Способ и устройство для получения продуктов пиролиза угля
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING COAL PYROLYSIS PRODUCTS

Предлагаемые для патентования способ и устройство для получения продуктов пиролиза угля относятся к области высокотемпературной обработки углеродистых материалов и могут быть использованы для получения продуктов пиролиза угля при более равномерной и высокотемпературной обработке и однородности получаемого материала.
Известно описание изобретения из патента США №3684446, которое выбрано в качестве аналога для способа получения продукта пиролиза угля и для устройства.
Известный из описания изобретения патента США №3684446 способ получения продуктов пиролиза угля заключается в следующем:
- подают в зону термообработки кусковые, углеродистые фракции;
- проводят электроразрядный, высокотемпературный обжиг кусковых, углеродистых фракций, поступивших в зону термообработки;
- обеспечивают сгорание летучих продуктов, входящих в состав обжигаемых кусковых, углеродистых фракций;
- получают обожженные кусковые, углеродистые фракции;
- охлаждают обожженные кусковые, углеродистые фракции;
- получают продукт пиролиза угля.
Все вышеперечисленные признаки являются общими с предлагаемым способом получения продуктов пиролиза угля, для патентования.
Известное из описания изобретения патента США №3684446 устройство для получения продуктов пиролиза угля содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:
- рабочую камеру с многослойной теплоизолирующей футеровкой и внутренней поверхностью, выполненной из графита и/или угля, установленную на каркасной опоре (основании);
- свод (теплоизолирующая крышка), закрепленный на верхнем конце рабочей камеры, с газоходом для выхода газов из внутренней полости рабочей камеры;
- бункер для подачи кускового, углеродистого материала в зону термообработки рабочей камеры, закрепленный своим выходом в центральном отверстии свода;
- верхний, полый, самоспекающий электрод, расположенный внутри центрального отверстия свода и установленный своим верхним концом в электродержателе, закрепленным на соответствующем участке корпуса свода и подсоединяемый к одному из выводов источника переменного напряжения;
- нижний электрод, расположенный внутри нижнего участка рабочей камеры и подсоединяемый к другому из выводов трансформатора;
- холодильник, установленный на поверхности основания и подсоединенный своим выходом к внутренней полости рабочей камеры;
- емкость для сбора продуктов пиролиза угля, установленную на основании и расположенную своим входом над выходом системы разгрузки продуктов пиролиза;
- систему регулирования электрической мощности, необходимой для получения продуктов пиролиза угля.
Общими признаками предлагаемого к патентованию устройства для получения продуктов пиролиза угля и выше охарактеризованного аналогичного технического решения являются:
- рабочая камера с многослойной теплоизолирующей футеровкой, установленная на основании;
- теплоизолирующая крышка (свод), закрепленная на верхнем конце рабочей камеры, с газоходом для выхода газов из внутренней полости рабочей камеры;
- бункер для подачи кускового, углеродистого материала в зону термообработки рабочей камеры, закрепленный своим выходом в центральном отверстии свода;
- верхний электрод, расположенный внутри центрального отверстия в своде и установленный своим верхним концом в электродержателе, закрепленным на соответствующем участке корпуса свода и подсоединяемый к одному из выводов трансформатора;
- нижний электрод, расположенный внутри нижнего участка рабочей камеры и подсоединяемый к другому из выводов источника переменного напряжения;
- холодильник, установленный на поверхности основания и подсоединенный своим выходом к внутренней полости рабочей камеры;
- емкость для сбора продуктов пиролиза угля, установленная на основании и расположенная своим входом над выходом системы разгрузки продуктов пиролиза угля;
- система регулирования электрической мощности, необходимой для получения продуктов пиролиза.
Известно также описание изобретения из патента RU №2396498, которое выбрано в качестве ближайшего аналога, прототипа, как для способа получения продуктов пиролиза, так и для устройства.
Известный из прототипа способ получения продуктов пиролиза угля заключается в следующем:
- подают в зону термообработки кусковые, углеродистые фракции;
- проводят электроразрядный, высокотемпературный обжиг кусковых, углеродистых фракций, поступивших в зону термообработки;
- обеспечивают сгорание летучих продуктов, входящих в состав обжигаемых кусковых, угольных фракций;
- получают обожженные кусковые, углеродистые фракции;
- охлаждают обожженные кусковые, угольные фракции;
- получают продукты пиролиза угля в виде обожженных кусковых, угольных фракций.
