Способ получения угля активированного угля

ПРОИЗВОДСТВО АКТИВИРОВАННОГО ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ

Баранов А. В.,

инженер—технолог,

Белорусский государственный технологический университет

Активированный (активный) уголь — это востребованный вид продукции, пористое вещество, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения: древесный уголь, каменноугольный кокс, нефтяной кокс, кокосовый уголь и др. Он содержит огромное количество пор и поэтому обладает очень большой удельной поверх­ностью на единицу массы и, как следствие, высокой адсорбцией. Его применяют во многих сферах народного хозяйства. Чаще всего — в медицине и промышленности для очистки, разделения и извлечения различных веществ. В данной ста­тье речь пойдет о технологии про­изводства активированного угля.

ОТЛИЧИЕ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ ОТ ОБЫЧНОГО ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ

Активированный уголь, как и древесный уголь, — это продукты пиролиза древесины при высокой температуре. Их отличие состо­ит в различии структуры: в активированном угле намного больше пор, и поэтому он об­ладает очень большой удельной поверхно­стью. Так, один грамм активированного угля в зависимости от технологии изготовления имеет поверхность от 500 до 1500 м², другими словами, площадь поверхности трех грам­мов активного угля больше, чем площадь футбольного поля! Благодаря этому свойству активированный уголь способен поглощать и задерживать в себе большое количество различных веществ.

Рис. 1. Активированный уголь

В активированных углях различают макро-, мезо- и микропоры. В зависимости от размеров молекул, которые нужно удер­живать на поверхности, уголь изготавли­вается с разным соотношением размеров пор. Поры в активном угле классифицируют по их линейным размерам на:

• макропоры > 50 нм;
• мезопоры 2–50 нм;
• микропоры НОРМИРУЕМЫЕ ФИЗИКО- ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ

На активированный древесный уголь действует ГОСТ 6217–74 «Уголь активный древесный дробленый. Технические усло­вия». По стандарту изготовление активного угля производится из древесного угля мар­ки А путем обработки его водяным паром при температуре выше 800 °C и предвари­тельного или последующего дробления.

В зависимости от назначения активный древесный дробленый уголь изготавливают четырех марок:

• БАУ-А — в ликероводочном производ­стве и для адсорбции из растворов и водных сред;
• БАУ-Ац — для наполнения ацетилено­вых баллонов;
• ДАК — для очистки парового конденса­та от масла и других примесей;
• БАУ-МФ — для адсорбции из водных сред в фильтровальных установках.

По физико-химическим показателям активный древесный дробленый уголь дол­жен соответствовать требованиям и нор­мам, указанным в табл. 1.

Таблица 1. Физико—химические характеристики активного древесного дробленого угля

1. Массовая доля остатка на поддоне активного древесного дробленого угля марки БАУ-А, предназначенно­го для ликероводочной промышленности, должна быть не более 1,0 %.

2. По согласованию изготовителя с потребителем допускается массовая доля влаги в угле до 15 % с пересче­том фактической массы на 10 %-ную влажность.

Поясним назначение используемых показателей качества активных углей. Так, адсорбционная активность по йоду харак­теризует развитие микропористой струк­туры угля. В зависимости от полученных результатов делается вывод о пригодности угля для извлечения йода из водных раство­ров, а также о возможности использования его для очистки сточных и природных вод от многих классов органических и неорга­нических загрязнений.

Адсорбционные свойства по воде по­зволяют судить о гидрофильности углей и об удельном объеме пор в них. Метод опре­деления этого показателя основан на запол­нении водой пор активного угля размером от 0,5 до 104 нм при кипячении навески угля в воде. В конце испытаний проводится удале­ние избытка воды с поверхности зерен путем отсасывания её при определенных условиях.

Показатель прочности регламентиру­ется для активных углей марки БАУ-Ац, ис­пользуемых для наполнения ацетиленовых баллонов. Испытания проводят в специаль­ном аппарате, общий вид которого пред­ставлен на рис. 3.

