АППАРАТ ДЛЯ ТЕРМООКИСЛЕНИЯ И КАРБОНИЗАЦИИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ
DEVICE FOR THERMAL OXIDATION AND CARBONIZATION OF CARBON-CONTAINING MATERIALS IN PRODUCTION OF ACTIVATED CARBON

Изобретение относится к аппаратурному оформлению термических стадий, в частности термоокисления и карбонизации, используемых при получении активных углей, имеющих различные размеры и форму частиц, для адсорбции из газовых и жидких сред.
Известна термическая печь для обработки углеродсодержащих материалов (патент РФ 2023966, опубл. 30.11.94), содержащая корпус, расположенную внутри него цилиндрическую реторту и огнеупорную теплоизоляцию, систему нагрева, загрузочное и разгрузочное устройства, патрубки для ввода и вывода газообразных реагентов, причем реторта выполнена с соотношением длины к диаметру 1:15-35, система нагрева выполнена в виде спиралей, горизонтально расположенных над и под ретортой, огнеупорная теплоизоляция над ретортой выполнена из термостойкого волокнистого материала, а патрубки для ввода газообразных реагентов введены внутрь реторты.
Существенным недостатком данной печи является ее низкая производительность, высокая энергоемкость и металлоемкость, которые не удовлетворяют современным требованиям термической обработки углеродсодержащих материалов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является "Термический модуль для получения углеродных сорбентов" по патенту RU 2092757 (опубл. 1995 г.), содержащий вращающиеся печи карбонизации и активации, технологически объединенные по материальным и газовым каналам в единый комплекс, включающий установленную у печи активации печь дожигания газов активации, соединенную с камерой выгрузки, а топка печи карбонизации выполнена отдельно стоящей и снабжена нагревательной камерой, в которой смонтирован рекуператор перегрева теплоносителя, соединенный с камерами ввода и отвода нагретого теплоносителя. Кроме того, топка соединена с камерой выгрузки печи карбонизации.
В известной конструкции печи карбонизации топка печи карбонизации выполнена автономной и снабжена нагревательной камерой, в которой смонтирован рекуператор перегрева теплоносителя. Таким образом, топка печи карбонизации является дополнительным объектом потери тепла и требует постоянного сжигания определенного количества топлива. Кроме того, печь не рассчитана на ведение процессов термоокисления углеродсодержащих материалов, содержащих значительное количество летучих веществ в своем составе.
Существенным недостатком указанного модуля также является значительная его энергоемкость и металлоемкость.
Предлагаемым изобретением решается задача создания удобного, экономичного, эффективного в использовании аппарата для термообработки углеродсодержащих материалов.
реторты
топки
Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением, является повышение качественных показателей получаемых активных углей (адсорбционных и прочностных свойств), полное использование тепла, образующегося за счет сжигания газов карбонизации, и использование топочных газов на обогрев внутренней продуктовой реторты с целью проведения термической обработки для удаления летучих веществ углеродсодержащего сырья - основы получения активного угля. Предлагаемый аппарат для термообработки углеродсодержащих материалов может быть использован для проведения процесса термоокисления и карбонизации и позволяет гибко переходить с одного режима на другой. Достижением является упрощение обслуживания аппарата за счет автоматически регулируемого температурного режима, а также за счет обогрева материала без контакта с теплоносителем через стенку внутренней продуктовой реторты, исключая процессы возгорания при подаче кислорода в реторту в интервале температур 300-350°C. Конструкция аппарата выполнена с соотношением V/V=24/17~1,4, что позволяет стабилизировать его работу и обеспечить максимальную производительность в сочетании с оптимальной температурой и скоростью движения в межтрубном пространстве топочных газов, образующихся при сжигании газов карбонизации (термоокисления).
реторты
топки
реторты
топки
Для достижения указанного технического результата в аппарате для термической обработки углеродсодержащих материалов, содержащем загрузочную камеру, вращающийся барабан с внутренней ретортой типа труба в трубе, топку с переходным каналом, выгрузочную камеру топки, причем топка включает переходной канал, соединенный с межтрубным пространством, в переходном канале размещено устройство для подачи воздуха, а соотношение объема внутренней реторты к объему топки определяют по формуле V/V=1:1,4, где V - объем внутренней реторты, V - объем топки.
реторты
топки
реторты
топки
Отличительными признаками предлагаемого аппарата от вышеуказанного наиболее близкого аналога являются возможность проведения в одном аппарате двух термических процессов, а именно термоокисления и карбонизации, и то, что топка включает переходной канал, соединенный с межтрубным пространством, а в переходном канале размещено устройство для подачи воздуха, соотношение объема внутренней реторты к объему топки определяют по формуле V/V=1:1,4, где V - объем внутренней реторты, V - объем топки.
Благодаря наличию этих признаков предлагаемый аппарат позволяет вести процессы термоокисления и карбонизации с получением высококачественного продукта. Эксплуатация аппарата в более щадящих режимах позволяет значительно увеличить межремонтный интервал и снизить затраты при капитальном ремонте.
На чертеже изображен предлагаемый аппарат для термической обработки углеродсодержащих материалов.
