УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНОГО АКТИВНОГО УГЛЯ

Полезная модель относится к области производства древесного активного угля и может быть использована для переработки измельченной свежей древесины, а также отходов целлюлозно-бумажного производства, например, лигнина, коры и др.
Известна установка для получения древесного активного угля, содержащая установленные по ходу движения материала камеры сушки, пиролиза (карбонизации), активации и охлаждения, соединенные переходными трубопроводами и разделенные между собой теплоизоляционными газонепроницаемыми перегородками, при этом днища и крышки камер выполнены под углом 55-65° для равномерной раздачи теплоносителя в камеры, причем в нижней части каждой камеры размещены газораспределительные решетки и шнеки для перемещения крупных частиц и дробления газовых пузырей для создания организованного псевдоожиженного слоя крупных частиц, а в камерах сушки, пиролиза и активации установлены для авторегулирования - увеличения времени пребывания в камере мелких и средних частиц, находящихся в режиме организованного пневмотранспорта, вставки-активаторы. (RU 73871 U1, 10.06.2008)
Недостатком известного технического решения является недостаточное время пребывания исходного сырья в каждой из камер, невозможность регулировки этого времени, а также низкая степень сепарации твердых частиц при переходе из камеры в камеру, вызывающая большие потери твердой фазы, что, в конечном итоге, снижает производительность установки.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является установка для получения древесного активного угля, содержащая установленные в корпусе по ходу движения материала камеры сушки, пиролиза, активации и охлаждения, разделенные между собой теплоизоляционными газонепроницаемыми перегородками и соединенные переходными трубопроводами для равномерного передвижения материала из камеры в камеру, причем днища и крышки камер выполнены под углом 55-65° для равномерной раздачи теплоносителя в камеры, в нижней части каждой камеры размещены газораспределительные решетки и шнеки для перемещения крупных частиц и дробления газовых пузырей для создания организованного псевдоожиженного слоя крупных частиц, а в камерах сушки, пиролиза и активации установлены для авторегулирования - увеличения времени пребывания в камере мелких и средних частиц, находящихся в режиме организованного пневмотранспорта, вставки-активаторы, размещенные между внутренними боковыми стенками камер.
Установка оснащена также размещенными над корпусом по ходу технологического процесса аппаратами со встречными закрученными потоками (АВЗП) для разделения двухфазного потока и завершения процессов сушки, пиролиза и активации, причем камеры сушки, пиролиза и активации соединены с соответствующими АВЗП посредством каналов для подачи рабочей фракции, при этом АВЗП в своей нижней части оборудованы питателями для перемещения материала из АВЗП предыдущей камеры в рабочую зону последующей камеры посредством трубопровода, а между АВЗП пиролиза и камерой активации установлен инжектор для засасывания частиц и направления их в камеру активации. (RU 80847 U1, 27.02.2009).
Недостатком ближайшего аналога является недостаточный выход и качество готового продукта, а также значительные потери по твердой фазе.
В основе настоящей полезной модели лежит задача по созданию такой установки, которая обеспечивает повышение выхода и качества готового продукта, снижение потерь по твердой фазе за счет оптимизации процессов в камерах сушки и пиролиза.
Технический результат заключается за счет увеличения времени пребывания твердых частиц в камерах сушки и пиролиза, повышения теплового режима в камере сушки, уменьшения оседания твердых частиц.
Технический результат достигается тем, что известная установка для получения древесного активного угля, содержит установленные в корпусе по ходу движения материала камеры сушки, пиролиза, активации и охлаждения, разделенные между собой теплоизоляционными газонепроницаемыми перегородками и соединенные переходными трубопроводами для равномерного передвижения материала из камеры в камеру, причем днища и крышки камер выполнены под углом 55-65° для равномерной раздачи теплоносителя в камеры, в нижней части каждой камеры размещены газораспределительные решетки и шнеки для перемещения крупных частиц и дробления газовых пузырей для создания организованного псевдоожиженного слоя крупных частиц, а в камерах сушки, пиролиза и активации установлены для авторегулирования - увеличения времени пребывания в камере мелких и средних частиц, находящихся в режиме организованного пневмотранспорта, вставки-активаторы, размещенные между внутренними боковыми стенками камер.
Технический результат достигается также тем, что известная установка для получения древесного активного угля оснащена установленными над корпусом по ходу технологического процесса аппаратами со встречными закрученными потоками (АВЗП) для разделения двухфазного потока и завершения процессов сушки, пиролиза и активации, причем камеры сушки, пиролиза и активации соединены с соответствующими АВЗП посредством каналов для подачи рабочей фракции, при этом АВЗП в своей нижней части оборудованы питателями для перемещения материала из АВЗП предыдущей камеры в рабочую зону последующей камеры посредством трубопровода, а между АВЗП пиролиза и камерой активации установлен инжектор для засасывания частиц и направления их в камеру активации.
