Способ получения углеродного сорбента в кипящем слое
METHOD FOR PRODUCING CARBON SORBENT IN A FLUIDIZED BED

Изобретение относится к области переработки угля, в частности, к получению углеродного сорбента путем частичной газификации угля в кипящем слое, используемого в процессах очистки сточных и карьерных вод, газовых выбросов предприятий, сорбционной добавки в процессах нефтепереработки и прочих технологических процессах.
Известен ряд способов получения сорбентов из угля с использованием техники кипящего слоя (см., например, Махорин К.Е., Глухманюк А.М. Получение углеродных сорбентов в кипящем слое. - Киев: Наукова думка, 1983.; Патент РФ 2108968, 1997).
Недостатками данных способов является их многостадийность, т.к. карбонизацию и активацию осуществляют в отдельных устройствах, а для активации используют парогазовую смесь с температурой 450-750°С, что влечет высокую себестоимость сорбента вследствие высоких капитальных и эксплуатационных затрат.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ получения адсорбента путем газификации угля в кипящем слое на паровоздушном дутье в двухкамерной установке при температуре 650-750°С. (Патент РФ 2098352, 1992).
Основным недостатком этого способа является сложное аппаратурное оформление двухкамерного газогенератора с кипящим слоем и использование нагретого до 200-250°С паровоздушного дутья, приводящие в совокупности к высоким капитальным и эксплуатационным затратам, что является существенным ограничением для широкого использования природоохранного и технологического использования сорбента.
Настоящее изобретение направлено на преодоление недостатковпредшествующего уровня техники.
В частности, задачей настоящего изобретения является предложить способ получения углеродного сорбента в кипящем слое, который при упрощении технологического процесса получения позволяет одновременно увеличить производительности процесса получения углеродного сорбента, используемого как расходный материал в процессах очистки сточных и карьерных вод, газовых выбросов предприятий, сорбционной добавки в процессах нефтепереработки.
Техническим результатом изобретения является увеличение производительности процесса получения сорбента в одностадийном процессе частичной газификации угля в кипящем слое без применения отдельной стадии парогазовой активации, что обеспечивает низкую себестоимость сорбента.
Технический результат достигается за счет предварительного подсушивания угля перед подачей в кипящий слой и применением только воздушного дутья для осуществления частичной газификации.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения углеродного сорбента путем частичной газификации угля в кипящем слое при температуре не ниже 650°С с использованием воздушного дутья, при этом уголь, подаваемый в кипящий слой, предварительно подсушивается до влажности в диапазоне 0-35 % масс.
Предпочтительно, частичной газификации подвергают уголь с размером частиц от 0 мм до 20 мм и процесс осуществляют при температуре 650 - 950°С.
Заявленный способ обеспечивает увеличение производительности процесса получения сорбента в одностадийном процессе частичной газификации угля в кипящем слое без применения отдельной стадии парогазовой активации, что обеспечивает низкую себестоимость сорбента.
Способ осуществляют следующим образом. В аппарат с реактором кипящего слоя угля, который имеет температуру от 650 до 950 °С, питателем непрерывно подают предварительно подсушенный до влажности в диапазоне 0-35 % масс. дробленый уголь с размером частиц от 0 до 20 мм. Уголь в кипящем слое подвергается частичной воздушной газификации с выделением газообразных продуктов, которые дожигаются над кипящим слоем вместе с мелкодисперсным уносом твердого топлива. При газификации происходит увеличение пористости и внутренней удельной поверхности углеродного остатка в результате высокотемпературного гетерогенного реагирования углерода с газами. Горячий углеродный остаток, являющийся сорбентом, выгружают из аппарата через отборный патрубок и охлаждают без доступа воздуха для предотвращения возгорания.
В примерах, иллюстрирующих способ, приведены технические характеристики показателей процесса получения сорбента на опытном стенде при использовании угля с различной влажностью.
Пример 1.