Все вышеперечисленные признаки прототипа являются общими с предлагаемым для патентования способом получения продуктов пиролиза угля.
Известное из прототипа устройство для получения продуктов пиролиза угля содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:
- полую реторту, выполненную из графита и/или угля, с вертикально разделенной внутренней поверхностью на цилиндрический, конически-цилиндрический и цилиндрический участки, заключенную соосно с многослойной футеровкой в металлическом кожухе, вертикально установленным на теплоизолированных и электрозаземленных опорах, закрепленных своими концами на поверхности основания;
- теплоизолирующую крышку, установленную на верхнем конце полой реторты;
- бункер для подачи кусковых, углеродистых фракций во внутреннюю полость реторты (в зону термообработки), закрепленный своим входом в центральном отверстии теплоизолирующей крышки;
- верхний электрод, расположенный внутри центрального отверстия теплоизолирующей крышки, с зазором относительно боковых поверхностей центрального отверстия и установленный своим верхним концом в электродержателе, закрепленным на соответствующем участке внешней поверхности теплоизолирующей крышки;
- нижний электрод, выполненный в виде набора колец, закрепленных своими внешними поверхностями на соответствующих участках нижней внутренней поверхности полой реторты;
- источник переменного напряжения, закрепленный на основании и подсоединенный своим фазным проводом через первый управляемый ключ к соответствующему участку корпуса верхнего электрода и своим нулевым проводом через второй управляемый ключ к соответствующим участкам набора колец нижнего электрода;
- первый насос для удаления газов из внутренней полости верхнего участка полой реторты, установленный на основании и подсоединенный своим входом к соответствующему верхнему участку внутренней полости полой реторты, через отверстие, выполненное на соответствующем участке теплоизолирующей крышки, одним своим питающимся входом через третий управляемый ключ к фазному проводу и другим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения;
- второй насос, установленный на основании и подсоединенный своим входом к соответствующему участку внутренней полости полой реторты, через отверстие, выполненное в корпусе токоподвода высоковольтного переменного напряжения к соответствующим участкам набора колец нижнего электрода, одним своим питающимся входом через четвертый управляемый ключ к фазному проводу и другим своим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения;
- трубчатый холодильник, закрепленный на основании и расположенный своим выходом во внутренней полости нижнего участка полой реторты и подсоединенный одним своим питающимся входом через пятый управляемый ключ к фазному проводу и другим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения;
- емкость для готового продукта, установленная на основании и расположенная своим входом под соответствующим выходом системы разгрузки, закрепленной на соответствующем участке нижнего конца полой реторты;
- система управления, подсоединенная своим входом к выходу источников сигнала задания, своим первым выходом к управляющему входу первого управляемого ключа, своим вторым выходом к управляющему входу второго управляемого ключа, своим третьим выходом к управляющему входу третьего управляемого ключа, своим четвертым выходом к управляющему входу четвертого управляемого ключа и своим пятым выходом к управляющему входу пятого управляемого ключа.
Общими признаками предлагаемого устройства для получения продуктов пиролиза угля и прототипа являются все признаки прототипа, за исключением подключения входа второго насоса к отверстию, выполненном в корпусе токоподвода высоковольтного переменного напряжения к соответствующим участкам набора колец нижнего электрода.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из выше охарактеризованных технических решений, заключается в обеспечении более равномерной, высокотемпературной обработки кусковых, углеродистых фракций и однородности получаемого материала.
Причиной невозможного достижения вышеуказанного технического результата является то, что вопросам обеспечения более равномерной и высокотемпературной обработки кусковых, углеродистых фракций и однородности получаемого материала должного внимания не уделялось.
