Устройство для высокотемпературной обработки углеродных материалов

 

Изобретение относится к устройствам для высокотемпературной обработки углеродных материалов и может быть использовано в химической промьшшенности. Устройство включает корпус, футерованный огнеупорным материалом , торцовые крьшки, являющиеся электродами, к которым подсоединен узел подачи электроэнергии, механический привод. Внутри корпуса расположена камера нагрева, снабженная узлами загрузки и выгрузки материала и сообщающаяся равномерно расположенными по окружности камеры отверстиями с газовЬ1м коллектором, который снабжен распределительным устройством и эжектором. Газовьш коллектор выполнен Б виде полости, по периферии камеры разделительной диафрагмой распределительного устройства. Внутренний слой электродов выполнен из графита и с концентрически расположен-- ными отверстиями и имеет шероховатую поверхность, контактирующую с углеродным материалом при средней высоте и шаге неровности профиля шероховатости , равных среднему линейному размеру частиц обрабатываемого материала . Средний слой электродов выполнен из теплоизолирующего материала, наружный слой - из металла. Устройство обеспечивает однородные физикохимические свойства материала: разброс значений, например, по удельному электросопротивлению, насыпной плотности и удельной адсорбционной поверхности не превьтает +10%. Удельные затраты электроэнергии при этом составляют 3, 2-5 , 6 кВт-ч/кг, время обработки 1-3,5 ч. Разброс физико-химических характеристик по прототипу ±20%, удельные затраты электроэнергии 17,5 кВтVч/кг, время обработки 8 ч. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. s (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU, 421691 ц11 4 С 01 В 3 t /02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4007563/23-26 (22) 06.01.86 (46) 07.09.88. Бюл. М 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода (72) В.Н.Аникеев, Г.В.Плаксин, Е.M.ÏðoñòîñåðäîB, Г.В.Сажин, Ю.В.Суровикин, Л.Г.Туренко и В.M.ßêèìóê (53) 66 1.666.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 784153, кл. С 01 В 31/02, 1978.

Патент США Ф 2710280, кл. 201-19, 1955. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к устройствам для высокотемпературной обработки углеродных материалов и может быть использовано в химической промышленности. Устройство включает корпус, футерованный огнеупорным материалом, торцовые крьппки, являющиеся электродами, к которым подсоединен узел подачи электроэнергии, механический привод. Внутри корпуса расположена камера нагрева, снабженная узлами загрузки и выгрузки материала и сообщающаяся равномерно расположенными по окружности камеры отверстиями с газовым коллектором, который снабжен распределительным устройством и эжектором. Газовый коллектор выполнен в виде полости, по периферии камеры разделительной диафрагмой распределительного устройства. Внутренний слой электродов выполнен из графита и с концентрически расположенными отверстиями и имеет шероховатую поверхность, контактирующую с углеродным материалом при средней высоте и шаге неровности профиля шероховатости, равных среднему линейному размеру частиц обрабатываемого материала. Средний слой электродов выполнен из теплоизолирующего материала, наружный слой — из металла. Устройство обеспечивает однородные физикохимические свойства материала: разброс значений, например, по удельному электросопротивлению, насыпнои плотности и удельной адсорбционной поверхности не превьппает +10% Удельные затраты электроэнергии при этом составляют 3,2-5,6 кВт ч/кг, время обработки 1-3 5 ч, Разброс физико-химических характеристик по прототипу

+20%, удельные затраты электроэнергии

17 5 кВт ч/кг, время обработки 8 ч.

1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устоойст6ам углеродного производства, а именно к устройствам для высокотемпературной обработки углеродных материалов газообразными углеродами, кислородсодержащими и инертными газами и может быть использовано в химической промьппленности.