В качестве сырья используют уголь класса крупности 0-20 мм марки 2Б (разрез Березовский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:
r
d
daf
W=35,0 %; A= 4,9 %; V= 47,6 %;
daf
daf
daf
daf
d
C= 71,0 %; H= 4,9 %; N= 0,7 %; O= 23,1 %; S= 0,15 %;
Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 650-680 °С.
Получают сорбент со следующими характеристиками:
r
d
daf
2
W=0,1 %; A= 9,6 %; V= 9,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 300 м/г; адсорбционная активность по йоду - 35 %. Производительность по сорбенту составила 39 кг/ч.
Пример 2.
В качестве сырья используют уголь класса крупности 0-20 мм марки 2Б (разрез Березовский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:
r
d
daf
W=0,0 %; A= 4,9 %; V= 47,6 %;
daf
daf
daf
daf
d
C= 71,0 %; H= 4,9 %; N= 0,7 %; O= 23,1 %; S= 0,15 %;
Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 720-750°С.
Получают сорбент со следующими характеристиками:
r
d
daf
2
W=0,0 %; A= 10,6 %; V= 6,9 %; класс крупности - 0-5 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 370 м/г; адсорбционная активность по йоду - 38 %. Производительность по сорбенту составила 79 кг/ч.
Пример 3.
В качестве сырья используют уголь класса крупности 5-15 мм марки 2Б (разрез Бородинский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:
r
d
daf
W=15,0 %; A= 3,8 %; V= 48,6 %;
daf
daf
daf
daf
d
C= 73,7 %; H= 5,2 %; N= 1,9 %; O= 19,1 %; S= 0,1 %;
о
Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 750-780 С.
Получают сорбент со следующими характеристиками:
r
d
daf
2
W=0,0 %; A= 8,7 %; V= 7,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 420 м/г; адсорбционная активность по йоду - 55 %. Производительность по сорбенту составила 45 кг/ч.
Пример 4.
В качестве сырья используют уголь класса крупности 5-15 мм марки 2Б (разрез Березовский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:
r
d
daf
W=33,0 %; A= 4,9 %; V= 47,6 %;
daf
daf
daf
daf
d
C= 71,0 %; H= 4,9 %; N= 0,7 %; O= 23,1 %; S= 0,15 %;
о
Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 800-830С.
Получают сорбент со следующими характеристиками:
r
d
daf
2
W=0,0 %; A= 13,6 %; V= 6,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 500 м/г; адсорбционная активность по йоду - 65 %. Производительность по сорбенту составила 33 кг/ч.
Пример 5.
В качестве сырья используют уголь класса крупности 0-15 мм марки 2Б (разрез Бородинский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:
r
d
daf
W=32,2 %; A= 3,8 %; V= 48,6 %;
daf
daf
daf
daf
d
C= 73,7 %; H= 5,2 %; N= 1,9 %; O= 19,1 %; S= 0,1 %;
о
Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 860-900С.
Получают сорбент со следующими характеристиками:
r
d
daf
2
W=0,1 %; A= 7,6 %; V= 8,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 480 м/г; адсорбционная активность по йоду - 60 %. Производительность по сорбенту составила 30 кг/ч.
Пример 6.
В качестве сырья используют уголь класса крупности 0-15 мм марки 2Б (разрез Бородинский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:
r
d
daf
W=32,2 %; A= 3,8 %; V= 48,6 %;
daf
daf
daf
daf
d
C= 73,7 %; H= 5,2 %; N= 1,9 %; O= 19,1 %; S= 0,1 %;
Температуру кипящего слоя поддерживают в диапазоне 920-950°С.
Получают сорбент со следующими характеристиками:
r
d
daf
2
W=0,1 %; A= 15,6 %; V= 7,9 %; класс крупности - 0-3 мм; удельная площадь поверхности по методу БЭТ - 380 м/г; адсорбционная активность по йоду - 40 %. Производительность по сорбенту составила 25 кг/ч.
Таким образом, предложенный способ позволяет получить сорбент в одностадийном процессе частичной газификации угля в кипящем слое без применения отдельной стадии парогазовой активации, а предварительное снижение влажности угля позволяет увеличить производительность, что уменьшает себестоимость сорбента.