Спосіб регенерації активованого вугілля

1. Спосіб регенерації активованого вугілля (АВ), насиченого органічними речовинами, що включає обробку АВ попередньо одержаними продуктами спалювання газу, який відрізняється тим, що процес регенерації здійснюють в дві стадії, на першій стадії започатковують термоокисну деструкцію органічних речовин продуктами спалювання газу, а на другій стадії як регенераційний агент використовують суміш газів з концентрацією кисню 2-5 об.%, причому як суміш газів використовують гази термоокисної деструкції, попередньо розбавлені повітрям. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що регенераційний агент використовують з температурою (0-280) °С. (19) (21) a200609155 (22) 18.08.2006 (24) 25.07.2007 (46) 25.07.2007, Бюл. № 11, 2007 р. (72) Гречаник Сергій Вікентійович, МєшковаКлименко Наталія Аркадіївна, Гончарук Владислав Володимирович, Дроздович Сергій Васильович (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В.ДУМАНСЬКОГО Н АЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ (56) SU 1526814 A1, 07.12.1989 SU 822882 A1, 23.04.1981 Когановский А. М., Левченко Т. М., Рода И. Г., Марутовский Р. М. Адсорбционная технология очистки сточних вод. - К.: Техніка, - С. 175. 3 79917 вин з колони. Вихідна концентрація органічних речовин становить 60-80% від вхідної їхньої концентрації. Потім насичений органічними сполуками АВ піддають термоокисній обробці газом - реагентом з вмістом кисню 2,0об.% і температурою 320°С. При цьому лобовий шар АВ протягом 4,0 год. прогрівають до 300°С. Створену в такий спосіб зону регенерації переміщують уздовж шару АВ зі швидкістю 0,1м/год потоком газу з температурою 100°С та вмістом кисню 2,0об.%. Термоокисну обробку проводять протягом 30год. до повного вигоряння на АВ адсорбованих органічних речовин. Адсорбційна ємність відновлюється на 97-99%. Енергоємність процесу регенерації, згідно з нашими розрахунками, становить 13300ккал/кгАВ. Таким чином, основним недоліком відомого способу [2] є його висока енергоємність, пов'язана зі значною тривалістю процесу регенерації АВ (10год. на 1м шару вугілля) при підживленні системи високоенергетичним теплоносієм протягом усього процесу. В основу винаходу поставлене завдання розробити спосіб регенерації АВ від адсорбованих органічних речовин, у якому використання в процесі регенерації вугілля як газу-реагенту раніше не використовуваного агенту -газу, який отримують в процесі термоокисної деструкції адсорбованих органічних речовин, приведе до зниження енергоємності процесу за рахунок зменшення витрат природного газу та, як наслідок, до істотного здешевлення процесу регенерації АВ. Для вирішення поставленого завдання запропоновано спосіб регенерації активованого вугілля, насиченого органічним речовинами, що включає обробку АВ попередньо отриманими продуктами згоряння газу, у якому, відповідно до винаходу, процес здійснюють у дві стадії, на першій стадії започатковують термоокисну деструкцію органічних речовин продуктами спалювання газу, а на другій стадії як регенераційний агент використовують суміш газів з концентрацією кисню 2-5об.%, причому як суміш газів використовують гази термоокисної деструкції, попередньо розбавлені повітрям. При цьому регенераційний агент використовують із температурою (0-280)°С. Нами вперше запропонований спосіб регенерації активованого вугілля у дві стадії, сутність проведення якого полягає у наступному: на першій стадії - започаткування реакції термоокисної деструкції адсорбованих органічних речовин шляхом подачі продуктів горіння газу (теплоносія) з температурою 300-400°С, а на другій стадії - проведення регенерації АВ за рахунок тепла, яке виділяється при протіканні екзотермічних реакцій термоокисної деструкції адсорбованих органічних сполук. Процес регенерації на другій стадії проводять за рахунок подачі суміші газоподібних продуктів деструкції органічних речовин з додаванням кількості кисню, яке заявляється. При цьому зазначену суміш газів, яка має температуру (0-280)°С