Производство углеродных адсорбентов для очистки газовой фазы и водных сред

«Лаборатория углеродных нанокомпозитных материалов» занимается  получением пористо-углеродных материалов из углеродсодержащего сырья Казахстана, методом карбонизации и парогазовой активации, модифицированием наночастицами  сажи, УНТ, гуминовой кислотой, микросферой и др. для увеличения эффективности разделения техногенных загрязнителей, который является инновационным подходом для синтеза адсорбентов.

Цель работы является исследование и разработка технологии процесса и создание производства нанокомпозитных материалов на основе отечественного сырья с высокой добавленной стоимостью для очистки газовой фазы от кислых компонентов и сточных вод.

По оценке экспертов, распределение сфер применения углеродных адсорбентов выглядит следующим образом: 30% используется в металлургической промышленности, 22% - в нефтегазодобывающей. На охрану окружающей среды расходуется 20% годового объема потребления адсорбента.

На сегодняшний день крупнейшими потребителями углеродных сорбентов являются США, страны ЕС, Китай. Крупнейшим производителем и экспортером углеродных сорбентов остается Китай (более 43 % от мировой производственной мощности), при этом необходимо отметить, что данный производитель «специализируется» на углеродных сорбентах низкого качества, в то время как США, Япония и Франция производят подавляющую долю высококачественных углеродных сорбентов. Специализация на этом рынке определяет уровень доходности производства, т.к. стоимость углеродных сорбентов варьируется от 3 до 200 тыс. долл. США за тонну в зависимости от качества и функционального назначения продукции

           За период с 2014 по 2018 г. потребление углеродных сорбентов в мире увеличится на 33 % - до 2,1 млн тонн/год, причина - ужесточение экологических требований (только в США потребление углеродных сорбентов в целях удаления ртути увеличится вдвое к 2018 г. вследствие действия «Стандартов загрязнения воздуха

Объем потребления активированного угля в разрезе стран

Обзор цен

Емкость рынка активированного угля Республики Казахстан

В среднесрочной перспективе казахстанский рынок активированного угля будет расти не менее чем на 10-12% в год, в первую очередь ввиду ужесточения экологических норм. Ожидается, что к 2021 году объём рынка достигнет 10,7 тыс. тонн. Помимо высокой потребности для Казахстана в активированном угле в целом, экспертами отмечается факт роста потребности активированного угля высокого качества.

Высокое качество активированного адсорбента зависит в первую очередь от используемого сырья, а также технологий для его производства. В Казахстане, на фоне значительной импортозависимости рынка активированного адсорбента, в том числе высококачественного, возникает острая необходимость развития отечественного производства, а также внедрения на них новейших технологий переработки.

Долевое  распределение годового объема производства  активированного угля в разрезе стран

На мировом рынке основным производителем активированного угля является США, на долю которого приходится 34% годового объема производства данной категории продукции. Европа, с долей равной 24%, занимает второе место по объему производства активированного угля.

На долю Казахстана приходится всего 0,7% мирового объема производства активированного угля, на долю России – 2%.

Схема получения пористо-углеродных материалов

является высокотемпературный пиролиз (карбонизация) твердого углеродсодержащего сырья  с последующей обработкой продукта карбонизации парами воды, двуокисью углерода и другими веществами (стадия активации)

В результате процесса получаем следующие продукты:

Технико-экономический расчет

Стоимость капитальных затрат на установку на производительность 1200 т/г составляет – 750 тыс. $.

Технико-экономические показатели установки производительностью 150 кг/час (1200 тонн/год) по исходному сырью

Годовые эксплуатационные расходы:

• затраты на уголь 11,3 тыс. долл.;

• затраты на электроэнергию 0,73 тыс. долл;

• затраты на воду 0,57 тыс. долл;

• амортизационные отчисления 15,6 тыс. долл;

• затраты на ремонт 0,14 тыс. долл;

• затраты на заработную плату 30 тыс. долл;

• прочие год. расходы 0,15 тыс. долл.

Итого годовой расход: 58,5 тыс. долл.

Годовая выручка от продуктов:

Адсорбент (700 тонн/год)–700 тыс.долл.

Горючий газ (391 тыс.м3)–24,3тыс. долл.

Печное топливо (90 тонн)–10,8 тыс. долл.

Итого годовая выручка: 735,1 тыс. долл.

Итого годовой доход: 676,6 тыс. долл.

Общий объем инвестиций:  750 000 $.

Производительность завода 1200 т /год.

Срок окупаемости: 18-20 мес .

Место реализации: г. Нур-Султан, Казахстан.

Технологическая схема установки

Барабанная вращающаяся печь для получения адсорбентов

Установки для апробации адсорбентов для очистки воды

Апробация адсорбентов

В настоящее время, в ТОО «Институт химии угля и технологии» разработаны и изготовлены лабораторные и полупромышленные установки карбонизации и активации, отработана методика получения углеродных пористых адсорбентов для разделения газов и очистки сточных вод; наработаны экспериментальные образцы углеродных адсорбентов. Полученные образцы углеродных пористых сорбентов прошли лабораторные испытания по очистке газов и сточных канализационных вод, взятых в ГКП «Астана су арнасы». Место отбора проб: распределительная камера после предварительной механической очистки. Химический анализ сточных вод до (контроль) и после очистки адсорбентами проведен в аккредитованной аналитической лаборатории канализационных очистных сооружений ГКП «Астана су арнасы», в которой были определены основные показатели очистки сточных вод. По нормам (НД) адсорбенты удовлетворяют такие показатели, как pH, хлориды, сульфаты, нитриты, нитраты, фосфаты, нефтепродукты. Высокая степень очистки (более 70 %) наблюдается у показателей: нефтепродукты (98-100 %), фосфаты (95-96 %), взвешенные вещества (80-95 %), БПК (82-90 %), ПАВ (85-95 %). Степень очистки газов составляет (%): CO2-95-99, CO - 95-97, H2S – 98-100, CH4 – 90-95.

Степень очистки (в %) сточных вод с использованием сорбентов