Устройство для тепловой обработки под давлением влажных органических углеродсодержащих материалов

 

Изобретение относится к устройству для тепловой обработки влажных углеродсодержащих материалов под давлением и позволяет повысить эффективность. Устройство включает камеру 1 предварительного нагрева с входом на одном ее конце для подачи исходного материала под давлением и выходом на другом конце для выдачи предварительно нагретого исходного материала, расположенное в ней средство для перемещения исходного материала от входа к выходу, шнековый транспортер 7, дренажное устройство для удаления жидкости под давлением из камеры предварительного нагрева, установленное на выходе из отверстия 14, выпускное средство 12 для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева, реактор 4, содержащий сосуд высокого давления, впускное средство 3, подсоединенное к выходу камеры предварительного нагрева, установленные внутри сосуда нагревательные элементы 27, расположенное в нижней части сосуда выпускное средство для отвода продуктов реакции. При этом реактор дополнительно содержит расположенные один над другим кольцеообразные подовые элементы 23, гребковые или перемешивающие элементы 21, расположенные над каждым подовым элементом, перемещающие материал в радиальном направлении вдоль каждого подового элемента 23 попеременно к центру и периферии сосуда. Выпускное средство 13 для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева расположено в ее нижней части. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Л0„„ 1577703 (51)5 С 10 В 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и ПАТЕНТУ

ГЮ 27

4ьг.1! (21) 4613642/23-26 (62) 3992308/23 — 26 (22) 14.03.89 (23) 18.)2.85 (31) 683591 (32) 19.12.84 (33) US (46) 07.07.90. Бюл. ¹ 25 (7!) Эдвард Коппельман (VS) (72) Эдвард Коппельман (US) (53) 662.75(088.8) (56) Патент США № 4325787,,кл. С 10 В 1/04, 202-106, 1982.

Патент США № 4126519, кл. С 10 В 1/08, 201-32, 1978.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТ-i

КИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ВЛАЖНЬ!Х ОРГАНИЧЕСКИХ!

УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относитря к устройству для тепловой обработки влажных углеродсодержащих материалов под давлением и позволяет повысить эффективность. Устройство включает камеру I предварительного нагрева с входом на одном ее конце для подачи исходного материала под давлением и выходом на другом конце для выдачи предваритель- . но нагретого исходного материала, расположенное в ней средство для пере-

1577703 мещения i, исходного материала от входа к выходу, шнековый транспортер 7, дренажное устройство для удаления z"идкости под давлением из камеры предварительного нагрева, установленное на выходе из отверстия 14, выпускное средство 12 для удаления реакционных ,газов иэ камеры предварительного нагрева, реактор 4, содержащий сосуд 10 высокого давления, впускное средство

3„ подсоединенное к выходу камеры предварительного нагрева, установленные внутри сосуда нагревательные элементы 27, расположенное в нижней час- 1, Изобретение относится к устройст=ву для тепловой обработки влажных органических углербдсодержаших материалов под давлением, в частности к устройству для тепловой обработки, в котором необработанные углеродистые материалы, содержащие значительное количество влаги, обрабатываются в условиях повышенных температуры и давления и в котором вследствие тер- 30 мохимической перестройки органическо", го материала обеспечивается существенное уменьшение остаточного содержания влаги в твердом реакционном продукте с целью уменьшения его физи- 3 ческих свойств, включая увеличение теплотворной способности из расчета на сухой вес.

Цель изобретения — повышение эффективности. gQ

На фиг.1 показано предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на, фиг.2 — нижняя часть реактора, вертикальный разрез; на фиг.3 — размещение поперечных труб теплообменника, 45

Зона предварительного нагрева образована наклонной камерой 1, верхний выходной конец которой с помощью фланца 2 связан со снабженным фланцем .впускным устройством (входом) 3 мно- 0 гоподового реактора 4, образующего реакционную зону. В нижнем конце камеры 1 имеется вход 5 для подачи влажного углеродистого материала, который с помощью шнекового транспортера из бункера 6 с затвором подается под давлением в нижнюю часть камеры. Углеродистый материал под давлением передается через камеру 1 вверх шнековым ти сосуда выпускное средство для отвода продуктов реакции, При этом реактор дополнительно содержит расположенные один над другим кольцеобразные подовые элементы 23, гребковые или перемешивающие элементы 21, располо-, женные над каждым подовым элементом, перемешивающие материал в реальном направлении вдоль каждого подового элемента 23 попеременно к центру и периферии сосуда. Выпускное средство

