СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ
METHOD OF REGENERATING ACTIVATED CARBON

Изобретение относится к способу регенерации активированных углей (АУ), насыщенных органическими веществами, с целью их дальнейшего использования в технологии водоподготовки и очистки питьевой воды и стоков промышленности.
Известен способ регенерации активированного угля, загрязненного органическими веществами, путем обработки гомогенатом разрушенных клеток биокультуры рода Bacillus SP. Завершают процесс регенерации активированного угля промывкой водой и сушкой на воздухе [авторское свидетельство СССР №865384, B01J 49/00 от 23.09.1981].
Другим способом является применение дрожжей рода Saccaromyces с последующей термической обработкой угля при температуре 300°С, необходимой для полного удаления микроорганизмов, и промывкой раствором соляной кислоты [патент РФ №2051095, С01В 31/08 от 27.12.1995].
Недостатком известных способов является низкий выход регенерированного АУ, малая его прочность и низкая адсорбционная емкость по органическим веществам.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ регенерации АУ, включающий нагревание угля до температуры 660-700°С со скоростью подъема температуры 30-60°С/мин, обработку водяным паром при массовом соотношении пара и угля (2-4):1 с последующим охлаждением в атмосфере, не содержащей кислорода, со скоростью 60-100°С/мин [пат. РФ №2167103, кл. С01В 31/08 от 20.01.2001]. Этот способ принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения.
Недостатком прототипа является невысокая адсорбционная способность регенерированного угля при водоподготовке и очистке жидких сред от органических веществ с низкими и среднемолекулярными массами.
Задачей изобретения является восстановление первоначальной адсорбционной способности отработанных АУ после адсорбции из растворов упомянутых органических веществ (нафталин и органические вещества типа профлавинацетата) при выходе продукта не ниже 90%.
Поставленная задача решается предложенным способом, включающим нагревание угля до 230-290°С со скоростью подъема температуры 15-30°С/мин обработке угля в атмосфере паров аммиачной воды с концентрацией аммиака 25 мас.%, подаваемых со скоростью 0,5-1,0 м/с при температуре 75-80°С. Последующий этап состоит в том, что уголь, обработанный парами аммиачной воды, нагревают до 450-550°С со скоростью 8-18°С/мин с последующим охлаждением в атмосфере, не содержащей кислород.
При сушке отработанного угля ниже 230°С не происходит полного удаления влаги и легколетучих веществ. При сушке выше 290°С наблюдается значительное увеличение пыли. При повторном нагревании угля до температуры ниже 450°С адсорбционная емкость по профлавинацетату и нафталину значительно снижается, выше 550°С наблюдается увеличение количества пыли, а адсорбционная емкость по профлавинацетату и нафталину снижается. Обработка парами аммиачной воды за пределами значений корости подачи и температуры процесса не дает АУ требуемого качества.
При скорости подъема температуры менее 15°С/мин не успевает пройти процесс сушки, а при скорости более 30°С/мин снижается адсорбционная емкость АУ.
На следующем этапе нагревания АУ при скорости менее 8°С/мин процесс становится неэкономичным, т.к. требуется длительное время и большой расход энергии, при скорости более 18°С/мин не успевает пройти регенерация и адсорбционная емкость по профлавинацетату значительно снижается.
Известно, что при использовании АУ для очистки жидких сред и/или его применении в многоцикловых процессах, например в очистке воды или рекуперации растворителей, происходит забивка пористой структуры углей высокомолекулярными органическими примесями, вследствие чего происходит снижение их адсорбционных свойств. Регенерация этих углей должна разблокировать не только микропористую структуру, но и систему транспортных пор.
Экспериментами было установлено, что необходимо различать некоторые промежуточные стадии регенерации для обеспечения:
- удаления летучих веществ и испарения влаги из объема пор для открытия свободного выхода продуктов деструкции высокомолекулярных органических веществ,
- деструкции этих веществ.
При этом для каждой из 2-х стадий экспериментально должна быть установлена оптимальная скорость нагрева.
Экспериментами было найдено, что степень восстановления адсорбционных свойств зависит от режима охлаждения регенерируемого угля, который должен обеспечить восстановление деформации гранул и исключить нарушение их прочности, а следовательно, и понижение выхода продукта.
Предложенный способ иллюстрируется нижеприведенными примерами.
Пример 1. (Сравнительный) Регенерацию проводят по прототипу. 500 г отработанного АУ после адсорбции нафталина, утратившего адсорбционную способность на 70-80%, подвергают обработке при Т=700°С со скоростью подъема температуры 60°С/ мин в течение 25 мин и подачи водяного пара 1,5 нл/мин, с последующим охлаждением в атмосфере, не содержащей кислорода, со скоростью 100°С/мин. АУ выгружают и проверяют адсорбционные свойства.
