Способ и установка для термической переработки твердого углеродсодержащего сырья с получением сорбента

 

Изобретения относятся к способу и установке для термической переработки твердого углеродсодержащего сырья для получения сорбента и позволяют поддерживать оптимальные технологические параметры на всех стадиях термической переработки. Установка содержит средство 1 для ввода углеродсодержащего сырья; камеру нагрева 2, снабженную патрубком 3 для ввода газов активации, подключенным к средству для ввода сырья; активатор 6 с кипящим слоем, снабженный патрубком 9 для вывода газов активации, камерой сжигания 10 с выполненным в виде эжектора средством 13 подачи пара, сепаратором 14 газов активации, газовыхлопной патрубок 15 которого соединен со средством 13 для подачи пара, с патрубком 3 ввода газов активации и снабжен байпасным устройством 16. Углеродсодержащее сырье нагревают в режиме пневмотранспорта в камере нагрева газами активации и активируют в кипящем слое активатора. Газы активации очищают в сепараторе и часть последних подают с водяным паром для получения активирующего агента в камеру сжигания активатора. Заданную температуру нагрева сырья обеспечивают смешением оставшейся части потока очищенных газов активации с неочищенными газами активации в байпасном устройстве, изменяя соотношение их расходов. Усовершенствованные способ и установка позволяют получать сорбент с заданными свойствами при одновременном упрощении конструкций установки и сокращения расходов на ее изготовление и обслуживание. 2 с.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области термической переработки твердых горючих ископаемых и может быть использовано в химической и топливоперерабатывающей промышленности для получения сорбентов.

Известен способ, который осуществляется с помощью печи для парогазовой активации углеродных материалов, включающей средство ввода активируемого материала, камеру активации для обработки материала в кипящем слое с патрубком отвода газов активации, соединенным трубопроводом с камерой приготовления активирующего агента. Последняя снабжена горелкой и патрубком подвода воздуха (Махорин К.Е. и др. Получение угольных адсорбентов в кипящем слое. - Киев: Наукова думка, стр. 97, рис. 3-5). Недостатком этого способа и устройства является то, что неочищенные от пыли газы активации возвращают для приготовления активирующего агента, из-за чего сопла газопроницаемой распределительной решетки засоряются золой, образующейся при горении уносимой с газами активации пыли. Кроме того, зола, вынесенная с газами из печи, повторно попадает в зону активации и увеличивает золосодержание в целевом продукте - сорбенте.

Другим недостатком как способа, так и устройства является то, что горелка и патрубок подвода газа установлены на противоположных стенках камеры приготовления активирующего агента, из-за чего приходится оборудовать печь двумя подводами воздуха и устанавливать два работающих зависимо друг от друга регулятора расхода воздушного дутья.

Третьим недостатком является то, что с удаляемыми из активатора газами теряется значительное количество физического тепла, т.к. в устройстве не предусмотрено средств для утилизации тепла газов в процессе.

Известен способ термической переработки твердого углеродсодержащего сырья с получением сорбента, включающий нагрев сырья в противотоке с газами активации с выделением парогазовых продуктов, активацию нагретого сырья в кипящем слое активирующим агентом, в качестве которого используют смесь водяного пара и дымовых газов, с получение сорбента и газов активации. Полученные парогазовые продукты совместно с отработанными газами активации подают на сжигание в камеру приготовления активирующего агента.

Установка для осуществления этого способа содержит средство для ввода углеродсодержащего сырья, камеру нагрева барабанного типа, снабженную патрубками для ввода газов активации и вывода нагретого материала и сепаратором парогазовых продуктов, активатор с кипящим слоем, снабженный средствами подачи нагретого материала и вывода сорбента, патрубком для вывода газов активации, камерой сжигания для приготовления активирующего агента с патрубком ввода топлива, воздуха и со средством подачи водяного пара. Патрубок вывода парогазовых продуктов камеры нагрева соединен с камерой сжигания (Махорин К. Е. и др. Получение угольных адсорбентов в кипящем слое. -Киев: Наукова думка, стр. 115, рис. 3-11).

