Способ непрерывной термохимической переработки углеродсодержащего сырья и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к способу непрерывной термомеханической переработки углеродсодержащего сырья и установке для его осуществления и может быть использовано при изготовлении углей из углеродсодержащего сырья. Технический результат изобретения состоит в повышении качества готового продукта и расширении технологических возможностей за счет обеспечения возможности получения углей разной заранее заданной пористости. Установка для осуществления способа содержит три камеры: предварительного нагрева сырья, карбонизации и созревания, а также узел активации в виде камеры прокаливания-активации. Камера созревания выполнена в виде соединенных между собой двух секций. Подготовленное углеродсодержащее сырье подают в камеру предварительного нагрева, в которой при переменной и регулируемой скорости нагрева ведут его обработку. Прогретая сырьевая смесь поступает в камеру прокаливания-активации, где он подвергается прокаливанию или прокаливанию и затем активации. Из камеры прокаливания-активации продукт поступает в камеру созревания, в первую секцию которой через форсунки подают водопроводную воду, а в следующую секцию по патрубку продукты термического разложения древесины или дымовые газы, полученные от сжигания парогазовой смеси и/или различных видов топлива. Готовый продукт выгружают через систему выгрузочных затворов. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам непрерывной термомеханической переработки углеродсодержащего сырья и может быть использовано при изготовлении углей из углеродсодержащего сырья.

Известен способ получения активного угля, включающий сушку гидролизного лигнина, нагревание в печи с последующей карбонизацией и активацию агентом, содержащим водяной пар, а именно перегретым водяным паром. По окончании активации готовый продукт охлаждают и рассевают на фракции (Патент РФ N 2031836, С 01 В 31/08, опуб. 27.03.95, Бюл.N 9).

Недостатком известного технического решения является высокая энергоемкость процесса из-за необходимости получения энергоемким способом перегретого водяного пара для дальнейшего его применения в качестве активирующего агента, а также отсутствие возможности получения углей разной заранее заданной пористости с различным заданным размером пор, что сужает возможности применения полученных углей.

Известен также способ непрерывной переработки углеродсодержащего сырья, включающий стадии предварительного нагрева сырья, карбонизации, активации и созревания твердого продукта, причем в качестве активирующего агента используют перегретый водяной пар, а твердый продукт со стадии активации сразу же направляют на стадию созревания (Патент RU N 2118291, С 01 В 31/08; С 10 G 1/00, опуб. 27.08.98, Бюл. N 24 - прототип).

Известно также устройство для непрерывной переработки углеродсодержащего сырья, содержащее установленные друг над другом и соединенные переточными патрубками узел предварительного нагрева сырья, камеры карбонизации, узел активации в виде камеры активации и камеру созревания, причем камера активации выполнена с рубашкой охлаждения, а к камере активации подключен парогенератор перегретого водяного пара (Патент RU N 2118291, С 01 В 31/08; С 10 G 1/00, опуб. 27.08.98, Бюл. N 24 - прототип).

Известное техническое решение имеет следующие недостатки: - высокая энергоемкость процесса из-за необходимости получения энергоемким способом перегретого водяного пара для дальнейшего использования его в качестве активирующего агента; - нетехнологичность проведения стадии предварительного нагрева сырья ввиду того, что все виды сырья обрабатываются при одних и тех же режимах, что сказывается на дальнейшей обработке сырья и не обеспечивает качество получаемых углей; - низкое качество получаемых углей из-за большого содержания летучих; - нетехнологичность процесса активации из-за снабжения камеры активации рубашкой охлаждения, т.к. смолообразные вещества, выделяющиеся при этом из древесины, конденсируются на охлаждаемой поверхности камеры активации, что не может обеспечить качественное проведение стадии активации и приводит к остановке устройства из-за необходимости очистки поверхности камеры от смолообразных веществ; - низкая эффективность процесса охлаждения (созревания) конечного продукта; - низкий выход конечного продукта из-за низкой эффективности процесса охлаждения в камере созревания, т.к. недостаточно охлажденный уголь, выйдя из камеры созревания при взаимодействии с кислородом воздуха сгорает; - отсутствие возможности получения углей разной заранее заданной пористости с различным заданным размером пор, что сужает возможности применения полученных углей.

Техническая задача изобретения состоит в повышении качества готового продукта при использовании сырья с различными свойствами и расширении технологических возможностей за счет обеспечения возможности получения углей разной заранее заданной пористости с различным заданным размером пор, что позволит расширить область применения готовых углей.