Технический результат достигается также тем, что, согласно полезной модели, вставки-активаторы в камере сушки выполнены в виде горизонтальных пластин с изгибом в местах их крепления к вертикальным опорам, размещенным по обе стороны камеры, причем вставки-активаторы соединены между собой вертикальными ребрами жесткости, и между ними установлены горизонтально тэны, закрепленные в вертикальных опорах и равноудаленные друг от друга, а в камере пиролиза вставки-активаторы выполнены в виде набора разрезных и разогнутых в продольном направлении прямоугольных пластин с отогнутыми в противоположные стороны краями, образующих винтовую поверхность, при этом вставки-активаторы соединены между собой и закреплены на вертикальной опоре.
Отличием данной установки от ближайшего аналога является конструктивное выполнение и размещение вставок-активаторов в камерах сушки и пиролиза, а также наличие и размещение тэнов в камере сушки.
Выполнение вставок-активаторов в камере сушки в виде горизонтальных пластин с изгибом в местах их крепления к вертикальным опорам позволяет обеспечить зигзагообразное прохождение горячего воздуха снизу вверх между пластинами, обтекая тэны, увеличивая, тем самым, время пребывания твердых частиц в камере, а наличие тэнов, установленных между горизонтальными пластинами, позволяет устранить дефицит тепла, необходимого для протекания процесса.
Экспериментально установлено следующее: если расстояние между вставками-активаторами будет больше или меньше заданной величины, это не будет удовлетворять характеристикам процесса. Поэтому для определения оптимального расстояния между ними произведен расчет, который нами не приводится и является предметом «ноу-хау».
Такое размещение вставок-активаторов позволяет поддерживать равномерный температурный режим и скорость прохождения двухфазного потока в камере сушки.
Конструктивное выполнение вставок-активаторов в камере пиролиза в виде набора разрезных и разогнутых в продольном направлении прямоугольных пластин с отогнутыми в противоположные стороны краями, образующих винтовую поверхность, позволяет создать винтообразную струю 2-х фазного потока, обеспечивая, тем самым, более длительное время пребывания твердых частиц в камере.
Вся заявленная совокупность существенных признаков влияет на достижение технического результата и, в конечном итоге, на решение поставленной задачи.
Полезная модель поясняется чертежом, где
на фиг.1 - представлены вставки-активаторы камеры сушки, вид спереди;
на фиг.2 - набор вставок-активаторов камеры пиролиза, вид спереди;
на фиг.3 - набор вставок-активаторов камеры пиролиза, вид сбоку;
на фиг.4 - вставка-активатор камеры пиролиза, вид спереди;
на фиг.5 - принципиальная схема установки;
Предложенная установка для получения древесного активного угля содержит корпус 1, с установленными в нем по ходу движения материала камерами сушки 2, пиролиза 3, активации 4 и охлаждения 5, соединенными переходными трубопроводами 6 для равномерного перемещения материала из камеры в камеру, и разделенными между собой теплоизоляционными газонепроницаемыми перегородками 7, причем в камерах сушки, пиролиза и активации 2-4 установлены для увеличения времени пребывания в камерах мелких и средних частиц, находящихся в режиме организованного пневмотранспорта, вставки-активаторы 8, расположенные между внутренними боковыми стенками камер 2-4. При этом вставки-активаторы 8 камеры сушки 2 выполнены в виде горизонтальных пластин с изгибом в местах их крепления к вертикальным опорам 9, размещенным по обе стороны камеры 2, причем вставки-активаторы 8 соединены между собой вертикальными ребрами жесткости 10, и между ними установлены горизонтально тэны 11, закрепленные в вертикальных опорах 9 и равноудаленные друг от друга, а в камере пиролиза 3 вставки-активаторы 8 выполнены в виде набора разрезных и разогнутых в продольном направлении прямоугольных пластин с отогнутыми в противоположные стороны краями, образующих винтовую поверхность, при этом вставки-активаторы 8 соединены между собой и закреплены на вертикальной опоре 12.
Днища 13 и крышки 14 камер 2-5 выполнены под углом 55-65° для равномерной раздачи теплоносителя в камеры, в нижней части каждой камеры 2-5 размещены газораспределительные решетки 15 и шнеки 16 для перемещения крупных частиц и дробления газовых пузырей для создания организованного псевдоожиженного слоя крупных частиц. Установка оснащена установленными над корпусом 1 по ходу технологического процесса аппаратами со встречными закрученными потоками (АВЗП) 17, 18, 19 для разделения двухфазного потока и завершения процессов сушки, пиролиза и активации, причем камеры сушки, пиролиза и активации 2-4 соединены с соответствующими АВЗП 17-19 посредством каналов 20 для подачи рабочей фракции, при этом АВЗП 17-19 в своей нижней части оборудованы питателями 21 для перемещения материала из АВЗП предыдущей камеры в рабочую зону последующей камеры посредством трубопровода 22, а между АВЗП 18 пиролиза и камерой активации 4 установлен инжектор 23 для засасывания частиц и направления их в камеру активации 4.
