СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АКТИВНОГО УГЛЯ
METHOD OF REGENERATING ACTIVATED CARBON

Изобретение относится к сорбционным технологиям и может быть использовано для восстановления свойств углеродных сорбентов и их повторного использования в производстве. Изобретение применимо к активным углям (АУ), использованным в процессе рекуперации органических растворителей.
Известен способ регенерации активного угля путем двустадийной термообработки АУ по патенту РФ №2042616 RU (опубл. 27.08.1995), включающий обработку АУ сначала потоком дымовых газов до 500-650°С со скоростью подъема темперауры 15-25°С/мин, охлаждение и обработку угля окислительным газом до 800-950°С со скоростью ее подъема 2-10°С/мин, при этом в качестве окислительного газа подают водяной пар в количестве 5-15 кг на 1 кг угля.
Недостатком данного способа является низкая механическая прочность гранул получаемого АУ, а также относительно низкое значение сорбционной емкости АУ, как правило, не превышающей значение активности свежего исходного АУ.
Предлагаемым изобретением решается задача переработки выработавшего свой ресурс рекуперационного АУ в кондиционный продукт с более высокими, чем у свежего АУ сорбционными характеристиками.
Для достижения указанного технического результата в способе регенерации активного угля, включающем нагрев угля в атмосфере дымовых газов, его выдержку при конечной температуре нагрева, охлаждение и термообработку проводят в потоке водяного пара при 850-950°С, а нагрев угля в атмосфере дымовых газов осуществляют до 350-500°С при скорости подъема температуры 50-150°С/мин.
Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что нагрев угля в атмосфере дымовых газов осуществляют до 350-500°С при скорости подъема температуры 50-150°С/мин.
Благодаря наличию этих признаков получен высокоэффективный способ рекуперации активного угля.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В процессе многоцикловой адсорбции-десорбции органических соединений пористая структура со временем оказывается заблокированной высокомолекулярными органическими соединениями, образующимися на поверхности пор АУ. Полученный АУ должен не только полностью восстановить свои сорбционные свойства, но и приобрести в процессе получения специфическую пористую структуру, оптимальную для процессов многоцикловой адсорбции-десорбции.
Многочисленными экспериментами установлено, что на первом этапе регенерации необходимо верно выбрать температуру и скорость ее подъема. Установлено, что при высокой температуре - 500°С и выше при медленной скорости подъема температуры - 15-25°С/мин происходит полное удаление летучих компонентов из гранул активированного угля, при этом отложений пироуглерода не образуется, но интенсивно происходит внешний обгар гранул, что приводит к снижению насыпной плотности АУ без увеличения его сорбционных характеристик (выраженных в г/г сорбента).
При температуре на первой стадии 350-500°С при темпе подъема температуры - 50-150°С/мин, при термообработке происходит удаление летучих веществ с одновременным их разложением и образование пироуглерода на поверхности супермикропор и мезопор. При этом закладывается определенная пористая структура, развивающаяся при дальнейшей активации.
При температуре ниже 350°С летучие вещества, не удаляясь, часто разлагаются прямо в микропорах, препятствуя доступу перегретого пара при дальнейшей активации. При более высокой скорости подъема температуры (более 150°С/мин) разложение летучих компонентов также происходит в микропорах.
Температура на второй стадии процесса определяется с одной стороны низкой скоростью реакции окисления углерода водяным паром при температуре ниже 850°С, а с другой преобладанием в основном процесса внешнего обгара углерода над внутренним (формирующим сорбирующие поры) при температуре более 950°С.
Количество подаваемого на второй стадии водяного пара должно быть достаточным для проведения реакции окисления углерода в микропорах АУ.
Способ осуществляется следующим образом:
Берут отработанный рекуперационный АУ, в процессе работы утративший свою сорбционную способность на 50% и более. Загружают его в реактор и проводят обработку в среде дымовых газов до 350-500°С, со скоростью подъема температуры 50-150°С/мин. Затем уголь выгружают, охлаждают и подают его в другой реактор, где проводят обработку водяным паром при 850-950°С, подавая водяной пар в количестве 6-10 кг на 1 кг выгружаемого угля.
Полученный АУ выгружают, охлаждают, высеивают кондиционную фракцию, фасуют в бумажные мешки и направляют потребителю.
Пример 1.
3
Берут 10 кг отработанного активного угля марки АР-Б (в пересчете на сухой уголь) и подают его в реактор по направлению движения дымовых газов, обеспечивая нагрев его до 350°С при скорости подъема температуры 100°С/мин, выдерживают при конечной температуре 20 мин, после чего выгружают и охлаждают. Затем уголь направляют в реактор, где проводят обработку его в потоке водяного пара, нагревая до 850°С, при этом расход водяного пара составляет 6 кг на 1 кг активного угля. Полученный АУ имеет равновесную активность по толуолу 155 г/дм, активность по метиленовому голубому 250 мг/г.
Пример 2.