Отметим, что означенные физико-хими­ческие показатели качества активного угля могут корректироваться путем изменения технологии его изготовления: температурой предпиролиза, средой и температурой акти­вации, её временем и другими факторами.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ

• В общем случае технология производ­ства активирования древесного угля вклю­чает в себя следующие последовательные стадии:
• подготовка и дробление сырья (пре­имущественно — сырая щепа лиственных пород) до фракции 3…5 мм;
• сушка древесного сырья в барабанной сушилке;
• пиролиз сухого сырья при температуре 400…500 °C в специальной роторной печи;
• активация пиролизованного угля в пе­чи активации при температуре 800…850 °C в парогазовой среде;
• охлаждение активированного угля;
• предварительная сортировка и рассев угля;
• дополнительная обработка при необ­ходимости (отмывка кислотой, импрегниро­вание, измельчение, досушка);
• упаковка готовой продукции в про­мышленную тару.

По химическому составу получаемый активированный уголь представляет со­бой: 93–94 % углерода, 4,7–5,3 % кислорода, 0,7–1 % водорода, 0,3–0,6 % азота, а также некоторые другие элементы в микроколи­чествах, например хлор или серу.

Рис. 4. Печь активации барабанного типа «КВАРК‑500» производительностью 0,25…2,7 т/сутки

Как видим, процесс изготовления акти­вированного угля является довольно слож­ным многостадийным процессом, требую­щим постоянного контроля на всех этапах производства. С другой стороны, все эти процессы поддаются автоматизации и мас­штабированию под необходимую произво­дительность в современных условиях раз­вития технологии и техники.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Активированный уголь имеет довольно широкую сферу применения:

• металлургическая промышленность: в золотодобывающей промышленности, а также в производстве редкоземельных ме­таллов, таких как молибден и уран;
• топливно-энергетическая промышлен­ность: для очистки питьевой воды и про­мышленных стоков от органических, хло­рорганических соединений и других загряз­нений;
• нефте-и газодобывающая промыш­ленность: для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов;
• химическая промышленность: активи­рованный уголь применяется как носитель катализаторов, а во многих реакциях сам действует в качестве катализатора;
• пищевая и медицинская промышлен­ность;
• охрана окружающей среды. Порошко­образные активные угли используют для очистки воды однократно на городских станциях водоподготовки, вводя их во вре­мя или после коагуляции. Зернистые угли применяются для очистки воды фильтраци­ей в аппаратах со сплошным слоем сорбента типа механического фильтра воды. Волок­нистые активные угли имеют наибольшую эффективную площадь поверхности и могут применяться в фильтрах воды специальной конструкции. Они нашли широкое примене­ние в бытовых фильтрах очистки воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Активированный уголь — это очень перспективный продукт глубокой пере­работки древесины. Привлекательность его производства заключается как в высо­кой отпускной цене готовой продукции, которая на сегодняшний день составляет 1400…2000 USD/т, так и в широкой сфере его применения. Также к несомненным плюсам следует отнести возможность переработки древесных отходов деревообрабатываю­щих производств, содержащих кору.

С другой стороны, следует учитывать, что из тонны сырой цепы выход активно­го угля составит не более 10…15 %, а также принимать во внимание сложность и насы­щенность оборудованием всех стадий тех­нологического процесса. Что, как следствие, приводит к значительным расходам на ор­ганизацию такого производства и необхо­димости детального расчета бизнес-пла­на. В настоящее время промышленность не производит малогабаритные печи для активации древесного угля, что затрудняет изготовление этого продукта на средних и малых предприятиях отрасли.

Источник

Производство активированного угля: исходный материал и этапы изготовления

Активный или активированный уголь – это пористый адсорбент, который производится из органических материалов содержащих уголь. Технология производства активированного угля длительный процесс, состоящий из нескольких этапов. Адсорбент активированный (активный) уголь является веществом с очень пористым составом. Его получают из разнообразных органических материалов, в которых имеется уголь. Зачастую осуществляется производство активированного угля из древесного угля, из торфа (торфяного кокса), каменноугольного кокса, грецкого ореха, кокосовой скорлупы, косточек маслин, абрикос и многих других растений.

Классификация

Активный адсорбент подразделяется:

• по типу материала, из которого выполнено производство активированного угля: древесина, кокосовая скорлупа, каменный уголь и так далее;
• по назначению: осветляющие, газовые, угли-носители катализаторов с качествами химических сорбентов;
• по методике активации: паровой и термохимический способ;
• по форме выпуска: гранулированный (дробленый) активированный уголь, порошковый, формованный активный уголь, экструдированный уголь (гранулы в виде цилиндров) и ткань, которая пропитана углем.