Установка работает следующим образом.
Измельченная свежая древесина (опил) влажностью до 50-60% подается из загрузочного бункера 24 в камеру сушки 2, где происходит удаление влаги из исходного сырья до 13…15% влажности.
Одновременно в эту камеру 2 по трубопроводу 25 подается подогретый электрокалорифером 26 атмосферный воздух. Горячий воздух распределяется равномерно по сечению камеры 2 и движется зигзагообразно снизу вверх между вставками-активаторами 8, обтекая тэны 11.
В камере 2 организован с помощью вставок-активаторов 8 режим пневмотранспорта. Между горизонтальными пластинами (вставками-активаторами) 8 формируется двухфазный поток. Так как поток почти горизонтальный, то в целях устранения оседания частиц необходимо, чтобы скорость в потоке была оптимальной в пределах расчетной величины, которая является предметом «ноу-хау».
Сушка производится, главным образом, в режиме организованного пневмотранспорта в псевдоожиженном слое, который создается за счет работы шнека 16, подачи и прохождения в камере 2 горячего теплоносителя. Подсушенный материал равномерно перемещается по переходному трубопроводу 6 посредством шнека 16 в камеру пиролиза 3.
Температура рабочей среды в камере сушки 2 составляет 150-300°С. Частицы древесины воздушным потоком поднимаются вертикально по камере 2, попадая через канал 20 в аппарат со встречным закрученным потоком 17, где происходит досушивание частиц древесины и разделение двухфазного потока (твердые частицы - газ). В качестве докручивающего потока в АВЗП 17 служит воздух, проходящий через электрокалорифер 26, где он нагревается до температуры примерно 280°С, и затем по трубопроводу 27 подается в АВЗП 17. Высушенные в АВЗП 17 частицы древесины подаются посредством питателя 21 в камеру пиролиза 3.
Воздух, покидая АВЗП 17, поднимается по центральной трубе 28. Рабочая среда в камере пиролиза 3 - углекислый газ. Он подается из баллонов 29 через электрокалорифер 30, где нагревается до температуры 600°С и затем подается по трубопроводу 31 на вход в камеру пиролиза 3. В камере пиролиза 3 частицы высушенной древесины взаимодействуют с углекислым газом в режиме организованного пневмотранспорта, в результате чего происходит высвобождение газов, содержащихся в древесине, и древесина превращается в уголь. Благодаря конструктивным особенностям вставок-активаторов 8 между ними формируется винтообразный двухфазный поток, который обеспечивает необходимое время пребывания частиц в камере пиролиза 3. Далее, более крупные частицы угля, не участвующие в режиме организованного пневмотранспорта и не проходящие через АВЗП 18, равномерно перемещаются шнеком 16 в камеру активации 4 посредством переходного трубопровода 6. При этом 83-85% древесины выгорает, превращаясь в смесь высвобождающихся газов, и на выходе из камеры пиролиза 3 остается лишь 15-17% частиц угля. Из камеры 3 частицы угля по каналу 20 попадают в аппарат со встречным закрученным потоком 18 (АВЗП18), где завершается процесс пиролиза частиц угля и происходит разделение двухфазного потока. В качестве докручивающего потока в АВЗП 18 служит углекислый газ, проходящий через электрокалорифер 30 и нагретый до температуры примерно 600°С. Газ подается в АВЗП 18 по трубопроводу 32. Движущиеся частицы угля опускаются по АВЗП 18, и посредством питателя 21 и инжектора 23, засасывающего угольные частицы, направляются по трубопроводу 22 в камеру активации 4. Рабочая среда в камере 4 - перегретый водяной пар. Водяной пар подается в камеру 4 из парогенератора 33 через пароперегреватель 34 по трубопроводу 35, где достигает температуры около 850°С. Внутри камеры 4 древесный уголь взаимодействует с перегретым водяным паром, в результате чего все частицы древесного угля активируются, т.е. внутри каждой из частиц образуются поры определенных размеров. Частицы активированного угля, подхваченные потоком перегретого пара, поднимаются вверх по камере активации 4 и по каналу 20 попадают в аппарат со встречным закрученным потоком 19 (АВЗП 19), где происходит доактивирование частиц угля и разделение двухфазного потока. Докручивающим потоком в АВЗП 19 является поток углекислого газа, проходящий через электрокалорифер 30 и нагретый до температуры 600°С, который подается в АВЗП 19 по трубопроводу 36. Далее, частицы активированного угля опускаются и посредством питателя 21 по трубопроводу 22 попадают в камеру охлаждения 5, где, проходя через змеевик холодильника 37, охлаждаются водой, температура которой составляет 6-20°С. Отработанная вода попадает в парогенератор 33, а охлажденный до 40°С активированный уголь поступает в бункер 38 готовой продукции.
Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает повышение выхода и качества готового продукта, способствует оптимизации процессов сушки и пиролиза.
Установка успешно прошла опытно - промышленные испытания и подтвердила целесообразность ее использования.