RU2818253C1

RU2818253C1 - Method for producing carbon sorbent

Info

Publication number: RU2818253C1
Application number: RU2022128436A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Логинов; Сергей Романович Исламов
Original assignee: Дмитрий Александрович Логинов
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2024-04-26

Abstract

FIELD: chemical technology.

SUBSTANCE: method for producing a carbon sorbent is presented, including thermal-oxidative treatment of a layer of coal with a particle size of 1 mm to 30 mm in a vertical shaft-type apparatus with air supplied through it from the side opposite to the ignition side of the coal layer, characterized in that the coal is dried before the thermal-oxidative treatment process to humidity ranging from 0% to 40%.

EFFECT: increased productivity of a one-stage process for obtaining a sorbent with partial gasification of coal in a stationary layer, as well as increased adsorption activity for iodine of sorbents obtained at low specific air consumption, including from low-grade coals.

1 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к способам получения углеродных сорбентов и может быть использовано в химической технологии.The invention relates to methods for producing carbon sorbents and can be used in chemical technology.

Уровень техникиState of the art

Известен способ получения углеродного адсорбента в вертикальном аппарате шахтного типа с внутренним обогревом, в котором активация производится в среде, содержащей пар, газ и воздух. Недостатками данного способа являются потребность во внешнем теплоносителе (горячий газ), неравномерность температурного профиля по высоте слоя, низкая адсорбционная активность (не более 25% по йоду) и удельная поверхность активированного угля и наличие в выходящих газах жидких и парообразных продуктов пиролиза.There is a known method for producing carbon adsorbent in a vertical shaft-type apparatus with internal heating, in which activation is carried out in an environment containing steam, gas and air. The disadvantages of this method are the need for an external coolant (hot gas), the unevenness of the temperature profile along the height of the layer, low adsorption activity (no more than 25% for iodine) and the specific surface of activated carbon and the presence of liquid and vaporous pyrolysis products in the exhaust gases.

Ближайшим техническим решением к заявленному способу является способ получения углеродного адсорбента, включающий термообработку слоя угля фракции 5-20 мм в вертикальном аппарате шахтного типа при подаче воздуха через слой угля, разожженный со стороны, противоположной подаче воздуха, при удельном расходе воздуха 100-400 м³/(м²⋅ч) (патент РФ №2014883). Недостатком данного способа является низкая удельная производительность. Так, в приведенном в патенте РФ №2014883 примере диаметр аппарата составляет 0,35 м, что соответствует площади его поперечного сечения 0,096 м². Расход воздуха составляет 35 м³/ч, то есть удельный расход воздуха с учетом площади реактора составляет 365 м³/(м²⋅ч). Из загруженного в аппарат 135 кг угля за время 8 ч получено 37 кг сорбента. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки Б2 (бородинский уголь) с влажностью 30% составляет 48 кг/(м²⋅ч). При этом в описании изобретения указано, что при снижении расхода воздуха менее 100 м³/(м²⋅ч) адсорбционная активность по йоду снижается до показателя менее 35%, а скорость движения фронта горения, определяющая удельную производительность реактора, снижается вдвое, что, в свою очередь, вдвое снижает и удельную производительность процесса-до 24 кг/(м²⋅ч).The closest technical solution to the claimed method is a method for producing carbon adsorbent, including heat treatment of a layer of coal with a fraction of 5-20 mm in a vertical shaft-type apparatus when air is supplied through a layer of coal, ignited on the side opposite to the air supply, at a specific air flow of 100-400 m ³ /(m ² ⋅h) (RF patent No. 2014883). The disadvantage of this method is the low specific productivity. Thus, in the example given in RF patent No. 2014883, the diameter of the apparatus is 0.35 m, which corresponds to its cross-sectional area of 0.096 m ² . The air flow is 35 m ³ /h, that is, the specific air flow taking into account the reactor area is 365 m ³ /(m ² ⋅h). From 135 kg of coal loaded into the apparatus in 8 hours, 37 kg of sorbent was obtained. Thus, the specific productivity of the process for the sorbent when using brown coal grade B2 (Borodinsky coal) with a moisture content of 30% is 48 kg/(m ² ⋅h). Moreover, the description of the invention states that when the air flow rate decreases to less than 100 m ³ / (m ² ⋅ h), the adsorption activity for iodine is reduced to less than 35%, and the speed of movement of the combustion front, which determines the specific productivity of the reactor, is reduced by half, which, in turn, the specific productivity of the process is halved - up to 24 kg/(m ² ⋅h).