13 для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева в ее нижней части. 3 э.п.ф-лы, 3 ил. транспортером 7, проходящим по длине камеры. Верхний конец шнекового транспортера .с помощью подшипника закреплен в крышке 8, прикрепленной- болтами к верхнему концу камеры, а его нижний конец с помощью узла уплотнения и подшипника 9 установлен на фланце, прикрепленном болтами к нижнему концу камеры. Выступающий концевой вал шнекового транспортера 7 связан соединением 10 с электрическим двигателем 11 переменной скорости °

В верхнем конце камеры имеется выпускное средство — выход 12 с фланцем, который может быть снабжен разрывным диском или другим соответствующим предохранительным клапаном для выпуска давления из системы при заданном избыточном уровне. В нижней части наклонной камеры имеется второй выход 13 с фланцем, связанным перфорированным экраном, выполненным в стенке камеры

I,„ через который из системы выпускаются неконденсированные газы. Выход

13 связан с клапаном системы обработки и восстановления газообразного продукта.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно нагретый и частично обезвоженный под действием направленных противотоком реакционных газов материал перемещается по наклонной камере 1 вверх, а газы выпускаюTcH из многоподового реактора 4 через вход 3.

Предварительный нагрев материала осуществляется отчасти за счет конденсации конденсируемых компонентов реак-, ционного газа, например пара, на подачи.

Нижние поверхности кольцевых чехлов очищаются соответствующим скребковым элементом, в предпочтительном варианте — проволочными щетками 29, прикрепленными к верхнему краю гребков 21 и проходящими па радиусу вдоль верхнего их края. Соответственно при вращении вала 20 с гребками осуществляется непрерывная очистка нижних поверхностей чехлов, обеспечивающая эффективную теплопередачу от заключенных в них .нагревательных элементов °

Реактор 4 имеет в верхней куполообразной части выход 30 с фланцем, связанный с соответствующим разрывным диском или предохранительной пневма- тической системой.

Нижний конец проходящего по центральной оси устройства вращающегося вала 31 установлен в кольцевом выступе 32, образованном в нижней части 33 с помощью узла подшипника 34 и герметичного уплотнения 35. Выступающий наружу конец вращающегося вала 31 имеет ступенчатый участок 36, вставленный в упорный подшипник 37, установленный на опоре 38. По длине вращающегося вала 31 на определенном рас-. стоянии друг от друга по вертикали прикреплено множество выступающих по.. радиусу от.вала 31 гребков 39. Обычно на каждом уровне вращающегося вала крепятся четыре гребка с шагом прио мерно 90 . К нижним сторонам гребков

39 крепится под.углом ряд зубьев 40, сориентированных так, чтобы.при вращении вала обеспечилась передача по радиусу в направлениях внутрь и наружу материала вдоль множества подов.

Вал 31 с гребками приводится от двигателя 41, установленного íà регулируемом основании 42. На выходной вал, двигателя насажено коническое ведущее зубчатое колесо 43, постоянно сцепленное с ведомым коническим зуб . чатым колесом 44, насаженным на нижний концевой участок вала. В предпочтительном варианте двигатель является двигателем переменной скорости, обеспечивающим управляемые изменения скорости вращения вала.

Для того, чтобы допустить удлинение и сокращение вала с изменением вертикального положения выступающих от него гребков при изменении температуры в устройстве, основание 42 и выступа5 157770 верхности холодного подаваемого материала, отчасти за счет прямого теплообмена. Обычно подаваемый материал предварительно нагревают до темперао туры в диапазоне примерно 90-260 С.

Жидкость и химически связанная вода, освобожденные в ходе предварительного нагрева и уплотнения углеродистого материала в камере I, опускаются и выпу-1 скаются укаэанным способом через снабженное соответствующим клапаном отверстие 14 в нижней части камеры для последующей обработки сточных вод.

Примыкающая к отверстию 14 с генка камеры I снабжена соответствующим перфорированным экраном, препятствующим вы— ходу твердой фазы обрабатываемого материала и являющимся дренажным устройством. Реактор 4 содержит куполообраз- 20 ную верхнюю часть 15, герметично связанную с цилиндром 16 кольцевыми фланцами 17. На внутреннем центральном участке куполообразной части 15 выполнен кольцевой выступ 18 для установки подшипника 19, в который входит верхний конец вращающегося вала 20 со

1множеством гребков 21. Каждый гребок ! снабжен рядом установленных под углом зубьев 22, обеспечивающих перемещение обрабатываемого материала по радиусу в направлениях внутрь и наружу через несколько разнесенных по вертикали подов 23.

