УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНОГО АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ

Полезная модель относится к области производства активированного древесного угля.
Известна крупнотоннажная пиролизная установка (Выродов В.А., Кислицын А.Н., Глухарева М.И. и др. "Технология лесохимических производств". Учебник для ВУЗов. 1987 г. М., Лесная промышленность, 1987 г.), как наиболее эффективно работающая на лесохимических заводах. Реторта представляет собой стальной цилиндр внутренним диаметром 2,7 м, полезная высота 15:18 м. Реторта имеет верхнее загрузочное устройство для загрузки после предварительной сушки чурок древесины, внизу - конусное устройство для выгрузки угля. Реторта имеет четыре штуцера: для выхода парогазовой смеси, для ввода в реторту теплоносителя, для вывода газов, охлаждающих уголь, и для ввода в реторту холодных газов, охлаждающих уголь, и для ввода в реторту холодных газов для охлаждения угля. Для улучшения распределения теплоносителя в реторте и обеспечения более равномерной прокалки угля в середине реторты установлен опрокинутый конус. На расстоянии 1,2 м от него установлен второй конус, из-под которого газы, охлаждающие уголь и нагревающиеся при этом, отводятся газодувкой в топку. Стальной конус, обращенный основанием вниз, задерживает, регулирует спуск центральной части столба древесины, уменьшает давление на выгрузочный затвор. Необходимо особо отметить, что данная установка спроектирована для промышленной переработки в древесный активированный уголь специально готовящихся чурок одного размера (как правило, их длина 200:300 мм). Для работы с другими, сильно отличающимися размерами твердой фракции, эта установка не пригодна. В частности, при работе с опилками и мелкой щепой безусловно частое "зависание" сырья, слипание в комья, неравномерный прогрев и, как следствие, слабоуправляемый технологический процесс и низкое качество угля. Причина подобных явлений в склонности данного сырья к слипаемости, к образованию "сводов", к комковатости.
Известен способ и устройство для получения активированного угля (JP №5-4924. С01В 31/10, опубл. 21.01.1993), в котором предлагается слой твердого углеродистого сырья, состоящего из частиц относительно малых размеров, непрерывно подаваемых в стационарную камеру, переводить в псевдоожиженное состояние посредством горячего водяного пара. Образующийся в результате пиролиза парогаз предлагается сжигать в верхней части камеры над псевдоожиженным слоем (куда подается кислородосодержащий газ), таким образом нагревая материал. Отводимый из верхней части камеры горячий газ используется для дополнительного нагрева сырья через ряд трубок в нижней части камеры. Процесс, организованный описанным образом, эффективен, но требует больших габаритов камеры (верхняя часть составляет 4 нижних), т.к. псевдоожиженный слой практически не имеет границ, при подобной технологии мелкие частицы (≅30%) выгорят, что уменьшит выход угля и установки, в средних будет повышенное выгорание углерода, у самых крупных (≅30%) возможно недостаточное удаление смолистых веществ. Процесс очень трудно управляем, поскольку зависим от большого количества трудно контролируемых и управляемых параметров с узкими границами значений оптимального режима. Оба могут выражаться как затуханием пламени, так и возгоранием сырья в камере вплоть до взрыва, что несомненно отражается на стабильности качества получаемого активированного угля, а также безопасности.
Известна установка для получения активированного угля (CN №1058762, С01В 31/10, опубл. 19.02.1992). В колонне пиролиза подогреваемый после сушки газообразным теплоносителем - дымовыми газами сыпучий материал, располагающийся на шести горизонтальных подах стационарной печи, непрерывно перемещается в горизонтальной плоскости по сложной спиральной траектории к отверстию на периферии (или в центральной части) пода, через которое он просыпается на нижерасположенный под. Перемещение сырья осуществляется посредством лопаток, расположенных на радиальных штангах, закрепленных одним концом на вращающемся валу. Перемещение к центру или от него регулируется углом поворота лопатки вокруг своей
вертикальной оси при ее креплении к штанге. Такое многократное перемещение сырья в процессе его тепловой обработки вызвано необходимостью увеличения контакта газообразного теплоносителя, перемещаемого вентилятором со всеми частицами слоя сырья, и устраняет неравномерность его прогрева. Охлаждение угля осуществляют после выгрузки из колонны пиролиза.