Целью изобретения является повы- 10 пение однородности углеродного материала по физико-химическим свойствам, снижение энергозатрат и длительности высокотемпературной обработки этого материала. 15

На фиг. 1 показана схема устройг..òíà, вертикальный разрез; на фиг. 2— сечение А-А, на фиг. 1; на фиг. 3 .ариант исполнения электрода; на сдвиг. 4 — сечение Б-Б на фиг. 3, 2Q

Устройство цля высокотемператур ной обработки углеродных материалов .одержит корпус 1, футерованный .огнеупорным материалом 2, торцовые крышки 3, являющиеся электродами, к которым подсоединен узел 4 подачи электроэнергии, механический привод

5. Внутри корпуса 1 расположена камера 6 нагрева, снабженная узлами 7 загрузки и выгрузки материала и сооб- 30 щающаяся равномерно расположенными по окружности камеры отверстиями 8 с газовым коллектором 9,, который снабжен распределительным устройст-. вом. 10 и эжектором 11. Газовый кол- 35 лектор 9 выполнен в виде полости по периферии камеры 6, разделительной диафрагмой 12 распределительного устройства 10.

В варианте исполнения электродов 40

3 (фиг. 3) на их внутренней поверхности концентрически расположены отверстия 13. Внутренний слой электродов 14 выполнен из графита, промежуточный слой 15 — из теплоизолирующего материала, а наружный слой 16 из металла.

Корпус 1 камеры выполняют из металла, а в качестве футеровки 2 может быть использован огнеупорный материал 0 с температурной стойкостью 15001600 С.

Устройство работает следующим образом.

Гранулированный углеродный матеi,"Haë через узел 7 загрузки поступает в камеру 6 нагрева. Камера приводится во вращение с углов скоростью

4 рад/мин посредством механического привода 5. На электроды 3 через узел

4 подачи электроэнергии подают переменное напряжение и устанавливают требуемую величину тока. Углеродный материал разогревают до необходимой температуры, после чего через отверстия 8 в футеровке 2 посредством газового коллектора 9 с распределитель" ным устройством 10 под слой углеродI ного материала подают реакционный газ. Газообразные продукты реакции отводят из камеры 6 нагрева через отверстия 8, расположенные над слоем углеродного материала, По достижении требуемых свойств углеродного материала в процессе термообработки сажи, например в инерт.ной среде, газификации материала водяным паром или уплотнения гранулированного углеродного материала от-. ключают подачу электроэнергии через узел 4 подачи электроэнергии, для охлаждения углеродного материала поц его слой через отверстия 8, распределительное устройство 10 и газовый коллектор 9 подают инертный газ.

После охлаждения углеродного материала до 60 С прекращают подачу инертного газа, останавливают барабан посредством механического привода 5 и через узел 7 выгрузки удаляют углеродный материал из реактора.

Выполнение газового коллектора по окружности камеры нагрева, соединение его с камерой равномерно расположенными отверстиями обеспечивают подачу газообразных агентов под слой углеродного материала, а удаление газообразных продуктов реакции через отверстия, расположенные над слоем углеродного материала, Посредством распределительного устройства газообразные агенты подают через каналы коллектора, расположенные под слоем углеродного материала с учетом его естественного угла откоса и после прохождения через слой углеродного материала удаляют с помощью распределительного устройства через каналы коллектора, расположенные над слоем углеродного материала. Это позволяет равномерно распределить газообразные агенты в слое углеродного материала, что увеличивает скорость реагирования и улучшает однородность обработки углеродного материала.

Многослойное выполнение электро-. дов исключает точечные. перегревы

14216 материала. Выполнение внутреннего слоя из графита приводит к снижению перегрева обрабатываемого материала в зоне контакта, а наружный слой из .5 металла позволяет упростить конструк- цию и снизить температуру стенки реактора. При этом внутренний слой электродов выполнен шероховатым в виде рифления, накатки, сверловки, арозионной обработки, штамповки. Соответствие шероховатости графитового слоя среднему линейному размеру частиц обрабатываемого материала обеспечивает многоточечный или поверхностный контакт частиц с электродом.