Учитывая характеристику и анализ известных технических решений можно сделать вывод, что задача создания аналогичных технических решений, обеспечивающих более равномерную и высокотемпературную обработку кусковых, углеродистых фракций и однородность получаемого материала, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, для способа получения продуктов пиролиза угля достигается тем, что в способе получения продуктов пиролиза угля, заключающемся в том, что подают в зону термообработки кусковые, углеродистые фракции, проводят электроразрядный, высокотемпературный обжиг кусковых, углеродистых фракций, обеспечивают горение летучих продуктов, входящих в состав обжигаемых кусковых, углеродистых фракций, получают обожженные кусковые, углеродистые фракции, охлаждают обожженные кусковые, углеродистые фракции и получают продукт пиролиза угля, при этом воздействуют на обожженные кусковые углеродистые фракции пароводяной смесью, создают на внешних поверхностях обожженных кусковых, углеродистых фракций самоспекающуюся оболочку и охлаждают кусковые, углеродистые фракции с созданной на внешних поверхностях кусковых, углеродистых фракций самоспекающейся оболочки.
Воздействие пароводяной смесью на обожженные кусковые, углеродистые фракции, создание на внешних поверхностях обожженных кусковых, углеродистых фракций самоспекающейся оболочки и охлаждение кусковых, углеродистых фракций с созданной на внешних поверхностях кусковых, углеродистых фракций самоспекающейся оболочки, как это указано выше, позволяют при подаче в зону термообработки кусковых, углеродистых фракций произвести электроразрядный высокотемпературный обжиг кусковых, углеродистых фракций и получить обожженные кусковые углеродистые фракции, а при воздействии на обожженные кусковые, углеродистые фракции пароводяной смесью обеспечить получение на внешних поверхностях обожженных кусковых, углеродистых фракций самоспекающейся оболочки, обеспечив тем самым не только равномерный и управляемый процесс высокотемпературной обработки кусковых, углеродистых фракций, но и при последующем охлаждении кусковых, углеродистых фракций с внешней самоспекающейся оболочкой, обеспечить однородность получаемого готового материала в виде продуктов пиролиза угля. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Технический результат, указанный выше, для предлагаемого к патентованию устройства для получения продуктов пиролиза угля, достигается тем, что устройство для получения продуктов пиролиза угля, содержащее полую реторту, выполненную из графита и/или угля, заключенную ссосно с многослойной футеровкой в металлическом кожухе, вертикально установленным на теплоизолированных и электрозаземленных опорах, закрепленных своими нижними концами на поверхности основания, теплоизолирующую крышку, установленную на верхнем конце полой реторты, бункер для подачи кусковых, углеродистых фракций в зону термообработки, закрепленный своим выходом в центральном отверстии теплоизолирующей крышки, верхний электрод, расположенный внутри центрального отверстия теплоизолирующей крышки и установленный своим верхним концом в электродержателе, закрепленном на соответствующем участке внешней поверхности теплоизолирующей крышки, нижний электрод, выполненный в виде набора колец, закрепленных своими внешними поверхностями на соответствующих участках нижней внутренней поверхности полой реторты, источник переменного напряжения, закрепленный на основании и подсоединенный своим фазным проводом через первый управляемый ключ к соответствующему участку корпуса верхнего электрода и своим нулевым проводом через второй управляемый ключ к соответствующим участкам набора колец нижнего электрода, первый насос для удаления газов из внутренней полости верхнего участка полой реторты, установленный на основании и подсоединенный своим входом к соответствующему верхнему участку внутренней полости полой реторты, до нижнего токоподвода, одним своим питающимся входом через третий управляемый ключ к фазному проводу и другим своим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения, второй насос, подсоединенный одним своим питающимся входом через четвертый управляемый ключ к фазному проводу и другим своим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения, трубчатый холодильник, закрепленный на основании и расположенный своим выходом во внутренней полости нижнего участка полой реторты и подсоединенный одним своим питающимся входом через пятый управляемый ключ к фазному проводу и другим своим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения, емкость для готового продукта, установленная на основании и расположенная своим входом под соответствующим выходом системы разгрузки, закрепленной на соответствующем участке нижнего конца полой реторты и систему управления, подсоединенную своим входом к выходу источника сигналов задания, своим первых выходом к управляющему входу первого управляемого ключа, своим вторым выходом к управляющему входу второго управляемого ключа, своим третьим выходом к управляющему входу третьего управляемого ключа, своим четвертым выходом к управляющему входу четвертого управляемого ключа и своим пятым выходом к управляющему входу пятого управляемого ключа, снабжено парогенератором, установленным на основании и подсоединенным своим выходом к внутренней полости нижнего участка полой реторты, одним своим питающимся входом через шестой управляемый ключ к фазному проводу и другим своим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения, при этом вход второго насоса подсоединен к соответствующему нижнему участку внутренней полости полой реторты.
