RU2626361C1 - Method of reactivating spent actived carbon - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method of reactivating spent activated carbon includes drying at 280-350°C and heat treatment in the presence of water vapor. First, the heat treatment is conducted in the presence of steam at 350-700°C with 3-7°C/min temperature rise rate. The heat treatment is then carried out at 750-850°C when feeding water vapor at the rate of 0.4-0.8 dm³/min.

EFFECT: invention allows to increase the adsorption capacity of waste carbon and to use reactivated carbon for purifying air from benzene vapor.

3 ex

Description

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.The invention relates to the field of sorption technology and environmental protection and can be used for reactivation (regeneration) of granular active carbons (AC), spent in the purification of liquid media, including drinking water, from impurities polluting them.

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).A known method of reactivation of spent activated carbon, comprising treating the activated carbon with a stream containing steam, is heated to 800-950 ° C, and the coal is pre-heated with a flue gas stream to 500-650 ° C with a temperature rise rate of 15-25 ° C / min and cooled, and the treatment is carried out with water vapor at a flow rate of 5-15 kg per 1 kg of activated carbon with a rate of temperature rise of 2-10 ° C / min (see RF Patent No. 2042616, CL 01/31, published on 27.08. 95).

Недостатком этого способа является периодичность процесса реактивации, а также низкий выход готового продукта.The disadvantage of this method is the frequency of the reactivation process, as well as the low yield of the finished product.

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).The closest to the proposed technical essence and the number of matching features is a method of reactivation of wet activated carbon, including drying coal, heat treatment it in the presence of water vapor and cooling, characterized in that the drying is carried out at 450-560 ° C with a heating rate of 25-40 ° C / min, heat treatment is carried out at 620-720 ° C with a heating rate of 8-12 ° C / min, and cooling is carried out in an environment of superheated water vapor to 120-200 ° C (see RF Patent No. 2214964, class С01В 31 / 08, published on October 27, 2003).

Недостатком прототипа является низкая активность реактивированного АУ при извлечении из воздуха паров бензола.The disadvantage of the prototype is the low activity of the reactivated AC when extracting benzene vapor from the air.

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение адсорбционной способности реактивированного активного угля при очистке воздуха от паров бензола.The technical result (the purpose of the invention) is to increase the adsorption capacity of reactivated activated carbon in the purification of air from benzene vapor.

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 дм³/мин при температуре 750-850°С.The goal is achieved by the proposed method, including drying the spent activated carbon, its heat treatment in the presence of water vapor, characterized in that the drying is carried out at a temperature of 280-350 ° C, the heat treatment is carried out at 350-700 ° C with a temperature rise rate of 3-7 ° C / min and carry out additional activation with water vapor supplied at a rate of 0.4-0.8 dm ³ / min at a temperature of 750-850 ° C.

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 дм³/мин при температуре 750-850°С.From the patent scientific and technical literature, the authors do not know the method of reactivation of spent activated carbon, in which drying is carried out at a temperature of 280-350 ° C, heat treatment is carried out at 350-700 ° C with a temperature rise rate of 3-7 ° C / min and additional activation is carried out water vapor supplied at a speed of 0.4-0.8 DM ³ / min at a temperature of 750-850 ° C.

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 реакцииThe essence of the proposed method is as follows. In the process of multi-cycle operation in the sorption-desorption mode during the purification of drinking water, the porous structure of the AC is blocked by organic impurities in the water. The process of reactivation of spent AC is designed to unlock the porous structure by the method of thermal vapor-gas reactivation, in which moisture is first removed from the surface of coal grains and the volume of its macropores, then heat treatment (pyrolysis) of organic impurities sorbed into the volume of micro- and mesopores with the formation of both amorphous carbon and and its crystallites, then its burning out in the mode of steam-gas activation by reaction

С_тв+Н₂О_пар=СО↑+Н₂↑,С _tv + Н ₂ О _pairs = СО ↑ + Н ₂ ↑,

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.as well as the development of an additional microporous structure based on new crystallites. In this case, it is necessary to select the modes of all three stages of drying, heat treatment, and activation so that the resulting reactivated carbon can be used to solve a specific adsorption purification by a future consumer (not necessarily from where the reactivation agent was obtained from), since often it is transferred to the adsorption purification of vapor-air flows.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

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 дм³/мин, идет выгорание аморфного углерода и разблокировка микропор, а также формирование дополнительной микропористой структуры.AU spent in the process of drinking water purification is taken, which has lost its adsorption capacity by 50-70%, and it is fed using a batcher to the loading part of a rotating retort electric furnace, which has three independent heating zones. As coal moves through the furnace in the first zone, it is dried at 280-350 ° С, then in the second zone it is heat treated at 350-700 ° С with a temperature rise rate of 3-7 ° С / min in the presence of superheated water vapor to create inert atmosphere and further, in the third zone, reactivation at a temperature of 750-850 ° C and the supply of water vapor at a rate of 0.4-0.8 dm ³ / min, amorphous carbon is burned out and micropores are released, as well as the formation of an additional microporous structure.

