Электролизер для электрохимической переработки бурых углей

 

Изобретение относится к углеперерабатывающей промышленности и может быть использовано при освоении месторождений бурого угля. Устройство для электрохимической переработки бурых углей - электролизер содержит емкость с герметически закрывающимся люком разгрузки и крышкой с загрузочным люком и штуцером для отвода водорода. В крышку вмонтированы четыре полых анода, заканчивающихся колпачками, выполненными в виде полусфер, предназначенными для исключения попадания водорода во внутреннюю полость анода. Этим предотвращается смешение потоков водорода и кислорода. Технический результат - повышение производительности. 8 ил.

Изобретение относится к углеперерабатывающей промышленности и может быть использовано при освоении месторождений бурого угля.

Известен способ получения гуматов как результат выщелачивания бурых углей. Этот способ описан в литературе /1-5/, а также предусмотрен ГОСТом /6/.

В данном случае рассматривается только вариант получения гуматов в результате электрохимического воздействия.

Прототипом предлагаемого изобретения может служить устройство, описанное в /7/ и представляющее собой цилиндрическую емкость, внутренняя поверхность которой используется как катод, и опускаемый в нее анод, выполненный в виде платиновой проволоки или графитового стержня. Поэтому цилиндрическая емкость подсоединена к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а анод - к положительному.

Загрузка такой емкости составляла 50-100 г угля в смеси с 35-50 мл раствора электролита. Перемешивание в емкости смеси угля и электролита в ходе проведения электролиза производилось только при выключении напряжения, подаваемого на электроды, и удалении анода из катодной емкости. Выделение образующихся кислорода и водорода происходило в окружающую атмосферу (в вытяжном шкафу).

Таким образом, описанное устройство имеет очень маленькую производительность, обладает целым рядом конструктивных недостатков, затрудняющих его регулярную эксплуатацию. Например, необходимость остановки процесса при перемешивании, связанное с этим периодическое удаление электрода-анода из загрузки и последующая необходимость его точной установки на определенном расстоянии от дна емкости и по центру загрузки и т.д. Устройство-аналог, описанное в /7/, было предназначено только для отработки "Способа получения жидких продуктов из угля", изложенного в /7/.

Сущность изобретения заключается в том, что для электрохимической переработки бурых углей предлагается электролизер, содержащий емкость, имеющий герметически закрывающийся люк разгрузки. Емкость герметически закрывается крышкой, на которой находится загрузочный люк и штуцер для отвода водорода. В крышку вмонтированы четыре трубчатых анода, изготовленных из легированной стали, заканчивающихся колпачками, выполненными в виде полусфер и предотвращающими попадание водорода во внутреннюю полость анода, предназначенную для удаления кислорода, чем достигается разделение (несмешивание) потоков водорода и кислорода.

Перемешивание смеси угля и водного раствора электролита осуществляется путем непрерывного покачивания емкости за счет возвратно-поступательных движений, передаваемых тягой от электродвигателя с редуктором.

Электролизер имеет производительность 6 т гуматов в год.

Перечень фигур чертежей.

Фиг.1. Электролизер.

1 - корпус электролизера; 2 - крышка электролизера; 3 - электрод-анод; 4 - колпачки анода; 5 - крышка загрузочного люка; 6 - люк для загрузки; 7 - люк для разгрузки; 8 - крышка разгрузочного люка; 9 - втулка крепления корпуса; 10 - проушина для крепления тяги привода;
11 - штуцер для отвода водорода.

Фиг.2. Разгрузочный люк с крышкой (узел В).

7 - люк для разгрузки;
8 - крышка разгрузочного люка.

Фиг.3. Загрузочный люк с крышкой (узел А).

2 - крышка электролизера;
5 - крышка загрузочного люка;
6 - люк для загрузки;
12 - гайка;
13 - шайба;
14 - уплотнение.

Фиг.4. Штуцер для отвода водорода (узел Б).

11 - штуцер для отвода водорода.

Фиг.5. Анод.

2 - крышка электролизера;
3 - электрод-анод;
4 - колпачок анода;
15 - гайка;
16 - уплотнение;
20 - шайба.

Фиг.6. Втулка крепления корпуса.

1 - корпус электролизера;
9 - втулка крепления корпуса.

Фиг.7. Болт крепления корпуса.

17 - болт крепления корпуса.

Фиг.8. Стойка крепления корпуса.

18 - уголок с отверстиями под болты;
19 - стойка крепления корпуса.

На фиг.1 показан электролизер, который состоит из корпуса 1, представляющего собой емкость с крышкой 2, выполненной из электроизоляционного материала (текстолит, гетинакс). В крышке устанавливаются четыре электрода-анода 3, представляющих собой трубки диаметром 16-20 мм.

Корпус электролизера 1, аноды 3, штуцер 11, люки для загрузки и разгрузки 6 и 7 (фиг.1) выполняются из легированной стали с содержанием хрома не менее 12%, что исключает коррозию в щелочной среде, образующейся при электролизе.

