СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING CARBON-CONTAINING MATERIAL

Изобретение относится к области переработки твердых углеродосодержащих материалов и может найти применение при получении не только активированного угля, но и для получения синтез-газа и синтез-топлив в различных отраслях промышленности.
Известен способ непрерывной переработки углеродосодержащего сырья, (патент РФ №2191157; кл. С01В 31/08; опубликовано 20.10.2002), включающий стадии предварительного нагрева сырья до 120°-150°С, карбонизации, отделения смолообразных продуктов, активации, прнудительного перемещения с регулируемой скоростью твердого продукта на стадиях предварительного нагрева сырья, отбора парогазовой смеси процесса переработки со стадии предварительного нагрева, дегазацию в процессе активации, при этом активацию проводят в потоке твердого продукта карбонизации, вращающемся под действием парогазовой смеси, направленной под давлением по касательной к нему, хотя бы в двух противоположных точках по диаметру потока.
Недостатком описаного способа является низкая энергетическая эффективность технологического процесса переработки углеродосодержащего сырья в следствии недостаточно эффективного использования тепловой энергии парогазовой смеси в процессах карбонизации.
Известен способ получения активированного угля (патент РФ №2321612; кл. С10В 49/04, С01И 31/08; опубликовано 10.04.2008), выбранный в качестве прототипа, включающий нагрев подготовленного углеродосодержащего сырья до температуры карбонизации в атмосфере формирующейся и движущейся в режиме противотока с подаваемым сырьем парогазовой смеси, его карбонизацию и активацию с помощью активирующего агента, выгрузку горячего угля и его охлаждение, при котором к перерабатываемому сырью, движущемуся по винтовому каналу с постепенно уменьшающейся осевой составляющей скорости, осуществляют одновременно внешний и внутренний подвод теплоты двумя потоками теплоносителя, через цилиндрические стенки кольцевого и цилиндрического канала, при этом парогазовую смесь после нагрева, карбонизации сырья и активации угля отбирают для получения теплоносителя и активирующего агента.
Недостатками описанного способа являются неэффективное использование сжигания газа для получения энергии теплоносителя, а также неэффективное неиспользование тепловой энергии теплоносителя выходящей из карбонизатора, что значительно удлинняет технологический процесс переработки углеродосодержащего сырья и увеличивает энергозатраты.
Известено устройство непрерывной переработки углеродосодержащего сырья, (патент РФ №2191157; кл. С01В 31/08; опубликовано 20.10.2002), при котором производят нагрев подготовленного углеродосодержащего сырья до температуры карбонизации в атмосфере формирующейся и движущейся в режиме противотока с подаваемым сырьем и образующимся пиролизным газом, активацию с помощью активирующего агента, выгрузку горячего угля и его охлаждение, при котором к перерабатываемому сырью, движущемуся по винтовому каналу с постепенно уменьшающейся осевой составляющей скорости, осуществляют одновременно подвод теплоты двумя потоками продуктов сгорания, а получаемый пиролизный газ после карбонизации сырья и активации угля отбирают для получения продуктов сгорания и активирующего агента. Недостатками описанного устройства является сложность конструкции обусловленная применением генератора кислорода и водорода, значительно увеличивающего потребление электрической энергии.
Известно устройство получения активированного угля (патент РФ №2321612; кл. С10В 49/04, С01И 31/08; опубликовано 10.04.2008) выбранное к в качестве прототипа, содрежащая карбонизатор, устройство загрузки сырья, камеры сгорания, охладитель активированного угля, при этом карбонизатор, выполнен в цилиндрическом корпусе, соосно с ним, одна в другой, расположены две цилиндрические оболочки, наружная и внутренняя, при этом на внутренней оболочке расположены винтовые ребра, причем внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса и наружная оболочка образуют кольцевой канал, наружная и внутреняя оболочка образуют винтовой канал, а внутренняя оболочка образует цилиндрический канал, при этом винтовой канал соединен с устройством загрузки сырья, камера сгорания топлива размещена в противоположном от устройства загрузки сырья конце карбонизаторе, в зоне вывода обработанного сырья, а вывод продуктов сгорания в зоне устройства загрузки сырья.