Введение парогенератора, его расположение и подсоединение и подсоединение и расположение второго насоса, как это указано выше, позволяют при подаче в зону термообработки кусковых, углеродистых фракций произвести высокотемпературный обжиг кусковых, углеродистых фракций с одновременным удалением из внутренней полости верхнего участка полой реторты, полученных при этом газов и продуктов сгорания, и получить обожженные кусковые, углеродистые фракции, воздействуя на которые пароводяной смесью, обеспечить получение на поверхностях обожженных кусковых, углеродистых фракций развитой поверхности, а при последующем охлаждении кусковых, углеродистых фракций с развитой поверхностью и с одновременным удалением из внутренней полости нижнего участка полой реторты газов и продуктов сгорания, обеспечить равномерный управляемый процесс высокотемпературной обработки кусковых, углеродистых фракций и однородность получаемого готового материала в виде продуктов пиролиза угля.
В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Проведенный анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности существенных признаков, предлагаемых к патентованию технических решений, так и отличительных признаков, что позволило сделать вывод о соответствии предлагаемых технических решений к патентованию критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Техническая сущность предлагаемого способа получения продуктов пиролиза заключается в следующем:
- подают в зону термообработки кусковые, углеродистые фракции;
- проводят электроразрядный, высокотемпературный обжиг кусковых, углеродистых фракций, поступивших в зону термообработки;
- обеспечивают удаление летучих продуктов, входящих в состав обжигаемых кусковых, углеродистых фракций;
- получают обожженные кусковые, углеродистые фракции;
- воздействуют на обожженные кусковые, углеродистые фракции пароводяной смесью;
- создают на поверхностях обожженных кусковых, углеродистых фракций развитую поверхность;
- охлаждают обожженные кусковые, углеродистые фракции с созданной на поверхностях кусковых, углеродистых фракций развитой поверхности;
- получают продукты пиролиза угля в виде обожженных кусковых, углеродистых фракций с развитой поверхностью.
Предлагаемое устройство для получения продуктов пиролиза угля поясняется нижеследующим описанием и чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства для получения продуктов пиролиза угля, которая содержит:
- полую реторту - 1, выполненную из графита, заключенную ссосно с многослойной футеровкой - 2 в металлическом кожухе - 3, вертикально установленным на теплоизолированных и электрозаземленных опорах - 4,5,6,7, закрепленных своими нижними концами на основании - 8;
- теплоизолирующую крышку - 9, установленную на верхнем конце полой реторты - 1;
- бункер - 10 для подачи кусковых, углеродистых фракций во внутреннюю полость полой реторты - 1, закрепленный своим выходом в центральном отверстии теплоизолирующей крышки - 9;
- верхний электрод - 11, расположенный внутри центрального отверстия теплоизолирующей крышки - 9, с зазором относительно внутренних боковых поверхностей центрального отверстия и установленный своим верхним концом в электродержателе - 12, закрепленном на соответствующем участке внешней поверхности теплоизолирующей крышки - 9;
- нижний электрод, выполненный в виде набора колец - 13,14, закрепленных своими внешними поверхностями на соответствующих участках нижней внутренней поверхности полой реторты - 1;
- источник - 15 переменного напряжения, закрепленный на основании - 8 и подсоединенный своим фазным проводом через первый управляемый ключ - 16 к соответствующему участку корпуса верхнего электрода - 11 и своим нулевым проводом через второй управляемый ключ - 17 к соответствующим участкам набора колец - 13,14 нижнего электрода;
- первый насос - 18 для удаления газов из внутренней полости верхнего участка полой реторты - 1, установленный на основании - 8 и подсоединенный своим входом к соответствующему верхнему участку внутренней полости полой реторты - 1, одним питающимся входом через третий управляемый ключ - 19 к фазному проводу и другим своим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения;
- трубчатый холодильник - 20, закрепленный на основании - 8 и расположенный своим выходом во внутренней полости нижнего участка полой реторты - 1 и подсоединенный одним своим питающимся входом через четвертый управляемый ключ - 21 к фазному проводу и другим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения;
