Способ производства активированного угля

Производство активированного угля

Активированный уголь известен всем. Большинство знают о нем как о небольших черных таблетках, употребляемых при пищевых отравлениях – по принципу «дешево и сердито». Однако задумывался ли кто-нибудь, из чего делают активированный уголь, и как это происходит? Ведь этот процесс куда более сложный, чем может показаться на первый взгляд.

Что являет собой активированный уголь

Грубо говоря, активированный уголь – это углерод практически без примесей, имеющий вид очень легкого и очень пористого вещества. На самом деле, очень пористого – поверхность 1 грамма готового вещества в зависимости от способа изготовления может иметь поверхность от 500 до 1800 м² — только представьте, таблетка, которую вы принимаете, отравившись, имеет поверхность площадью более километра квадратного!

Изготовляют уголь из множества различных видов сырья, как минеральных, так и органических. Для разных марок и назначений это может быть древесный уголь, каменный уголь, нефтяной кокс, торф, скорлупа грецких и кокосовых орехов, плодовые косточки и многое другое. Медицинский активированный уголь производят именно из кокосового угля.

Сферы применения активированного угля в современной жизни

Сфера применения активированного угля весьма широка. О его свойствах знали еще в древности – на Руси его изготовляли в домашних условиях, чаще всего – из березовых поленьев; для этого даже не нужно было ничего делать – просто угли, оставшиеся после растопки бани, вносили в парилку для активации. По качествам этот прообраз не шел ни в какое сравнение с современными марками угля, однако уже тогда его использовали для лечения желудочных расстройств как у людей, так и у домашнего скота, фильтровали с его помощью воду и домашние алкогольные напитки, и многое другое.

В промышленных масштабах его впервые начали использовать военные. Активированный уголь стал ключевым элементом противогаза, разработанного Н.Д. Зелинским в годы Первой мировой войны – когда немецкие войска начали выпускать на поле боя хлор. Уголь в те годы благодаря своим абсорбирующим свойствам спас множество жизней.

В современном мире его применяют во множестве сфер:

• В пищевой промышленности (например, для очистки сахара)
• В химической промышленности в качестве катализатора реакций
• В медицине
• В фармацевтике
• В очистительных сооружениях для очистки воздуха и воды от промышленных отходов
• В бытовых фильтрах для питьевой воды

а также в многих других сферах.

Все дело в его свойствах – активированный уголь прекрасный абсорбент, очень легкий, очень эффективный, и главное – очень дешевый. Изготовлять его можно практически везде, технология производства хоть и непростая, но не требует длительного времени и чересчур сложных процессов – со всем справляются всего два аппарата. Сайт elgreloo.com предлагает вам ознакомиться с технологией изготовления активированного угля.

Промышленная технология производства активированного угля

Весь процесс производства активированного угля состоит из двух этапов:

Производство начинается с того, что сырье, будь то каменный уголь, торф или скорлупки, измельчают до частиц размером всего в несколько сантиметров. После этого его загружают в специальные печи для карбонизации. Существует несколько конструкций печей, применяемых для этой цели. Самые распространенные из них:

• Шахтные
• Вертикальные роторные
• Горизонтальные роторные
• Многополочные

Не смотря на различия конструкции, принцип действия у них один – сырье подвергается термической обработке без доступа кислорода. Температуры в печах предельно высокие – от 600 до 950 градусов по цельсию. В итоге углеродосодержащие сырье превращается в угольки наподобие тех, что остаются от дров после потухшего костра – они обладают первичной прочностью угля, однако у них очень небольшие поры, и абсорбируют вещества они достаточно плохо.

Для того, чтобы активированный уголь стал таковым, карбонизированное сырье проходит через еще один этап производства – непосредственно активацию. В итоге оно получает специфичную внутреннюю структуру, которая и отвечает за прекрасные адсорбционные свойства готового продукта.

Существует два способа активации. В первом варианте карбонизат пропитывают хлоридом цинка или карбонатом калия, а после нагревают до температуры около 600 градусов по Цельсию – опять же таки, без доступа кислорода. Активированный уголь вообще очень не любит открытый воздух – он стремительно окисляется и впитывает в себя сторонние вещества из воздуха, теряя свои свойства.

Второй, самый распространенный способ – наследие древнерусского способа активации, о котором упоминалось ранее. Карбонизированное сырье обрабатывают без доступа воздуха перегретым паром или же его смесью с углекислым газом. Для такой обработки нужна температура до 900 градусов по Цельсию, которой добиться уже сложнее – а потому был создан аппарат, использующий свойства самого угля для его активации. В аппаратах этой конструкции в зону активации пропускается строго дозированное количество воздуха, благодаря чему часть угля самовозгорается – и создает необходимую для активации температуру. Этот способ, впрочем, применяется нечасто, так как существенно снижает выход готового продукта.

Далее все достаточно просто – готовый активированный уголь охлаждают, сортируют, при необходимости подвергают дополнительной обработке, измельчают и упаковывают в том виде, в котором мы его знаем.

Источник

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