CZ74194A3 - Process for producing lumpy activated charcoal in two stages - Google Patents

Description

Způsob výroby kusového aktivního uhlí ve dvou stupníchProcess for the production of lump activated carbon in two stages

Oblast techniky » Vynález se týká způsobu výroby aktivního uhlí.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a process for the production of activated carbon.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Aktivní uhlí je obvykle vyráběno z vhodných surovin buď metodou chemické aktivace (DOS 2,656,169, 7.7.1977, Standard Oil Co., USA) nebo aktivace plynnými médii (Kienle Η. , Báder E. : Aktivkohle). V prvním případě je surovina aktivována působením činidel typu chloridu zinečnatého nebo hydroxidu draselného za zvýšené teploty. Během procesu aktivace dochází působením činidel k destrukci části suroviny, přičemž se vytváří porésní struktura vlastního aktivního uhlí. Nevýhodou je, že vyrobené aktivní uhlí obsahuje zbylé aktivační medium. U aktivace plynnými medii jsou aktivátorem plyny, které obsahují oxid uhličitý, vodní páry, malé množství kyslíku či jejich kombinaci. Tyto plyny reagují za zvýšené teploty s částí aktivované suroviny a vytváří opět porézní strukturu aktivního uhlí. Ve srovnání s chemickou aktivace! je nutno používat vyšších teplot. U obou výše uvedených metod předchází, vlastní aktivaci řada operací jako jsou sušení, mletí, sítování, míšení s pojivém, tvarování, karbonizace apod.(DAS 2,625,625, 23.12.1976, Hari N. Murti).Activated carbon is usually produced from suitable raw materials either by chemical activation (DOS 2,656,169, 7/7/1977, Standard Oil Co., USA) or by gaseous media activation (Kienle Η., Báder E.: Aktivkohle). In the first case, the feedstock is activated by treatment with zinc chloride or potassium hydroxide reagents at elevated temperature. During the activation process, a portion of the feedstock is destroyed by the action of the reagents, creating a porous structure of the actual activated carbon. The disadvantage is that the activated carbon produced contains the remaining activation medium. In gaseous media activation, the activator is a gas that contains carbon dioxide, water vapor, a small amount of oxygen, or a combination thereof. These gases react at elevated temperature with a portion of the activated feedstock to form a porous structure of activated carbon again. Compared to chemical activation! higher temperatures should be used. In both of the above methods, a number of operations, such as drying, grinding, sieving, binder mixing, shaping, carbonization, etc., precede the actual activation (DAS 2,625,625, Dec. 23, 1976, Hari N. Murti).

Výrobě aktivního uhlí aktivací karbonizovaného produktu, před• chází dosud drcení popřípadě mletí uhlí na požadované zrnění.The production of activated carbon by activating the carbonized product prevents the crushing or grinding of the coal to the desired grain.

Vytříděná frakce o daném zrnění se zpravidla suší na obsah vody ^u okolo 5 % hmot. Takto připravená uhelná (dřevná) vsázka se karbonizuje. Karbonizace je proces kdy za nepřístupu vzduchu při teplotním rozmezí 600 až 1000°C se provede odplynění. Takto vyrobený materiál vykazuje určitou adsorpční kapacitu, ale pro zlepšení sorpčních’vlastností se provádí dodatečná úprava tzv. aktivace. Při výrobě formovaných aktivních uhlí se nejprve zkarbonizovaný materiál mele na velikost zrna pod 0.1 mm a míchá se za tepla s pojivém. Po promíchání s pojivém do homogeního stavu se z této The screened fraction of a given grain size is typically dried to a water content ^of about 5% by weight. The charcoal (wood) thus prepared is carbonized. Carbonization is a process where degassing is performed in the absence of air at a temperature range of 600 to 1000 ° C. The material thus produced exhibits a certain adsorption capacity, but in order to improve the sorption properties, an additional adjustment of the so-called activation is carried out. In the production of the formed activated carbon, the carbonated material is first ground to a grain size below 0.1 mm and mixed hot with the binder. After mixing with the binder to a homogeneous state, this is removed

směsi za tepla lisují přes matrici určitého průměru výlisky, které se na požadovanou délku řežou. Takto vyrobené výlisky se ještě poprašují prachem zkarbonizovaného materiálu, aby nedošlo k jejich slepení. Před vlastní aktivací se nechávají určitý čas ještě tzv. dozrát.the blends are pressed hot through a die of a certain diameter, which are cut to the desired length. The moldings thus produced are still dusted with the carbonized material in order to prevent them from sticking together. Before their activation they are allowed to mature for some time.