Недостатком указанного способа и установки является то, что с газами активации из печи в аппарат нагрева выносится нерегулируемая масса твердых пылевых частиц. Масса пыли, содержащейся в неочищенных газах активации, примерно в два-три раза превышает массу самих газов, и уносимое этой газовзвесью из зоны активации в камеру нагрева количество тепла превышает потребность в физическом тепле для нагрева перерабатываемого топлива. Обрабатываемое сырье в камере нагрева перегревается и нарушается оптимальный технологический режим не только на стадии нагрева, но и на стадии активации.

Другим недостатком является то, что на сжигание направляют недостаточно очищенные газы со стадии нагрева. Уносимая с этим потоком газовзвеси пыль нарушает нормальную работу сопел газопроницаемой решетки, а образовавшаяся в результате сжигания этой пыли зола переходит в целевой продукт - сорбент, что увеличивает содержание в нем золы.

Еще одним недостатком описанной печи для парогазовой активации бурого угля является то, что ввод перегретого водяного пара осуществлен непосредственно в муфельную печь. При таком вводе пар приходится редуцировать, т. е. терять энергию сжатого пара.

Кроме того, использование громоздкой и малопроизводительной вращающейся печи усложняет конструкцию установки, делает ее материалоемкой, сложной в изготовлении и при обслуживании.

Задачей предлагаемого изобретения является поддержание оптимальных технологических параметров на всех стадиях термической переработки углеродсодержащего материала с возможностью получения сорбента с заданными свойствами, при одновременном упрощении конструкций установки и сокращении расходов на ее изготовление и обслуживание.

Для обеспечения указанных результатов сырье нагревают в режиме пневмотранспорта газами активации с выделением парогазовых продуктов, активируют в кипящем слое в потоке активирующего агента, состоящего из водяного пара и дымовых газов с получением сорбента и газов активации. Последние очищают от твердых частиц, часть очищенного газового потока эжектируют водяным паром, и полученную смесь возвращают на стадию активации для получения активирующего агента.

Оставшуюся часть потока очищенных газов активации смешивают с неочищенными газами активации, обеспечивая заданную температуру нагрева сырья, изменяя соотношения их расходов.

Для достижения поставленных задач установка содержит средство для ввода углеродсодержащего сырья, камеру нагрева, выполненную в форме трубы, снабженную патрубком для ввода газов активации, подключенным к средству для ввода сырья, сепаратором парогазовых продуктов и патрубком вывода нагретого материала, активатор с кипящим слоем, снабженный средствами для подачи нагретого материала и вывода сорбента, патрубком для вывода газов активации, камерой сжигания с патрубками ввода топлива, воздуха и с выполненным в виде эжектора средством для подачи пара, сепаратором газов активации, газовыхлопной патрубок которого соединен со средством для подачи пара, с патрубком ввода газов активации камеры нагрева и снабжен байпасным устройством.

Очистка газов активации от твердых летучих частиц позволяет обеспечить аппарат для сжигания газов активации чистым беззольным топливом, защитить газопроницаемую решетку от забивки сопел и снизить зольность вырабатываемого сорбента; за счет подачи части очищенных газов активации на сжигание, путем эжекции их перегретым паром упростить конструктивное оформление установки, отказаться от дымососов и избежать местных перегревов газов активации при сжигании смеси в горелке камеры сгорания; все это упрощает конструктивное оформление камеры сжигания и улучшает свойства получаемого сорбента; за счет соединения газоотводящего патрубка сепаратора газов активации с байпасным устройством и перемешивания потоков очищенных и неочищенных газов активации создать в направляемом в нагревательную камеру потоке концентрацию твердых частиц (пыли), обеспечивающую требуемое теплосодержание этого потока, позволяющее поддержать стабильную заданную температуру в камере нагрева в пределах 90-500^oC.

Нагрев сырья в режиме пневмотранспортера путем подсоединения средств ввода сырья к подающему трубопроводу камеры нагрева позволяет организовать интенсивный равномерный прогрев частиц сырья, избегая их местного перегрева, и тем самым улучшить качество получаемого сорбента.