Недостатком описанной устройства является сложность конструкции за счет совмещения зон активации и карбонизации в одном корпусе реактора, что снижает удельный тепловой поток через стенки реактора по длине реактора, а также наличие теплообменника, работающего при максимальных термических нагрузках, и недостаточно эффективное использование тепловой энергии выходящего газа в технологическом процессе переработки углеродосодержащего сырья, что значительно уменьшает энергетическую эффективность технологического процесса переработки углеродосодержащего сырья.
Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является создание способа и устройства для его осуществления, позволяющего повысить энергетическую эффективность технологического процесса переработки углеродосодержащего сырья, за счет снижения расхода энергетических ресурсов энергоносителей.
Технический результат в заявленном способе достигается путем нагрева подготовленного углеродосодержащего сырья до температуры карбонизации в атмосфере формирующейся и движущейся в режиме противотока с подаваемым сырьем и образующимся пиролизным газом, активацию с помощью активирующего агента, выгрузку горячего угля и его охлаждение, при котором к перерабатываемому сырью, движущемуся по винтовому каналу с постепенно уменьшающейся осевой составляющей скорости, осуществляют одновременно подвод теплоты двумя потоками продуктов сгорания, а получаемый пиролизный газ после карбонизации сырья и активации угля отбирают для получения продуктов сгорания и активирующего агента.
Новым в способе является то, что процессы карбонизации и активации осуществляются в раздельно в карбонизаторе и активаторе, подвод тепла продуктов сгорания в карбонизаторе осуществляют от двух или более сильно закрученных высокотемпературных потоков камер сгорания, движущихся в противотоке осевой скорости перерабатываемого сырья, при этом формирование активирующего агента осуществляется в трех котлах-утилизаторах путем поступления продуктов сгорания из кольцевого канала карбонизатора в кател-утилизатор для нагрева воды, а продукты сгорания из цилиндрического канала карбонизатора поступают в кател-утилизатор для получения водяного пара из горячей воды подаваемой из котла-утилизатора для нагрева воды, образованный водяной пар в котле-утилизаторе водяного пара поступает в котел-утилизатор перегрева водяного пара.
Технический результат в заявленном устройстве достигается тем, что установка переработки углеродосодержащего сырья содержит карбонизатор, устройство загрузки сырья, камеры сгорания, охладитель активированного угля, при этом карбонизатор, выполнен в цилиндрическом корпусе, соосно с ним, одна в другой, расположены две цилиндрические оболочки, наружная и внутренняя, при этом на внутренней оболочке расположены винтовые ребра, причем внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса и наружная оболочка образуют кольцевой канал, наружная и внутренняя оболочка образуют винтовой канал, а внутренняя оболочка образует цилиндрическиий канал, при этом винтовой канал соединен с устройством загрузки сырья, камера сгорания топлива размещена в противоположном от устройства загрузки сырья конце карбонизаторе, в зоне вывода обработанного сырья, а вывод продуктов сгорания в зоне устройства загрузки сырья.