На нижней части каждого анода 3 (фиг.5) находится колпачок 4, функция которого заключается в экранировании внутренней полости анода от попадания в его внутреннюю полость водорода, выделяющегося на поверхности дна корпуса 1 (фиг.1) при проведении электролиза.

Крышка 2 крепится к корпусу 1 двенадцатью болтами. На боковых стенках корпуса приварены втулки 9 для крепления в отверстиях стоек 19 (фиг.8) и проушина 10 (фиг.1) для присоединения тяги от редуктора двигателя.

Предлагаемое устройство монтируется и эксплуатируется следующим образом.

К плоской поверхности болтами крепятся две стойки 19 (фиг.8) на расстоянии 252 мм друг от друга. Между ними помешается корпус 1 (фиг.1), который совмещается своими втулками 9 (фиг.1 и 6) с отверстиями, имеющими резьбу и расположенными в верхней части стоек 19 (фиг. 8). Болты 17 (фиг.7) вводятся через отверстия стоек 19 (фиг., 8) во втулки 9 (фиг.1 и 6) и завинчиваются в резьбу отверстий стоек 19 (фиг.8). В результате корпус 1 оказывается висящим на двух полуосях, т.е. на болтах 17, между стойками 19.

На крышке 2 (фиг.1) монтируются электроды-аноды 3 (фиг.1 и 5), они вставляются в крышку электролизера 2 и зажимаются гайками 15 (фиг.1 и 5).

Крышка 2 герметически крепится двенадцатью болтами к корпусу 1, для чего между крышкой 2 и корпусом 1 помещается резиновая прокладка.

Все аноды одним проводом присоединяются к положительному полюсу источника постоянного тока, корпус, являющийся катодом, - к отрицательному полюсу.

Эксплуатация устройства осуществляется следующим образом. Через люк для загрузки 6 (фиг.1, 3) в корпус электролизера 1 (фиг.1) загружается измельченный бурый уголь и заливается раствор электролита, после чего люк 6 завинчивается герметически крышкой 5.

С источника постоянного тока на катод и аноды подается напряжение, величина которого должна обеспечивать катодную плотность тока не менее 150 А/м². Электролиз длится 6-12 ч. В процессе электролиза на внутренней поверхности корпуса 1, являющейся катодом, выделяется водород, который обтекая колпачки анода 4 и не попадая внутрь электродов-анодов 3, эвакуируется через штуцер 11 (фиг.1), на который надевается резиновый шланг, второй конец которого отводится под вытяжку.

На внутренней поверхности анодов 3 выделяется кислород, удаляющийся по электроду-аноду 3 в окружающую атмосферу. На внешнюю нижнию часть анодов для предотвращения взаимодействия металла с раствором электролита и, следовательно, для исключения выделения кислорода на внешней части электродов-анодов надеваются изоляционные из пластика трубки.

В течение всего процесса периодически, с помощью реле времени, включается двигатель с редуктором, в результате работы которого тягой, присоединенной к проушине 10, передается возвратно-поступательное движение на корпус, при покачивании которого происходит перемешивание смеси угля и электролита.

По окончании процесса выключается напряжение, подававшееся на катод и аноды, отвинчивается крышка 8 разгрузочного люка 7, и обработанный электрохимическим способом бурый уголь выгружается в экстрактор, где гуматы экстрагируются горячей водой согласно /7/.

Литература
1. Гофтман М.В. Прикладная химия твердого топлива. М.: Металлургиздат, 1963. - 597 с.

2. Кухаренко Т. А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. - М.: Недра, 1972. - 215 с.

4. Родэ В.В., Рыжков О.Г. Гуминовые препараты из бурых углей месторождений России // Химия твердого топлива. - 1994. - 6. - С. 43-49.

5. Кричко А.А., Родэ В.В., Рыжков О.Г. Промышленная технология получения безбалластных гуминовых стимуляторов роста растений из бурых углей // Уголь. - 1992.- 2.- С. 6-8.

6. ГОСТ 9517-76. Угли бурые и каменные. Методы определения выхода гуминовых кислот.

7. Патент 1648077, Российская Федерация, МКИ 55 0 С 10 G 1/04. Способ получения жидких продуктов из угля /М.И. Бычев, Г.И. Петрова, И.Н. Стефанов, С.П. Мальцев, Е.Ю. Кулагина ( Российская Федерация). - 6 с.

Формула изобретения

Электролизер для электрохимической переработки бурых углей, содержащий емкость, в которую загружают смесь угля и раствора электролита и внутренняя поверхность которого выполняет функцию катода, отличающийся тем, что емкость имеет герметически закрывающийся люк разгрузки, крышку с герметически закрывающимся загрузочным люком и штуцером для отвода водорода, при этом в крышку вмонтированы четыре полых анода, предназначенных для удаления кислорода и имеющих на концах колпачки-полусферы, исключающие попадание водорода во внутреннюю полость анода и предотвращающие смешение потоков водорода и кислорода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8