Aktivace je proces kdy se na materiál působí aktivačním činidlem (plynným) za teplot od 600 až 1100°C. Nejběžnější aktivační činidla jsou vodní pára, spaliny, kyslík a oxid uhličitý. Při aktivaci dochází k endotermní reakci uhlíku s H2O, CO2 a exotermní s O2.Activation is a process whereby the material is treated with an activating agent (gaseous) at temperatures from 600 to 1100 ° C. The most common activating agents are water vapor, flue gas, oxygen and carbon dioxide. Activation leads to an endothermic reaction of carbon with H2O, CO2 and exothermic with O2.

Klasický způsob výroby aktivního uhlí je velmi pracný a energeticky i surovinově náročný.The classic method of production of activated carbon is very laborious and energy and resource intensive.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob přípravy kusového aktivního uhlí z hnědého uhlí karbonizací a aktivací ve dvou stupních, který spočívá v tom, že se nadrcené hnědé uhlí o zrnění od 2 do 10 mm s obsahem popele do 15 % hmot., obsahem celkové síry v hořlavině do 5 % hmot.a obsahem uhlíku v hořlavině od 50 do 75 % hmot., se karbonizuje při teplotě 600 až 900 °C po dobu 10 min až 3 h , získaný materiál se kontinuálně aktivuje v rotační peci plyny s obsahem vodní páry 0,4 až 0,6 kg/ kg karbonizátu za hod*ⁿ* po dobu 1 až 4 h .přičemž na výstupu aktivního uhlí z pece je teplota 650 až 1100 °C. Plynem je s výhodou dusík nebo spaliny použitého topného plynu.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the method of preparation of lump activated carbon from lignite by carbonization and two-stage activation, which consists in that crushed lignite with grain size from 2 to 10 mm with ash content up to 15% by weight, total sulfur content 5 wt.% And a carbon content in the combustible from 50 to 75 wt.%, Carbonization at 600 to 900 ° C for 10 min. To 3 h. The material obtained is continuously activated in a rotary kiln by gases with a water vapor content of 0.4 to 0.6 kg / kg for karbonizátu h * ⁿ * for 1 to 4 hours at the output .přičemž charcoal from furnace temperature is 650 to 1100 ° C. The gas is preferably nitrogen or flue gas of the fuel gas used.

Navrhovaný postup výběrem vhodného hnědého uhlí umožňuje získat aktivní uhlí bez nutnosti aplikace pojivá. Tzn., že z výrobního cyklu proti standardním procesům odpadá mletí, míšení s pojivém a formování suroviny pro aktivaci. Navržená technologie pokud se provede kontinuálně je i energeticky výhodnější než klasické způsoby.The proposed process by selecting a suitable brown coal allows to obtain activated carbon without the need for binder application. This means that grinding, mixing with binder and forming the raw material for activation are eliminated from the production cycle compared to standard processes. The proposed technology, if performed continuously, is also more energy efficient than conventional methods.

Příklady provedeníExamples

Pro přípravu aktivního koksu bylo použito uhlí z lomu Chabařovice (Palivový kombinát Úžin). Použité uhlí mělo Coal from the Chabařovice quarry (Fuel Combine Úžin) was used for the preparation of active coke. Used coal had

následující vlastnosti stanovené dle příslušných norem ČSN (viz.tab.l, tab.2).the following properties determined according to the relevant ČSN standards (see Table 1, Table 2).

Tab. 1Tab. 1

Chemicko-technologické parametry uhlí údaje v % hmot.Chemical-technological parameters of coal data in% wt.

1 1 SYMBOL SYMBOL 1 1 1 Lom Chabařovice| 1 l 1 1 1 Chabarovice Quarry | 1 l V^{r w} tV ^rw t 1 1 | 28.73 | 1 1 | 28.73 | ^Vh ^In h | 22.40 | | 22.40 | A^d A ^d 1 2.51 | 1 2.51 _vdaf _v daf | 51.48 | | 51.48 | l l S^d tS ^d t | 0.20 | 1 1 | 0.20 | 1 1

Význam symbolů:Meaning of symbols:

V^rt - obsah vody v těžném stavu - obsah vody hrubéV ^r t - water content in a difficult state - coarse water content

A^d - obsah popela v původním vzorkuA ^d - ash content in the original sample

V^daf - obsah prchavé hořlavinyIn ^daf - the content of volatile combustible

S^dt - obsah celkové síry v původním vzorku Tab.2S ^d t - total sulfur content in the original sample Tab.2

Chemický rozbor uhlí údaje v % hmot.Chemical analysis of coal data in% wt.