Новым в устройстве является то, что установка содержит раздельно выполненные карбонизатор и активатор, при этом в корпусе карбонизатора установлены две или более камеры сгорания, сопловые каналы которых выходят тангенциально кольцевому каналу, при этом камеры сгорания питаются пиролизным газом, выходящим из карбонизатора, который соединен трубопроводами с котломами-утилизаторами, другая камера сгорания установлена в цилиндрическом канале внутренней оболочки, при этом карбонизатор, соединен трубопроводом со смесителем активирующего агента и карбонизата, который в свою очередь соединен патрубком с активатором, выполненным в виде циклона, разделяющего фракции пиролизного газа и активированного угля и соединенным патрубком с охладителем активированного угля с одной стороны и соединенным патрубком с камерой сгорания, соединенной с котлом - утилизатором перегрева водяного пара, при этом кольцевой канал карбонизатора соединен патрубком с котлом-утилизатором для нагрева воды, а цилиндрический канал карбонизатора соединен патрубком с котлом-утилизатором водяного пара, который в свою очередь соединен трубопроводом с котлом-утилизатором для нагрева воды, котел-утилизатор водяного пара соединен с котлом-утилизатором перегрева водяного пара, являющегося активирующим агентом, котел-утилизатор перегрева водяного пара соединен с одной стороны с камерой сгорания, а с другой стороны соединен трубопроводом с котлом-утилизатором нагрева воды и котлом - утилизатором водяного пара, соединенных с устройством очистки дымовых газов, который соединен с циклоном разделения дымовых газов и твердых частиц, при этом циклон разделения дымовых газов содержит патрубок вывода дымовых газов через дымосос с дымовой трубой и патрубок вывода твердых частиц в бункер.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - блок-схема устройства;
на фиг. 2 - карбонизатор.
Установка для переработки углеродосодержащего сырья состоит из содрежащая карбонизатора 1 (фиг. 1, 2), устройства загрузки сырья 2 (фиг. 1), камеры сгорания 3 (фиг. 1), 4 (фиг. 1), 5 (фиг. 2), 6 (фиг. 1), охладителя активированного угля 7 (фиг. 1).
При этом карбонизатор 1 (фиг. 1, 2), выполнен в цилндрическом корпусе 8 (фиг. 2), соосно с ним, одна в другой, расположены две цилиндрические оболочки, наружная 9 (фиг. 2) и внутренняя 10 (фиг. 2).
На внутренней оболочке 10 фиг. 2) расположены винтовые ребра 11 фиг. 2).
Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 8 (фиг. 2) и наружная оболочка 9 (фиг. 2) образуют кольцевой канал 12 (фиг. 2).
Наружная оболочка 9 (фиг. 2) и внутренняя оболочка 10 (фиг. 2) оболочка образуют винтовой канал 13 (фиг. 2).
Внутренняя оболочка 10 (фиг. 2) образует цилиндрический канал 14 (фиг. 2).
Винтовой канал 13 (фиг. 2) соединен с устройством загрузки сырья 2 (фиг. 1).
Камера сгорания 5 (фиг. 1, 2) размещена в противоположном от устройства загрузки сырья 2 (фиг. 1) конце карбонизаторе 1 (фиг. 1, 2), в зоне вывода обработанного сырья, а вывод продуктов сгорания в зоне устройства загрузки сырья 2 (фиг. 1).
Карбонизатор 1 (фиг. 1, 2) и активатор 16 (фиг. 1) выполненны в устройстве раздельно.
В цилиндрическом корпусе 8 (фиг. 2) карбонизатора 1 (фиг. 1, 2) установлены две камеры сгорания 3 (фиг. 1), 4 (фиг. 1).
Сопловые каналы 17 (фиг. 2) камеры сгорания 3 (фиг. 1) и сопловые каналы 18 (фиг. 2) камеры сгорания 4 (фиг. 1) выходят тангенциально кольцевому каналу 12 (фиг. 2).
Камеры сгорания 3 (фиг. 1), 4 (фиг. 1), 5 (фиг. 2) питаются пиролизным газом, выходящим из карбонизатора 1 (фиг. 1, 2).
Камера сгорания 5 (фиг. 2) установлена в цилиндрическом канале 14 (фиг. 2) внутренней оболочки 10 (фиг. 2), при этом карбонизатор 1 (фиг. 1, 2), соединен трубопроводом со смесителем 19 (фиг. 1) активирующего агента и карбонизата, который в свою очередь соединен патрубком с активатором 16 (фиг. 1).
Активатор 16 (фиг. 1) выполнен в виде циклона, разделяющего фракции пиролизного газа и активированного угля.
