Спосіб гранулювання вуглецевого сорбенту

Пропозиція належить до одержання гранульованого сорбенту, зокрема одержання гранульованого терморозширеного графіту. Спосіб може бути використаний для ліквідації аварійних розливів нафти і нафтопродуктів на поверхні води і ґрунту. Гранулювання сорбенту з низькою насипною густиною перед нанесенням його на забруднену нафтою чи нафтопродуктами поверхню необхідно для зменшення його обсягу, підвищення міцності і, як наслідок, зниження унесення (втрат) сорбенту, а також для спрощення процесу його нанесення на забруднену поверхню. Відомий спосіб гранулювання вуглецевого сорбенту [А.с. СССР №814857, М.кл.3 В01J2/00, 1981г.], який включає змішання сорбенту з високомолекулярним зв'язуючим, формування гранул, попередній їх нагрів до отвердіння зв'язуючого і наступне прокалювання. Відомий спосіб характеризується низькою питомою поглинаючою поверхнею сорбенту, складністю і великою тривалістю процесу отвердіння зв'язуючого перед прокалюванням гранул і низькою міцністю гранул. Відомий також спосіб гранулювання вуглецевого сорбенту [патент РФ №2124493 М.кл.6 В01J20/20, 1997г.], який включає витримку вуглецевого сорбенту з терморозширеного графіту в контакті із зв'язуючим розплавленим парафіном, наступне зниження температури нижче крапки кристалізації парафіну, механічне перемішування сорбенту із зв'язуючим, формування гранул, їхнє попереднє нагрівання до температури 200300°С, витримку до повного випару парафіну і наступне прокалювання. Попереднє нагрівання і прокалювання гранул ведуть в атмосфері інертного газу, переважно азоту. Даний спосіб дозволяє підвищити сорбційну ємність гранул і скоротити тривалість процесу отвердіння зв'язуючого, Однак, відомий спосіб містить у собі 7 етапів, з яких 3 пов'язані з нагріванням і витримкою при високій (до 300°С) температурі: плавління парафіну, нагрівання гранул до 200-300°С, прокалювання гранул. Це обумовлює великі питомі трудовитрати, велику тривалість циклу і високу енергоємність процесу гранулювання сорбенту. Крім того, після формування гранул сорбенту зв'язуюча речовина (парафін) цілком випаровується шляхом витримування гранул при температурі 200-300°С, що обумовлює низьку механічну міцність отриманих гранул (до 0,01кг/см 2 при стиску). В результаті цього значна частина гранул при збереженні, транспортуванні і нанесенні в якості сорбенту на забруднену поверхню руйнується, що підвищує ступінь унесення (втрат), і отже, питому витрату сорбенту. Крім того, попереднє нагрівання і прокалювання гранул ведуть в атмосфері азоту, що обумовлює додаткові витрати. В основу пропозиції поставлене завдання удосконалення способу гранулювання вуглецевого сорбенту з терморозширеного графіту, в якому, завдяки використанню в якості зв'язуючого розчина бітуму в низькокиплячому розчиннику і змішуванню сорбенту із зв'язуючим та формуванню гранул шляхом екструзії, забезпечується спрощення процесу гранулювання і збільшення механічної міцності гранул і, за рахунок цього, знижуються питомі трудовитрати і енергоємність процесу та питома витрата сорбенту. Поставлене завдання вирішено завдяки тому, що в способі гранулювання вуглецевого сорбенту, що включає механічне перемішування сорбенту зі зв'язуючим, формування гранул і наступне їх прокалювання, відповідно до пропозиції, у якості зв'язуючого використовують 40-50%-вий по масі розчин бітуму в низькокиплячому розчиннику в співвідношенні сорбент-розчин бітуму 1:(0,4-0,6) по об'єму, а перемішування сорбенту зі зв'язуючим і формування гранул здійснюють шляхом екструзії, причому прокалювання гранул виконують при температурі 150180°С. Сукупність вищенаведених ознак дозволяє вирішити поставлену задачу, тому що за рахунок об'єднання стадій перемішування і формування гранул в одному процесі екструзії і виключення стадії плавління зв'язуючого скорочується час циклу гранулювання і знижуються питомі енерговитрати, крім того, за рахунок використання у якості зв'язуючого розчину бітуму в низькoкиплячому розчиннику, згущення суміші сорбенту зі зв'язуючим у процесі зкструзії і неповного видалення зв'язуючого при прокалюванні гранул підвищується їхня механічна міцність, що сприяє зниженню питомої витрати сорбенту. Пропонований спосіб здійснюють таким чином. Сорбент на основі терморозширенного графіту завантажують в екструдер, до нього додають 40-50%-вий по масі розчин бітуму