Установка, предназначенная для осуществления способа термической переработки углеродсодержащего сырья с получением сорбентов, приведена на чертеже. Она содержит средства для ввода углеродсодержащего сырья 1, камеру нагрева 2 с патрубками ввода газов активации 3, вывода нагретого материала 4 и сепаратором парогазовых продуктов 5. Активатор 6 с кипящим слоем снабжен средствами подачи нагретого материала 7 и вывода сорбента 8, патрубком для вывода газов активации 9, камерой сжигания 10 с патрубками ввода топлива 11, воздуха 12 и с паровым эжектором 13, сепаратором 14 газов активации. Газовыхлопной патрубок 15 сепаратора 14 соединен с паровым эжектором 13 камеры сжигания 10. Камера нагрева 2 выполнена в форме трубы. Патрубок ввода газов активации 3 камеры нагрева 2 подключен к средству ввода сырья 1 и к газовыхлопному патрубку 15 сепаратора 14. Газовыхлопной патрубок 15 сепаратора 14 снабжен байпасным устройством 16. Патрубок 8 для вывода сорбента через теплообменник-охладитель 17 соединен с накопительной емкостью 18.

Установка работает следующим образом. Углеродсодержащее сырье с размерами частиц 0,5-5,0 мм при помощи средства подачи сырья 1 направляют в патрубок 3 и далее в камеру нагрева 2. Через тот же патрубок 3 в камеру нагрева 2 вводят поток газов активации с уносимой пылью. В камере протекают процессы тепло- и массообмена между сырьем и теплоносителем. Сырье высушивают и нагревают, и с температурой 90-500^oC оно поступает в сепаратор 5 камеры 2. В последнем парогазовые продукты отделяются от твердых частиц. Очищенные и остывшие парогазовые продукты направляют на утилизацию в топку котла или в систему конденсации, а твердый материал при помощи средств подачи 7 направляют в активатор 6. В активаторе 6 нагретое сырье подвергают дальнейшей термообработке и активации в потоке горячего активирующего агента, состоящего из дымовых газов и водяного пара. Часть очищенных газов активации через газовыхлопной патрубок 15 сепаратора 14 направляют в эжектор 13. В эжекторе 13 срабатывается избыточное давление пара, что позволяет без дымососов передать очищенные газы активации из газовыхлопного патрубка 15 сепаратора 14 в камеру сжигания 10 в виде парогазовой смеси. В камере сжигания 10 парогазовая смесь сгорает в потоке подогретого воздушного дутья, образуя смесь дымовых газов и перегретого водяного пара, представляющие активирующий агент с температурой 800-1100^oC, используемый для термообработки и активации углеродсодержащего сырья в активаторе 6.

Для обеспечения требуемой температуры нагрева, которая зависит от характеристик используемого углеродного сырья, оставшийся после выделения части очищенных газов активации для камеры сжигания 10 поток смешивают с неочищенным потоком газов активации, поступающим по патрубку 9 в байпасное устройство 16. В байпасном устройстве 16 оба потока объединяются, а соотношение их расходов регулируют поворотом заслонки.

В потоке неочищенных газов содержится 2-3 кг/кг твердых частиц (пыли), с которыми в нагревательную камеру переносится физическое тепло, примерно в 2-3 раза превышающее физическое тепло собственных газов активации.

Полученный в процессе сорбент из активатора 6 выгружают через патрубок 8 с клапаном в теплообменник-охладитель 17. Охлаждение осуществляют в поверхностном теплообменнике, откуда охлажденный сорбент направляют в накопительную емкость 18, где он окончательно остывает. Далее сорбент рассеивают на фракции и направляют потребителю.

Примеры осуществления способа В качестве сырья для производства сорбента используют бурый уголь Ирша-Бородинского месторождения с размером частиц 0,5-5,0 мм. Характеристика этого сырья: W^r=33,0%; W_м=12,0%; A^d=8-10%; S^d_об = 0,3%; V^daf=47,0%; Q^r_i = 3700 ккал/кг.