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.The resulting reactivated charcoal has an adsorption capacity for benzene, expressed after the time of protective action according to GOST 17218-71, 42-54 min. The output of finished products will be 60-75% of the mass. depending on the humidity of the original AC.

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 дм³/мин, идет термообработка. Затем уголь поступает в третью зону, где при температуре 750°С и подаче водяного пара со скоростью 0,4 дм³/мин идет активация продукта.Example 1. Take 10 kg of activated carbon AG-3 spent in the process of water treatment (GOST 20464-75) and feed it with the screw batcher to the loading part of a rotating retort furnace with a retort diameter of 330 mm in an amount of 50-100 kg / hour and drive it drying in the first zone at 280 ° C, then the coal enters the second zone of the furnace, where at a temperature of 350 ° C and its ascent rate of 3 ° C / min in an atmosphere of superheated water vapor supplied with a flow rate of 0.5 dm ³ / min heat treatment. Then the coal enters the third zone, where at a temperature of 750 ° C and the supply of water vapor at a speed of 0.4 DM ³ / min is the activation of the product.

Полученный реактивированный АУ имел время защитного действия по бензолу 42 мин.The resulting reactivated AC had a benzene protective time of 42 minutes.

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 дм³/мин. Полученный реактивированный АУ имел время защитного действия 50 мин.Example 2. The implementation of the process as in example 1, except that the drying is carried out at 350 ° C, the heat treatment is carried out at 700 ° C and a rate of temperature rise of 7 ° C / min, and the activation is carried out at 850 ° C and water supply steam at a speed of 0.8 dm ³ / min. The resulting reactivated AC had a protective time of 50 minutes.

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 дм³/мин. Полученный реактивированный АУ имел время защитного действия по бензолу 54 мин.Example 3. The implementation of the process as in example 1, except that the drying is carried out at 315 ° C, the heat treatment is carried out at 500 ° C with a rate of temperature rise of 5 ° C / min, and the activation is carried out at 800 ° C and the supply of water vapor at a speed of 0.6 dm ³ / min. The resulting reactivated AC had a benzene protective time of 54 minutes.

Отработанный активный уголь АГ-3, реактивированный по известному способу (патент РФ №2214964), имел время защитного действия по бензолу 28-30 мин.Spent activated carbon AG-3, reactivated by a known method (RF patent No. 2214964), had a protective effect on benzene 28-30 minutes

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.As a result of numerous experiments, optimal conditions for the implementation of the process were selected. So, at a drying temperature below 280 ° C, its time increases significantly, which worsens the heat treatment stage, and if the drying temperature rises above 350 ° C, then there is a surface burning of coal and the yield of the finished product decreases.

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.Regarding the temperature of the heat treatment, it was found that if it is below 350 ° C, there is no complete pyrolysis of the organics that block micropores, and heat treatment produces mainly amorphous carbon, in which micropores do not develop upon activation, and if the heat treatment temperature is above 700 ° C, it has the place of graphitization of organic matter in micropores, which in both cases reduces the adsorption capacity of reactivated AC on benzene when it is extracted from air.

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.Studies regarding the activation temperature of such coals showed that at temperatures below 750 ° C, activability (additional burn) is negligible, and at temperatures above 850 ° C, carbon newly formed in micro- and mesopores burns out completely and does not produce additional micropores, which in both cases reduces the adsorption capacity of reactivated ACs on benzene when it is extracted from air.

Важность скорости подачи водяного пара в зону активации состоит в том, что если его скорость ниже 0,4 дм³/мин, то имеет место поверхностный обгар за счет подсоса в реторту воздуха, а при скорости его подачи более 0,8 дм³/мин идет образование супермикропор (за счет выгорания кристаллитов углерода), которые имеют низкую адсорбционную способность при извлечении бензола из воздуха.The importance of the feed rate of water vapor into the activation zone is that if its speed is below 0.4 dm ³ / min, then there is a surface burn due to suction of air into the retort, and at a feed rate of more than 0.8 dm ³ / min supermicropores are being formed (due to the burning out of carbon crystallites), which have a low adsorption capacity when extracting benzene from air.

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.Thus, it follows from the foregoing that each of the features of the claimed combination to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, and the entire population is sufficient to characterize the claimed technical solution.

Claims (1)

Способ реактивации отработанного активного угля, включающий сушку и термическую отработку в присутствии водяного пара, отличающийся тем, что сушку ведут при температуре 280-350°C, термическую обработку в присутствии водяного пара осуществляют вначале при 350-700°C со скоростью подъема температуры 3-7°C/мин и затем проводят дополнительную активацию водяным паром, подаваемым со скоростью 0,4-0,8 дм³/мин, при температуре 750-850°C.The method of reactivation of spent activated carbon, including drying and heat treatment in the presence of water vapor, characterized in that the drying is carried out at a temperature of 280-350 ° C, heat treatment in the presence of water vapor is carried out initially at 350-700 ° C with a temperature rise rate of 3- 7 ° C / min and then carry out additional activation with water vapor supplied at a rate of 0.4-0.8 dm ³ / min, at a temperature of 750-850 ° C.