Способ получения активного угля и установка для его осуществления

 

Сущность изобретения: способ заключается в том, что частицы твердого топлива подвергают пневмосепарации на две фракции. Фракцию с большим размером частиц сушат и карбонизуют с образованием полукокса и газообразных продуктов карбонизации. Полукокс активирует водяным паром с образованием активного угля и газообразных продуктов активации. Пневмосепарацию осуществляют одновременно с сушкой в слое, взвешеном острой струей газообразных продуктов карбонизации, подаваемой сверху. Карбонизацию осуществляют острой струей газообразных продуктов, а активацию острой струей водяного пара, образованного нагревом воды продуктами окислительной газификации фракции с меньшим размером частиц. Установка для получения активного угля содержит последовательно соединенные сушилку, реактор-карбонизатор и камеру активации с узлом загрузки полукокса и узлом выгрузки активного угля и котел-утилизатор. Камера активации снабжена снаружи камерой окислительной газификации, вход которой соединен трубопроводом с выходом топливопарогазовой смеси из сушилки, а выход с входом котла-утилизатора, в котором расположен змеевик, причем выход из змеевика через узел выгрузки реактора-карбонизатора соединен с камерой активации трубопроводом, который в верхней части камеры активации установлен вертикально, выход парогазовой смеси из камеры активации соединен с реактором-карбонизатором трубопроводом, который в верхней части реактора-карбонизатора установлен вертикально, и выход парогазовой смеси из реактора-карбонизатора соединен с сушилкой трубопроводом, который в верхней части сушилки установлен вертикально. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам получения активного угля и установкам для их осуществления и может быть использовано в энергетической и химической отраслях промышленности.

Известен способ получения углеродных адсорбентов и установка для его осуществления, включающий пневмосепарацию угля на две фракции, сушку фракции с большим размером частиц, ее карбонизацию и активацию водяным паром.

Установка для осуществления данного способа содержит последовательно соединенные пневмосепаратор, сушилку, реактор-карбонизатор, камеру активации с узлами загрузки и выгрузки углеродсодержащего материала и котел-утилизатор.

Недостатком известных способа и установки является низкое качество получаемого активного угля за счет повышенной зольности в результате образования на стадии сушки мелкой фракции в дальнейшем сжигаемой на стадиях карбонизации и активации, а также за счет повышенного обгара крупной фракции на стадии карбонизации.

Известные способ и установка обладают также сравнительно низкими экономическими показателями за счет повышенного расхода тепла на нагрев и активацию неудаленной после сушки мелкой фракции топлива, а в дальнейшем золы, а также за счет повышенного расхода тепла на дожигание в котле утилизаторе газообразных горючих продуктов, сильно забалластированных дымовыми газами, служащими теплоносителем.

Цель изобретения повышение качества активного угля и экономичности процесса.

Цель достигается тем, что частицы топлива подвергают пневмосепарации на две фракции одновременно с сушкой в слое взвешенном острой струей газообразных продуктов карбонизации, подаваемой сверху, карбонизацию фракции с большим размером частиц, с образованием полукокса и газообразных продуктов карбонизации, осуществляют острой струей газообразных продуктов активации, подаваемых сверху, активацию полукокса с получением газообразных продуктов активации и готового продукта осуществляют острой струей водяного пара, образованного нагревом воды продуктами окислительной газификации фракции с меньшим размером частиц.

Для этого установка содержит последовательно соединенные сушилку, реактор-карбонизатор, камеру активации с узлами загрузки и выгрузки углеродсодержащего материала, снабженную снаружи камерой окислительной газификации, вход которой соединен трубопроводом с выходом углепарогазовой смеси из сушилки, и котел-утилизатор, соединенный входом с выходом окислительной камеры и содержащий змеевик, причем выход из змеевика через узел выгрузки реактора-карбонизатора соединен с камерой активации трубопроводом, который в верхней части реактора-карбонизатора установлен вертикально, и выход парогазовой смеси из реактора-карбонизатора соединен с сушилкой трубопроводом, который в верхней части сушилки установлен вертикально.

