5.3.3 Технология получения гранулированного активного угля

5.3.3.1 Основные стадии производства гранулированного активного угля Технологическая схема производства гранулированного активного угля представлена на рисунке 5.2.

В качестве основных стадий процесса производства гранулированного активного угля, изображённого на рисунке 5.2, можно выделить следующие:

1. Дробление угля-сырца;

2. Измельчение угля-сырца;

3. Смешение с древесным дегтем (смолой);

4. Прошивное (экструзионное) прессование;

5. Старение (подсушивание) гранул;

6. Сушка и карбонизация гранул при 500 °С;

7. Активация при 850 - 950 °С и охлаждение гранул;

8. Рассев гранул по размерам;

9. Расфасовка и упаковка готового продукта.

Рисунок 5.5 – Технологическая схема производства гранулированного активного угля

5.3.3.2 Методы активирования углеродных сорбентов

Методы активирования можно разделить на три группы:

1. Парогазовый метод активации предварительно обугленных органических веществ в основном растительного происхождения, например, древесного угля-сырца. Это, так называемая, физическая активация или активация окислением.

При парогазовой активации в качестве активирующих реагентов используют СО₂, Н₂О, О₂, воздух и другие газы. Действие этих активаторов основано на химическом взаимодействии с углеродом при повышенных температурах (600 - 900 °С). Таким образом, процесс активирования угля представляет собой гетерогенную химическую реакцию окисления углерода.

2. Активирование углей карбонизацией с добавлением химически активных неорганических веществ. Это, так называемая, химическая активация или активация пиролизом. В качестве активаторов используют соли (ZnCl, CaCl₂, K₂CO₃, CaHPO₄, K₂SO₄), реже – щелочи (КОН, NaОН) и очень редко – кислоты (HCl, H₃PO₄, H₂SO₄, HNO₃). Кроме того, в качестве активатора при получении активных углей марок СКТ (на основе торфа) широко используется сульфид калия К₂S.

3. Смешанный метод активирования, когда угли после химической активации дополнительно подвергают физической активации.

5.3.4 Типы микропористой структуры активных углей

Активные угли, применяемые в качестве основ в противогазах и фильтрах-поглотителях, выполняют две основные функции. Они являются высокоактивными адсорбентами и носителями хемосорбционных и каталитических добавок. Активный уголь следует рассматривать как пористое образование, состоящее из совокупности элементарных кристаллов графита. В зависимости от общего объёма пор кристаллы лежат в большем или меньшем соприкосновении друг с другом, определяя этим кажущуюся плотность угля. Очевидно, что в плотных углях меньшая доля поверхности элементарных кристаллов принимает участие в адсорбционном процессе.

В отличие от графита активный уголь имеет менее упорядоченную кристаллическую структуру, а его кристаллиты напоминают шестигранную пластину высотой 0,9 нм и диаметром 2,3 нм. Промежутки между кристаллами и дефекты кристаллической решётки образуют в активном угле бесчисленное множество пор.

В процессе активации сорбента в результате нагревания до 850 - 950 °С в первую очередь выгорает входящий в состав исходного углеродсодержащего вещества наименее плотный аморфный углерод, что приводит к образованию микропор нерегулярного строения. При дальнейшей активации происходит частичное или полное выгорание отдельных кристаллитов с образованием основного объема микропор и супермикропор. Параллельно завершается развитие мезопор и макропор.

М.М.Дубининым было показано, что изменение условий активации угля-сырца, приводит к получению активных углей с различными типами пористой структуры.

К первому типу относятся умеренно проактивированные угли со степенью обгара (при парогазовой активации) до 50 %. Эти угли обладают относительно мелкими микропорами с достаточно узким их распределением по размерам и характеризуются повышенными адсорбционными потенциалами. Предельный объем адсорбционного пространства (W₀) у активных углей этого типа составляет примерно 0,4 - 0,5 см³/г. Угли с такими параметрами пористой структуры наиболее целесообразно применять для адсорбции паров и газов.

Ко второму типу относятся предельно проактивированные угли с обгарами 75 % и более. Они обладают развитой переходной пористостью и крупными микропорами, для которых практически не наблюдается повышение сорбционного потенциала. К углям с такой пористой структурой относятся так называемые «обесцвечивающие» угли, используемые для адсорбции из растворов.

Угли с обгарами 50 - 75 % характеризуются одновременным наличием первой и второй структур, они называются углями смешанного типа пористой структуры.