в низькокиплячому розчиннику (прямогонний бензин, бензин-рафінат, уайт-спірит та ін.) у співвідношенні сорбент - розчин бітуму 1:(0,4-0,6) по об'єму і отриману масу піддають екструзії. У процесі екструзії масу перемішують, згущають і на виході з екструдера формують циліндричні гранули. Отримані гранули піддають прокалюванню при температурі 150-180°С протягом 20-50хв. При прокалюванні видаляють весь розчинник і до 90% по масі зв'язуючого - бітум у. Приклад 1 (за способом - прототипом). Сорбент з терморозширеного графіту змішували з розплавленим парафіном при 80°С, потім знижували температуру суміші до 30°С і суміш знову перемішували до утворення кулястих гранул діаметром 8мм. Отримані гранули нагрівали до температури 300°С в середовищі азоту, ви тримували протягом 120хв до повного випару парафіну і потім прокалювали в середовищі азоту при температурі 450°С протягом 120хв. Видаткові показники й адсорбційно - механічні характеристики гранул наведені в табл.1. Приклад 2 (за пропонованим способом). Сорбент з терморозширеного графіту завантажували в екструдер, додавали 40%-вий розчин бітуму у прямогонному бензині (КК 120°С) в співвідношенні сорбент - розчин бітуму 1:0,4 по об'єму, суміш перемішували і згущували в черв’ячному екструдері і видавлювали через профілюючі канали діаметром 8мм. У результаті екструзії одержували гранули діаметром 8мм і довжиною 12мм. Отримані гранули прокалювали при температурі 150°С протягом 20хв. Видаткові показники і адсорбційно - механічні характеристики гранул наведені в табл.1. Приклади 3-5. Як у прикладі 2, але у якості зв'язуючого використовували відповідно 30%-вий, 50%-вий та 60%-вий по масі розчин бітуму у прямогонному бензині. Видаткові показники і адсорбційно-механічні характеристики наведені в табл.2. Приклади 6-8. Як у прикладі 2, але співвідношення сорбент-розчин бітуму складало відповідно 1:0,3; 1:0,6; 1:0,7 по об'єму. Видаткові показники і адсорбційно-механічні характеристики наведені в табл.3. Приклади 9-11. Як у прикладі 2, але температура прокалювання складала відповідно 130°С, 180°С та 200°С. Видаткові показники і адсорбційно-механічні характеристики наведені в табл.4. Приклад 12. Як у прикладі 2, але у якості зв'язуючого використовували 40%-вий по масі розчин бітуму в бензині-рафінаті (КК 120°С). Видаткові показники і адсорбційно - механічні характеристики наведені в табл.4. Таблиця 1 Порівняння показників пропонованого і відомого способів гранулювання вуглецевого сорбенту Показник Густина вихідного сорбенту Номінальна сорбційна ємність вихідного сорбенту по дизельному паливу Тип зв'язуючого Тип низькокиплячого розчинника Концентрація розчину зв'язуючого у низькокиплячому розчиннику Співвідношення сорбент - зв'язуюче по об'єму Кількість стадій процесу гранулювання Температура прокалювання гранул Тривалість прокалювання Загальна тривалість циклу гранулювання Ступінь видалення зв'язуючого Питомі енерговитрати на 1кг сорбенту Фактична сорбційна ємність гранул по дизельному паливу Ме ханічна міцність гранул Фактична питома витрата сорбенту на 1кг дизельного палива Од. вим. кг/м 3 Приклад 1 4,0 Приклад 2 4,0 кг/кг 45,0 45,0 парафін бітум прямог. бензин % по масі 40 од. °С мін. мін. % кВт.ч/кг 1:0,5 7 450 120 250 100,0 30,0 1:0,4 2 150 20 60 86,0 1,5 кг/кг 41,0 38,0 0,01 0,03 0,030 0,026 кг/см 2 кг Таблиця 2 Визначення оптимального діапазону концентрації розчину зв'язуючого при гранулюванні вуглецевого сорбенту Показник Густина вихідного сорбенту Номінальна сорбційна ємність вихідного сорбенту по дизельному паливу Тип зв'язуючого Од. вим. кг/м 3 Прик. 3 4,0 Прик. 2 4,0 Прик. 4 4,0 Прик. 5 4,0 кг/кг 45,0 45,0 45,0 45,0 бітум прямог. бензин бітум прямог. бензин бітум прямог. бензин бітум прямог. бензин 30 40 50 60 1:0,4 1:0,4 1:0,4 1:0,4 од. °С мін. мін. % кВт.