Активированные угли классифицируют по трем категориям пор: микропоры (от 0,6 до 0,7 нанометров), мезопоры (1,5-100-200 нанометров), макропоры (>100-200 нанометров). Первая и вторая разновидность пор считаются основными составляющими поверхности активных углей. По этой причине они играют немаловажную роль в адсорбционных качествах угля. Микропоры отлично справляются с адсорбцией маленьких органических молекул, а мезопоры – более крупных молекул.

Удельная площадь поверхности активированного угля зависит от габаритов пор. Адсорбент, у которого более тонкие поры хорошо впитывает, имея даже невысокую концентрацию и небольшие парциальные давления пара. Активное вещество с широкими порами характеризуется капиллярной конденсацией.

Размеры удельной впитывающей поверхности активированного угля и широкие поры позволяют весьма результативно применять адсорбент для эффективного очищения газов и жидкостей от разнообразных видов примесей. Количество примесей, которые «съедает» уголь может меняться от мельчайших молекул до молекул масел, нефтепродуктов, жиров, органических соединений с хлором.

Оборудование для производства активированного угля представлено в широком ассортименте. Для получения адсорбента применяются специальные печи разных типов и конструкций. Чаще всего завод по производству активированного угля использует шахтные, вертикальные и горизонтальные роторные печи, многополочные печки и реакторы с кипящим слоем.

Этапы технологического процесса

Получение угля из материалов органического происхождения разделено на несколько этапов. Итак, технология производства активированного угля включает в себя следующие последовательные мероприятия:

1. Карбонизация. Данный процесс представляет собой обжиг (термическую обработку) сырья в безвоздушныхинертных условиях с использование высокой температуры. После карбонизации получается – карбонизат, это уголь, имеющий очень незначительные адсорбционные качества по причине маленькой внутренней площади и мелких габаритов. Карбонизат подлежит дроблению и активации, чтобы в результате добиться особенной структуры вещества и значительного увеличения адсорбции.
2. Пара слов о предварительном дроблении. Полученный после карбонизации активированный уголь нужно измельчить. Его начальные размеры составляют 30-150 миллиметров, а результативная активация адсорбента затрудняется из-за таких больших фракций. Поэтому карбонизат тщательно измельчается до размеров фракций в 4-10 миллиметров.
3. Линия по производству активированного угля включает в себя процесс активации, которая осуществляется с применением двух основных методик:

• Химическая активация для изготовления активированного угля подразумевает обработку вещества солями, выделяющими активирующий газ при воздействии высокой температуры. Активатором могут быть нитраты, сульфаты, карбонаты, серная, фосфорная или азотная кислота. Производство активированного угля с помощью этого способа проводят при температурном режиме 200 – 650°С;
• Парогазовая активация осуществляется исключительно в условиях строгого контроля, при температуре от 800 до 1000°С. В роли окислителей на момент парогазовой активации угля выступают водяной пар и диоксид углерода. Взаимодействие пара с углеродом ускоряется посредством оксидов и карбонатов щелочных металлов. Учитывая этот факт, их в малых дозах периодически добавляют к исходному материалу. В качестве катализатора также используют соединения меди. Получение активного угля из карбонизата с помощью парогазовой методики дает возможность получить мощный адсорбент с площадью поверхности максимум 1500 м 2 на один грамм угля. Правда, не вся площадь может использоваться для поглощения, потому что большие молекулы адсорбируемого вещества не попадут в маленькие поры.

Использование активного угля

Применение в производстве активированного угля набирает обороты с каждым днем. Адсорбционные способности угля позволяют быстро и эффективно очищать сточные воды и отходящие газы. К тому же, он является главным адсорбирующим веществом радиоактивных газов и вод на атомных электрических станциях.

Также активированный уголь нашел применение в таких сферах, как:

• Адсорбция технологической и питьевой воды;
• Использование в химической промышленности;
• Рекуперация (возврат части сырья или энергии для вторичного употребления в той же технологической процедуре) растворителей;
• Использование активного угля в медицинских целях. Очистка крови и организма в целом от бактерий, токсических веществ;
• Для добычи золота;
• В качестве косметического препарата для осветления кожи на лице;
• Пищевая добавка при интоксикации;
• Для похудения и диеты (не рекомендуется специалистами).

Если необходимо купить активированный уголь для фильтрации производства России, то можно обратиться за этим в специализированные магазины или совершить покупку через интернет.

Источник