Печь для термической обработки углеродсодержащих материалов

 

Использование: в производстве активных углей для термической обработки материалов в электроугольной, золотоизвлекательной, строительной и других отраслях промышленности, а также для реактивации отработанных углеродных сорбентов. Сущность изобретения: печь представляет собой корпус, внутри которого расположена цилиндрическая реторта, и содержит нагревательные элементы, огнеупорную теплоизоляцию, устройства для загрузки и выгрузки, а также патрубки для ввода газообразных реагентов и перемешивающее устройство, которое выполнено в виде пластин, равномерно расположенных по длине реторты под углом 45 - 60^o, причем нагревательные элементы выполнены в виде газовых горелок, установленных внутри корпуса по длине реторты, на расстоянии от нее, равном 0,2 - 0,4 ее диаметра. Печь позволяет снизить энергозатраты, а также повысить выход и качество получаемых продуктов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области производства активных углей и может быть использовано для термической обработки материалов в электроугольной, графитовой, строительной и других отраслях промышленности, а также для реактивации отработанных углеродных сорбитов.

Известна термическая печь для обработки углеродсодержащих материалов, включающая корпус, расположенную внутри него цилиндрическую реторту, нагревательные элементы, огнеупорную изоляцию и патрубки для входа газообразных реагентов, причем внутри футеровки дополнительно установлен патрубок подогрева газообразного реагента [1].

Высокая металлоемкость и низкая производительность процесса активации не удовлетворяет современным требованиям термической обработки углеродсодержащих материалов.

Прототипом является устройство [2], которое содержит заключенный в кожух вращающийся барабан с проницаемыми стенками, а также загрузочное и разгрузочное течки. Для повышения интенсификации тепломассообмена на стенках барабана установлены перфорированные лопатки в сторону вращения барабана с наклоном на расстоянии одна от другой t ≅ b·cosα , где b -ширина лопаток, α - угол наклона лопаток.

Проницаемые стенки вращающегося барабана продуваются в поперечном направлении теплоносителем, однако такая продувка материала в процессе подъема и пересыпания поперечно оси барабана не может обеспечить прогрев равномерно по длине материала, а это отрицательно сказывается на получение требуемых характеристик получаемого продукта. В частности при термической обработке углеродсодержащих материалов данное обстоятельство может привести к ухудшению адсорбционной емкости материала. Кроме того, продувка без осуществления равномерного прогрева по длине является экономически невыгодным процессом и нецелесообразным при больших объемах обработки.

Задачей изобретения является повышение эффективности процессов термообработки, улучшение свойств получаемого продукта, в частности адсорбционных при термообработке углеродсодержащих материалов, снижение энергоемкости и повышение надежности работы устройства. Решение задачи достигается за счет того, что нагревательное устройство в печи для термообработки углеродсодержащих материалов, которая содержит корпус с огнеупорной теплоизоляцией, расположенную внутри него цилиндрическую реторту, загрузочное и разгрузочное устройства, а также перемешивающее устройство, расположенное внутри реторты, выполнено в виде газовых горелок, расположенных внутри корпуса на расстоянии от нее, равном 0,2 - 0,4 ее диаметра, и подводящий патрубок предназначен для подачи газового реагента. Пластины перемешивающего устройства, установленные под углом, имеют отличительную особенность в том, что равномерно расположены по длине реторта и угол наклона их составляет 45 - 60^o.

Указанное выполнение нагревательного устройства и новое расположение пластин перемешивающего устройства позволяет обеспечить равномерный прогрев материала по длине реторты и тем самым повысить эффективность процесса термообработки, в частности, углеродсожержащих материалов, при котором активирование углерода, т.е. формирование микро-мезопористой структуры по реакциям C + CO₂ ---> 2 CO C₂ + 2 H₂O ---> H₂ + O₂ происходит с обеспечением хорошего контакта активирующих агентов (H₂ + CO₂) с частицами твердого материала.

Предложенная конструкция характеризуется снижением теплозатрат, отсутствием местных перегревов, четкостью регулирования температуры, равномерностью и высокой скоростью обработки материала, что является техническим результатом.

На фиг. 1 приведена постоянная печь, общий вид; на фиг. 2 - перемешивающее устройство разрез по А-А.

Предложенная печь содержит корпус 1, установленный на опорах 2, расположенную внутри корпуса цилиндрическую реторту 3, снабженную перемешивающим устройством 4, выполненным в виде пластин, равномерно расположенных по длине реторты под углом α = 45 - 60^o, нагревательное устройство 5, выполненное в виде газовых горелок, установленных внутри корпуса по длине реторты, т.е. на расстоянии H₁ от нее, равном 0,2 - 0,4 ее диаметра, огнеупорную теплоизоляцию 6, загрузочное устройство 7 для подачи исходного углеродсодержащего материала и устройство выгрузки 8, патрубок 9 для ввода диоксида углерода, патрубок 10 для ввода перегретого водяного пара.

