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 сушилка для термической обработки жидких суспензий, содержащая прямоугольный корпус, разделенный наклонной газонепроницаемой перегородкой на последовательно расположенные по ходу материала камеры, первая из которых выполнена с фонтанирующим слоем и тормозящими элементами, вихревой вертикальный сепаратор, снабженный в верхней и средней частях завихрителями, и устройство для ввода высушиваемого материала, причем сепаратор содержит дополнительный завихритель и трубопровод с питателем, а устройство для ввода высушиваемого материала расположено в нижней части сепаратора и выполнено в виде форсуночного распылителя, вокруг которого расположен дополнительный завихритель, стенка сепаратора в зоне размещения завихрителя в средней части выполнена перфорированной, а бункер сепаратора подключен к корпусу посредством трубопровода с питателем. (SU 1695089 А1, 30.11.91.).
Недостатком вышеуказанного технического решения является невозможность использования сушилки для изготовления древесного активного угля.
Известна установка для производства древесного угля, снабженная каналом для подачи пара в полость реторты, установленной по ее оси. Отверстия для выхода парогазов выполнены в нижней части реторты и
сообщены с печной камерой. (RU 2105032 С1, 20.02.1998.)
Недостатком известного технического решения являются необходимость периодической остановки и охлаждения печи для выгрузки реторты, отбора готовой продукции и загрузки очередной партии древесины, в результате чего имеются значительные потери тепла, а также значительные потери тепла за счет выброса горячих газов в атмосферу.
Известна также установка для производства древесного угля, состоящая из печной камеры с топочным устройством, над которым установлена реторта с отверстиями для выхода парогазов, расположенными в нижней части реторты и сообщенными с печной камерой, и канала для подачи пара в полость реторты. При этом она снабжена теплогенератором, реторта выполнена в виде трубы, проходящей через печную камеру, с загрузочным люком, устройством для подачи древесины, первой заслонкой перед входом в печную камеру, второй заслонкой и разгрузочным люком после выхода из печной камеры, в печной камере установлены направляющие переборки, разделяющие ее собственно на топочное пространство, камеру пиролиза и камеру дожигания, соединенную с теплогенератором, причем в камере дожигания установлено устройство для подачи воздуха. (RU 2180345 С2, 10.03.2002.)
Недостатком известного технического решения является низкий тепломассообмен, что повышает затраты топлива на получение топочных газов и снижает производительность аппарата.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является 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 ближайшего аналога 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 снижает, в конечном итоге, производительность установки.
В основе настоящей полезной модели лежит задача по устранению указанных недостатков и созданию такой установки, которая обеспечивает проведение высококвалифицированной сепарации и возможность изменения времени пребывания твердой фазы без изменения габаритов самой установки, что позволяет повысить ее производительность, интенсифицировать технологический процесс в целом и на каждой стадии в отдельности, повысить выход и качество готового продукта, снизить потери по твердой фазе.
Технический результат заключается в возможности использования на основных стадиях технологического процесса (сушки, пиролиза, активации) закрученных потоков, позволяющих осуществлять сепарацию двухфазного потока (газового и дисперсных частиц), и обеспечивать значительное ускорение процесса досушивания, завершения пиролиза частиц угля и их активирования.
Технический результат достигается тем, что известная 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 согласно настоящей полезной модели, 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.
Установка в конструкции аппаратов со встречными закручивающими потоками (АВЗП) позволяет осуществлять разделение двухфазных потоков между всеми основными стадиями технологического процесса, а также максимально осуществлять досушивание частиц после сушилки, завершать пиролиз частиц угля и активацию, что приводит к интенсификации
процесса получения активного угля, снижению времени на его получение, повышает выход и качество готового продукта.
Размещение питателей с трубопроводами в нижней части каждого аппарата со встречными закрученными потоками позволяет равномерно перемещать частицы твердой фракции из АВЗП предыдущей камеры в рабочую зону последующей камеры, а также предотвращать движение теплоносителя из последующей камеры в предыдущую.