Задачей настоящего изобретения является интенсификация процесса производства сорбента и расширение сырьевой базы для производства сорбентов путем применения низкомарочных бурых углей.The objective of the present invention is to intensify the sorbent production process and expand the raw material base for the production of sorbents by using low-grade brown coals.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение производительности одностадийного процесса получения сорбента при частичной газификации угля в стационарном слое, а также в увеличении адсорбционной активности по йоду сорбентов, получаемых при низких удельных расходах воздуха, в том числе из низкомарочных углей. Технический результат достигается за счет предварительного подсушивания угля перед осуществлением процесса частичной газификации. Сущность изобретения заключается в следующем.The technical result of the present invention is to increase the productivity of the one-stage process for producing sorbent with partial gasification of coal in a stationary bed, as well as to increase the iodine adsorption activity of sorbents obtained at low specific air flow rates, including from low-grade coals. The technical result is achieved by pre-drying the coal before carrying out the partial gasification process. The essence of the invention is as follows.

В шахтный аппарат через загрузочный люк загружают дробленый предварительно подсушенный до определенной влажности в диапазоне от 0% до 40% уголь с размером частиц от 1 мм до 30 мм, под газораспределительную решетку внизу шахты подают воздушное дутье с удельным расходом от 70 м³/(м²⋅час) до 400 м³/(м²⋅час) и поджигают слой угля со стороны, противоположной подаче дутья, с целью образования обратной тепловой волны, которая с постоянной скоростью смещается навстречу потоку воздуха, оставляя за собой слой горячего кокса. Уголь при прохождении тепловой волны последовательно подвергается нагреву, сушке и пиролизу. Горючие продукты пиролиза полностью сгорают в кислороде воздуха с образованием диоксида углерода и водяного пара, которые затем восстанавливаются на горячей поверхности кокса до оксида углерода и водорода, образуя, таким образом, горючий газ, не содержащий углеводородов ряда выше метана, в том числе конденсируемых смолистых веществ. После достижения тепловой волной уровня газораспределительной решетки процесс завершается. По завершению процесса коксования производят охлаждение (сухое тушение) кокса, после чего охлажденный кокс выгружают через люк, расположенный внизу аппарата.Crushed coal, pre-dried to a certain humidity in the range from 0% to 40%, with particle sizes from 1 mm to 30 mm is loaded into the mine apparatus through the loading hatch; air blast is supplied under the gas distribution grid at the bottom of the shaft with a specific flow rate of 70 m ³ /(m ² ⋅hour) up to 400 m ³ /(m ² ⋅hour) and ignite a layer of coal on the side opposite to the blast supply in order to form a reverse heat wave, which moves at a constant speed towards the air flow, leaving behind a layer of hot coke. During the passage of a heat wave, coal is successively subjected to heating, drying and pyrolysis. Combustible pyrolysis products completely burn in atmospheric oxygen to form carbon dioxide and water vapor, which are then reduced on the hot surface of coke to carbon monoxide and hydrogen, thus forming a combustible gas that does not contain hydrocarbons of the series above methane, including condensable tarry substances . After the heat wave reaches the level of the gas distribution grid, the process ends. Upon completion of the coking process, the coke is cooled (dry quenched), after which the cooled coke is unloaded through a hatch located at the bottom of the apparatus.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 21,7 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 5-20 мм марки 2Б, имеющего следующий технический: W^r=20,3%, A^d=4,0%, V^daf=46%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 400 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 3,5 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 6,9 кг, или 31,8% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,5%, A^d=10,3%, V^daf6,5%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 64,8%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки 2Б с влажностью 20,3% составляет 53,4 кг/(м²⋅ч).Example 1. A vertical shaft reactor with a diameter of 0.2 m and a height of 1.0 m is loaded with 21.7 kg of pre-dried coal of size class 5-20 mm, grade 2B, having the following technical: W ^r = 20.3%, A ^d = 4.0%, V ^daf =46%. Air blast is supplied from below with a specific flow rate of 400 m ³ /(m ² ⋅hour), and coal is ignited from above. After 3.5 hours, the combustion front reaches the air supply level and the apparatus is unloaded. The sorbent yield was 6.9 kg, or 31.8% of the loaded coal. Its parameters are as follows: W ^r =0.5%, A ^d =10.3%, V ^daf 6.5%, adsorption activity for iodine (GOST 6217-74) - 64.8%. Thus, the specific productivity of the process for the sorbent when using brown coal grade 2B with a moisture content of 20.3% is 53.4 kg/(m ² ⋅h).

