Міцні вуглецеві сорбенти з композиційної сировини на основі вугілля та побічних продуктів коксохімії

Abstract

Розглянуто вплив низки вуглеводневих продуктів (побічних, напівпродуктів, "відпадків") коксохімічного виробництва на формування міцної композиційної сировини на основі кам’яного вугілля (марок Д і Г) для одержання поруватого активованого вуглецю (АВ) потрібної якості. Для створення сумішевих композицій з вугіллям використано продукти коксохімзаводу (КХЗ) "Макіївкокс", як от кам’яновугільна смола (СКХЗ), полімери (П), кисла смолка (КС), кубовий залишок (КЗ) та фуси (Ф). Встановлено ефект неаддитивности для показника міцності композиційної сировини, величина якого максимальна при вмісті додатку в суміші 15±5%. Для сумішей вугілля Д виявлено лінійну залежність виходу карбонізату (при 450 °С) від густини доданого в суміш продукту коксохімії. У випадку газового вугілля вплив органічного додатку є практично однаковим (зниження виходу карбонізату з 67 до 63±1%) при 700 °С. Наявність напівпродукту КХЗ в композиціях з вугіллям в процесі їхнього термолізу (450-700 °С) обумовлює одержання зміцнених карбонізатів (механічна міцність (ММ) ≥85% проти 67% для вугільних карбонізатів). Найміцніший вуглецевий каркас утворюється при використанні смоли КХЗ і вугілля Д для всіх температур карбонізації. Активація водяною парою міцних карбонізатів приводить до формування пористих (Sпит від 170-420 до 600-900 м2 /г) вуглецевих матеріалів з механічною міцністю ≥ 80%. Відзначено, що для створення високопоруватих вуглецевих матеріалів підвищеної міцності перспективними додатками є три типи вуглеводневих продуктів коксохімії: смола КХЗ, кубовий залишок і кисла смолка, а з вугільних ресурсів для виробництва сорбентів більш перспективним є довгополум’яне вугілля.

The article is determined the influence of some types of hydrocarbon products (by-products, "waste") of coke production (CCP) on the formation of solid composite raw materials based on coal (grades D and G) and the production of porous activated carbon (AB. To create blend compositions with coal, we used the hydrocarbon products (HCP) of the Makeevcoks Coke Plant: coal tar (CT), polymers (P), sour tar (ST), vat residue (VR), and fuses (F). The non-additive effect for the strength index of the formed composite raw material is established, the value of which is maximal when the content of the additive in the mixture of 15 ± 5%. It was found the linear dependence of the carbonizate yield (at 450 °С) on the density of the coke chemistry product for coal D mixtures. In the case of gas coal, the effect of the type of additive is almost the same (reducing the carbonizate yield from 67 to 63 ± 1%) at 700 °C. The presence of coke chemical by-products in blend compositions with coal in the process of their thermolysis (450-700 °С) causes the hardening of the carbonizates obtained (mechanical strength (MS) ≥85% versus 67% for pure coal carbonizates). It was detected the maximum strengthening of the carbon skeleton using the coal tar for all carbonization temperatures (450-700 °С). Activation of the strong carbonizates by the water vapor leads to the formation of porous (Sspec 170-420 to 600-900 m2 /g) carbon materials with a mechanical strength ≥ 80%. At least three types of hydrocarbon by-products are promising additives to create high-porous carbon materials of increased strength, such as coal tar, vat residue and sour tar. The long-flame coal (D) is more promising from coal resources for sorbents production.