Размещение инжектора между АВЗП пиролиза и камерой активации способствует максимальному засасыванию частиц для направления их в камеру активации.
Камера активации изготовлена из термостойкого неметаллического или металлического материала для выдерживания высоких температур внутри камеры.
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, при этом АВЗП 13-15 в своей нижней части оборудованы питателями 17 для перемещения материала из АВЗП предыдущей камеры в рабочую зону последующей камеры посредством трубопровода 18, а между АВЗП 14 пиролиза и камерой активации 4 установлен инжектор 19 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 20 в камеру сушки 2, где происходит удаление влаги из исходного сырья до 13...15% влажности.
Одновременно в эту камеру 2 по трубопроводу 21 подается подогретый электрокалорифером 22 атмосферный воздух. Сушка производится, главным образом, в режиме организованного пневмотранспорта в псевдоожиженном слое, который создается за счет работы шнека 12 и подачи в камеру 2 горячего теплоносителя. Подсушенный материал равномерно перемещается по переходному трубопроводу 6 посредством шнека 12 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 16 в аппарат со встречным закрученным потоком 13, где происходит досушивание частиц древесины и разделение двухфазного потока (твердые частицы - газ). В качестве
докручивающего потока в АВЗП 13 служит воздух, проходящий через электрокалорифер 22, где он нагревается до температуры примерно 280°С, и затем по трубопроводу 23 подается в АВЗП 13. Высушенные в АВЗП 13 частицы древесины подаются посредством питателя 17 в камеру пиролиза 3.
Воздух, покидая АВЗП 13, поднимается по центральной трубе 24. Рабочая среда в камере пиролиза 3 - углекислый газ. Он подается из баллонов 25 через электрокалорифер 26, где нагревается до температуры 600°С и затем подается по трубопроводу 27 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. Далее, более крупные частицы угля, не участвующие в режиме организованного пневмотранспорта и не проходящие через АВЗП 14, равномерно перемещаются шнеком 12 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 16 попадают в аппарат со встречным закрученным потоком 14 (АВЗП 14), где завершается процесс пиролиза частиц угля и происходит разделение двухфазного потока. В качестве докручивающего потока в АВЗП 14 служит углекислый газ, проходящий через электрокалорифер 26 и нагретый до температуры примерно 600°С. Газ подается в АВЗП 14 по трубопроводу 28. Движущиеся частицы угля опускаются по АВЗП 14, и посредством питателя 17 и инжектора 19, засасывающего угольные частицы, направляются по трубопроводу 18 в камеру активации 4. Рабочая среда в камере 4 - перегретый водяной пар. Водяной пар подается в камеру 4 из парогенератора 29 через пароперегреватель 30 по трубопроводу 31, 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 16 попадают в аппарат со встречным закрученным потоком 15 (АВЗП 15), где происходит доактивирование частиц угля и разделение двухфазного потока. Докручивающим потоком в АВЗП 15 является поток углекислого газа, проходящий через электрокалорифер 26 и нагретый до температуры 600°С, который подается в АВЗП 15 по трубопроводу 32. Далее, частицы активированного угля опускаются и посредством питателя 17 по трубопроводу 18 попадают в камеру охлаждения 5, где, проходя через змеевик холодильника 33, охлаждаются водой, температура которой составляет 6-20°С. Отработанная вода попадает в парогенератор 29, а охлажденный до 40°С активированный уголь поступает в бункер 34 готовой продукции.
Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает уменьшение времени пребывания частиц в камерах сушки, карбонизации и активации, что позволяет уменьшить габариты камер приблизительно в 2 раза, снизив, тем самым, затраты на их изготовление, и повысить производительность. Кроме того, за счет дополнительных процессов сушки, пиролиза, активации и высококвалифицированной сепарации повышается выход и качество готового продукта.
Установка успешно прошла опытно-промышленные испытания и подтвердила целесообразность ее использования, а проведение экспериментальных исследований позволило подобрать оптимальные методы и режимы получения активных древесных углей (ДАУ).