використовують як носій кисню, необхідного для протікання процесу термоокисної деструкції адсорбованих органічних речовин. Заявником нижче граничне значення температури обране 0°С. Звертаємо увагу, що 0°С 4 фізична величина, яка становить 273 Кельвіна, тобто є цілком конкретним значенням температури. Послідовність процесу проведення регенерації АВ, що заявляється, приведе до зниження його енергоємності в 14,8-16,6 разів при відновленні адсорбційної ємності вугілля на 99-100%. Таким чином, сукупність суттєви х ознак способу, що заявляється, є необхідною й достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - зниження енергоємності процесу в 14,8-16,6 разів при ступені регенерації АВ 99100%. Цей результат не досягається жодним з відомих способів. Запропонований спосіб регенерації АВ від адсорбованих органічних речовин реалізується на установці, принципова схема якої зображена на фігурі. Установка складається з колони (1) із нержавіючої сталі діаметром 100мм і висотою 1м, у яку завантажений шар АВ висотою 1м. Установка містить пальниковий пристрій (2), у який подається газоповітряна суміш. Для зниження температури пальникових газів від 1800°С до 300-400°С у топкову камеру (3) подається пара з парогенератора (4). Гази, які відходять з колони (1) компресором (5) подаються на вхід колони та використовуються як регенераційний агент. Аналіз регенераційних газів на вміст кисню здійснюється газовим хроматографом (6), наприклад марки ЛХМ-8МД. Спосіб реалізується наступним чином. У колону (1), заповнену відпрацьованим АВ, звер ху вниз подається суміш охолоджених парою з парогенератора (4) газів, отриманих шляхом спалювання природного газу в стр умені повітря за допомогою пальникового пристрою (2) у топковій камері (3). Для отримання газу-реагенту з вмістом кисню 25об.% підтримується необхідне співвідношення витрат газу і повітря, що подаються на пальниковий пристрій. На першій стадії регенерації лобовий шар АВ прогрівають до температури 300°С, при якій адсорбовані органічні речовини починають окислюватись присутнім у газі киснем. Час прогріву лобового шару АВ (4-бсм) до початку процесу термоокисної деструкції адсорбованих органічних речовин становить 20-40 хв і залежить від типу сорбенту і його початкової вологості. На другій стадії гази, що відходять, компресором (5) подають у верхню частину регенераційної колони, попередньо наситивши їх необхідною кількістю кисню (2-5об.%), шляхом розведення повітрям, яке відбирають із навколишнього середовища. При цьому відключають подачу газу й повітря на пальниковий пристрій (2) і пари до топки (3). Процес регенерації АВ йде за рахунок тепла екзотермічних реакцій окислювання органічних речовин вільним киснем у тонкому шарі АВ (4-6 см), що переміщується потоком реггазів з температурою (0280) °С углиб колони. Процес регенерації з використанням газів термоокисної деструкції органічних речовин, які розбавлені киснем повітря, триває до моменту завершення регенерації АВ, який визначають по підвищенню концентрації кисню у газах, що відходять, до концентрації кисню в газіреагенті, який подають на вхід у колони, 2-5об.%. 5 79917 Як активне вугілля використовували: - активоване вугілля АГ-3 (активоване гранульоване вугілля -ДЕРЖСТАНДАРТ 20464-75); - активоване вугілля КАВ - 2 (кісточкове активоване вугілля - ДСТУ 2335-93); - активоване вугілля «Акант-мезо» (активований антрацит ТУ 334-04-3-3-86 Приклад конкретного виконання У колону 1 завантажили 3кг АВ АГ-3, насиченого барвником 5СХ у кількості 15мг/г АВ (адсорбційна ємність вугілля дорівнює 15мг/г АВ по барвнику 5 СХ). Процес регенерації здійснювали у дві стадії. На першій стадії пропускали зверху вниз паро-газо-повітряну суміш із вмістом кисню 2,0об.% і температурою 320°С. При цьому лобовий шар АВ, що становить 4% загальноїмаси (4см висоти) завантаженого адсорбенту, протягом 30хв прогрівали до температури 300°С, що на 10°С вище температури окислювання даного барвника (ток.=290°С з при концентрації кисню 2об.