Способ реактивации отработанного активного угля
METHOD OF REACTIVATING SPENT ACTIVED CARBON

Изобретение относится к области сорбционной техники и охраны окружающей среды и может быть использовано для реактивации (регенерации) зерненых активных углей (АУ), отработанных при очистке жидких сред, в том числе питьевой воды, от загрязняющих их примесей.
Известен способ реактивации отработанного активного угля, включающий обработку активного угля потоком, содержащим водяной пар, при нагревании до 800-950°С, причем предварительно уголь нагревают потоком дымовых газов до 500-650°С со скоростью подъема температуры 15-25°С/мин и охлаждают, а обработку ведут водяным паром при его расходе 5-15 кг на 1 кг активного угля со скоростью подъема температуры 2-10°С/мин (см. Патент РФ №2042616, кл. С01В 31/08, опубл. 27.08.95).
Недостатком этого способа является периодичность процесса реактивации, а также низкий выход готового продукта.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ реактивации влажного активного угля, включающий сушку угля, его термическую обработку в присутствии водяного пара и охлаждение, отличающийся тем, что сушку ведут при 450-560°С со скоростью нагрева 25-40°С/мин, термообработку осуществляют при 620-720°С со скоростью нагрева 8-12°С/мин, а охлаждение проводят в среде перегретого водяного пара до 120-200°С (см. Патент РФ №2214964, кл. С01В 31/08, опубл. 27.10.2003).
Недостатком прототипа является низкая активность реактивированного АУ при извлечении из воздуха паров бензола.
Техническим результатом (целью изобретения) является повышение адсорбционной способности реактивированного активного угля при очистке воздуха от паров бензола.
3
Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим сушку отработанного активного угля, его термическую обработку в присутствии водяного пара, отличающимся тем, что сушку ведут при температуре 280-350°С, термическую обработку осуществляют при 350-700°С со скоростью подъема температуры 3-7°С/мин и проводят дополнительную активацию водяным паром, подаваемым со скоростью 0,4-0,8 дм/мин при температуре 750-850°С.
3
Из патентной научно-технической литературы авторам неизвестен способ реактивации отработанного активного угля, при котором сушку ведут при температуре 280-350°С, термическую обработку осуществляют при 350-700°С со скоростью подъема температуры 3-7°С/мин и проводят дополнительную активацию водяным паром, подаваемым со скоростью 0,4-0,8 дм/мин при температуре 750-850°С.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В процессе многоцикловой работы в режиме сорбции-десорбции при очистке питьевой воды происходит блокировка пористой структуры АУ органическими примесями, находящимися в воде. Процесс реактивации отработанного АУ призван разблокировать пористую структуру методом термической парогазовой реактивации, при которой сначала осуществляется удаление влаги с поверхности зерен угля и объема его макропор, затем ведется термообработка (пиролиз) сорбированных в объем микро- и мезопор органических примесей с образованием как аморфного углерода, так и его кристаллитов, затем его выгорание в режиме парогазовой активации по реакции
тв
2
пар
2
С+НО=СО↑+Н↑,
а также происходит развитие дополнительной микропористой структуры на основе новых кристаллитов. При этом следует так подобрать режимы всех трех стадий сушки, термообработки и активации, чтобы полученный реактивированный уголь мог быть использован для решения конкретной адсорбционной очистки у будущего потребителя (необязательно у того, откуда получен АУ на реактивацию), т.к. часто его передают на адсорбционную очистку паровоздушных потоков.
Способ осуществляют следующим образом.
3
Берут отработанный в процессе очистки питьевой воды АУ, который утратил свою адсорбционную способность на 50-70%, и подают его с помощью дозатора в загрузочную часть вращающейся ретортной электропечи, имеющей три независимые зоны нагрева. По мере продвижения угля по печи в первой зоне осуществляется его сушка при 280-350°С, затем во второй зоне идет его термообработка при 350-700°С со скоростью подъема температуры 3-7°С/мин в присутствии перегретого водяного пара для создания инертной атмосферы и далее, в третьей зоне, реактивация при температуре 750-850°С и подаче водяного пара со скоростью 0,4-0,8 дм/мин, идет выгорание аморфного углерода и разблокировка микропор, а также формирование дополнительной микропористой структуры.
Полученный реактивированный уголь имеет адсорбционную способность по бензолу, выраженную через время защитного действия по ГОСТ 17218-71, 42-54 мин. Выход готовой продукции составит 60-75% масс. в зависимости от влажности исходного АУ.
3
3
Пример 1. Берут 10 кг отработанного в процессе водоочистки активного угля АГ-3 (ГОСТ 20464-75) и подают его с помощью шнекового дозатора в загрузочную часть вращающейся ретортной электропечи с диаметром реторты 330 мм в количестве 50-100 кг/час и ведут его сушку в первой зоне при 280°С, затем уголь поступает во вторую зону печи, где при температуре 350°С и скорости ее подъема 3°С/мин в атмосфере перегретого водяного пара, подаваемого с расходом 0,5 дм/мин, идет термообработка. Затем уголь поступает в третью зону, где при температуре 750°С и подаче водяного пара со скоростью 0,4 дм/мин идет активация продукта.
Полученный реактивированный АУ имел время защитного действия по бензолу 42 мин.
3
Пример 2. Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что сушку ведут при 350°С, термическую обработку проводят при 700°С и скорости подъема температуры 7°С/мин, а активацию осуществляют при 850°С и подаче водяного пара со скоростью 0,8 дм/мин. Полученный реактивированный АУ имел время защитного действия 50 мин.
3
Пример 3. Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что сушку ведут при 315°С, термообработку проводят при 500°С со скоростью подъема температуры 5°С/мин, а активацию осуществляют при 800°С и подаче водяного пара со скоростью 0,6 дм/мин. Полученный реактивированный АУ имел время защитного действия по бензолу 54 мин.
Отработанный активный уголь АГ-3, реактивированный по известному способу (патент РФ №2214964), имел время защитного действия по бензолу 28-30 мин.
В результате многочисленных экспериментов были подобраны оптимальные условия осуществления процесса. Так, при температуре сушки ниже 280°С, значительно увеличивается ее время, что ухудшает стадию термообработки, а если температура сушки повышается выше 350°С, то идет поверхностный обгар угля и снижается выход готового продукта.
Относительно температуры термической обработки установлено, что если она ниже 350°С, не происходит полного пиролиза органики, блокирующей микропоры, и при термообработке образуется в основном аморфный углерод, в котором не развиваются микропоры при активации, а если температура термообработки выше 700°С, имеет место графитизация органики в микропорах, что в обоих случаях снижает адсорбционную способность реактивируемого АУ по бензолу при извлечении его из воздуха.
Исследования относительно температуры активации таких углей показали, что при температуре ниже 750°С активируемость (дополнительный обгар) незначительна, а при температуре выше 850°С вновь образованный в микро- и мезопорах углерод выгорает полностью и не дает дополнительных микропор, что в обоих случаях снижает адсорбционную способность реактивированных АУ по бензолу при извлечении его из воздуха.
3
3
Важность скорости подачи водяного пара в зону активации состоит в том, что если его скорость ниже 0,4 дм/мин, то имеет место поверхностный обгар за счет подсоса в реторту воздуха, а при скорости его подачи более 0,8 дм/мин идет образование супермикропор (за счет выгорания кристаллитов углерода), которые имеют низкую адсорбционную способность при извлечении бензола из воздуха.
Таким образом, из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.