Установка для получения углеродного сорбента и дозатор для нее

Изобретение относится к производству сорбента на основе термически расширенного графита (ТРГ), используемого для извлечения водонерастворимых соединений из воды, грунта и с твердых поверхностей, а также для сбора концентрированных кислот. Установка для получения углеродного сорбента включает загрузочный бункер, дозатор, патрубок для подачи газа-носителя, патрубок для подачи исходного сырья (окисленного графита), камеру расширения, сепаратор с вертикальной перегородкой и приемный бункер. Установка также снабжена эжектором и совмещенным с ним тангенциальным завихрителем потока, а патрубок подачи исходного сырья выполнен с наружной оболочкой для пропускания охлаждающего агента, при этом эжектор установлен на входе в камеру расширения непосредственно под выходным отверстием патрубка подачи исходного сырья. Изобретение позволяет снизить энергозатраты без снижения производительности установки по сорбенту и качества сорбента на выходе. 2 н и 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к производству сорбента на основе термически расширенного графита (ТРГ), используемого для извлечения органических водонерастворимых соединений (нефтепродуктов, жидких жиров и красок) из воды, грунта и с твердых поверхностей, а также для сбора концентрированных кислот.

Известна установка для получения ТРГ, содержащая приемный бункер с дозатором, патрубок подачи исходного сырья, патрубок для подачи газа-носителя, камеру расширения с нагревательным элементом и трубопровод-охладитель на выходе готового продукта (патент RU 2134657).

Скорость подачи двухфазного потока в камеру расширения (трубчатый нагреватель) выбирают такую, которая обеспечивает кольцевой режим течения. При этом частички окисленного графита расширяются только в пристенной области трубчатого нагревателя, где создается необходимая температура. Таким образом, производительность установки ограничивается площадью поверхности трубчатого нагревателя. Для создания кольцевого режима течения необходимо подавать большое количество газа-носителя, что ведет к снижению эффективности устройства за счет выноса тепла из зоны расширения.

Наиболее близкой к заявленной является установка для получения углеродного сорбента, включающая загрузочный бункер с дозатором, патрубок для подачи газа-носителя, патрубок для подачи исходного сырья, камеру расширения, сепаратор с вертикальной перегородкой и приемный бункер. Дозатор в известной установке выполнен в виде совмещенного с бункером цилиндрического корпуса с выпускным окном и транспортирующим элементом (патент RU 2176217).

Для работы известной установки требуются значительные энергозатраты, поскольку возникает необходимость нагрева воздуха (рабочего газа) в калорифере для осуществления термического удара на поступающее сырье, после чего требуется значительный объем газа-разбавителя для частичного охлаждения нагретого воздуха. При этом часть тепла бесполезно выносится в атмосферу. Кроме того, недостатком известной установки является спекание окисленного графита в патрубке подачи исходного сырья, так как патрубок находится в высокотемпературной зоне расширительной камеры, что приводит к забиванию патрубка и, как следствие, к снижению производительности установки.

Дозатор, используемый в известной установке, также обладает рядом недостатков.

Одним из недостатков является слеживание исходного сырья в бункере. Кроме того, возможно забивание патрубка подачи исходного сырья, что отрицательно сказывается на производительности установки.

Техническим результатом, на который направлено предложенное изобретение, является снижение энергозатрат без снижения производительности установки по сорбенту и качества сорбента на выходе.

Для этого установка, включающая загрузочный бункер, дозатор, патрубок для подачи газа-носителя, патрубок для подачи исходного сырья, камеру расширения, сепаратор с вертикальной перегородкой и приемный бункер, снабжена эжектором и совмещенным с ним тангенциальным завихрителем потока. Патрубок подачи исходного сырья выполнен с наружной оболочкой для пропускания охлаждающего агента, а эжектор установлен на входе в камеру расширения непосредственно под выходным отверстием патрубка подачи исходного сырья.

Установка содержит дополнительный эжектор, установленный на входе в патрубок подачи исходного сырья.

Сепаратор выполнен с тангенциальным патрубком ввода, а установленная в нем вертикальная перегородка имеет щелевые отверстия.

Дозатор установки для получения углеродного сорбента включает цилиндрический корпус с выпускным окном и транспортирующим элементом, установленным в корпусе с возможностью вращения. Транспортирующий элемент дозатора выполнен в виде конического днища с укрепленным на нем ворошителем. Выпускное окно выполнено в нижней части цилиндрического корпуса, имеет регулируемое проходное сечение и оснащено направляющей планкой, установленной перед окном и ориентированной навстречу направлению вращения днища, а днище оснащено регулятором скорости вращения.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на

Фиг.1 представлена установка для получения углеродного сорбента с дозатором для нее (общий вид);

Фиг.2 - конструкция дозатора;

Фиг.3 - разрез по А-А на Фиг.2.

