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, соломы, отходов шин.
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. (RU 80847 U1, 27.02.2009).
Недостатком ближайшего аналога является повышенный расход энергоресурсов для производства технологического процесса получения древесного активного угля.
В основе настоящей полезной модели лежит задача по созданию такой установки, которая обеспечит значительное снижение потребления энергоресурсов и, тем самым, позволит оптимизировать эксергетический коэффициент полезного действия (КПД), а также обеспечит снижение газовых выбросов в атмосферу, уменьшая загрязнение окружающей среды.
Технический результат заключается в утилизации тепла, необходимого для технологического процесса при получении древесного активного угля за счет частичной рециркуляции тепловых потоков, протекающих одновременно в камерах сушки и пиролиза.
Технический результат достигается тем, что в известной установке для получения древесного активного угля, содержащей 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, и оснащенной 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 согласно настоящей полезной модели каждая из камер сушки и пиролиза оборудована дополнительным трубопроводом с запорной и регулирующей арматурой для частичной рециркуляции потоков теплоносителя.
Оснащение камер сушки и пиролиза дополнительными трубопроводами с запорной и регулирующей арматурой позволяет утилизировать тепло за счет режима рециркуляции теплового потока и обеспечить экономию тепла до 25%, а также снизить выбросы газа в атмосферу.
Камера пиролиза, АВЗП камеры пиролиза, а также трубопроводы, запорная и регулирующая арматура выполнены из высоколегированной, нержавеющей, жаростойкой и жаропрочной стали.
Вся заявленная совокупность существенных признаков влияет на достижение технического результата и, в конечном итоге, на решение поставленной задачи.
Полезная модель поясняется чертежом, где представлена 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. Днища 9 и крышки 10 камер 2-5 выполнены под углом 55-65° для равномерной раздачи теплоносителя в камеры, в нижней части каждой камеры 2-5 размещены газораспределительные решетки 11 и шнеки 12 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) 13, 14, 15 для разделения двухфазного потока и завершения процессов сушки, пиролиза и активации, причем камеры сушки, пиролиза и активации 2-4 соединены с соответствующими АВЗП 13-15 посредством каналов 16 для подачи рабочей фракции. Каждая из камер сушки 2 и пиролиза 3 оборудована дополнительным трубопроводом 17 и 18 с запорной и регулирующей арматурой для частичной рециркуляции потоков теплоносителя.
Установка работает следующим образом.
Измельченная свежая древесина (опил) влажностью до 40-50% подается в бункер исходного сырья 19 и далее с помощью шнека 12 в нижнюю часть камеры сушки 2 в пространство над газораспределительной решеткой 11. Под газораспределительную решетку 11 в это время подается теплоноситель - воздух - в количестве, обеспечивающем в камере режим организованного пневмотранспорта в псевдоожиженном слое за счет работы шнека 12 и подачи в камеру горячего теплоносителя. Процесс сушки протекает при температуре 220-230°С. Время сушки равно 1,0-1,5 сек. и обеспечивается вставками-активаторами 8, размещенными между внутренними боковыми стенками камеры 2. В камере сушки 2, происходит удаление влаги из исходного сырья до 13…15% влажности.
Подсушенный материал равномерно перемещается по переходному трубопроводу 6 в камеру пиролиза 3.
Частицы древесины воздушным потоком поднимаются вертикально по камере 2 и попадают в аппарат со встречным закрученным потоком (АВЗП) 13 по каналу нижней подачи 20. Одновременно по каналу верхней подачи 21 в АВЗП поступает в качестве докручивающего потока горячий воздух, проходящий через электрокалорифер 22, где он нагревается до температуры примерно 280°С. Таким образом, в АВЗП помимо сепарации воздуха и твердых частиц осуществляется досушка опила. Высушенные в АВЗП 13 частицы древесины подаются в камеру пиролиза 3. Отделенный от высушенных частиц древесины теплоноситель поступает в трубопровод 17 с запорной и регулирующей арматурой для частичной рециркуляции тепла и, проходя через электрокалорифер 22, подается в камеру сушки 2. В электрокалорифере 22 теплоноситель нагревается до начальной температуры процесса сушки. Рециркуляционный поток теплоносителя обеспечивает экономию тепла до 25%, что установлено расчетным путем. Расчет материального баланса установки и конструктивных элементов рециркуляционного трубопровода является предметом «ноу-хау».
Из камеры сушки 2 высушенный исходный материал поступает в камеру пиролиза 3, в которую одновременно подается нагретый до температуры 600°С углекислый газ. В камере пиролиза 3 частицы высушенной древесины взаимодействуют с углекислым газом в режиме организованного пневмотранспорта, в результате чего происходит карбонизация древесины, т.е. высвобождение газов (кислорода и водорода), содержащихся в древесине; образуется пиролизный газ (продукт переработки древесины высокотемпературным газовым потоком) и древесный уголь. Образовавшийся двухфазный поток направляется в АВЗП 14 через канал нижней подачи 23, а через канал верхней подачи 24 в АВЗП 14 поступает нагретый чистый газовый поток. Далее, в АВЗП 14 происходит разделение на газовую и твердую фракции.
Очищенный газ из АВЗП 14 направляется в трубопровод 18 с запорной и регулирующей арматурой для частичной рециркуляции тепла и, проходя через электрокалорифер 25, подается в камеру пиролиза 3 для повторного использования теплоносителя и утилизации тепла. Отделенные в АВЗП 14 частицы угля подаются затем в камеру активации 4. Рабочая среда в камере 4 - перегретый водяной пар. Внутри камеры 4 древесный уголь взаимодействует с перегретым водяным паром, в результате чего все частицы древесного угля активируются, которые попадают в аппарат со встречным закрученным потоком 15 (АВЗП 15), где происходит доактивирование частиц угля и разделение двухфазного потока. Далее, частицы активированного угля опускаются и попадают в камеру охлаждения 5. Охлажденный до 40°С активированный уголь поступает на склад готовой продукции.
Таким образом предлагаемая установка для получения древесного активного угля позволяет обеспечить значительное снижение потребления энергоресурсов, оптимизировать эксергетический коэффициент полезного действия (КПД), а также обеспечить снижение газовых выбросов в атмосферу, уменьшая загрязнение окружающей среды.
Установка успешно прошла опытно-промышленные испытания и подтвердила целесообразность ее использования.