ч/кг 2 150 20 60 90 1,5 2 150 20 60 86 1,5 2 150 20 60 85 1,5 2 150 20 60 85 1,7 кг/кг 37,0 38,0 38,0 38,0 0,017 0,03 0,03 0,03 0,030 0,026 0,025 0,025 Тип низькокиплячого розчинника Концентрація розчину зв'язуючого у низькокиплячому розчиннику Співвідношення сорбент - зв'язуюче по об'єму Кількість стадій процесу гранулювання Температура прокалювання гранул Тривалість прокалювання Загальна тривалість циклу гранулювання Ступінь видалення зв'язуючого Питомі енерговитрати на 1кг сорбенту Фактична сорбційна ємність гранул по дизельному паливу Ме ханічна міцність гранул Фактична питома витрата сорбенту на 1кг дизельного палива % по масі кг/см 2 Кг Таблиця 3 Визначення оптимального діапазону співвідношення сорбент - зв'язуюче при гранулюванні вуглецевого сорбенту Показник Густина вихідного сорбенту Номінальна сорбційна ємність вихідного сорбенту по дизельному паливу Тип зв'язуючого Од. вим. кг/м 3 Прик. 2 4,0 Прик. 7 4,0 Прик. 8 4,0 кг/кг 45,0 45,0 45,0 45,0 % по масі бітум прямог. бензин 40 бітум прямог. бензин 40 бітум прямог. бензин 40 бітум прямог. бензин 40 Тип низькокиплячого розчинника Концентрація розчину зв'язуючого у Прик. 6 4,0 низькокиплячому розчиннику Співвідношення сорбент - зв'язуюче по об'єму Кількість стадій процесу гранулювання Температура прокалювання гранул Тривалість прокалювання Загальна тривалість циклу гранулювання Ступінь видалення зв’язуючого Питомі енерговитрати на 1кг сорбенту Фактична сорбційна ємність гранул по дизельному паливу Ме ханічна міцність гранул Фактична питома витрата сорбенту на 1кг дизельного палива 1:0,3 1:0,4 1:0,6 1:0,7 од. °С мін. 2 150 20 2 150 20 2 150 20 2 150 20 мін. 60 60 60 60 % кВт.ч/кг 94 1,5 86 1,5 82 1,6 75 5,0 кг/кг 38,0 38,0 36,0 29,0 0,012 0,03 0,03 0,035 0,030 0,026 0,025 0,031 кг/см 2 кг Таблиця 4 Визначення оптимального діапазону температури прокалювання при гранулюванні вуглецевого сорбенту Показник Густина вихідного сорбенту Номінальна сорбційна ємність вихідного сорбенту по дизельному паливу Тип зв'язуючого Од. вим. кг/м 3 Прик. 9 4,0 Прик. 2 4,0 Прик. 10 4,0 Прик. 11 4,0 Прик. 12 4,0 кг/кг 45,0 45,0 45,0 45,0 45,0 бітум прямог. бензин бітум прям, бензин бітум прямог. бензин бітум прямог. бензин бітум Бензин рафінат 40 40 40 40 40 1:0,4 1:0,4 1:0,4 1:0,4 1:0,4 од. 2 2 2 2 2 °С 130 150 180 200 150 мін. 20 20 20 20 20 мін. 60 60 60 60 60 % 70 86 90 98 88 кВт.ч/кг 1,4 1,5 3,5 5,0 1,6 кг/кг 27,0 38,0 37,0 40,0 39,0 0,014 0,026 0,029 0,013 0,03 0,025 0,04 0,025 Тип низькокиплячого розчинника Концентрація розчину зв'язуючого у низькокиплячому розчиннику Співвідношення сорбент зв'язуюче по об'єму Кількість стадій процесу гранулювання Температура прокалювання гранул Тривалість прокалювання Загальна тривалість циклу гранулювання Ступінь видалення зв'язуючого Питомі енерговитрати на 1кг сорбенту Фактична сорбційна ємність гранул по дизельному паливу Ме ханічна міцність гранул Фактична питома витрата сорбенту на 1кг дизельного палива % по масі кг/см кг 2 0,035 З наведених в табл.2 даних випливає, що при концентрації бітуму в низькокиплячому розчиннику 30% по масі, тобто нижче зазначеного діапазону 40-50%, зменшується механічна міцність гранул і, за рахунок цього, підвищується питома витрата сорбенту. При концентрації бітуму в низькокиплячому розчиннику 60% по масі, тобто ви ще зазначеного діапазону 40-50%, підвищуються питомі енерговитрати. З наведених в табл.3 даних випливає, що при співвідношенні сорбент - розчин зв'язуючого 1:0,3 по об’єму, тобто нижче зазначеного діапазону 1:(0,4-0,6), значно зменшується механічна міцність гранул і, за рахунок цього, значно підвищується питома витрата сорбенту. При співвідношенні сорбент - розчин зв'язуючого вище зазначеного діапазону 1:0,7 значно збільшуються питомі энерговитрати на гранулювання сорбенту. З наведених в табл. 4 даних випливає, що при температурі прокалювання 130°С, тобто нижче зазначеного діапазону 150-180°С, значно зменшується механічна міцність гранул і, за рахунок цього, підвищується питома витрата сорбенту. При температурі прокалювання 200°С, тобто вище зазначеного діапазону також зменшується механічна міцність гранул і підвищується питома витрата сорбенту. З наведених в табл.4 даних також випливає, що при використанні у якості розчинника бензина - рафіната ( КК 120°С ) основні показники процессу дорівнюють показникам при використанні у якості розчинника прямогонного бензину. Таким чином, пропонований спосіб гранулювання сорбенту з терморозширеного графіту дозволяє зменшити кількість стадій і тривалість процесу гранулювання та майже в 20 разів зменшити питомі енерговитрати на гранулювання сорбенту в порівнянні з відомим способом. Хоча при пропонованому способі гранулювання фактична сорбційна ємність гранульованого сорбенту на 9-12% нижче, ніж при відомому способі, однак за рахунок збільшення механічної міцності гранул і, отже зменшення втрат сорбенту, його фактична питома витрата на 7-9% нижче.