Установка для получения углеродного сорбента включает загрузочный бункер 1, совмещенный с дозатором посредством цилиндрического корпуса 2. Коническое днище 3 дозатора приводится во вращение электродвигателем 4 с частотным преобразователем (на чертеже не показан), что позволяет регулировать скорость вращения днища. Электродвигатель связан с днищем через редуктор 5. На днище 3 укреплен ворошитель 6, выполненный в виде двух металлических пластин, предназначенный для предотвращения слеживания исходного сырья в бункере. В нижней части цилиндрического корпуса 2 выполнено выпускное окно 7 с установленной в нем шторкой 8, предназначенной для регулирования проходного сечения окна. Кроме того, дозатор снабжен захватывающей и направляющей планками 9, установленными перед выпускным окном 7 и ориентированными навстречу направлению вращения днища 3. Под выпускным окном дозатора находится приемная воронка 10, переходящая в патрубок 11 для подачи исходного сырья (окисленного графита). На входе патрубка 11 установлен эжектор 12, предназначенный для исключения скапливания сырья в воронке. Патрубок 11 снабжен наружной оболочкой 13 для пропускания охлаждающего агента. Камера 14 расширения с нагревательными элементами 15 снабжена теплоизоляцией 16. На входе в камеру 14 расширения непосредственно под выходным отверстием патрубка 11 размещен эжектор 17, совмещенный с тангенциальным завихрителем потока. Высоконапорный вентилятор 18, установленный на входе патрубка подачи рабочего газа, используется для создания потока рабочего газа (воздуха), транспортирующего исходное сырье в камеру расширения. Воздух используется также в качестве газа-носителя для продвижения исходного сырья из воронки 10 по патрубку 11 и в качестве охлаждающего агента, подаваемого в оболочку 13.

Устье 19 камеры расширения связано с сепаратором 20, предназначенным для отделения полученного сорбента (терморасширенного графита) от потока несущего газа (рабочего газа в смеси с отходящими газами, образующимися в процессе расширения графита). В сепараторе имеется вертикальная перегородка 21 со щелевыми отверстиями 22 и сетка 23. Нижняя часть сепаратора выполнена в виде воронки 24 из газопроницаемого материала (например, ткани). Для сбора готового углеродного сорбента используют приемный бункер 25.

Установка работает следующим образом.

Перед запуском установки, в зависимости от планируемой производительности, устанавливается расширительная камера соответствующего диаметра и подключаются электронагреватели.

Исходное сырье в виде сухого окисленного графита загружают в бункер 1. Когда температура в камере 14 достигнет 300°С, запускается на малый расход вентилятор 18, затем расход рабочего газа увеличивают до предельного значения, определяемого из расчета 0,25 м³ на 1 кг планируемой производительности в час. Одновременно воздух поступает на эжектор 11 и подсасывает сырье из воронки 10, что препятствует скапливанию окисленного графита в воронке и исключает забивание патрубка 12. Кроме того, воздух поступает в межтрубное пространство между патрубком 12 подачи исходного сырья и наружной оболочкой 13 для охлаждения патрубка с исходным сырьем, что исключает спекание сырья в патрубке 12.

Подача необходимого количества исходного сырья регулируется дозатором за счет изменения проходного сечения выпускного окна 7 с помощью шторки 8 и изменением скорости вращения электродвигателя 4, приводящего в движение днище дозатора через редуктор. При вращении конического днища 3, форма которого способствует стеканию частиц сырья вниз и к периферии, исходное сырье захватывается и направляется планкой 9 к выпускному отверстию 7, откуда поступает через воронку 10 в патрубок 12 подачи исходного сырья. Эжектор 17 создает зону разрежения, благодаря которой сырье принудительно извлекается из патрубка 12, попадает в поток рабочего газа, подаваемого высоконапорным вентилятором 18 и устремляется в расширительную камеру 14. Поскольку эжектор 17 совмещен с тангенциальным завихрителем, то поток закручивается и частицы сырья на входе в камеру 14 перемещаются на периферию потока рабочего газа к нагретой пристенной области камеры 14. Здесь частицы окисленного графита нагреваются и расширяются, увеличиваясь в объеме до 300 раз. При этом образовавшаяся масса экранирует разогретые стенки камеры 14, препятствуя тем самым нагреву несущего газа и бесполезному выносу тепла из камеры. Таким образом, становится возможной транспортировка сырья внутри камеры расширения потоком холодного газа, при этом КПД установки не снижается.