Пример 2. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 21,3 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 1-15 мм марки 2Б, имеющего следующий технический: W^r=14,7%, A^d=4,0%, V^daf=46%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 100 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 5,3 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается.Example 2. A vertical shaft reactor with a diameter of 0.2 m and a height of 1.0 m is loaded with 21.3 kg of pre-dried coal of size class 1-15 mm, grade 2B, having the following technical: W ^r = 14.7%, A ^d = 4.0%, V ^daf =46%. Air blast is supplied from below with a specific flow rate of 100 m ³ /(m ² ⋅hour), and coal is ignited from above. After 5.3 hours, the combustion front reaches the air supply level and the apparatus is unloaded.

Выход сорбента составил 9,8 кг, или 46,0% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,6%, A^d=8,0%, V^daf=5,9%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 61,3%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки 2Б с влажностью 14,7% составляет 51,8 кг/(м²⋅ч).The sorbent yield was 9.8 kg, or 46.0% of the loaded coal. Its parameters are as follows: W ^r =0.6%, A ^d =8.0%, V ^daf =5.9%, adsorption activity for iodine (GOST 6217-74) - 61.3%. Thus, the specific productivity of the process for the sorbent when using brown coal grade 2B with a moisture content of 14.7% is 51.8 kg/(m ² ⋅h).

Пример 3. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 20,4 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 10-30 мм марки 2Б, имеющего следующий технический: W^r=0,0%, A^d=4,0%, V^daf=46%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 150 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 2,9 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 8,8 кг, или 43,0% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,0%, A^d=7,9%, V^daf=5,7%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 60,1%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки 2Б с влажностью 5,0% составляет 88,1 кг/(м²⋅ч).Example 3. A vertical shaft reactor with a diameter of 0.2 m and a height of 1.0 m is loaded with 20.4 kg of pre-dried coal of size class 10-30 mm, grade 2B, having the following technical: W ^r = 0.0%, A ^d = 4.0%, V ^daf =46%. Air blast is supplied from below with a specific flow rate of 150 m ³ /(m ² ⋅hour), and coal is ignited from above. After 2.9 hours, the combustion front reaches the air supply level and the apparatus is unloaded. The sorbent yield was 8.8 kg, or 43.0% of the loaded coal. Its parameters are as follows: W ^r =0.0%, A ^d =7.9%, V ^daf =5.7%, adsorption activity for iodine (GOST 6217-74) - 60.1%. Thus, the specific productivity of the process for the sorbent when using brown coal grade 2B with a moisture content of 5.0% is 88.1 kg/(m ² ⋅h).

Пример 4. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 20,2 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 10-30 мм марки 2Б, имеющего следующий технический: W^r=0,0%, A^d=4,0%, V^daf=46%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 70 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 3,6 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 10,3 кг, или 51,2% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,0%, A^d=6,4%, V^daf=10,9%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 45,2%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании бурого угля марки 2Б с влажностью 0,0% составляет 85,7 кг/(м²⋅ч).Example 4. A vertical shaft reactor with a diameter of 0.2 m and a height of 1.0 m is loaded with 20.2 kg of pre-dried coal of size class 10-30 mm, grade 2B, having the following technical: W ^r = 0.0%, A ^d = 4.0%, V ^daf =46%. Air blast is supplied from below with a specific flow rate of 70 m ³ /(m ² ⋅hour), and coal is ignited from above. After 3.6 hours, the combustion front reaches the air supply level and the apparatus is unloaded. The sorbent yield was 10.3 kg, or 51.2% of the loaded coal. Its parameters are as follows: W ^r =0.0%, A ^d =6.4%, V ^daf =10.9%, adsorption activity for iodine (GOST 6217-74) - 45.2%. Thus, the specific productivity of the process for the sorbent when using brown coal grade 2B with a moisture content of 0.0% is 85.7 kg/(m ² ⋅h).