Внутренний слой может быть перфо-! рированным, т.е. иметь сквозные отверстия. Такое его исполнение позволяет частицам материала контактиро- 20 вать одновременно с двумя разнородными слоями электрода, что изменяет работу выхода электронов в переходном слое и снижает контактное переходное сопротивление. 25

Однородность характеризуется разбросом значений при измерении основных свойств полученного образца углеродного материала: удельного объемного электросопротивления, удель-30 ной адсорбционной поверхности, удельной внешней поверхности и насыпной плотности.

Пример 1. Реактор с внутренним диаметром реакционной камеры

0,4 м и длиной 0,23 м имеет многослойные торцовые электроды. Наружный слой выполнен металлическим в виде торцовых крышек. Внутренний слой выполнен из графита с шероховатой по- 4g верхностью, имеющей высоту и шаг неровностей профиля шероховатости 1—

2 мм. Между наружным и внутренним слоями имеется теплоизоляционный слой, представляющий собой полость, 45 . засыпанную термостойким теплоизоляционным,материалом — сажей.

В реакционную камеру загружают

3 кг (10 л) гранулированной с солями бора сажи П324 с размером гранул 1 в . 60

2 мм и приводят его во вращение со скоростью 4 рад/мин. На электроды подают переменное напряжение 48 В.

В течение 0,5 ч сажа разогревается до 2000ОС, после чего при этой температуре ее термообрабатывают в течение 0 5 ч. Средняя величина силы тока 200 Л, динамическое контактное сопротивление образца 0,02 Ом, со91

4 противление сажи 0,22 Ом, а полное сопротивление образца сажи О,?4 Ом, что значительно меньше, чем у известного устройства. По окончании термообработки отключают электроэнергию и в камеру реакции подают инертный газ, в среде которого охлаждают сажу

О до 60 С. Затем прекращают подачу инертного газа и через узел выгрузки упаляют сажу из реактора.

После термообработки сажа имеет рН 10,5, удельное объмное электросопротивление 1,0 10 Ом м, разброс значений которого составляет 57..

Затраченная мощность П-I t = 48х200х х1 = 9,6 кВт ч, а удельные энергозатраты 3,2 кВт ч/кг.

Повышение качества получаемой сажи проявляется при использовании ее в рецептуре стандартных резиновых смесей: 40 мас.ч. сажи ыа 100 мас.ч. каучука СИЧС-ЗОАРК. Удельное объемное электросопротивление резин, наполненных сажей, обработанной в предлагаемом устройстве, составляет

0,07 Ом.м, а резин, наполненных сажей, получаемой по известному способу, составляет 5 Ом м.

Пример 2. В реактор по примеру ? загружают 5 л (1,75 кг) сажи

П514 с размером гранул 1-2 мм и насыпной плотностью 0 350 г/см . На электроды подают переменное напряжеО ние 60 В и разогревают сажу до 900 С в течение 0,25 ч. Через коллектор посредством распределительного устройства под слой. сажи подают пропанбутановую смесь с расходом 1,5 кг/ч. В результате термического разложения газообразных углеводородов и после

3 ч обработки при 900 С углеродный материал уплотняется и имеет насыпную плотность 0,8 г/смз и удельную поверхность 16 м /г. Разброс значений насыпной плотности составляет

10, что говорит о хорошей однородности получаемого продукта по сравнению с прототипом.

Масса образца после термообработки составляет 4 кг. Затраченная электроэнергия U.I.t =- 60х100х3,25

19,5 кВт ч, а удельные энергозатраты 4,875 кВт ч/кг, что значительно меньше по сравнению с прототипом.

Пример 3. В реактор по примеру 2 загружают 5 л (4, 5 кг) углеродного материала с размером гранул t-2 мм, имеющего насыпную плотность, 1421691

;i,85 г/см и удельную адсорбционную поверхность 18 м /г. На электроды подают переменное напряжение 39 В, -..ила тока при этом составляет 200 А.

