Способ получения углеродного сорбента из шубаркульского угля

(51) 01 31/16 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ использовано в производстве адсорбентов,применяемых в различных отраслях промышленности для очистки различных веществ и сорбции их из жидкой, газовой или паровоздушной фазы. Способ решает задачу получения углеродного сорбента с развитой пористой структурой в автотермическом режиме из длиннопламенных углей путем подачи в качестве активирующего агента в слой угля паров воды. Осуществляется частичная газификация угля при фронте термохимических превращений,направленном сверху вниз. Одновременно снизу вверх подается паровоздушное дутье,с параметрами, обеспечивающими нагрев угольной загрузки в реакторе выше температуры точки росы(более 52 С). Способ позволяет снизить удельные энергозатраты и расширить сырьевую базу производства сорбентов.(72) Ким Василий Анатольевич Богоявленская Ольга Анатольевна Кударинов Сагинтай Хинаятович Середенко Антон Сергеевич Сабина Ирина Станиславовна(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Химикометаллургический институт им. Ж. Абишева Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА ИЗ ШУБАРКОЛЬСКОГО УГЛЯ(57) Изобретение относится к получению углеродного сорбента из угля и может быть 20678 Изобретение относится к получению углеродного адсорбента из угля и может быть использовано в производстве адсорбентов,применяемых в различных отраслях промышленности для очистки различных веществ и сорбции их из жидкой, газовой или паровоздушной фазы. Получение углеродных сорбентов из твердых горючих ископаемых включает, как правило, две стадии карбонизацию исходного сырья активацию полукокса в среде водяного пара или других активных газов. Известны способы получения углеродных адсорбентов путем измельчения угля, его увлажнения, грануляции, карбонизации и активации Патент США 3533961, кл. 252-421, 1970 Авторское свидетельство СССР 692775, кл. С 01 В 31/16, 1978. Указанные способы отличаются многостадийностью технологической цепочки, что определяет повышенную энергоемкость и стоимость углеродного сорбента. Известен способ получения активированного угля (углеродного сорбента) путем обработки каменноугольного сырья во взвешенном состоянии предварительно подогретой газовой смесью водяного пара с воздухом и в присутствии углеводородного газа в качестве активирующей и топливной добавки. Предварительный подогрев газовой смеси осуществляют до температуры 300500 С. При осуществлении способа образование активирующих газов происходит непосредственно в зоне активации в кипящем слое угля за счет сгорания в нем углеводородного газа. Реактор предварительно разогревают при помощи выносной горелки до 900-950 С, затем засыпают уголь на активацию и под решетку подают подогретую до 300-500 С смесь водяного пара, воздуха и углеводородного газа. Полученный при этом адсорбент обладает невысокими сорбционными характеристиками насыпной вес полученного активированного угля(углеродного сорбента) - 0,614 г/см 3, объем пор 0,124 см 3/г, площадь пор 335 м 2/г Авторское свидетельство СССР 224495, кл. С 01 В 31/00,1983. Указанный способ получения углеродных сорбентов основан на аллотермическом принципе подвода тепловой энергии с использованием внешнего теплоносителя, требует энергозатрат и сопровождается наличием побочных продуктов термического разложения угля, прежде всего конденсируемых смолистых веществ. Наиболее близким к заявляемому является способ получения углеродного сорбента путем совмещения процессов карбонизации и активации угольного сырья в одном реакторе (технология Термококс). Процесс осуществляется в одну стадию,автотермически,так как тепло,необходимое для проведения процесса пиролиза,выделяется в том же реакторе за счет окисления летучих продуктов карбонизации сырья. В реактор,наполненный фракционированным углем (3-25 мм) 2 подается воздух, который в результате газификации органической части угля превращается в горючий газ, позволяющий поддерживать необходимый температурный режим термохимических превращений. Полученный углеродный сорбент имеет развитую удельную по-верхность - 500 м 2/г,сорбционную активность по йоду - 600 мг/г Б.Н. Кузнецов, Синтез и применение углеродных сорбентов // Соросовский образовательный журнал,1999,12, С. 29-34. В технологии Термококс все органические соединения расщепляются и газифицируются внутри аппарата, и газ не содержит смолистых веществ не используется вода для тушения кокса и нет конденсации продуктов термического разложения угля, следовательно, отсутствуют сточные воды. Подсмольные воды, фенолы,бенз(а)пирен и прочие вредные примеси в процессе не образуются. Уголь в аппарате реагирует с воздухом, его летучие компоненты превращаются в горючий газ, а в твердой фазе остается карбонизованный углеродный остаток. Недостатком данного способа при получении углеродных сорбентов является то, что для его осуществления пригодны низкометаморфизованные бурые угли, содержащие от 30 до 50 внутренней(гигроскопической) влаги. Это ограничивает возможности применения способа при использовании исходного угольного сырья другой степени метаморфизма, например, длиннопламенных углей (с меньшим содержанием гигроскопической влаги). По технологии Термококс из длиннопламенных углей (Д) получить углеродный сорбент,обладающий развитой пористой структурой невозможно. Решаемой задачей является совершенствование известного способа. Для улучшения качества получаемого сорбента,т.