Активатор 16 (фиг. 1) соединен патрубком с охладителем активированного угля 7 (фиг. т1) с одной стороны и с другой стороны соединен патрубком с камерой сгорания (фиг. 1).
Камера сгорания 6 (фиг. 1) соединена с котлом - утилизатором перегрева водяного пара 15 (фиг. 1).
Кольцевой канал 12 (фиг. 2) карбонизатора 1 (фиг. 1, 2) соединен патрубком с котлом-утилизатором для нагрева воды 20 (фиг. 1), а цилиндрический канал 14 (фиг. 2) карбонизатора 1 (фиг. 1, 2) соединен патрубком с котлом-утилизатором водяного пара 21 (фиг. 1), который в свою очередь соединен трубопроводом с котлом-утилизатором для нагрева воды 20 (фиг. 1).
Котел-утилизатор водяного пара 21 (фиг. 1) соединен с котлом-утилизатором перегрева водяного пара 15 (фиг. 1), являющегося активирующим агентом.
Котел-утилизатор перегрева водяного пара 15 (фиг. 1) соединен с одной стороны с камерой сгорания 6 (фиг. 1), а с другой стороны соединен трубопроводом с котлом-утилизатором нагрева воды 20 (фиг. 1) и котлом-утилизатором водяного пара 21 (фиг. 1), соединенных с устройством очистки дымовых газов 22 (фиг. 1).
Устройство очистки дымовых газов 22 (фиг. 1) соединено с циклоном разделения дымовых газов и твердых частиц 23 (фиг. 1).
Циклон разделения дымовых газов и твердых частиц 23 (фиг. 1) содержит патрубок вывода дымовых газов через дымосос 24 (фиг. 1) с дымовой трубой 25 (фиг. 1)и патрубок вывода твердых частиц в бункер 26 (фиг. 1).
Способ сжигания измельченного твердого топлива.
Через устройство загрузки сырья 2 (фиг. 1) сырье попадает в карбонизатор 1 (фиг. 1, 2), где производится нагрев подготовленного сырья до температуры карбонизации.
Нагрев сырья до температуры карбонизации осуществляется камерами сгорания 3 (фиг. 1),4 (фиг. 1), 5 (фиг. 1, 2).
Сырье движется по винтовому каналу 13 (фиг. 2), карбонизируется за счет подвода тепла продуктов сгорания в цилиндрический канал 14 (фиг. 2) и кольцевой канал 12 (фиг. 2).
В смеситель 19 (фиг. 1) поступает карбонизат и активирующий агент из котла-утилизатора перегрева водяного пара 15 (фиг. 1), полученная смесь поступает в активатор 16 (фиг. 1) и образующийся активированный уголь поступает в охладитель 7 (фиг. 1).
При этом образующийся пиролизный газ в активаторе 16 (фиг. 1) поступает в камеру сгорания 6 (фиг. 1) для нагрева пара в котле-утилизаторе перегрева водяного пара 15 (фиг. 1).
Продукты сгорания из кольцевого канала 12 (фиг. 12) карбонизатора 1 поступают в кател-утилизатор для нагрева воды 20 (фиг. 1), а продукты сгорания из цилиндрического канала 14 (фиг. 2) поступают в кател-утилизатор 21 (фиг. 1) для получения водяного пара из горячей воды подаваемой из котла-утилизатора 20 (фиг. 1). При этом образованный водяной пар в котле-утилизаторе 21 (фиг. 1) поступает в котел-утилизатсю 15 (фиг. 1) для образования активирующего агента, поступающего в смеситель 19 (фиг. 1).
Отработанные продукты сгорания из котлов-утилизаторов 15 (фиг. 1), 20 (фиг. 1), 21 (фиг. 1) поступают в устройство для очистки дымовых газов, откуда поступают в циклон 23 (фиг. 1) для разделения дымовых газов и твердых частиц.
Твердые частицы поступают в бункер 26 (фиг. 1), а дымовые газы через дымовую трубу 25 (фиг. 1) дымососа 24 (фиг. 1) выходят в атмосферу.