3
Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что нагревание в потоке дымовых газов на первой стадии осуществляется до 500°С при скорости подъема температуры 140°С/мин, а после охлаждения в потоке водяного пара до температуры 950°С, при расходе водяного пара 10 кг на 1 кг выгружаемого угля. Полученный АУ имеет равновесную активность по толуолу 158 г/дм, активность по метиленовому голубому 280 мг/г.
Пример 3.
3
Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что нагревание в потоке дымовых газов на первой стадии осуществляется до 450°С при скорости подъема температуры 100°С/мин, а после охлаждения в потоке водяного пара до температуры 900°С, при расходе водяного пара 8 кг на 1 кг выгружаемого угля. Полученный АУ имеет равновесную активность по толуолу 155 г/дм, активность по метиленовому голубому 260 мг/г.
В таблице 1 приведены результаты исследования адсорбционной способности активных углей, регенерированных по предлагаемому способу в зависимости от температурного режима их получения, а также от скорости подъема температуры.
В таблице 2 приведены результаты исследования адсорбционной способности активных углей, регенерированных по предлагаемому способу в зависимости от расхода пара на второй стадии термообработки.
Пример 4.
3
Берут 10 кг отработанного активного коксового угля марки Каусорб-224 (в пересчете на сухой уголь) и подают его в реактор по направлению движения дымовых газов, обеспечивая нагрев его до 400°С при скорости подъема температуры 100°С/мин, выдерживают при конечной температуре 20 мин, после чего выгружают и охлаждают. Затем уголь направляют в реактор, где проводят обработку его в потоке водяного пара, нагревая до 900°С, при этом расход водяного пара составляет 8 кг на 1 кг активного угля. Полученный АУ имеет равновесную активность по толуолу 190 г/дм.
В таблице 3 приведены результаты исследования адсорбционной способности активных углей на кокосовой основе, регенерированных по предлагаемому способу в зависимости от температурного режима их получения, а также от скорости подъема температуры.
В таблице 4 приведены результаты исследования адсорбционной способности активных углей на кокосовой основе, регенерированных по предлагаемому способу в зависимости от расхода пара на второй стадии термообработки.
Как следует из данных, приведенных в табл.1, 2, 3, 4, достигается получение углеродного адсорбента с более высокими, чем у исходного свежего активного угля, сорбционными характеристиками, при условии, что температурный режим на первой стадии термообработки поддерживают в диапазоне 350-500°С при скорости подъема температуры 50-150°С/мин, температурный режим на второй стадии термообработки 850-950°С, расход пара на второй стадии термообработки 6-10 кг/кг выгружаемого активного угля.
Таблица 1
Способ
Температура на первой стадии термообработки, °С
Скорость подъема температуры на первой стадии термообработки, °С/мин
Температура на второй стадии термообработки, °С
Равновесная активность по толуолу, г/дм<sup>3</sup>
Адсорбционная активность по метиленовому голубому, мг/г
Предлагаемый
300
100
900
125
210
350 (пример 1)
100
900
155
258
450
100
900
155
260
500
100
900
165
265
600
100
900
132
215
500
35
900
120
190
500
50
900
148
230
500
100
900
165
265
500
150
900
151
235
500
200
900
130
215
500
100
800
132
180
500
100
850
150
230
500 (пример 2)
100
950
155
270
500
100
1000
127
250
АР-Б ГОСТ 8703-74
-
-
-
135
-
Примечание: Расход пара на 2 стадии термообработки 8 кг/ кг активного угля
Таблица 2
Способ
Расход водяного пара, кг/кг угля
Равновесная активность по толуолу, г/дм<sup>3</sup>
Адсорбционная активность по метиленовому голубому, мг/г
Предлагаемый
4
110
170
6
145
230
8 (пример 3)
155
260
10
153
265
12
136
210
АР-Б ГОСТ 8703-74
,
135
-
Примечание: 1. Температура 1 стадии термообработки 450°С, скорость подъема температуры 100°С/мин2. Температура 2 стадии термообработки 900°С.
Таблица 3
Способ
Температура на первой стадии термообработки, °С
Скорость подъема температуры на первой стадии термообработки, °С/мин
Температура на второй стадии термообработки, °С
Равновесная активность по толуолу, г/дм<sup>3</sup>
Предлагаемый
300
100
900
140
400 (пример 4)
100
900
190
500
100
900
185
600
100
900
152
500
35
900
125
500
50
900
162
500
100
900
182,
500
150
900
163
500
200
900
145
400
100
800
155
400
100
850
178
400
100
950
169
400
100
1000
135
Каусорб-224 ТУ 2162-210-05795731-2006
160
Таблица 4
Способ
Расход водяного пара, кг/кг угля
Равновесная активность по толуолу, г/дм<sup>3</sup>
Предлагаемый
4
126
6
164
8 (пример 4)
190
10
167
12
135
Каусорб-224 ТУ 2162-210-05795731-2006
-
160
Примечание: 1. Температура 1 стадии термообработки 400°С, скорость подъема температуры 100°С/мин.2. Температура 2 стадии термообработки 900°С.