process, which leads to a decrease in the ion-exchange properties of the resulting brown coal sulfonation. This also reduces the mechanical strength. This is due to the fact that in the process of sulfonation of brown coals with high humidity, particles of coal are destroyed, which is manifested in an increase in the yield of fr. <0.25 mm to 38%.

Сочетание вышеуказанных условий позволяет получить сульфокатионит, имеющий показатель динамической обменной емкости, равный 317-320 мг-моль/дм³.The combination of the above conditions allows to obtain sulfocationite having an indicator of dynamic exchange capacity equal to 317-320 mg mol / dm ³ .

Способ получения сульфокатионита осуществляют по следующей принципиальной технологической схеме. The method of producing sulfocationite is carried out according to the following flow chart.

Исходный бурый уголь, прошедший стадию дробления, сушки при температуре 105-110^oС и фракционирования поступает в резервуар - усреднитель. После усреднения полученную угольную фракцию 0,25-1,25 мм дозирующим устройством подают во вращающийся реактор, куда также подают подогретый до температуры 40-50^oС олеум (концентрация SO₃ - 16-19%). Олеум подают насосом-дозатором, обеспечивающим соотношение уголь: олеум, равное 1:3-3,5 по массе. Процесс проводят при перемешивании в течение 30-60 мин при температуре 50-100^oС.The source of brown coal, which has passed the stage of crushing, drying at a temperature of 105-110 ^o C and fractionation enters the tank - averager. After averaging, the obtained coal fraction of 0.25-1.25 mm is dispensed by a metering device into a rotating reactor, where oleum, heated to a temperature of 40-50 ^o С, is also fed (concentration of SO ₃ is 16-19%). Oleum is served by a metering pump providing a ratio of coal: oleum equal to 1: 3-3.5 by weight. The process is carried out with stirring for 30-60 minutes at a temperature of 50-100 ^o C.

Следующим этапом является стадия нейтрализации-охлаждения просульфированного угля. После предварительной нейтрализации полученный продукт выгружают из реактора на вибросито, где проводят окончательную отмывку от непрореагировавшего олеума. Вода после промывания поступает на напорные фильтры, где происходит отделение от взвешенных угольных частиц, затем в коллектор очищенных вод и далее в резервуар для нейтрализации. Часть очищенной воды направляют в резервуар условно чистой воды, откуда насосом забирается для первичного промывания буроугольного сульфокатионита. The next step is the neutralization-cooling stage of sulfonated coal. After preliminary neutralization, the resulting product is discharged from the reactor onto a vibrating screen, where the final washing from the unreacted oleum is carried out. After washing, the water enters the pressure filters, where it is separated from the suspended coal particles, then to the treated water collector and then to the neutralization tank. Part of the purified water is sent to a conditionally clean water tank, from where it is taken by a pump for the primary washing of brown coal sulfocationionite.

Отмытый от олеума (рН промывных вод 5-6) готовый продукт высушивают до остаточной влажности 25-30% и подают в бункер-накопитель целевого продукта. Из бункера через дозирующее устройство сульфокатионит поступает на фасовку, а затем на склад товарной продукции. Washed from oleum (pH of washings 5-6), the finished product is dried to a residual moisture content of 25-30% and fed to the storage hopper of the target product. From the hopper, through the metering device, sulfocathionite enters the packaging, and then to the warehouse of marketable products.

Способ позволяет на основе дешевого бурого угля получить эффективный сульфокатионит для очистки воды от солей жесткости, обладающий высокой динамической емкостью, что позволяет извлекать из растворов как ионные формы химических элементов, так и коллоидные частицы, и сохраняющий механическую прочность и термическую и химическую стойкость. The method allows, on the basis of cheap brown coal, to obtain an effective sulfocationite for water purification from hardness salts, which has a high dynamic capacity, which makes it possible to extract both ionic forms of chemical elements and colloidal particles from solutions, and which retains mechanical strength and thermal and chemical resistance.

Claims

A method of producing sulfonated coal by treating coal with oleum, followed by neutralization, washing and drying the resulting product, characterized in that brown coal is used having a fractional composition of 0.25-1.25 mm and a moisture content of not more than 10%, and the oleum treatment is carried out at a temperature of 50 -100 ^o With a mass ratio of oleum: brown coal, equal to 3-3.5: 1, and the processing time of not more than 1 hour