Предварительно нагретый и частично обезвоженный обрабатываемый материал 35 выгружается из верхнего конца наклонной камеры и через вход 3 и распределительный желоб поступает в реактор на верхний под 23. При вращении гребков материал каскадом проходит вниз 40 (показано стрелками).

Реактор 4 имеет цилиндрическую футеровку 24, образующую внутреннюю стенку реакционной зоны, и наружный слой 25 изоляции между футеровкой 24 45 и стенкой цилиндра 16. Аналогично наружная поверхность стенки куполообразной верхней секции может быть защи щена изолирующим слоем 26 для предельного уменьшения потерь тепла. Я1

Расположенный на верхней поверхности каждого пода 23 материал нагревается электронагревательным устройством 27, которое практически полностью закрыто кольцевым теплопроводным экраном 28, прикрепленным к нижней по-. верхности пода. Экран 28 исключает осаждение дегтя и других термически расщепленных продуктов на нагреватель3 6 ном элементе, что могло бы привести к снижению эффективности теплопере1577703 ющий наружу конец вала 31 установлены на регулируемых домкратах 45, которые под действием гидравлического цилиндра 46 изменяют высоту установки основания 42, обеспечивая надлежащее поло5

Эение зубьев 40 гребков относительно верхних поверхностей подов в устрой(стве ..

Предварительно нагретый и частично обезвоженный материал проходит к верхнему кольцевому поду 47 реакционной эоны, де он нагревается далее до температуры обычно в диапазоне примерно 200$50 С или вьппе, В реакционной зоне кольцевые поды 47 установлены практически в горизонтальном положении так, 4

4то по окружности они практически герметично соединены с цилиндрической огнеупорной футеровкой 48 внутренней поверхности стенки 49 центральной секции. В реакционной зоне зубья 40, прикрепленные к гребкам 39,поочередНо направляют материал по радиусу в

Направлении внутрь и наружу каскадом 25 через реакционную зону, как показано стрелками на фиг.2. Практически не содержащий жидкости и термически обогаЩенный твердый реакционный продукт выгружается в центре нижнего пода 47 30 в конический желоб 50 и через выход . 51 с фланцем из сосуда.

Чтобы дополнительно уменьшить по гери тепла иэ сосуда высокого давления, как цилиндрическая секция, так и нижняя часть 33 снабжены наружным слоем изоляции 52 любого известного .типа.

Центральная секция в предпочтительном варианте имеет дополнительную оболоч ку 53 для защиты изоляции. Для нагре- 4< ва материала в реакционной зоне могут быть использованы расположенные в ней электронагревательные элементы, охватывающие стенку 49 центральной секции, по которому циркулирует нагрева- 15 ющая среда, или расположенное по периферии трубчатое теплообменное устройство, содержащее пучок спиральных труб 54, примыкающих к внутренней поверхности футеровки 48, и поперечный теплообменник, образованный несколькими U-образными трубами 55, пересекающими по горизонтали сосуд высокого давления непосредственно под расположенными в его полости кольцевыми подами 47. Пучок труб 54 периферийного теплообменника через вход 56 с фланцем и выход 57 с фланцем .сообщается с расположенным вне устройства источником нагренающей среды, например сжатой двуокиси углерода и тому подобной, Б-образные трубы 55 поперечного теплообменника связаны с входным и выходным коллекторами 58 и

59 соответственно, которые в свою очередь связаны с входом 60 с фланцем и выходом 61 с фланцем, выполненными в стенке сосуда высокого давления, Системы периферийного и поперечного теплообменников могут соединяться с одним и тем же источником нагревающей среды или с различными источниками нагрева, что обеспечивает независимое управление каждой системой для получения желаемых температур нагрева и термической перестройки обрабатываемого материала в реакционной зоне.

Затем предварительно нагретый и частично обеэвоженный материал пропускается вниз, в расположенную ниже реакционную зону устройства со множеством подов, где он нагревается до более высокой температуры, обычно в диапазоне примерно 200-650 С, для управо ляемой термической перестройки или частичного пиролиза, сопровождающихся испарением практически всей остаточной. влаги и летучих компонентов и продуктов реакции пиролиза. Обычно давление в устройстве поддерживается в диапазоне примерно 21-210 кг/см и или выше в зависимости от типа обрабатываемого материала и желаемой термической перестройки, необходимой для получения целевого готового твердого реакционного гродукта.