В предлагаемом способе разделение исходного топлива посредством пневмосепарации при сушке на крупную и мелкую фракции, потоки которых в дальнейшем не соприкасаются, обеспечивает улучшение качества конечной продукции активного угля, так как при этом исключается увеличение его зольности за счет обгара. При этом мелкая фракция сжигается в камере окислительной газификации, ее зольный остаток уносится из системы потоком газообразных продуктов сгорания, не балластируя конечный продукт, а крупная фракция подвергается карбонизации и активации парогазовым потоком, содержащим кислорода, что исключает нежелательный обгар частиц.

Достижению положительного технического эффекта способствует предусмотренная в данном способе организация движения одного парогазового потока, который позволяет во-первых, наиболее полно использовать его тепловой потенциал в режиме противотока с материальным потоком частиц подлежащих активации; во-вторых, использовать его кинетическую энергию для пневмосепарации исходного топлива и пневмотранспорта разных фракций с одновременным нагревом частиц, подлежащих активации; в-третьих, сконденсировать при температуре сушки на частицах топлива большую часть смоляных компонентов парогазовой смеси, что приводит к повышению прочностных характеристик и увеличению выхода конечной продукции активного угля.

На чертеже представлена установка для получения активного угля.

Установка содержит последовательно соединенные сушилку 1, реактор-карбонизатор 2 с узлами загрузки 3 и выгрузки 4, камеру 5 активации с узлом выгрузки готового углеродсодержащего материала 6 и котел-утилизатор 7, снабженный входом 8 и выходом 9 газообразных продуктов. Камера 5 активации снабжена снаружи камерой 10 окислительной газификации с патрубком 11 для подачи воздуха, и вход 12 которой соединен трубопроводом 13 с выходом 14 углепаровой смеси из сушилки 1. Котел-утилизатор 7 соединен с входом 8 с выходом 15 камеры 10 окислительной газификации и содержит змеевик с входом 16 воды и выходом 17 водяного пара. Выход 17 из змеевика через узел выгрузки 4 реактора-карбонизатора 2 соединен с камерой 5 активации трубопроводом 18. Конец 19 трубопровода 18, расположенный в камере 5 активации, установлен вертикально. Выход 20 парогазовой смеси из камеры 5 активации соединен с реактором-карбонизатором 2 трубопроводом 21, который в верхней части реактора-карбонизатора 2 установлен вертикально. Выход 22 парогазовой смеси из реактора-карбонизатора 2 соединен с сушилкой 1 трубопроводом 23, который в верхней части сушилки 1 установлен вертикально.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходное полифракционное топливо поступает в сушилку 1, в которой подвергают пневмосепарации на две фракции с одновременной сушкой при 150-200^оС в слое, взвешенном острой струей парогазовых продуктов карбонизации, имеющих температуру 500-600^оС, подаваемых в сушилку 1 через трубопровод 23. При этом происходит конденсация высококипящих смоляных фракций парогазовых продуктов и их осаждение на частицах топлива. Фракция с меньшим размером частиц вместе с парогазовым потоком, имеющим температуру 250-300^оС, поступает по трубопроводу 13 в камеру окислительной газификации 10, в которой углепаровую смесь сжигают с коэффициентом избытка воздуха меньшим 1, а образовавшиеся продукты неполного сгорания, имеющие температуру 1100-1300^оС, дожигают в топке котла-утилизатора 7 с использованием выделяющегося тепла на получение перегретого водяного пара с температурой при атмосферном давлении 900-1000^оС.

Фракцию топлива с большим размером частиц из сушилки 1 через узел загрузки 3 подают в реактор-карбонизатор 2. В реакторе-карбонизаторе 2 топливо нагревают до 550-600^оС острой струей парогазовых продуктов с температурой 750-800^оС, поступающих из камеры 5 активации по трубопроводу 21. В реакторе-карбонизаторе 2 острая струя переводит находящийся в объеме твердый материал в состояние циркулирующего взвешенного слоя, в котором интенсивно осуществляются тепло- и массообменные процессы, обеспечивающие выделение из топлива летучих продуктов и карбонизацию твердого остатка. Обезлетученный твердый остаток полукокс с температурой 550-600^оС через разгрузочное устройство 4 выводят в поток водяного пара из котла-утилизатора 7, имеющий температуру 900-1000^оС, который его транспортирует по трубопроводу 18 в камеру 5 активации, одновременно нагревая до температуры 750-800^оС.