Поставленная задача достигается тем, что в способе непрерывной термохимической переработки углеродсодержащего сырья, включающем стадии подачи сырья, предварительного нагрева сырья, карбонизации и созревания твердого продукта, продукт карбонизации направляют на стадию прокаливания, после которой выполняют или стадию активации и следующее за ней созревание продукта, или стадию созревания без предварительной активации, при этом стадию предварительного нагрева сырья выполняют при переменной и регулируемой скорости нагрева в зависимости от свойств применяемого сырья, причем на стадиях предварительного нагрева сырья и созревания подают специальный агент, в качестве специального агента используют, например, охлажденные неконденсирующиеся газы - продукты термического разложения древесины - или дымовые газы, полученные от сжигания парогазовой смеси и/или различных видов топлив, а в установке для непрерывной термохимической переработки углеродсодержащего сырья, содержащей соединенные переточными патрубками камеры предварительного нагрева сырья, карбонизации и созревания, а также узел активации, узел активации выполнен в виде камеры прокаливания-активации, которая выполнена с возможностью нагрева обрабатываемого продукта и содержит патрубок для подачи активирующего агента, причем камера созревания выполнена в виде соединенных между собой секций, одна из которых снабжена форсунками подачи воды, а к другой подсоединен патрубок подачи специального агента, при этом камера прокаливания-активации выполнена с электрообогревом и/или с патрубком подачи теплоносителя.

Изобретение имеет следующие отличия от прототипа: - продукт карбонизации направляют на стадию прокаливания, после которой выполняют или стадию активации и следующее за ней созревание продукта, или стадию созревания без предварительной активации; это позволит получить угли разного качества для различного их применения; - стадию предварительного нагрева сырья выполняют при переменной и регулируемой скорости нагрева в зависимости от свойств применяемого сырья;
- на стадиях предварительного нагрева сырья и созревания подают специальный агент, в качестве специального агента используют, например, охлажденные неконденсирующиеся газы - продукты термического разложения древесины - или дымовые газы, полученные от сжигания парогазовой смеси и/или различных видов топлив;
- узел активации выполнен в виде камеры прокаливания-активации, которая выполнена с возможностью нагрева обрабатываемого продукта и содержит патрубок для подачи активирующего агента;
- камера прокаливания-активации выполнена с электрообогревом и/или с патрубком подачи теплоносителя;
- камера созревания выполнена в виде соединенных между собой секций, одна из которых снабжена форсунками подачи воды, а к другой подсоединен патрубок подачи специального агента.

Это позволит повысить качество углей при использовании сырья с различными свойствами, расширить технологические возможности за счет обеспечения возможности получения углей разной заранее заданной пористости с различным заданным размером пор, что позволит расширить область применения готовых углей.

В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено аналогичных технических решений, а также технических решений с указанными отличиями.

Заявленное техническое решение применимо и будет внедряться на промышленных предприятиях в 2001 году.

На чертеже представлена схема установки для непрерывной термохимической переработки углеродсодержащего сырья.

Установка для непрерывной термохимической переработки углеродсодержащего сырья содержит соединенные переточными патрубками 1; 2; 3 и 4 камеры 5; 6 и 7 соответственно предварительного нагрева сырья, карбонизации и созревания, а также узел активации. Узел активации выполнен в виде камеры 8 прокаливания-активации, которая выполнена с возможностью нагрева обрабатываемого продукта, а именно выполнена, например, с электрообогревом и/или с патрубком 9 для подачи теплоносителя, а также содержит патрубки 10 и 11 соответственно для подачи активирующего агента и отвода отработанных парогазовых продуктов. Камера созревания 7 выполнена в виде соединенных между собой секций 12 и 13, одна из которых 12 снабжена форсунками 14 подачи воды, а к другой 13 подсоединен патрубок 15 подачи специального агента. Камера 5 предварительного нагрева сырья содержит патрубок 16 подачи специального агента. В установке имеются также приспособление 17 для частичного перегрева пара, загрузочные 18 и выгрузочные 19 затворы, установленные соответственно на входе камеры предварительного нагрева и на выходе из камеры созревания. Установка содержит также смолоотделитель 20 с входным 21 и выходными патрубками 22 и 23. Специальный агент может быть получен путем сжигания парогазовой смеси и/или различных видов топлив в установке для сжигания (на чертеже не показано). Перед приспособлением частичного перегрева имеется патрубок 24 для отвода пара на рекуперацию.

Способ выполняли следующим образом.

ПРИМЕР.

Предварительно подготовленное углеродсодержащее сырье (измельченное, подсушенное, например, до влажности 6%, с введенными в него необходимыми реакционными добавками) направляют через систему загрузочных затворов 18 в камеру предварительного нагрева 5, в которой при переменной и регулируемой скорости нагрева ведут обработку в зависимости от свойств применяемого сырья. В данном примере при обработке лигнина использовали скорость нагрева около 30^oC/мин, что исключило его спекание на стадии предварительного нагрева и обеспечило эффективность проведения следующих стадий процесса, а это в свою очередь позволило получить высокое качество углей. При использовании сырья с другими свойствами устанавливали скорость нагрева до 60^oС/мин.