В данном техническом решении не предусмотрено (невозможно) разновременное пребывание сырья в разных камерах, поэтому для обеспечения равномерного качества необходимо применять сырье только с постоянными показателями влажности. Относительно большие механические энергозатраты обусловлены тем, что кроме перемещения масс рабочих органов (штанга с лопатками) постоянно перемещаются массы сырья из-за применения экстенсивного теплообмена на шести горизонтах вместо возможного одного при интенсивном теплообмене.
Известна установка для получения активированного угля из древесных опилок и мелкой щепы, включающая питательный бункер, колонну пиролиза, имеющую вертикальный вращающийся вал, топку, вентилятор и камеру охлаждения, в колонне пиролиза на вертикальном вращающемся валу закреплены перфорированные и неперфорированные диски с секторным отверстием, делящие колонну на технологические камеры, включающие питающий бункер, камеры сушки, пиролиза и охлаждения угля и коллекторные газовые камеры, между частью дисков и в питающем бункере к корпусу колонны прикреплены радиальные перегородки, делящие пространство технологических камер на равное количество секторов, расположенных друг под другом, подводящие и отводящие газообразный теплоагент штуцера расположены на корпусе колонны между другими дисками, образующими коллекторные камеры, в питающем бункере и в камере сушки к валу крепятся рыхлители, выполненные в виде полос, расположенных под углом атаки 0 45° к горизонту, и два шлюзовых затвора, выполненных в виде секторов диска, в камере сушки между верхним ограничивающим диском и радиальными перегородками на корпусе колонны расположен технологический лючок, при
этом в коллекторных камерах секторные отверстия обрамлены обечайками, образующими колодцы, которые смещены друг относительно друга вокруг вертикальной оси колонны на угол, превышающий угловой размер секторного отверстия (RU №2104926, С01В 31/08, опубл. 20.02.1998).
Недостаток данной установки заключается в реторте совмещен процесс подготовки древесного сырья и активации его в состояние активированного угля, что приводит к необходимости точного контроля за параметрами процесса. Но даже при точном контроле невозможно получить высокий процент выхода качественного продукта в силу того. что в одной камере реторты невозможно совместить два процесса. Которые должны отличаться хотя бы по параметрам температуры нагрева.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по разделению процесса на две стадии, первая из которых позволяет получить древесный неактивированный уголь как исходное сырье для второй стадии, на которой из этого угля получают активированный уголь, используя тепловую энергию продуктов отхода в качестве источника нагрева реакторов.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении качества получаемого продукта, сокращении потребления энергии и повышения экологичности установки.
Указанный технический результат достигается тем, что установка для получения древесного активированного угля, характеризующаяся наличием загрузочного бункера со шнековым узлом загрузки древесного сырья в полость горизонтально расположенной цилиндрической формы первой реторты со стороны входного ее торца, шнековый узел выгрузки древесного неактивированного угля из полости первой реторты через выходной ее торец и перемещения его в полость горизонтально расположенной цилиндрической формы второй реторты через со стороны ее входного торца, шнековый узел выгрузки древесного активированного угля из полости второй реторты через выходной ее торец в направлении приемного бункера, при этом загрузочный бункер со шнековым узлом загрузки герметично охватывает со стороны входного торца первую реторту, смонтированную в корпусе первой топки с
возможностью вращения от отдельного привода, шнековый узел выгрузки древесного неактивированного угля размещен в герметичном кожухе, охватывающем со стороны выходного торца первую реторту и со стороны входного торца вторую реторту, смонтированную в корпусе второй топки с возможностью вращения от отдельного привода, шнековый узел выгрузки древесного активированного угля размещен в кожухе, охватывающем со стороны выходного торца вторую реторту, причем полость герметичного кожуха шнекового узла выгрузки древесного неактивированного угля сообщена с полостью корпуса первой топки, полость кожуха шнекового узла выгрузки древесного активированного угля сообщена с полостью корпуса второй топки, а на входе во вторую реторту размещено устройство охлаждения и увлажнения древесного неактивированного угля, поступающего из первой реторты, а реторты выполнены с возможностью наклона их продольных осей для перемещения продукта в направлении выгрузки.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 показана схема установки для получения активированного угля в две стадии обработки древесного сырья.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается установка для получения древесного активированного угля (фиг.1), характеризующаяся наличием загрузочного бункера 1 со шнековым узлом 2 (с отдельным приводом 3) загрузки древесного сырья в полость горизонтально расположенной цилиндрической формы первой реторты 4 со стороны входного ее торца, шнековый узел 5 (с отдельным приводом 6) выгрузки древесного неактивированного угля из полости первой реторты через выходной ее торец и перемещения его в полость горизонтально расположенной цилиндрической
формы второй реторты 7 через со стороны ее входного торца, шнековый узел 8 (с отдельным приводом 9) выгрузки древесного активированного угля из полости второй реторты через выходной ее торец в направлении приемного бункера 10.
