Справочная информация, Китай

Сырье для производства активированного угля

Активированные угли могут быть получены из разнообразного углеродсодержащего сырья - древесины, каменного и бурого угля, торфа и т. п.
В промышленном производстве активированных углей в качестве сырья чаще всего используется каменный уголь, скорлупа кокосовых орехов и древесина.

Активированный уголь – это адсорбент

Свойства адсорбента зависят от:

площади поверхности,
размера пор,
структуры распределения пор.

Адсорбируемое вещество – это вещество, которое должно быть адсорбировано (удалено из воды). Очень важно знать характеристики адсорбируемого вещества, так как по ним можно установить размеры и конфигурацию молекул адсорбируемого вещества. Знать размеры молекул важно по трем причинам: с ростом размеров молекул падает растворимость вещества; с ростом размеров молекул падает адсорбция, так как молекулы не могут проникнуть в поры адсорбента; чем больше молекулы, тем больше требуется времени для их прохождения в поры.

Активированный уголь обычно применяется в трех формах:

порошковый AC (PAC),
гранулированный AC (GAC),
прессованный AC (EAC).

PAC в основном состоит из частиц, меньших 80 mesh (mesh – ячейка, 80 mesh соответствует диаметру ячеек в 0,177 мм) и используется в основном для очистки жидкостей в пекарной промышленности. PAC смешивается с водой и после адсорбирования примесей пропускается через механический фильтр или осаждается.

GAC в основном формируется из частиц угля больших 50 mesh (0,297 мм) и используется для очистки жидкостей (воды и жидких продуктов) и газов. Иногда отработанный GAC (для некоторых применений) может быть реактивирован и вновь использоваться.

Зерна EAC производятся в форме цилиндров и используются для очистки газов, в качестве катализатора и при восстановлении золота. Способ применения EAC аналогичен GAC. Зерна EAC тяжелее гранул GAC. EAC, как и GAC, может быть реактивирован и вновь использоваться.

Производство активированного угля и его применение

Сначала углеродсодержащее сырье подвергают карбонизации - обжигу при высокой температуре в инертной атмосфере без доступа воздуха. Однако полученный карбонизат обладает плохими адсорбционными свойствами, поскольку размеры его пор невелики и внутренняя площадь поверхности мала. Поэтому карбонизат подвергают активации для получения специфической структуры пор и улучшения адсорбционных свойств.

Лучшее сырьё для производства активированного угля – опилки. Для получения 5-6 тонн активированного угля надо 50-52 куб.м в день, 1400-1500 куб.м в месяц, толщина фракции:10—80 мм зольность:≤2% влажность:30% Лучше использовать сосновые и еловые опилки. Хороший уголь можно получать из бурого угля и торфа верхового, несколько хуже по качеству уголь получается из низового торфа и перемолотых стеблей соломы, кукурузы, тростника и других травянистых растений.

Сложнее работать с каменными углями, так как при переходе температуры в 450 градусов Цельсия, каменный уголь становится полужидким и текучим. Происходит его спекание и дальнейшее коксование, а не активация. То есть процесс должен находится под постоянным контролем персонала.

Активация

Активация углей может осуществляться двумя способами.

Первый способ посредством обработки водяным паром.

Мы производим оборудование по активации водяным паром.. Активация водяным паром проводится при температуре 700 - 1000 °C в строго контролируемых условиях. При этом на поверхности пор происходит химическая реакция между водяным паром и углем, в результате чего образуется развитая структура пор и увеличивается внутренняя поверхность угля. С помощью такого процесса можно получать угли, обладающие различными адсорбционными свойствами.

Активация водяным паром позволяет получать угли с внутренней площадью поверхности до 1500 м² на грамм угля. Благодаря этой огромной площади поверхности активированные угли являются прекрасными адсорбентами. Тем не менее, не вся эта площадь может быть доступна для адсорбции, поскольку крупные молекулы адсорбируемых веществ не могут проникать в поры малого размера.

Второй способ обработка углей специальными химическими реагентами для активации, этот способ значительно дороже.