При прохождении через камеру 5 предварительного нагрева сырье нагревается до температуры 270-280^oС. При предварительном нагреве сырья в зону подачи сырья через патрубок 16 подают специальный агент в виде неконденсирующихся газов - продуктов разложения древесины - или в виде дымовых газов, полученных от сжигания парогазовой смеси и/или различных видов топлива.

Образующуюся на стадии предварительного нагрева сырья отработанную парогазовую смесь отводят через патрубок 21 в смолоотделитель 20, откуда газообразные продукты удаляются через патрубок 22, а отстойная смола - через патрубок 23.

Прогретая сырьевая смесь по переточному патрубку 1 поступает в камеру 6 карбонизации, где процесс карбонизации протекает за счет экзотермической реакции при температуре 400-450^oС. Образующаяся на стадии карбонизации отработанная парогазовая смесь уходит через патрубок 1 в камеру предварительного нагрева 5 и далее в смолоотделитель 20 для ее разделения на смолу и газообразные продукты.

Твердый продукт карбонизации по переточному патрубку 2 поступает в камеру прокаливания-активации 8, где он может в зависимости от требуемого качества углей подвергаться только прокаливанию, при этом в камере 8 нагрев обрабатываемого продукта осуществляют за счет, например, электрообогрева камеры и/или подачи теплоносителя по патрубку 9, или подвергаться прокаливанию и затем активации. В последнем случае в камеру 8 по патрубку 10 подают активирующий агент в виде перегретого пара. В первом случае получают угли, содержащие преимущественно макропоры, а во втором случае получают угли с мезопорами и микропорами.

Отработанные парогазообразные продукты улетучиваются частично через патрубок 2, а также через патрубок 11, что обеспечивает меньшее содержание летучих в конечном твердом продукте.

Из камеры прокаливания-активации 8 продукт поступает в камеру созревания 7, в первую секцию 12 которой через форсунки 14 подают водопроводную воду, а в секцию 13 по патрубку 15 подают специальный агент в виде неконденсирующихся газов - продуктов разложения древесины - или в виде дымовых газов, полученных от сжигания парогазовой смеси и/или различных видов топлива. При подаче водопроводной воды в первую секцию 12 камеры созревания 7 она превращается в пар, который отводят в приспособление частичного перегрева 17, а затем используют в качестве активирующего агента, направляя его в камеру прокаливания-активации 8 или на рекуперацию в случае отсутствия в данный момент необходимости получения активированного продукта.

Готовый продукт выгружают через систему выгрузочных затворов 19.

В результате проводимого технологического процесса получают товарный продукт с требуемыми в данный момент и стабильными однородными свойствами.

Изобретение позволяет расширить технологические возможности за счет обеспечения возможности получения углей разной заранее заданной пористости с различным заданным размером пор, что позволит расширить область применения готовых углей. Кроме того, возможно получение товарного продукта высокого качества при использовании сырья с различными свойствами.

Формула изобретения

1. Способ непрерывной термохимической переработки углеродсодержащего сырья, включающий стадии подачи сырья, предварительного нагрева сырья, карбонизации и созревания твердого продукта, отличающийся тем, что продукт карбонизации направляют на стадию активации и/или прокаливания, при этом стадию предварительного нагрева сырья выполняют при переменной и регулируемой скорости нагрева, причем на стадиях предварительного нагрева сырья и созревания подают специальный агент в виде охлажденных неконденсирующихся газов - продуктов термического разложения древесины или дымовых газов, полученных от сжигания парогазовой смеси и/или различных видов топлива.

2. Установка для непрерывной термохимической переработки углеродсодержащего сырья, содержащая соединенные переточными патрубками камеры предварительного нагрева сырья, карбонизации и созревания, а также узел активации, отличающаяся тем, что узел активации выполнен в виде камеры прокаливания-активации, которая выполнена с возможностью нагрева обрабатываемого продукта и содержит патрубок для подачи активирующего агента, а камера созревания выполнена в виде соединенных между собой секций, одна из которых снабжена форсунками подачи воды, а к другой подсоединен патрубок подачи специального агента в виде охлажденных неконденсирующихся газов - продуктов термического разложения древесины или дымовых газов, полученных от сжигания парогазовой смеси и/или различных видов топлива.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что камера прокаливания-активации выполнена с электрообогревом и/или с патрубком подачи теплоносителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1