Конструкция установлена на подвижной раме 11 и неподвижной раме 12. Редуктор 13 служит для приведения во вращение реторты 3 с помощью электродвигателя (не показан), а шнек - питатель 14 - для подачи материала в печь.

Печь работает следующим образом.

С помощью электромотора и через редуктор 13 реторта 3 приводится во вращение и вращается на роликовых опорах 2. Затем в горелки 5 подается газ и воздух, смесь поджигается. Горючая смесь подается в количестве, обеспечивающем нагрев реторты до температуры 850 ± 50^oC.

В трубу подается конденсат или дистиллированная вода (при расходе 8 - 10 л/ч), которые нагреваются и превращаются в пар, который через патрубок 10 поступает внутрь реторты.

Процесс термообработки можно вести с окислительной средой как смесью водяного пара и диоксида углерода, так и в среде одного из них.

После вывода печи на температурный режим и установления расхода газообразных реагентов через загрузочное устройство 7 внутрь реторты 3 шнековым питателем 14 подается обрабатываемый зерненный углерод, содержащий материал (косточка плодовых деревьев, каменный уголь, полукокс, древесина и др.) при расходе 5 - 20 кг/ч.

Проходя по реторте 3, за счет естественного пересыпания углеродсодержащий материал попадает в пространство, образованное поверхностью реторты и поверхностью пластины перемешивающего устройства 4 и поднимается кверху.

Доходя до верхней части реторты 3 материал, разрыхляясь падает вниз, образуя как бы "кипящий слой". При этом каждая частица взаимодействует с окисляющими агентами H₂O и C₂O и через устройство выгрузки 8 направляется на охлаждение, после чего продукт затаривается.

Неподвижная рама 12 и подвижная рама 11 путем регулирования опорами 2 обеспечивают угол наклона реторты 2 - 5^o. Газообразные продукта реакции удаляются через устройство 8 с помощью вентилятора (не показан).

Теплоизоляция 6 обеспечивает поддержание высокой температуры внутри реторты.

В результате многочисленных экспериментов при обработке конструкции показано, что задача изобретения решается эффективным образом за счет нового выполнения нагревательного устройства, элементами которого являются газовые горелки, расположенные внутри корпуса по длине реторты на расстоянии от нее, равном 0,2 - 0,4 ее диаметра. Расчеты и эксперименты по выбору нагревательных элементов показали, что применение газовых горелок, установленных указанным образом обеспечивает снижение энергетических затрат на производство продуктов на 30 - 40%, также способствует повышению объема микропор и выходов углей (за счет исключения местных перегревов).

Что касается особенностей расположения пластин, перемешивающего устройства, которые установлены по длине реторты под углом 45 - 60^o, эксперименты показали, если пластины крепятся под углом менее 45^o, то глубокое окисление частицы (почти ее сгорание), приводит к снижению выходов продукта, а если угол более 60^o, то снижается степень разрыхления частиц, что ухудшает диффузионный процесс и приводит к потере качественных показателей получаемых продуктов.

Количество пластин в перемешивающем устройстве составляет 6 - 10 штук, ширина пластины, как правило, равна 0,15 - 0,2 внутреннего диаметра реторты.

Пластины перемешивающего устройства изготавливаются как и сама реторта из жаропрочной стали, и могут быть сплошными, перфорированными и профилированными.

Выход активного угля на предлагаемой печи составляет 40 - 45 мас.%. В то же время в случае применения печи по прототипу этот выход составляет 20 - 25%. Объем сорбирующих пор у углей, полученных на предложенной печи составляет 0,7 - 0,9 см³/т, а на известной конструкции 0,4 - 0,6 см³/т.

Из изложенного следует, что в предложенном изобретении в результате использования отличительных от прототипа признаков обеспечивается решение задачи по увеличению выхода продуктов, улучшению их адсорбционных характеристик, снижению энергоемкости.

Формула изобретения

1. Печь для термической обработки углеродсодержащих материалов, содержащая корпус с огнеупорной изоляцией, расположенную внутри него цилиндрическую реторту, загрузочное и разгрузочное устройства, подводящий патрубок, нагревательные элементы и расположенное внутри реторты перемешивающее устройство, выполненное в виде пластин, установленных под углом, отличающаяся тем, что нагревательные элементы выполнены в виде газовых горелок, установленных внутри корпуса по длине реторты на расстоянии от нее, равном 0,2 - 0,4 ее диаметра.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что пластины равномерно расположены по длине реторты и угол их наклона составляет 45 - 60^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PD4A - Изменение наименования обладателя патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 5-2004

(73) Новое наименование патентообладателя:Открытое акционерное общество Научно-исследовательский институт радиоприборостроения"

Извещение опубликовано: 20.02.2004