Пример 5 (сравнительный). В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 22,0 кг угля класса крупности 5-15 мм марки 1Б, имеющего следующий технический: W^r=49%, A^d=9,0%, V^daf=48%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 180 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху. Через 10 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 4,4 кг, или 20,0% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,5%, A^d=22,1%, V^daf=5,3%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 35,1%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании неподсушенного бурого угля марки 1Б с влажностью 46% составляет 14,0 кг/(м²⋅ч).Example 5 (comparative). A vertical shaft reactor with a diameter of 0.2 m and a height of 1.0 m is loaded with 22.0 kg of coal of size class 5-15 mm, grade 1B, having the following technical: W ^r = 49%, A ^d = 9.0%, V ^daf =48%. Air blast is supplied from below with a specific flow rate of 180 m ³ /(m ² ⋅hour), and coal is ignited from above. After 10 hours, the combustion front reaches the air supply level and the apparatus is unloaded. The sorbent yield was 4.4 kg, or 20.0% of the loaded coal. Its parameters are as follows: W ^r =0.5%, A ^d =22.1%, V ^daf =5.3%, adsorption activity for iodine (GOST 6217-74) - 35.1%. Thus, the specific productivity of the process for the sorbent when using undried brown coal grade 1B with a moisture content of 46% is 14.0 kg/(m ² ⋅h).

Пример 6. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,2 м, высотой 1,0 м загружается 22,0 кг предварительно подсушенного угля класса крупности 5-15 мм марки 1Б, имеющего следующий технический: W^r=40,0%, A^d=9,0%, V^daf=48%. Снизу подается воздушное дутье с удельным расходом 180 м³/(м²⋅час), а розжиг угля производится сверху.Example 6. A vertical shaft reactor with a diameter of 0.2 m and a height of 1.0 m is loaded with 22.0 kg of pre-dried coal of size class 5-15 mm, grade 1B, having the following technical: W ^r = 40.0%, A ^d = 9.0%, V ^daf =48%. Air blast is supplied from below with a specific flow rate of 180 m ³ /(m ² ⋅hour), and coal is ignited from above.

Через 9,0 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход сорбента составил 5,5 кг, или 25,0% от загруженного угля. Его параметры следующие: W^r=0,5%, A^d=20,6%, V^daf=6,7%, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 47,4%. Таким образом, удельная производительность процесса по сорбенту при использовании подсушенного бурого угля марки 1Б с влажностью 40,0% составляет 19,5 кг/(м²⋅ч).After 9.0 hours, the combustion front reaches the air supply level and the apparatus is unloaded. The sorbent yield was 5.5 kg, or 25.0% of the loaded coal. Its parameters are as follows: W ^r =0.5%, A ^d =20.6%, V ^daf =6.7%, adsorption activity for iodine (GOST 6217-74) - 47.4%. Thus, the specific productivity of the process for the sorbent when using dried brown coal grade 1B with a moisture content of 40.0% is 19.5 kg/(m ² ⋅h).

Таким образом, использование изобретения позволяет увеличить производительность одностадийного процесса получения сорбента при частичной газификации угля в стационарном слое при сохранении его сорбционных свойств, и дополнительно увеличить сорбционную активность сорбента, получаемого при низких удельных расходах воздуха, в том числе из углей низкой стадии метаморфизма.Thus, the use of the invention makes it possible to increase the productivity of a one-stage process for obtaining a sorbent during partial gasification of coal in a stationary bed while maintaining its sorption properties, and to further increase the sorption activity of the sorbent obtained at low specific air flow rates, including from coals of a low stage of metamorphism.

Claims

A method for producing carbon sorbent, including thermal-oxidative treatment of a layer of coal with a particle size from 1 mm to 30 mm in a vertical shaft-type apparatus when air is supplied through it from the side opposite to the side of ignition of the coal layer, characterized in that the coal is dried to humidity ranges from 0% to 40%.