Загрузочный бункер 1 со шнековым узлом загрузки герметично охватывает со стороны входного торца первую реторту 4, смонтированную в корпусе 11 первой топки с возможностью вращения от отдельного привода 12.
Шнековый узел 5 выгрузки древесного неактивированного угля размещен в герметичном кожухе 13, охватывающем со стороны выходного торца первую реторту и со стороны входного торца вторую реторту, которая смонтирована в корпусе 14 второй топки с возможностью вращения от отдельного привода 15.
Шнековый узел 8 выгрузки древесного активированного угля размещен в кожухе 16, охватывающем со стороны выходного торца вторую реторту.
Полость герметичного кожуха 13 шнекового узла 5 выгрузки древесного неактивированного угля сообщена с полостью корпуса 11 первой топки через узел очистки 17 парогазовой смеси, полость кожуха 16 шнекового узла 8 выгрузки древесного активированного угля сообщена с полостью корпуса 14 второй топки через узел очистки 17 парогазовой смеси.
При этом на входе во вторую реторту размещено устройство 18 охлаждения и увлажнения древесного неактивированного угля, поступающего из первой реторты.
Реторты выполнены с возможностью наклона их продольных осей для перемещения продукта в направлении выгрузки при вращении реторт (обеспечение наклона реторт путем приподнимания входного торца над выходным).
Таким образом, установка состоит из двух последовательных, непрерывно вращающихся металлических реторт. Реторты представляют собой цилиндры, внутренние объемы которых изолированы от окружающей среды (кислорода воздуха).
Первая реторта, это реактор пиролизной установки, в котором из измельченного древесного сырья получается древесный (не активированный)
уголь. Под пиролизом, в данном случае, понимается процесс термического разложения древесины без доступа кислорода. Сырье в реактор установки поступает через шнековый загрузочный узел, который одновременно герметизирует входную часть реактора. Реактор помещен в топку, которая отапливается собственным пиролизным парогазом, выделяющимся из древесного сырья в процессе пиролиза. Режим горения пиролизного парогаза внутри печи специальным образом подбирается, чтобы создать вдоль реактора определенный температурный градиент. Реактор непрерывно вращается вдоль своей продольной оси, обеспечивая перемешивание сырья и его транспортировку к узлу выгрузки. Узел выгрузки, также как и узел загрузки, шнековой конструкции, который помимо функции герметизации, осуществляет охлаждение древесного угля до определенной температуры. Для точной настройки рабочего процесса пиролиза, установка имеет ряд регулируемых параметров (скорость вращения реактора, угол наклона его продольной оси, температурный режим и т.д.). Таким образом, данное устройство является пиролизной установкой непрерывного действия реакторного типа с наклонным расположением реактора. По сравнению с ныне существующими пиролизными установками для получения древесного угля (ДУ), она обладает рядом преимуществ:
- высокой удельной производительностью за счет увеличения скорости тепло- и массообмена;
- возможностью постоянного оперативного контроля качества получаемого ДУ;
- возможностью в широких пределах изменения параметров процесса пиролиза и их постоянного контроля с применением современных средств автоматики;
- получение практически однородного по качеству и составу ДУ;
- низкой долей ручного труда при обслуживании установки;
- высокой экологичностью процесса.
Вторая реторта, это реактор активатора древесного угля. По принципу действия активаторная установка аналогична пиролизной. Отличие состоит в технологических параметрах процесса. В общих чертах, процесс активации ДУ протекает при более высокой температуре, с применением агента активации (перегретого водяного пара, газа и т.д.). Процесс активации, также как и процесс пиролиза, происходит за счет тепловой энергии, выделяющейся при сжигании собственного парогаза, выделяющегося, в в данном случае, в процессе активации ДУ.
Таким образом, обе установки в технологическом плане, работают последовательно и представляют собой единое устройство, на вход которого поступает измельченное древесное сырье, а на выходе получается активированный древесный уголь с заданными свойствами.
Таким образом, использование предлагаемой установки для получения древесного активированного угля позволяет повысить его качество за счет разделения процессов, протекающих в установке, и повысить энергетическую эффективность процесса за счет использования тепла продуктов отхода.