- второй насос - 22 для удаления газа из внутренней полости нижнего участка полой реторты - 1, установленный на основании - 8 и подсоединенный своим входом к соответствующему нижнему участку внутренней полости полой реторты - 1, одним своим питающимся входом через пятый управляемый ключ - 23 к фазному проводу и другим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения;
- парогенератор - 24, установленный на основании - 8 и подсоединенный своим выходом к внутренней полости нижнего участка полой реторты - 1, одним своим питающимся входом через шестой управляемый ключ - 25 к фазному проводу и другим своим питающимся входом к нулевому проводу сети переменного напряжения;
- емкость - 26 для готового продукта, установленная на основании и расположенная своим входом под соответствующим выходом системы - 27 разгрузки, закрепленной на соответствующем участке нижнего конца полой реторты - 1;
- система управления, выполненная в виде контроллера - 28, подсоединенного своим входом к выходу источника - 29 сигналов задания, своим первых выходом к управляющему входу первого управляемого ключа - 16, своим вторым выходом к управляющему входу второго управляемого ключа - 17, своим третьим выходом к управляющему входу третьего управляемого ключа - 19, своим четвертым выходом к управляющему входу четвертого управляемого ключа - 21, своим пятым выходом к управляющему входу пятого управляемого ключа - 23 и своим шестым выходом к управляющему входу шестого управляемого ключа - 25.
При этом в качестве контроллера - 28 может быть использован контроллер компании «Fastwel», представленный на сайте «Fastwel.ru».
Практический способ получения продуктов пиролиза угля можно пояснить, рассмотрев работу устройства для получения продуктов пиролиза угля.
Используя источник - 29 сигналов задания, обеспечивают подачу управляющих сигналов на управляемые ключи - 16,17,18,21,23 и 25, которые срабатывают и обеспечивают готовность к работе устройства для получения продуктов пиролиза угля.
Через бункер - 10 обеспечивают подачу кусковых, углеродистых фракций во внутреннюю полость верхнего участка полой реторты - 1.
По мере прохождения кусковых, углеродистых фракций внутри полой реторты - 1, кусковые, углеродистые фракции подвергаются электроразрядной, высокотемпературной обработке (пиролизу), при которой в кусковых, углеродистых фракциях удаляются летучие продукты и появляются различные виды газов, часть которых через первый насос -18 удаляется из внутренней полости верхнего участка полой реторты - 1 в окружающее пространство.
Обожженные кусковые, углеродистые фракции поступают в зону действия парогенератора - 24, где они подвергаются пароводяному воздействию и на обожженных кусковых, углеродистых фракциях образуется самоспекающаяся оболочка.
Одновременно с этим из внутренней полости нижнего участка полой реторты - 1 через второй насос - 24 также удаляются различные виды газов в окружающее пространство.
Поступившие обожженные кусковые, углеродистые фракции в область нижнего участка полой реторты - 1 подвергаются охлаждению низкой температурой, поступающей с выхода холодильника - 20, охлаждаются и поступают в виде продуктов пиролиза в емкость - 26 для готового продукта и используются затем по своему назначению.
Таким образом, предлагаемые способы устройство для получения продуктов пиролиза угля за счет электроразрядной, высокотемпературной обработки и воздействия пароводяной смесью на обожженные кусковые, углеродистые фракции, обеспечивают более равномерный процесс обработки кусковых, углеродистых фракций и однородность получаемой продукции.
Проведенные сравнительные испытания предлагаемого продукта пиролиза угля и продукта, получаемого в соответствии с технологией, охарактеризованной в патенте RU №2396498, показали (см. нижеприведенную таблицу), что по своим техническим показателям полученный продукт по технологии патента RU №2396498 значительно уступает продукту пиролиза угля, полученному в соответствии с предлагаемым способом и устройством для патентования, поэтому предлагаемые для патентования способ и устройство для получения продуктов пиролиза угля займут достойное место среди известных объектов аналогичного назначения.