В 5/6 ч углеродный материал о разогревается до 1000 С.

Через коллектор и распределительлое устройство под слой углеродного материала подают водяной пар с рас ходом 1 2 кг/ч в течение 4 ч. При этом происходит газификация углеродного материала водяным паром при

1000 С, приводящая к увеличению его пористости и удельной адсорбционной поверхности до 210 м /г, а также ,меньшению насыпной плотности до

3,.65 г/см . Разброс =íà÷åíèé насыпЬй плотности составляет 10%.

Пример 4 (сравнительный, 20

K прототипу). В реактор с внут" енним диаметром камеры нагрева 0,4 м и" длиной 0,23 м, в торцовых крышках

-;оторой равномерно расположены по 8 графитовых электродов, загружают 2Я

3 кг (10 л) гранулированной с солями бора сажи П324. Реактор приводится во вращение с угловой скоростью

4 рад/мин. На электроды подают переменное напряжение 93 В. В течение 80

30 мин сажа разогрева=;"".я до 2000 С.

Сажу термообрабатывают =- течение

30 мин при 2000 С. Среднее значение силы тока составляет 200 A. После этого отключают электроэнергию и в камеру нагрева подают инертный газ, в среде которого сажу охлаждают до

60 С. Затем прекращают продувку инертнйм газом и через узел выгрузки удаляют сажу. 40

Полученная, сажа имеет рН 10,2, удельное объемное электросопротивлеиие 1,5х10 Ом м, разброс значений которого составляет 50Х. При этом динамическое контактное сопротивле- 45 ние образца равно О,?460 м, сопротивление сажи 0,22 Ом, а полное сопротивление образца 0,466 Ом.

Мощность, затраченная на разогрев и термообработку, составляет U.I.t = 5О

93х200х1 = 18,6 кВт ч, а удельные энергозатраты на 1 кг сажи 6,2 кВт ч/кг.

По прототипу время, необходимое для получения угл"родного материала с насыпной плотностью 965 г/см и удельной адсорбционной поверхностью

200 м /r, составляет 8 ч при разогреве 1 ч 30 мин. При этом затраченная электроэнергия составляет 30х200х х9,5 = 57 кйт ч, а удельные энергозатраты 5733,25 = 17,5 кВтч/кг.

Предлагаемое устройство имеет более широкие функциональные возможности: позволяет увеличить температуру термообработки до 2000 С и осуществить этот процесс в среде различных газов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Устройство для высокотемпературной обработки .углеродных материалов, включающее цилиндрическую футерованную камеру нагрева, расположенные по торцам камеры, содержащие графит электроды, газовый коллектор, узел загрузки и выгрузки материала, узел подвода электроэнергии, механизм привода камеры нагрева во вращение, о т л и ч а ю щ е е с я тем, =то, с целью повышения однородности -.атериала по физико-химическим свойтвам, снижения энергозатрат и длительности обработки, газовый коллектор выполнен в виде полости по окружности камеры нагрева, соединенной с камерой равномерно расположенными отверстиями, и снабжен разделительной диафрагмой распределительного устройства, а электродами являются торцовые крышки камеры, выполненные трехслойными, и включают внутренний слой из графита с шероховатой поверхностью, контактирующей с углеродным материалом, промежутдчный теплоизоляционный слой и наружный металличес— кий слои.

2. Устройство по п, 1, о т л ич а K) щ е е с я тем, что графитовый слой электродов имеет среднюю высоту и шаг неровности профиля шероховатости, равные среднему линейному размеру частиц обрабатываемого углеродного материала, и выполнен сетчатым.

1421691

Раг. 2

1421691

Составитель П.Романцева

Техред М.Дидык Коррректор В.Бутяга

Редактор Н.Гунько

Заказ 4383/21

Тираж 446 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР пс делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-поли фическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4