е. развития его пористости, в воздушное дутье необходимо добавить пар, таким образом, чтобы нагреть уголь, загруженный в реактор, до температуры выше точки росы воды. Предлагаемый способ решает задачу получения углеродного сорбента с развитой пористой структурой и,следовательно,высокими сорбционными характеристиками,в автотермическом режиме из длиннопламенных углей,что позволяет снизить удельные энергозатраты на производство сорбента (по сравнению с прототипом) и расширить сырьевую базу производства сорбентов (в сравнении с аналогом). Поставленная задача решается путем(дополнительно к известному способу) подачи в качестве активирующего агента в слой угля паров воды, с параметрами, обеспечивающими нагрев угольной загрузки в реакторе выше температуры точки росы (более 52 С). Сущность изобретения заключается в следующем. Тепло, необходимое для проведения процесса пиролиза, выделяется в том же реакторе за счет автотермического окисления летучих 20678 продуктов карбонизации сырья. Осуществляется частичная газификация угля при фронте термохимических превращений,направленном сверху вниз. Одновременно снизу вверх подается паровоздушное дутье, организованное с помощью предварительного нагрева таким образом, чтобы обеспечить нагрев нижних слоев угля до температуры не ниже 52 С (точка росы воды). Это позволяет избежать конденсации воды и использовать пары воды в качестве активирующего агента непосредственно в зоне термохимических превращений при температурах 800-1200 С. В заявляемом способе в качестве исходного сырья используются длиннопламенные угли Шубаркольского месторождения (внутренняя влага от 8-12). Средняя зольность засоренного породой угля 13,5, зольность чистых пачек 2-5. Рабочая влага (общее содержание внешней и гигроскопической влаги) 8-14, выход летучих 39-43,7, сера общая - 0,4. Применение предлагаемого способа получения углеродного сорбента позволит- расширить сырьевую базу производства сорбентов- снизить удельные энергозатраты на производство сорбента из аналогичного угольного сырья- повысить степень экологической безопасности, так как не используется вода для тушения и не производится конденсация продуктов термического разложения, ввиду их полного сгорания в высокотемпературной зоне, а следовательно,отсутствуют технологические сточные воды способ известный предлагаемый- существенно снизить себестоимость производства углеродного сорбента из каменноугольного сырья по сравнению с известными в настоящее время промышленными способами. Пример Предварительно измельченный и отфракционированный (3-5 5-8 8-13 мм) шубаркольский уголь (содержание влаги - 8,2, зольность 2,0,выход летучих 39) загружается в реактор. В слой угля вводится термопара для фиксирования температуры в процессе пиролиза - газификации. Проводится розжиг угля сверху. Снизу в реактор подается предварительно нагретое паровоздушное дутье. Подается сухой пар в количестве,обеспечивающем нагрев угольной шихты до температуры выше точки росы. Фронт газификации угольной загрузки с одновременной ее активацией при температурах 800 -1000 С продвигается сверху вниз по высоте реактора. По мере выделения и сгорания летучих продуктов пиролиза газификации угля - высокотемпературная зона опускается в нижние слои угольной загрузки, а верхние слои при дефиците окислителя (воздуха) постепенно охлаждаются. После прекращения подачи воздуха реактор охлаждается в токе инертного газа до температуры 50-100 С. Затем производится его разгрузка. Общее время активации 3-5 часов. Выход готового продукта 40-45. Расход воды 1 л/кг. Сравнительные данные по сорбционной активности углеродных сорбентов, полученных известным и предлагаемым способами,представлены в таблице. Таблица Данные технического анализа Адсорбционная активность Влага,зольность,выход летучих, по йоду, мг/г по метиленовому Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать из длиннопламенного шубаркольского угля углеродный сорбент с высокими сорбционными свойствами и низким содержанием золы. Углеродный сорбент, полученный по предлагаемому способу, может быть использован для очистки сточных и оборотных вод, а также газовой или паровоздушной сред. Способ получения углеродного сорбента из шубаркольского угля, включающий загрузку угля в реактор,подачу воздушного дутья через колосниковую решетку в слой угольной загрузки навстречу движения фронта термохимических превращений, отличающийся тем, что в качестве активирующего агента в слой угольной загрузки подают пар с параметрами, обеспечивающими нагрев угольной загрузки в реакторе выше температуры точки росы.