РЕАКТОР БЫСТРОЙ АКТИВАЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВНЫХ УГЛЕЙ

Настоящая полезная модель относится к области термохимических процессов и предназначена для быстрой физико-химической и каталитической активации углистых веществ и карбонизатов, прошедших стадию пиролиза.
Известен, например, термический модуль для производства активированных углей, содержащий горизонтальную печь активации с возможностью ее вращения, снабженную футеровкой со сквозными каналами и коллектором вывода газов активации, размещенным на одном конце печи активации и соединенным с ним через устройство герметизации. С коллектором объединены устройства загрузки карбонизата, подачи перегретого пара, дожигания газов активации и подготовки перегретого пара. (RU 2235682, С1, 10.09.2004).
Известное техническое решение не реализует принцип быстрой активации для производства активированных углей, что не позволяет увеличить выход готового продукта.
В основе настоящей полезной модели лежит задача по созданию такой конструкции реактора быстрой активации, которая позволит повысить его эксергетический КПД, увеличить выход готового продукта и получить на выходе активные угли различного назначения в виде порошкообразного или зернистого продукта.
Технический результат заключается в ускорении реакции процессов внешнего и внутреннего тепло - и массопереноса, гетерогенно-каталитической химической реакции, протекающих в среде перегретого пара. Технический результат заключается также в регенерации топочных газов.
Технический результат достигается тем, что реактор быстрой активации для производства активных углей, состоит из корпуса с расположенной в нем топкой, снабженной горелкой с топливным бачком и воздухонаддувом, и оборудованного рядом вертикальных каналов, причем внутренние каналы, предназначенные для прохождения флюидной газовзвеси, и внешние каналы, предназначенные для прохождения теплоносителя, размещены по принципу «труба в трубе», при этом в верхней части внутренних каналов, кроме первого и последнего, размещены катализаторы на твердом носителе в виде стержней.
Технический результат достигается также тем, что корпус реактора и топка выполнены из жаропрочного бетона. На достижение технического результата влияет также диаметр и длина стержней катализатора.
Оборудование реактора топкой, снабженной горелкой с воздухонаддувом обеспечивает необходимый температурный режим процесса быстрой активации.
Оборудование корпуса реактора рядом вертикальных каналов, размещенных по принципу «труба в трубе», обеспечивает эффективное протекание процесса внешнего и внутреннего тепло - и массопереноса.
Размещение катализаторов в верхней части внутренних каналов ускоряет процесс гетерогенно-каталитической химической реакции, протекающей в среде перегретого водяного пара.
Выполнение корпуса реактора и топки из жаропрочного бетона способствует оптимальному протеканию процесса активации и способствует более эффективному использованию топлива с минимальными потерями.
Используемые в реакторе катализаторы с определенным диаметром и длиной стержней и размещение их в верхней части внутренних каналов являются оптимальными для данной конструкции и также способствуют эффективному проведению процесса ускоренной активации.
Размещать катализаторы в первом и последнем каналах нецелесообразно, так как они там не функционируют.
Экспериментально установлено, что расход пара, загрузка флюидной газовзвеси по твердому компоненту и диаметр каналов находятся в определенной зависимости, что является предметом «ноу-хау» и в заявочных материалах не раскрывается.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично представлен реактор быстрой активации для производства активных углей.
Реактор быстрой активации для производства активных углей состоит из корпуса 1 с расположенной в нем топкой 2, снабженной горелкой 3 с топливным бачком и воздухонаддувом, и оборудованного рядом вертикальных каналов 4 и 5, причем внутренние каналы 4, предназначенные для прохождения флюидной газовзвеси, и внешние каналы 5, предназначенные для прохождения теплоносителя, размещены по принципу «труба в трубе», при этом в верхней части внутренних каналов 4, кроме первого и последнего, размещены катализаторы 6 на твердом носителе в виде стержней.
Корпус 1 реактора и топка 2 выполнены из жаропрочного бетона.
Диаметр стержней катализаторов 6 составляет 1/6-1/10 диаметра внутреннего канала 4 для прохождения флюидной газовзвеси.
Длина стержней катализаторов 6 составляет 1/10-1/12 высоты внутреннего канала 4 для прохождения флюидной газовзвеси.
Реактор быстрой активации работает следующим образом.
Для создания необходимого температурного режима (~400°С±50°С) в топке 2 корпуса 1 реактора включается горелка 3. Теплоноситель в виде нагретых дымовых газов движется по внешним каналам 5. По внутренним каналам 4 противотоком движется подготовленная флюидная газовзвесь, при этом твердая фаза газовзвеси представляет собой карбонизат или углистое вещество, предварительно прошедшее пиролиз. Таким образом, флюидная газовзвесь движется от входа к выходу, а теплоноситель от выхода к входу. Этим обеспечивается поддержание близких к изотермическим условий реакции активации. В процессе движения по внутренним каналам 4 флюидная газовзвесь взаимодействует с катализаторами 6, интенсифицируя, тем самым, процесс активации углей. На выходе получаем угли различного назначения порошкообразной или зернистой структуры.
Преимуществом настоящего реактора является, прежде всего, снижение в 2-2,5 раза температуры процесса активации за счет наличия катализаторов при сохранении прежней скорости процесса. При этом происходит экономия расхода топлива в 2 раза.
Значительно сокращается время процесса активации, которое составляет 10-15 сек.
В конечном итоге регенерируется тепло топочных газов, увеличивается выход готового продукта, что значительно повышает эксергетический КПД реактора.
В настоящее время изготовлен опытный образец реактора, который прошел испытания, подтвердил высокую надежность в эксплуатации и позволил решить все поставленные задачи.