Активирующая составляющая

Сырье	Объем добавок, не менее, согласно Гостам КНР	Молекулярная формула	Стандарт
Фосфорная кислота	1% - 900 кг	H3PO4	GB2091—80
Серная кислота	1% - 900 кг	H2SO4	GB625—89
Соляная кислота	1% - 900 кг	HCL	GB622—89
Вода	40 тонн на тонну угля	H2O

Углесодержащие вещества активируются высокотемпературным (800-1000°C) паром или обезвоживающими химикатами. Химическая активация заключается в нагреве исходного материала до 400-500°C в присутствии сильного химического обезвоживающего агента (фосфорная кислота, хлорид цинка или др.). Большинство материалов после этого подвергается кислотной промывке. Кислотная промывка удаляет металлы, золу и другие растворимые в воде примеси (например, кремний), которые могут вымываться при эксплуатации.

Структура пор

В активных углях различают три разновидности пор — макропоры, переходные поры и микропоры, которые отличаются механизмом сорбции паров и газов.

Макропоры — это наиболее крупные поры. У них очень большой верхний предел радиуса кривизны (около 2000 нм), нижний предел — около 100 нм. Заполнения их вследствие капиллярной конденсации паров не происходит. Удельный объем макропор находится в интервале 0,2—0,8 см³/г, удельная поверхность 0,5—2 м²/г. Следовательно, адсорбция на поверхности макропор не представляет практического интереса. Их поверхность равноценна поверхности непористых углеродных сорбентов с близкой химической природой, а сами поры выполняют роль каналов для проникновения веществ в глубь сорбента.

Переходные поры значительно меньше макропор, радиус их кривизны от 1,5 до 100 нм, т. е. он значительно больше, чем размеры адсорбируемых молекул. Удельный объем переходных пор сравнительно невелик — от 0,02 до 0,10 см³/г, удельная поверхность от 20 до 70 м²/г. Заполнение объема этих пор уже возможно капиллярной конденсацией паров. При давлениях (концентрациях) ниже соответствующих капиллярной конденсации на поверхности переходных пор может происходить адсорбция паров.

Микропоры — самые мелкие поры активных углей, имеющие радиус меньше 1,5 нм, соизмеримый с размером адсорбируемых молекул. В отличие от первых двух видов нор, в микропорах весь объем пор представляет пространство, в котором проявляется адсорбционное поле, поэтому представление о послойном заполнении и о поверхности микропор теряет физический смысл. Удельный объем микропор активных углей 0,20—0,60 см³/г. Таким образом, микропорам принадлежит определяющая роль в процессах адсорбции.

Параметры получаемого угля

Характеристика сырья
Сырьё	опилки
Для производства 1 тонны активированного угля необходимо	4 тонны каменного угля
Потребность воды в час	100 м³/час
Потребность в дополнительном топливе	1 тонна в час
Потребность в электрической энергии	2400 кВт
Стандарт продукции
Активированный уголь
Количество зерен размером 1 мм	< 1,0
Количество зерен размером 1 – 3,5 мм	>96,5
Количество зерен размером 3,5-5 мм	< 2,5
Содержание влаги	<10,0
Содержание золы	< 8,0
Пористость (по ацетону)	> 74
Статическая активность по хлору	>35
Масса 1 л угля, которая должна быть	не больше 220 г (при определении без уплотнения).
Топливные гранулы из пыли углей
Размеры	30-60 мм
Плотность	Зависит от качества угля, но не менее 1,80 гр. на см. куб
Теплоотдача	Не менее 4500 ккал
Выписка из ГОСТа РФ Для определения достоверности полученных результатов используют следующие значения:	- Повторяемость - точность метода определения йодного числа активированного угля в пределах значений 600-1450 мг/г составляет ±5,6% от среднего результата, измеренного в миллиграммах на 1 г угля. Если два результата получены в одной и той же лаборатории и отличаются более чем на 5,6%, такое определение не может считаться достоверным.
Выписка из ГОСТа РФ Для определения достоверности полученных результатов используют следующие значения:	- Воспроизводимость - межлабораторная точность метода определения йодного числа, значение которого находится в пределах значений 600-1450 мг/г, составляет ±10,2% от среднего значения, измеренного в миллиграммах на 1 г активированного угля. Если результаты, определенные в двух разных лабораториях, отличаются более чем на 10,2%, такое определение не может считаться достоверным.
Уголь, полученный из березы, может иметь йодистое число	От 1200 до 1500
Уголь, полученный из косточек, может иметь йодистое число	1100 кокосовый орех 1400-1500 из фруктов
Уголь из таежного ореха, может иметь йодистое число	Не более 1000
Уголь из кокса, полученного из каменного углей, может иметь йодистое число	500-600
Уголь из антрацита Донбасса, может иметь йодистое число	1300-1400
Уголь бездымный обогащенный в Центральной Азии, может иметь йодистое число	750-800
Уголь бездымный необогащенный из Центральной Азии, может иметь йодистое число	550-600
Уголь из торфа низового, может иметь йодистое число	900-1000
Уголь из торфа верхового, может иметь йодистое число	700-1100
Уголь из опилок хвойных пород, может иметь йодистое число	900-1000
Уголь активированный из отходов сх: стебли камыша, хлопчатника, конопли, кукурузы, соломы злаков, шелухи риса, сои, ржи.	900-1100
Уголь активированный из вторичной переработанной резины автопокрышек, может иметь йодистое число	450-500
Уголь активированный	CAS No. 16291-96-6