реторты
топки
реторты
топки
Аппарат для термической обработки углеродсодержащих материалов содержит загрузочную камеру 1, внутреннюю реторту 2, вращающийся барабан 3 на опорных катках, топку 4 с переходным каналом 5 и независимым источником для сжигания топлива - горелкой 6, выгрузочную камеру 7 топки. Внутренняя цилиндрическая реторта 2 расположена соосно с барабаном 3. Барабан 3 и внутренняя реторта 2 являются совместно вращающимися и имеют уклон к горизонтали в 2° в направлении движения продукта. Вращение аппарата осуществляется со скоростью 2 об/мин. Для проведения процесса термоокисления во внутреннюю реторту подается воздух через штуцер 8. Для обеспечения выхода газов термоокисления и карбонизации выгрузочная камера 7 сообщается с топочным пространством через проем 9. В загрузочной камере 1 имеется загрузочное устройство 10, выгрузочная камера 7 снабжена течкой для выгрузки продукта. Топка 4 имеет прямоугольное сечение, выложена изнутри кирпичом, установлена на основание и стыкуется с корпусом барабана сальниковым уплотнением. Соотношение объема внутренней реторты к объему топки определяют по формуле V/V=1:1,4, где V - объем внутренней реторты, V - объем топки.
Данное конструктивное выполнение позволяет стабилизировать работу аппарата для термической обработки углеродсодержащих материалов, обеспечить максимальную производительность, гибко переходить с одного режима на другой. В топке 4 имеется переходной канал 5, расположенный в ее нижней части. Переходной канал 5 имеет вход для топочных газов, по которому продукты сгорания поступают в межтрубное пространство 12 и обогревают внутреннюю реторту. В переходном канале 5 размещено устройство для подачи воздуха, который подается в переходной канал 5 для разбавления дымовых газов.
Разогрев аппарата производится за счет сжигания топлива в топке, куда оно подается через горелку 6. Для регулирования температуры в топку через форсунку 11 подается распыленная вода.
Образующиеся газы термоокисления и карбонизации направляются в топку 4, где сжигаются и далее направляются через переходный канал 5 в межтрубное пространство 12 для обогрева внутренней реторты и поддержания заданного температурного режима в аппарате.
Аппарат для термической обработки углеродсодержащих материалов снабжен штуцерами для подачи воздуха в реторту, на горение в топку, на разбавление топочных газов в переходном канале, а также на подачу топлива и воздуха на горелку и воды в топку для снижения температуры.
Воздух подается с помощью системы вентиляторов, а топливо и вода - через форсунки.
Аппарат для термической обработки углеродсодержащих материалов работает следующим образом.
Производится запуск аппарата в работу с использованием горелки 6. Исходный продукт через загрузочное устройство 10 поступает в загрузочную камеру 1, затем попадает во внутреннюю реторту 2, постепенно продвигается к полочной насадке реторты и далее за счет наклона и вращения барабана 3 к выгрузочной камере 7. В процессе прохождения продукта по реторте осуществляется его термообработка (термоокисление или карбонизация) с выделением газов (термоокисления или карбонизации). Газы движутся прямотоком с гранулами и отводятся в топку дожигания газов 4 через проем 9. Для проведения процесса термоокисления в реторту через штуцер 8 подается воздух. Термообработанный продукт из выгрузочной камеры по течке подается в охлаждающий барабан (не показан). Топка 4 поддерживает температурный режим в течение работы аппарата. Движение потоков в печи - противоток. Выделяющиеся из продукта газы термоокисления или карбонизации по внутренней реторте через проем 9 поступают в топку, где сжигаются, и полученные топочные газы противотоком через переходной канал 5 направляются в межтрубное пространство 12, при своем движении обогревая продукт до температуры, при которой выделяются газы термоокисления или карбонизации. Термическая обработка гранул проводится без контакта с теплоносителем во внутренней реторте 2 через ее стенку. При запуске аппарата горелка работает на полную мощность, а при разогретых топке и внутренней реторте подача топлива снижается до минимума. Процесс термоокисления протекает по известному механизму: воздействие высокой температуры с подачей воздуха на углеродсодержащий материал, процесс карбонизации протекает под воздействием высокой температуры без доступа воздуха. Для снижения температуры дымовых газов с 1100°C до 700°C в переходной канал 5 подается воздух. Для регулирования температурного режима в топке предусмотрен подвод распыленной воды через форсунку 11.
Заявляемый аппарат предоставляет возможность проведения термических процессов, а именно термоокисления и карбонизации, без контакта продукта с теплоносителем при более равномерном и медленном темпе нагрева продукта и обеспечения более щадящего режима эксплуатации аппарата. Температура в топке регулируется подачей воды из форсунок в топочное пространство, газы термоокисления и карбонизации охлаждаются разбавлением воздухом в переходном канале до необходимой температуры. Аппарат может работать в интервале температур от 300°C до 750°C, получаемый при этом карбонизованный продукт имеет высокие физико-механические характеристики и содержание летучих веществ в широком диапазоне, что, в свою очередь, позволит перерабатывать его в печах активации различной конструкции.