1 1 SYMBOL SYMBOL 1 1 1 1 1 1 1 Lom Chabařovice | 1 1 Quarry Chabařovice | 1 c^daf c ^daf 1 1 1 1 j 70.98*. | j 70.98 *. | H^daf H ^daf 1 1 5.30 | 5.30 | _Ndaf _N daf 1 1 1.32 | 1.32 | l l _odaf _{+ o} daf ₊ 1 L 1 L 22.20 | _1 22.20 | _1

Význam symbolů:Meaning of symbols:

+ obsah kyslíku se dopočítává do 100 %.+ oxygen content is added up to 100%.

Q^af _ _otj_Sah uhlíku v hořlaviněQ ^ f _ _o ie _through H atoms in combustible

H^Ud - obsah vodíku v hořlaviněH ^Ud - hydrogen content in combustible material

JJ

N^ua - obsah dusíku v hořlavině 1N ^ua - nitrogen content of flammable substance

0^ua - obsah kyslíku v hořlavině0 ^ua - oxygen content of the combustible

Vzorek uhlí v těžném stavu byl nadrcen v čelisťovém drtiči, dále byla vyseparována frakce 5 až 10 mm, která byla předsušena naThe coal sample in the heavy state was crushed in a jaw crusher, the fraction 5 to 10 mm was separated, which was pre-dried

Ší® wŠí® w

obsah vody do 6 % hmot.water content up to 6% by weight

Pro přípravu vzorků bylo použito dvou pecí. Pec karbonizační je v uspořádání tzv. pevné vrstvy. To znamená, že uhlí se během karbonizace žádnou vnější silou nepohybuje. Karbonizační aparatura sestávala z nerezového reaktoru do kterého se navazuje uhlí o hmotnosti do 1 kg. Tento reaktor má horní (nasypávací trubku) většího průměru než odvodní trubku. Reaktor se po naplnění zasune do elektricky topené pece. Na horní trubku se připojí přívod inertního plynu dusíku. Na spodní trubku se připojí aparatura na jímání karbonizačnich zplodin. Pomocí termočlánku zasunutého do prostoru pece se zjišťuje teplota. Po ukončení karbonizace se reaktor vyjme a vysype se z něj karbonizát.Two furnaces were used for sample preparation. The carbonization furnace is in the arrangement of the so-called solid layer. This means that the coal does not move under any external force during carbonization. The carbonization apparatus consisted of a stainless steel reactor to which coal weighing up to 1 kg was bound. This reactor has an upper (feed pipe) larger diameter than the drain pipe. After charging, the reactor is inserted into an electrically heated furnace. An inert nitrogen gas inlet is connected to the upper pipe. An apparatus for collecting carbonization products is connected to the lower tube. The temperature is determined by means of a thermocouple inserted into the furnace space. After the carbonization is complete, the reactor is removed and the carbonizate is emptied.

Pec aktivační sestává z nerezové rotační peci o délce 1 m a průměru 100 mm . Tato pec je z vnějšku elektricky topena. Uvnitř rotační nerezové pece je vnitřní nerezová trubka, která má na sobě zarážky, které udržují materiál v topeném prostoru, Vnitřní nerezovou trubkou se přivádí směs vodní páry a dusíku (aktivační směs). Výstup z pece je do digestoře.The activation furnace consists of a stainless steel rotary kiln with a length of 1 m and a diameter of 100 mm. This furnace is electrically heated from the outside. Inside the rotary stainless steel furnace is an internal stainless steel tube, which has stops thereon that keep the material in the heated space. The furnace exit is into the fume hood.

Příklad 1Example 1

Při aplikaci následujících výrobních podmínek:When applying the following production conditions:

KarbonizaceCarbonization

a) maximální teplota v zařízení 650°C,(a) maximum temperature in the installation of 650 ° C;

b) doba zdržení 2 h po dosažení teploty 650°C, byl získán materiál o následujících vlastnostech.b) residence time of 2 h after reaching a temperature of 650 ° C, a material having the following properties was obtained.

Uhlí Karbonizát Karbonizační zplodiny %Coal Carbonate Carbonization products%

100% 43 % 5 a100% 43% 5 a

Celkový objem pórů: 0,35 cm /gTotal pore volume: 0.35 cm / g

Porozita Měrný povrchPorosity Specific surface area

37%37%

420 m^/g420 m @ 2 / g

AktivaceActivation

a) maximální teplota v zařízení 650°C,(a) maximum temperature in the installation of 650 ° C;

b) doba zdržení 4 h po dosažení teploty 650°C,(b) a residence time of 4 h after reaching a temperature of 650 ° C;

c) množství vodní páry 0.5 kg/kg suroviny za hodinu, byl získán materiál o následujících vlastnostech.c) water vapor amount of 0.5 kg / kg of feedstock per hour, material having the following characteristics was obtained.