Область применения активных углей

Химическая промышленность:

Очистка органических кислот
Адсорбция органических соединений из растворов
Рекуперация органических растворителей
Адсорбция паров и газов органических веществ
Очистка минеральных масел
Очистка электролитов, гальванопроизводство
Изготовление электродов
Основа палладиевого катализатора
Основа катализатора для синтеза винилхлорида
Основа катализатора для синтеза винилацетата

Пищевая промышленность:

Очистка ликероводочных изделий
Обесцвечивание сахарных сиропов
Очистка крахмалопаточных растворов
Очистка ксилита и ксилитана
Производство органических кислот (лимонная, молочная и др.)
Очистка и отделка растительного и животного масла и жиров
Очистка ликероводочных изделий
Слабоалкогольных и газированных напитков
Очистка крахмалопаточных растворов, глюкозы, глюкозо-галактозных сиропов, лактулозы
Осветление и дезодорация пищевых масел и жиров
Производство лимонной, молочной, пропионовой и др. органических кислот
Обесцвечивание сахарных сиропов, ксилита
Производство карамели

Фармацевтическая промышленность:

Очистка растворов при производстве мед препаратов
Производство синтетического каучука и поливинилхлоридных смол
Основа при изготовлении катализаторов
Гемосорбент для медицинской промышленности
Носитель БАВ
Производство антибиотиков
Производство кровезаменителей
Производство угольных таблеток
Производство глюконата кальция, хлористого натрия
Производство таблеток «Аллохол»
Производство церебролизина
Производство гепарина

Промышленная очистка

Очистка паров и газов
Сероочистка и очистка технологических растворов при добыче и переработке газа
Очистка растворов, паров, газов при переработке нефти
Производство минеральных масел, химреактивов и лакокрасочных изделий
Ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов
Очистка парового конденсата и котловых вод
Очистка промышленных газов и вентвыбросов
Производство стекловидного тела
Очистка вентвыбросов и воздуха от вредных газов

Топливно-энергетическая промышленность:

Очистка парового конденсата
Очистка оборотных вод
Нефте - газодобывающая и перерабатывающая промышленность:
Сероочистка и очистка технологических растворов при добыче и переработке газа
Очистка растворов, паров, газов при переработке нефти
Ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов

Металлургическая промышленность:

Извлечение золота из цианистых пульп и других растворов
Флотация руд полезных ископаемых
Извлечение драгоценных металлов

Охрана окружающей среды:

Подготовка питьевой воды
Снаряжение фильтров доочистки питьевой воды
Очистка сточных вод
Применение активированного угля в водоподготовке
Предназначен для удаления растворенных органических веществ и улучшения вкусовых качеств воды (удаление запахов и привкусов).