%). Таким чином створили зону (4см) термоокисної деструкції адсорбованих органічних речовин. На другій стадії відпрацьовану газову суміш із нижньої частини колони направили на вхід колони регенерації, піджививши її киснем з навколишнього середовища до концентрації - 2об.%. При ЦЬОМУ виключили подачу газу, повітря й пари на вхід колони регенерації шляхом відключення пристроїв (2, 3 й 4), а реакцію термоокисної деструкції органічних речовин підтримували за рахунок регенераційного агенту, отриманого з газів, що відходять з колони, розведених повітрям навколишнього середовища. Швидкість пересування зони окиснення органічних речовин у шарі вугілля встановили 0,1м/год. Температура газу-реагенту, який подавали на вхід колони в ході регенерації, становила 80°С. Термоокисну обробку проводили протягом 3 год., що забезпечувало повне окиснення на АВ адсорбованого барвника. Про закінчення процесу регенерації свідчило підвищення вмісту кисню на виході з колони від 0 до 2об.%. Енергоємність процесу регенерації АВ АГ 3 від барвника 5СХ склала 900 ккал/кг АВ. Після закінчення процесу регенерації АВ визначали адсорбційну ємність даного сорбенту по барвнику активному яскраво-червоному 5 СХ за стандартноюметодикою з використанням вихідної кривої динаміки сорбції [A.M. Ко гановский.- Адсорбция и ионний обмен в процессах водоподготовки 6 и очистки сточних вод. - Київ. - Наукова думка. 1983.- С. 131-145] [3]. Адсорбційна ємність відрегенерованого АВ АГ-3 по барвнику 5 СХ 14,95мг/гАВ. Ступінь відновлення адсорбційної ємності вугілля визначали за формулою: A a = 2 ×100%, A1 де a - ступінь відновлення адсорбційної ємності АВ; A1 - адсорбційна ємність вхідного АВ; А2 - адсорбційна ємність відрегенерованого АВ. Ступінь відновлення адсорбційної ємності АВ АГ - 3 по барвнику 5 СХ склала: 14,95 a= × 100% = 99,6%. 15,0 Ваговим методом визначали втрати вугілля в результаті його регенерації за формулою: m - m2 b= 1 ×100%, m1 де b - втрати АВ в результаті його регенерації; m 1 - початкова вага АВ; m 2 - вага АВ після регенерації. Втрати АВ склали 3,0 - 2,9955 b= ×100% = 0,15%. 3,0 Аналіз наведених у даному прикладі даних показує, що кількість тепла витраченого на регенерацію 1кг АВ АГ-3 забрудненого барвником 5СХ, в 14,8 рази нижче, ніж у відомому способі [2] при еквівалентних параметрах проведення процесу. Аналогічно прикладу конкретного виконання, проведені дослідження процесу регенерації активованого вугілля різних марок (АГ-3, КАВ-2, «Акант-мезо») при використанні як адсорбата різних органічних сполук (барвник активний яскравочервоний 5 СХ, метаупон, органічні речовини реальних стічних вод) і при подачі регенераційного агенту - суміші газів з температурою та вмістом кисню, як у діапазоні, що заявляється, - (0-280)°С й 2-5об.%, відповідно, так і при позамежних значеннях. Результати експериментів наведені в таблиці. Таблиця Умови регенерації АВ Показники регенерації АВ Ступінь відноНазва органічної Температура Концентрація влення адМарка АВ регенераційного кисню в газі- Втрати АВ,% № прикладів речовини сорбц. ємності, агенту, °С реагенті, об.% %. 1 2 3 4 5 6 7 Вугілля гра- Барвник актив0 1,5 0,1 0,8 1. нульо ване ний яскраво2,0 0,15 99,0 2. АГ-3 червоний 5СХ 3,0 0,25 99,9 3. 4,0 0,35 99,9 4. 5,0 0,75 99,8 5. 5,5 5,15 97,5 6. 7 79917 8 Продовження таблиці 80 200 280 300 Поверхневоактивна речовина метаупон 80 200 Вугілля гранульоване АГ-3 280 300 Органічні речовини реальних стічних вод підприємства промисловості 80 250 300 Вугілля кісто- Барвник активчкове марки ний яскравоКАВ-2 червоний 5 СХ 10 160 300 1,5 2,0 3,0 4.0 5,0 5,5 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 5,5 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 5,5 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 5,5 1.5 3,0 5,0 5,5 1,5 3,0 5,0 5,5 1,5 3,0 5,0 5,5 1,5 3,0 5,0 5,5 1,5 4,0 5,5 1,5 4,0 5,5 1,5 4,0 5,5 1,5 3,5 5,5 1,5 3,5 5,5 2,0 3,5 5,0 0,1 0,15 0,25 0,35 085 5,20 0,25 0,45 0,65 0,85 0,90 6,15 0,58 0,45 0,55 0,75 0,85 5,45 1,05 2,15 3,75 5,25 7,15 9,45 0,20 0,27 0,87 5,15 0,25 0,60 