OO

Celkový objem pórů: 0,538 cm /gTotal pore volume: 0.538 cm / g

Porozita : 54%Porosity: 54%

v 9v 9

Měrný povrch : 670 m /gSpecific surface area: 670 m / g

Příklad 2Example 2

Při aplikaci následujících výrobních podmínek:When applying the following production conditions:

KarbonizaceCarbonization

a) maximální teplota v zařízení 900°C,(a) maximum temperature in the installation of 900 ° C;

b) doba zdržení 2 h po dosažení teploty 900°C, byl získán materiál o následujících vlastnostech.b) a residence time of 2 h after reaching a temperature of 900 ° C, a material having the following properties was obtained.

Uhlí Karbonizát Karbonizační zplodinyCoal Carbonate Carbonization products

100% 42 % 58 %100% 43% 58%

Celkový objem pórů: 0,38 cm^/g Porozita : 43% ·<>Total pore volume: 0.38 cm ^ / g Porosity: 43% · <>

Měrný povrch : 502 m /gSpecific surface area: 502 m / g

AktivaceActivation

a) maximální teplota v zařízení 900°C,(a) maximum temperature in the installation of 900 ° C;

b) doba zdržení 4 h po dosažení teploty 900°C,(b) a residence time of 4 h after reaching a temperature of 900 ° C;

c) množství vodní páry 0.5 kg/kg suroviny za hodinu·.(c) water vapor quantity of 0,5 kg / kg of raw material per hour.

byl získán materiál o následujících vlastnostech.a material having the following properties was obtained.

Celkový objem pórů: 0,858 cm^/gTotal pore volume: 0.858 cm @ 2 / g

Porozita : 65%Porosity: 65%

Měrný povrch : 950 m /gSpecific surface area: 950 m / g

Vyrobené aktivní uhlí bylo porovnáváno s komerčně vyráběným aktivním uhlím a aktivním koksem. Porovnání bylo uskutečněno stanovením adsorpční dynamické kapacity vyjádřené dobou průrazu za shodných experimentálních podmínek. Jako sorbát byl použit toluen. Sorpční vlastnosti vyrobeného aktivního uhlí č.2 vůči toluenu jsou lepší než vlastnosti komerčního aktivního uhlí o 5 % a o 65 % lepší než u komerčního aktivního koksu.The activated carbon produced was compared with commercially produced activated carbon and activated coke. The comparison was made by determining the adsorption dynamic capacity expressed as breakdown time under identical experimental conditions. Toluene was used as the sorbate. The sorption properties of the produced activated carbon No. 2 to toluene are superior to those of commercial activated carbon by 5% and 65% better than that of commercial activated coke.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález je využitelný pří výrobě aktivního uhlí z hnědého uhlí.The invention is useful in the manufacture of activated carbon from lignite.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Způsob výroby kusového aktivního uhlí ve dvou stupních z hnědého uhlí karbonizací a aktivací se vyznačuje tím, že se nadrcené hnědé uhli o zrnění od 2 do 10 mm s obsahem popele do 15 % hmot., obsahem celkové síry v hořlavině do 5 % hmot.a obsahem uhlíku v hořlavině od 50 do 75 % hmot., karbonizuje při teplotě 600 až 900 °C po dobu 10 min až 3 h , získaný materiál se kontinuálně aktivuje v rotační peci plyny s obsahem vodní páry.0,4 až 0,6 kg/ kg karbonizátu za hodi^po dobu 1 až 4 h .přičemž na výstupu aktivního uhlí z pece je teplota 650 až 1100 °C.1. A process for the production of lump activated carbon in two stages from lignite by carbonization and activation, characterized in that crushed lignite with a grain size of 2 to 10 mm with an ash content of up to 15% by weight, a total sulfur content of combustible material of up to 5% by weight. having a carbon content in the combustible of from 50 to 75% by weight, carbonizing at a temperature of 600 to 900 ° C for 10 minutes to 3 hours, the material obtained is continuously activated in a rotary kiln with gases having a water vapor content of 0.4 to 0, 6 kg / kg of carbonate per hour for 1 to 4 hours at a temperature of 650 to 1100 ° C at the charcoal exit from the furnace. 2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že plynem jsou spaliny použitého topného plynu nebo dusík.Method according to claim 1, characterized in that the gas is flue gas of the fuel gas used or nitrogen.