Количество кольцевых подов в реакционной зоне выбирается в зависимости от заданной продолжительности процесса обработки. Обычно продолжительность пребывания материала в реакционной зоне колеблется от примерно 1 мин до примерно 1 ч или более, Полученный термически обогащенный твердый реакционный продукт выгружается через выход 51 для продукта в нижней секции устройства, после чего охлаждается в камере охлаждения до температуры, позволяющей вьпружать его в окружающую среду беэ риска сгорания или других нежелательных последствий. Ооычно твердый реакционный продукт охлаждается до температуры ниже 260ОС, а чаще — до примерно 150 С и ниже.

Разгрузочный канал., идущий от выхода 51 для продукта, также снабжен пневматическим затвором, препятствую1577703 щим потерям давления в устройстве при прохождении реакционного продукта.

Охлажденные реакционные газы удаляются через расположенный.в верхнем конце устройства выход с фланцем и

5 через понижающий давление клапан пропускаются в коденсатор. В последнем осаждаются и выводятся в качестве побочного продукта конденсации содержа10 щиеся в газах органические и конденси руемые компоненты. Неконденсируемый компонент газа, т.е. чистый гаэ, вы.пускается и может быть использован в устройстве для нагрева. Подобно этому 15 извлеченная в зоне предварительного нагрева жидкая фаза удаляется в виде сточных вод из устройства через соответствующий понижающий давление клапан, Зачастую такие сточйые водысодержат ценные растворенные органические компоненты, которые могут быть извлечены в процессе дальнейшей обработки., Предлагаемое устройство может наити широчайшее применение в процессах 2S обработки углеродистых материалов или их смесей, которые характеризуются высоким содержанием влаги. В данном контексте определение углеродистые" относится.к материалам, богатым углеро- 30 дом, которые могут иметь как естественное происхождение, так и могут быть

:получены в виде отходов сельскохозяй,ственного производства или лесообрабатывающей промышленности. Как правило к таким материалам относятся полу35 битуминозные угли, бурые угли, торф, отходы целлюлозного производства, например опилки, кора, древесная стружка, ветки и щепа, т.е. отходы лесоза — 40 готовительных работ и лесопильного производства, отходы сельскохозяйственного производства: стебли .хлопка, ореховая скорлупа, отходы лущения зерновых, риса и тому подобные.

После продолжительной работы на внутренних поверхностях устройств мо-; жет нарастать слой дегтя и других материалов, что является нежелательным, В этом случае для очистки устройства следует прекратить подачу материала и продуть опорожненную полость устройства воздухом, обеспечивающим окисление и удаление углеродистых осаждений, Формула изобретения

1. Устройство для тепловой обработки под давлением влажных органических углеродсодержащих материалов включающее камеру предварительного нагрева с входом на одном ее конце для подачи исходного материала под давлением и выходом на другом конце для выдачи предварительно нагретого исходного материала, расположенное в ней средство для перемещения исходного материала от входа к выходу, дренажное устройство для удаления жидкости под давлением из камеры предварительного нагрева, выпускное средство для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева, реактор, содержащий сосуд высокого давления, впускное средство, подсоединенное к выходу камеры предварительного нагрева, установленные в сосуде нагревательные элементы, расположенное в нижней части сосуда выпускное средство для отвода продуктов реакции, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности, реактор дополнительно содержит расположенные один над другим кольцеобразные подовые элементы, гребковые или перемешивающие подовые элементы, расположенные над каждым подовым элементом, перемешивающие материал в радиальном направлении вдоль каждого подового элемента попеременно к центру и пери.— ерии сосуда, причем выпускное средтво для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева расположено М ее нижней части, 2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что нагревательные средства расположены.под подовыми элементами, 3. Устройство по п.1, о т л и ч а1ю щ е е с я тем, что оно снабжено скребковыми элементами или проволочной щеткой, установленной на гребке, расположенном около стенки сосуда °

4. Устройство по и.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно содержит средства вертикального перемещения вала с гребками.!

577703

S3

ФОГ.3

Составитель P.Ãîðÿèíîâà

Техред N.Õoäàíè÷ Корректор С.Шевкун

Редактор И.Горная

Заказ 1857

Тираж 431

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Пагент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101