АППАРАТ ДЛЯ ПИРОЛИЗА УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к термической переработке углеродных материалов, преимущественно углей и может быть использована при получении полукокса, углеродных адсорбентов при газификации угля.
Известен слоевой газификатор непрерывного действия (патент РФ №2513928 от 10.09.2012 г.), аналог, представляющий собой аппарат шахтного типа на обратном дутье, отличающийся тем, что в топке аппарата колосниковая решетка выполнена охлаждаемой из труб с проточной холодной жидкостью, причем решетка установлена наклонно под углом естественного осыпания твердого топлива, с изгибом в нижней части в обратную сторону, питатель для непрерывной подачи топлива в топку выполнен, по крайней мере, в виде шнекового транспортера с герметизацией узла подачи, со стороны подачи воздуха в топке установлена защитная сетка, в средней части газификатор оснащен узлом для удаления газов, а в нижней части - узлом отгрузки кокса и золы, по крайней мере, в виде шнекового транспортера, с герметизацией узла отгрузки, при этом газификатор установлен на оси с возможностью отклонения от вертикальной оси в две стороны в пределах изменения угла наклона колосниковой решетки, с помощью поворотного механизма. Кроме того, на трубы охлаждаемой колосниковой решетки свободно насажены зубчатые втулки с минимальным зазором между соседними по диаметрам, вращающиеся под действием двигающегося топлива, во избежание зашлаковывания колосниковой решетки.
Недостатками данной конструкции является ее сложность и ненадежность вследствие зависания материала на колосниковой решетке.
Наиболее близким решением является способ получения полукокса и устройство для осуществления способа (Патент РФ №2278817 от 03.12.2004 г.) (прототип), заключающийся в получении полукокса путем переработки твердого углеродсодержащего сырья в вертикальном аппарате шахтного типа, включающий подачу воздуха в слой угля, розжиг, сушку, карбонизацию, выгрузку полученного полукокса и отбор горючего газа, отличающийся тем, что подачу воздуха в слой угля производят сверху и снизу, а розжиг угля и отвод горючего газа осуществляют в среднем сечении слоя. Устройство для его получения, содержит вертикальный аппарат шахтного типа, отличающееся тем, что аппарат содержит верхнюю и нижнюю рабочие камеры, выполненные с возможностью подачи воздуха сверху в верхнюю камеру и снизу в нижнюю камеру и разделенные в среднем сечении слоя аппарата для обеспечения розжига угля и отвода горючего газа.
Недостатками указанного способа и устройства является невозможность его осуществления непрерывным способом, а также низкая эффективность вследствие неравномерности температурного поля внутри цилиндрического корпуса вследствие неподвижности загруженной массы исходного материала в процессе пиролиза. Кроме того организация подачи воздуха в газификатор сверху и снизу снижает как качество твердого продукта пиролиза, так и генераторного газа.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются:
- реализация процесса пиролиза в вертикальном цилиндрическом корпусе в непрерывном режиме;
- повышение качества и увеличение выхода годного твердого продукта пиролиза за счет непрерывного движения слоя углеродного материала;
- реализация подачи водяного пара в нижнюю часть корпуса.
Поставленные задачи достигаются тем, что система разгрузки выполнена в виде шнека с герметичным затвором, а нижняя часть корпуса снабжена паровым коллектором, гидравлически связанным с внутренней полостью корпуса, при этом диаметр внутренней полости корпуса в зоне ввода водяного пара ступенчато больше диаметра верхней и средней частей корпуса.
Выполнение системы разгрузки в виде шнека с герметичным затвором и оборудование нижней части корпуса паровым коллектором, гидравлически связанным с внутренней полостью корпуса позволяет подводимому водяному пару через коллектор поступать в зону реакции (пиролиза), улучшая качество как твердого продукта пиролиза, так образующегося генераторного газа. Реализация того, что диаметр внутренней полости корпуса в зоне ввода водяного пара ступенчато больше диаметра верхней и средней частей корпуса, при прохождении обрабатываемого материала в указанной зоне позволяет подводимому пару равномерно поступать в полость корпуса, образующуюся за счет разности диаметров верхней, средней и нижней частей корпуса, и обеспечивать обработку паром всего движущегося вниз твердого материала пиролиза.
На рисунке представлен предлагаемый аппарат для пиролиза углеродного материала.
Аппарат состоит из корпуса 1, шнека с приводом 2, герметичного затвора 3, парового коллектора 4, полости в нижней части корпуса 5, емкости технической воды 6, насоса рабочего контура 7, водогазового эжектора 8.
Аппарат работает следующим образом.
Исходный материал через герметичный затвор 3 непрерывно загружается в корпус аппарата 1. Емкость технической воды 6 заполняется водой заранее.
Когда уровень исходного материала достигнет зоны отвода генераторного газа, включают запальное устройство, расположенное в зоне отвода генераторного газа (на рисунке не показано). Одновременно с этим включают насос рабочего контура 7 и систему дозированного воздушного дутья.
После того как начнется устойчивое горение, запальное устройство отключают.
Насос рабочего контура 7, отбирая воду из емкости технической воды 6, подает ее в водогазовый эжектор 8, откуда она сливается обратно в емкость технической воды 6.
При прохождении воды через эжектор 8 в приемной камере эжектора создается разрежение. Поскольку приемная камера эжектора соединена трубопроводом с корпусом аппарата пиролиза 1 в области отвода генераторного газа, то в этой области создается разрежение (пониженное давление). Поскольку нижняя часть корпуса аппарата 1 снабжена шнеком 2 с герметичным затвором 3, подсос воздуха через слой материала в зону отвода генераторного газа исключается. Подвод воздуха возможен только со стороны ввода воздушного дутья.
При горении выделяется тепло, частицы угля прогреваются, из них выделяются летучие вещества, которые частично сгорают, а некоторая их часть остается в составе генераторного газа. Поскольку воздух подается дозировано, то его не хватает для полного сгорания угля и всех выделяющихся летучих, сгорает только часть летучих веществ. За счет воздействия создаваемого водогазовым эжектором образующийся генераторный газ отводится из аппарата.
Термически обрабатываемый твердый продукт опускается вниз аппарата за счет дозированного удаления готового твердого продукта в нижней части аппарата.
При его удалении вся масса материала в пространстве корпуса 1 оседает. В его составе как исходный материал (в верхней части корпуса), готового, так и термически обрабатываемые частицы угля (в средней части) и твердый продукт пиролиза (в нижней части). Продукт в нижней части корпуса имеет высокую температуру. Оседая, нагретый материал взаимодействует с паром, поступающим из внешнего источника через паровой коллектор, и охлаждается. Образующаяся полость при прохождении частиц твердого материала из более узкой части корпуса в более широкую (ступенчато) позволяет подводимому пару равномерно воздействовать на всю опускающуюся массу твердого продукта пиролиза. Течение пара между частицами раскаленного угля вызовет как предварительное охлаждение горячего продукта пиролиза, так и частичную газификацию его по реакции водяного газа
2
2
С+НО=СО+Н.
Образующиеся газы смешиваются с другими летучими газами и удаляются в составе генераторного газа.
Таким образом, достигается как улучшение качества твердого продукта пиролиза, так и улучшение характеристик отводимого генераторного газа. Для того, чтобы зона пиролиза находилась выше зоны отвода генераторного газа, но не выходила на поверхность столба материала внутри корпуса, ее положение отслеживают датчиками температуры (на рисунке не показаны) и регулируют путем управления процессами удаления твердого продукта пиролиза шнеком с приводом 2, загрузки исходного материала через герметичный затвор 3 и дозированной подачей воздушного дутья.