Адсорбционные показатели АУ, полученного по прототипу:
-2
- адсорбционная емкость по профлавинацетату (ПА) составляет 8,64·10 г/г,
-3
- адсорбционная емкость по нафталину (НФ) составляет 4,83·10 г/г.
Количество пыли составляет 11,7%, влажность АУ 9,4%, а механическая прочность по истиранию ≈64%. Выход продукта 53,7%.
Пример 2. 500 г отработанного АУ, утратившего адсорбционную способность на 70-80%, загружают во вращающийся реактор и нагревают от комнатной температуры до 280°С со скоростью подъема температуры 18°С/мин, затем охлаждают в атмосфере паров аммиачной воды с концентрацией 25%, подаваемых со скоростью 1,0 м/с при температуре 75-80°С. Затем уголь, обработанный парами аммиачной воды, нагревают до 500°С со скоростью 14°С/мин в течение 36 мин, затем охлаждают в атмосфере, не содержащей кислород. Выход продукта 95%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацтату 1,25 г/г и по нафталину 0,79 г/г. Количество пыли составляет 0,83%. Влажность 2,75% и механическая прочность по истиранию составляет 85-87%.
Пример 3. 500 г отработанного АУ, утратившего адсорбционную способность на 70-80%, загружают во вращающийся реактор и нагревают от комнатной температуры до 250°С со скоростью подъема температуры 20°С/мин, затем охлаждают в атмосфере паров аммиачной воды с концентрацией 25%, подаваемых со скоростью 1,0 м/с при температуре 75-80°С. Затем уголь, обработанный парами аммиачной воды нагревают до 500°С со скоростью 10°С/мин в течение 50 мин с последующим. Выход продукта 93,7%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 1,18 г/г и по нафталину 0,75 г/г. Количество пыли составляет 1,3%. Влажность меньше 3,8% и механическая прочность по истиранию составляет 83-86%.
Пример 4. Регенерацию проводят как в примере №2, но с другой скоростью подачи паров аммиачной воды - 0,5 м/с. Выход продукта 92,4%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,99 г/г и по нафталину 0,70 г/г. Количество пыли составляет 2,4%. Влажность меньше 4,35% и механическая прочность по истиранию составляет 82-84%.
Пример 5. Регенерацию проводят как в примере №3, но со скоростью подачи паров аммиачной воды - 0,5 м/с. Выход продукта 90,7%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,93 г/г и по нафталину 0,63 г/г. Количество пыли составляет 7,3%. Влажность 7,35% и механическая прочность по истиранию составляет 82-84%.
Пример 6. Регенерацию проводят как в примере №4, но с температурой регенерации 550°С. Выход продукта 92%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,97 г/г и по нафталину 0,68 г/г. Количество пыли составляет 3,7%. Влажность меньше 5,82% и механическая прочность по истиранию составляет 79-81%.
Пример 7. Регенерацию проводят как в примере №5, но с температурой регенерации 550°С. Выход продукта 90%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,90 г/г и по нафталину 0,57 г/г. Количество пыли составляет 3,8%. Влажность меньше 6,6% и механическая прочность по истиранию составляет 77-79%.
Пример 8. Регенерацию проводят как в примере №2, но с температурой регенерации 550°С. Выход продукта 93%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 1,05 г/г и по нафталину 0,69 г/г. Количество пыли составляет 4,4%. Влажность 6,23% и механическая прочность по истиранию составляет 81-83%.
Пример 9. Регенерацию проводили как в примере №3, но с температурой регенерации 550°С. Выход продукта 91,6%.
Полученный уголь имеет адсорбционную емкость по профлавинацетату 0,95 г/г и по нафталину 0,63 г/г. Количество пыли составляет 3,9%. Влажность 5,94% и механическая прочность по истиранию составляет 78-80%.
В таблице представлены закономерности изменения адсорбционной емкости по профлавинацетату (ПА) и нафталину (НФ) в зависимости от скорости нагрева в интервале 500-550°С и скорости подачи аммиачной воды.
Таблица
Характеристики регенерированных углей
№№Примеры
Режим регенерации активированных углей
Т<sub>регенерации,</sub> °C
V<sub>скор. под.</sub>.<sub>Т°С</sub>,<sub> °С/мин</sub>
V<sub>скор. подачи амм.</sub>
Адсорбционная емкость по
ПА (г/г)
НФ (г/г)
Прототип (1)
700-800
30-60
-
8,64·10<sup>-2</sup>
4,83·10<sup>-3</sup>
2
500
14
1,0
1,25
0,79
3
500
10
1,0
1,18
0,75
4
500
14
0,5
0,99
0,70
5
500
10
0,5
0,93
0,64
6
550
14
0,5
0,97
0,68
7
550
10
0,5
0,90
0,57
8
550
14
1,0
1,05
0,69
9
550
10
1,0
0,95
0,63
Из примеров, а также показателей, приведенных в таблице следует, что предложенный способ обеспечивает высокий выход регенерированного АУ (90-95%) с хорошими адсорбционными и прочностными характеристиками.