0,85 6,25 0,55 0,61 0,75 6,75 1,20 2,15 6,90 10,25 0,25 0,35 4,35 0,45 0,55 5,95 1,45 5,75 10,1 0,05 0,30 4,95 0,20 0,65 5,05 1,45 4,55 6,85 5,5 99,2 100,0 99,8 99,6 97,3 10,5 99,3 99,9 100,0 100,0 98,3 11,0 99,7 99,9 99.9 99,8 97,3 15,0 99,0 99,5 98,5 96,5 98,3 5,8 99,9 99,6 98,4 11,0 99,7 99,9 98,9 12,4 100,0 99,8 98,0 15,0 99,0 98,3 95,8 18,5 99,9 98,5 25,0 99,8 97,2 20,0 98,0 97,5 0,7 99,8 99,1 7,5 99,9 97,8 98,7 98,7 998,9 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 9 79917 10 Продовження таблиці Мета упон 40 200 300 Органічні речовини реальних стічних вод підприємства текстильної промисловості 60 220 300 Антрацит активований «Акант-мезо» Барвник активний яскравочервоний 5СХ 20 200 300 Мета упон 50 200 300 Органічні речовини реальних стічних вод підприємства текстильної промисловості 30 210 300 Встановлено, що проведення двостадійного процесу регенерації АВ в діапазонах параметрів, що заявляються забезпечує практично повне відновлення адсорбційної ємності вугілля (99,2-100%) при незначних втратах сорбенту в процесі його регенерації (0,15-0,85%) (див. таблицю -приклади: 2-5; 8-11; 14-17; 20-23; 32; 33:36; 37; 40; 41; 48; 51; 57; 60; 66; 69; 75; 76; 79; 80; 85; 88; 94; 95; 98; 99; 105; 108). Споживання енергоресурсів на регене 1,5 3,0 5,5 1,5 3,0 5,5 2,0 3,0 5,0 1,5 2,5 4,5 5,5 1,5 2,5 4,5 5,5 2,5 4,5 1-5 3,5 5,5 1,5 3,5 5,5 2,0 3,5 5,0 1,5 2,0 4,5 5,5 1,5 2,0 4,5 5,5 2,5 3,5 4,5 1,5 3,8 5,5 1,5 3,8 5,5 2,0 3,0 4,0 0,15 0,35 6,55 0,20 0,55 7,05 1,85 4,75 6,55 0,20 0,25 0,75 5,10 0,65 0,70 0,80 6,95 4,10 6,30 0,205 0,25 6,10 0,20 0,35 6,45 1,25 3,15 5,45 0,10 0,15 0,65 5,95 0,20 0,30 0,70 5,90 3,20 4,85 5,45 0,05 0,50 4,85 0,20 0,58 6,10 1,95 4,20 4,85 2,4 99,8 98,3 6,5 100,0 98,8 10,8 96,5 97,1 1.1,3 99,4 100,0 98,1 14,0 99,8 99,8 97,6 98,9 97,6 1-5 99,9 98,5 10,7 99,7 97,8 98,4 97,5 97,8 3,2 99,2 100,0 98,9 7,3 99,5 99,9 99,0 99,2 98,7 98,0 4,7 99,7 98,1 15,0 100,0 98,8 98,8 97,4 99,0 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84, 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. 93. 94. 95. 96. 97. 98. 99. 100. 101. 102. 103. 104. 105. 106. 107. 108. 109. 110. 111. 112. рацію становило всього 850±50ккал/кг АВ, що в 14,8-16,6 разів нижче, ніж у відомому способі [2]. При позамежному зменшенні значення вмісту кисню в суміші регенераційних газів, наприклад до 1,5об.%, ступінь відновлення адсорбційної ємності відрегенерованого вугілля становила всього лише 0,7-18,5% (див. табл. - приклади: 1, 7, 13, 19, 31, 39, 47, 50, 56, 59, 65, 68, 74, 78, 84, 87, 93, 97, 104, 107). При позамежному збільшенні вмісту кисню в суміші регенераційних газів, наприклад до 11 79917 5,5об.%, відбувається різке збільшення втрат АВ, які склали 5-7% (див. табл. - приклади: 6, 12, 18, 24, 35, 42, 49, 52, 58, 61, 67, 70, 77, 81, 86, 89, 96,100,106,109). Верхнямежа температури газу-реагенту на другій стадії регенерації АВ обмежена 280°С. Це обумовлено тим, що при підвищенні температури, наприклад до 300°С, відбувається значне збільшення втрат АВ, які в проведених експериментах склали 2-7% (див. табл. - приклади: 26, 27, 28, 29, 44, 45, 54, 62, 63, 71, 72, 82, 83, 90, 91, 101, 102, 103, 110, 111, 112). Проведення ж процесу регенерації при температурі регенераційного агента нижче 0°С є економічно невигідним, тому що це при Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 12 водить до збільшення енерговитрат, пов'язаних з необхідністю значного охолодження газів термоокисної деструкції сорбата. Перевага запропонованого способу регенерації активованого вугілля в порівнянні з відомим способом [2] полягає в його низькій енергоємності - в 14,8-16,6 разів нижче, ніж у відомому способі, при практично повному відновленні адсорбційної ємності АВ (99-100%). Достоїнством запропонованого способу є незначні втрати сорбенту при його регенерації (0,1-0,9%). Слід зазначити, що результат, що досягається запропонованим способом, не забезпечується жодним з відомих способів. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601