Пример 1. Подсушенное и нагретое сырье с температурой 100^oC и остаточной влажностью не более 5% из камеры нагрева подают в активатор. В псевдоожиженном слое активатора поддерживают температуру 620^oC. Поворотную заслонку в байпасе ставят в таком положении, при котором около 95% газов активации проходит через сепаратор газов активации, и только около 5% - через патрубок неочищенных газов активации. Примерно треть очищенных газов эжектируют перегретым паром t=350^oC, P=3 атм) и возвращают в камеру сжигания, а две трети очищенного газа активации с температурой около 620^oC перемешивают с 5% неочищенных газов активации и направляют в нагреватель.

В камере сжигания активатора получают активирующий агент, который с температурой около 820^oC направляют в активатор. Сорбент с температурой 620^oC направляют в теплообменник-охладитель поверхностного типа. После охлаждения сорбент с температурой около 60^oC подают в бункер-накопитель. Характеристики сорбента даны в таблице 1.

Пример 2. В камере-нагревателе поддерживают температуру 480^oC. При этом сырье высушивают, пиролизуют и направляют в активатор. В псевдоожиженном слое активатора поддерживается температура около 780^oC. Поворотную заслонку в байпасе ставят в таком положении, при котором около 30% газов активации проходит очистку через сепаратор газов активации и около 70% - через патрубок неочищенных газов. Примерно 90% очищенных газов эжектируют перегретым паром (t=350^oC, P=3 атм). Остаток очищенных газов активации в байпасном устройстве перемешивают с неочищенными газами. Смесь очищенных и неочищенных газов с температурой около 780^oC направляют в камеру нагрева.

Полученный активированный материал с температурой 780^oC направляют в теплообменник-охладитель поверхностного типа. Охлажденный сорбент с температурой около 90^oC собирается в бункере-накопителе. Далее охлажденный сорбент рассеивают на фракции. Характеристики полученного сорбента представлены в табл.2.

Таким образом, подбирая соотношение очищенного и неочищенного потока и тем самым концентрацию твердых частиц в суммарном потоке газа активации, подаваемую в нагреватель, можно в 2-3 раза изменить тепло, вносимое с газовзвесью в нагреватель и, тем самым, регулировать температуру термообработки сырья на стадии нагрева в пределах 90-500^oC и характеристики получаемых сорбентов.

Формула изобретения

1. Способ термической переработки твердого углеродсодержащего сырья с получением сорбента, включающий нагрев сырья газами активации с выделением парогазовых продуктов, активацию нагретого сырья в кипящем слое в потоке активирующего агента, состоящего из водяного пара и дымовых газов с получением сорбента и газов активации, возвращаемых на стадию нагрева, отличающийся тем, что газы активации перед подачей на стадию нагрева очищают от твердых частиц, часть очищенного потока газов эжекцией смешивают с водяным паром и возвращают на стадию активации для получения активирующего агента, а нагрев сырья осуществляют в режиме пневмотранспорта и заданную температуру нагрева поддерживают смешением потоков неочищенных и очищенных газов активации, изменением соотношения их расходов.

2. Установка для термической переработки твердого углеродсодержащего сырья с получением сорбента, содержащая средство для ввода углеродсодержащего сырья, камеру нагрева, снабженную патрубками для ввода газов активации и вывода нагретого материала, сепаратором парогазовых продуктов, активатор с кипящим слоем, снабженный средствами подачи нагретого материала и вывода сорбента, патрубком вывода газов активации, камерой сжигания с патрубками ввода топлива, воздуха и со средством для подачи пара, отличающаяся тем, что в активаторе дополнительно установлен сепаратор газов активации, газоотводящий патрубок которого соединен с выполненным в виде эжектора средством для подачи пара и снабжен байпасным устройством, а камера нагрева выполнена в форме трубы, патрубок ввода газов активации которой подключен к средству для ввода углеродсодержащего сырья и к газовыхлопному патрубку сепаратора газов активации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2