Поскольку патрубок 12 попадает в зону теплового излучения камеры 14, то для исключения спекания окисленного графита в патрубке последний снабжают наружной оболочкой 13 для пропускания охлаждающего агента. В качестве охлаждающего агента может использоваться воздух, подаваемый одновременно и в эжекторы 11 и 17.

Термически расширенный в камере 14 графит (сорбент) поступает в сепаратор 20, разделенный вертикальной перегородкой 21 со щелевыми отверстиями 22 на две сообщающиеся между собой полости, причем вторая по ходу потока полость в три раза больше первой. Скорость потока, входящего из устья 19 камеры 14 в первую полость сепаратора 20, гасится из-за большого объема первой полости, и частицы сорбента ссыпаются через воронку 24 в приемный бункер 25, а воздух с отходящими газами и отдельными незначительными по количеству частицами сорбента сквозь щели 22 и под нижней кромкой перегородки 21 попадают во вторую полость сепаратора, имеющую больший объем. Скорость частиц сорбента окончательно гасится, и они под действием гравитационных сил присоединяются к общему потоку сорбента, оседающему в приемный бункер 25. Поток отходящих газов с воздухом через сетку 23 устремляется в систему очистки.

Ниже в таблице приведены примеры различных режимов работы установки при температуре в камере расширения 1100-1200°С.

№ режима	Производительность по сорбенту, кг/час	Расход рабочего газа (воздуха) м3/час	Удельный расход рабочего газа (воздуха) м3/час	Температура в камере расширения °С	Насыпная плотность сорбента (ТРГ), кг/м3	Сорбционная емкость (поглощ. нефти) кг/кг
1.	40	11	0,27	1100	0,40	49,8
2.	40	12	0,3	1100	0,39	51,2
3.	40	9,5	0,4	1100	0.42	45,0
4.	40	10,5	0,26	1100	0,47	45,6
5.	46	11	0,24	1200	0,36	51,9
6.	46	12	0,26	1200	0,35	52,1
7.	50	11	0,22	1100	0,42	48,6
8.	50	12	0,24	1100	0,40	49,6
9.	60	11	0,18	1100	0,47	47,4
10.	60	12	0,20	1100	0,45	47,8
11.	50	11	0,22	1200	0,40	49,7
12.	50	12	0,24	1200	0,37	51,3

Из примеров видно, что при производительности 46-50 кг/час и расходе воздуха 11-12 м³/час (это соответствует 0,22-0,06 м³/час на 1 кг готовой продукции) сорбент обладает наиболее высокими качествами, т.е. способностью сорбировать одним килограммом 49-52 кг нефти. При этом на качество сорбента наибольшее влияние оказывает расход рабочего газа и температура в камере расширения. При снижении расхода рабочего газа не весь объем сырья, поступающего в камеру расширения, будет переноситься к нагретым стенкам камеры, что отрицательно скажется на качестве выходящего сорбента (опыты 3, 4).

Увеличение температуры в камере расширения приводит к повышению качества выходящего сорбента при всех прочих равных параметрах (опыты 11, 12 по сравнению с опытами 7, 8). Однако температура в камере расширения не может превысить 1200-1300°С, это обусловлено допустимыми возможностями материала нагревателей.

При прочих равных параметрах (опыты 5, 6 по сравнению с опытами 11, 12) с ростом производительности качество сорбента незначительно снижается.

1. Установка для получения углеродного сорбента, включающая загрузочный бункер, дозатор, патрубок для подачи рабочего газа, патрубок для подачи исходного сырья, камеру расширения, сепаратор с вертикальной перегородкой и приемный бункер, отличающаяся тем, что она снабжена эжектором и совмещенным с ним тангенциальным завихрителем потока, а патрубок подачи исходного сырья выполнен с наружной оболочкой для пропускания охлаждающего агента, при этом эжектор установлен на входе в камеру расширения непосредственно под выходным отверстием патрубка подачи исходного сырья.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным эжектором, установленным на входе патрубка для подачи исходного сырья.

3. Установка по пп.1 и 2 отличающаяся тем, что сепаратор выполнен с тангенциальным патрубком ввода, а вертикальная перегородка сепаратора имеет щелевые отверстия.

4. Дозатор установки для получения углеродного сорбента, включающий цилиндрический корпус с выпускным окном и транспортирующим элементом, установленным в корпусе с возможностью вращения, отличающийся тем, что транспортирующий элемент выполнен в виде конического днища с укрепленным на нем ворошителем, выпускное окно выполнено в нижней части цилиндрического корпуса, имеет регулируемое проходное сечение и оснащено направляющей планкой, установленной перед окном и ориентированной навстречу направлению вращения днища, а днище оснащено регулятором скорости вращения.