В камере 5 активации материал, находящийся в состоянии циркулирующего взвешенного слоя, догревают через стенки камеры окислительной газификации 10 до температуры активации 800-880^оС и выдерживают в этом состоянии в течение времени, необходимого для обеспечения требуемого качества конечного продукта. Полученный активный уголь через узел выгрузки 6 выводят из камеры 5 активации и подают на охлаждение. Газообразные продукты активации подают в реактор-карбонизатор 2.

П р и м е р. В качестве исходного материала используют канско-ачинский уголь, фракция 0-2000 мкм, зольность А^с-8% Уголь сушат в режиме слоя, взвешенного острой струей парогазовых продуктов при 180^оС. В процессе сушки из угля сепарируют и направляют в камеру окислительной газификации фракцию 0-40 мкм, составляющую 10 мас. от массы исходного сырья, где ее сжигают, а дымовые газы через котел-утилизатор выбрасывают в атмосферу.

Фракцию сухого угля, 40-2000 мкм, подвергают карбонизацию при 550^оС в реакторе-карбонизаторе в режиме слоя, взвешенного острой струей парогазовых продуктов из активатора, а затем активируют при 880^оС в активаторе, в режиме слоя, взвешенного острой струей перегретого водяного пара. В качестве конечного продукта получен активный уголь с осветляющей способностью по йоду 74,9% и величиной внутренней поверхности 805,7 м²/г.

По предлагаемому способу, в зависимости от режима активации, удается получить активный уголь из бурых канско-ачинских углей с осветляющей способностью по йоду не менее 70-80% Реализация этого процесса позволяет достичь того, что во всех основных аппаратах установки используется один принцип организации тепло- и массообменных процессов образование слоя материала, взвешенного сверху острой струей газа. Этот принцип позволяет применять наиболее простые однотипные конструктивные решения аппаратов, одновременно обеспечивая высокую интенсивность тепло- и массообменных процессов.

Повышение экономичности при реализации предлагаемого способа в расчете на единицу исходного угля достигается за счет того, что, во-первых, уменьшается расход тепла, необходимого на компенсацию эндотермики процесса при активации, поскольку из этого процесса выводится мелкая фракция, составляющая, пример, 10 мас. массы исходного топлива, а, во-вторых, за счет сжигания фракции в отделении окислительной газификации, что дает экономию внешнего топлива, необходимого для осуществления процесса.

Формула изобретения

1. Способ получения активного угля, включающий пневмосепарацию частиц твердого топлива на две фракции, сушку фракции с большим размером частиц, ее карбонизацию с образованием полукокса и газообразных продуктов карбонизации и активацию полукокса водяным паром с образованием активного угля и газообразных продуктов активации, отличающийся тем, что пневмосепарацию осуществляют одновременно с сушкой в слое, взвешенном острой струей газообразных продуктов карбонизации, подаваемой сверху, карбонизацию ведут острой струей газообразных продуктов активации, подаваемой сверху, а активацию острой струей водяного пара, образованного нагревом воды продуктами окислительной газификации фракции с меньшим размером частиц.

2. Установка для получения активного угля, содержащая последовательно соединенные сушилку, реактор-карбонизатор и камеру активации с узлом загрузки полукокса и узлом выгрузки активного угля и котел-утилизатор, отличающаяся тем, что камера активации снабжена снаружи камерой окислительной газификации, вход которой соединен трубопроводом с выходом топливопарогазовой смеси из сушилки, а выход с входом котла-утилизатора, в котором расположен змеевик, причем выход из змеевика через узел выгрузки реактора-карбонизатора соединен с камерой активации трубопроводом, который в верхней части камеры активации установлен вертикально, выход парогазовой смеси из камеры активации соединен с реактором-карбонизатором трубопроводом, который в верхней части реактора-карбонизатора установлен вертикально, и выход парогазовой смеси из реактора-карбонизатора соединен с сушилкой трубопроводом, который в верхней части сушилки установлен вертикально.

РИСУНКИ

Рисунок 1