Способ и устройство для получения древесного и активного угля

 

Изобретение относится к получению активного древесного угля. Способ включает пиролиз древесины в неподвижной реторте с внешним обогревом, отвод пиролизных газов, активацию полученного угля-сырца водяным паром при 850-950°С, причем перед активацией в реторту подают воду в количестве 0,4-0,5% от объема реторты, подачу пара на активацию осуществляют при температуре пара 180-250°С с одновременной подачей воздуха в реторту, после окончания активации подачу воздуха прекращают, а подачу пара продолжают до снижения температуры угля до 100-150°С. Устройство для получения активного угля содержит камеру с топкой, каналами подачи воздуха, газоходами, установленную в камере над топкой реторту для пиролиза древесины, снабженную паропроводом и выходным трубопроводом, выполненную в форме параллелепипеда, установленного в камере горизонтально, имеющего высоту не более 0,7 м, а ширину, равную 4,2-4,5 м, при этом реторта снабжена трубопроводом для подачи воздуха, а каналы подачи воздуха в топку выполнены сквозными и снабжены на концах задвижками. Изобретение позволяет стабилизировать процесс получения активного угля. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к лесохимии, к устройствам, производящим активный древесный уголь для нужд пищевой, фармацевтической промышленности, для нужд коммунального хозяйства и использования в быту.

Известен способ получения активного угля, включающий получение угля-сырца в неподвижной реторте с внешним нагревом и подачу водяного пара с температурой 180-250°С в реторту, при температуре угля сырца 850-950°С в устройстве, включающем в себя реторту для гидролиза с парораспределителем, печь с топкой, обогреваемую камеру и газоходы (см. например, пат. РФ №2150427, С 01 В 31/08, 06.10.2000. Древесный уголь получение, основные свойства и область применения. Справочник. М., 1979, с.109-114).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится то, что известный способ не обеспечивает стабильного процесса пиролиза и активации древесной массы в реторте и, тем самым, получения высококачественных активных углей в следствие неравномерного нагрева древесного материала в реторте по высоте и по толщине из-за различной, меняющейся в процессе пиролиза газопроницаемости слоя древесины по толщине и по высоте, в виду чего остаются зоны как с неполным прогревом, так и с неполной паропроницаемостью, а также реторту требуется переставлять из одной зоны в другую, что приводит к потере тепла и ухудшает условия труда, поскольку рабочая зона загазовывается угарными дымовыми газами.

Задача изобретения заключается в повышении стабильности процесса пиролиза, активации и охлаждения полученного угля и снижении материалоемкости устройства в жаропрочной и химически стойкой стали.

Указанный технический результат достигается тем, что процесс активации разбит на стадии: сначала в реторту подают воду 0,4-0,5% от объема реторты, на второй стадии пар указанных выше параметров и воздух одновременно, причем в реторте поддерживают температуру 850-950°С. На последней стадии в реторту подается только пар до тех пор, пока температура не снизится до 100-150°С. Активация производится в слое угля, полученного из толщины исходного слоя древесины, не превышающего 700 мм. Вместе с тем максимальную толщину слоя щепы определяют фракционным составом щепы и уменьшают при уменьшении средней толщины прямо пропорционально ей.

Реторта имеет форму параллелепипеда, расположенного широкой стороной горизонтально, причем ее высота не должна превышать 700 мм.

Максимальная ширина реторты равна двум длинам языка пламени (плазмы) горения пиролизных газов и составляет 4,2-4,5 м.

Печь для обогрева реторты пиролиза, включающая в себя каналы для подвода воздуха с задвижками, топку, обогреваемую камеру с газоходами, отличается тем, что каналы для подвода воздуха выполнены сквозными с задвижкаим на обоих концах выхода каналов.

На фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - вид С на фиг.2, на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1.

Устройство для получения активного угля состоит из реторты 1 пиролиза древесной массы, к которой подведен паропровод 2 с краном 3. Реторта 1 содержит герметично закрываемые люки 4 и выходные трубопроводы 5 и установлена внутри обогреваемой камеры 6. Под ретортой 1 расположена топка 7 с дверцами 8 и каналами 9 для подачи воздуха с задвижками 10. Вверху обогреваемой камеры 6 имеется дымоход 11, который заканчивается дымовой трубой 12. От выходных газов 5 в топку 7 проложены перфорированные трубы 13. В задней части реторты 1 имеются патрубки 14 для подвода воздуха от воздуходувок 15. В верхней части реторты 1 имеются трубопроводы 16, связанные с баками для воды.

Устройство для получения древесного угля работает следующим образом. В реторту 1 через люки 4 загружается древесина в виде щепы для получения активного древесного угля или древесина с размерами в любом наименьшем сечении не более 100 мм, для получения древесного угля. Увеличение минимального размера более 100 мм приводит к резкому увеличению времени процесса получения древесного угля. После загрузки реторты 1 древесиной люки 4 герметично закрываются, а топка 7 через дверцы 8 загружается дровами и начинается нагрев реторты 1 снаружи. Загруженная в реторту древесина в зависимости от влажности через 1-3 ч начинает выделять пиролизные газы, которые отводятся в топку 7 через газоходы 5 и трубопроводы 13 и начинают устойчиво гореть. Наполнение топки 7 дровами прекращается. В течение следующих 3-4 ч установка топит себя сама пиролизными газами. Установка работает на естественной тяге. Воздух подается каналами 9 по всей длине топки 7 с двух сторон. Путем управления задвижками 10 регулируется тяга и достигается объемное горение по всему объему обогреваемой камеры 6 сверху и снизу реторты 1, что позволяет иметь на всей наружной поверхности реторты температуру порядка 1000°С вне зависимости от влажности дров, загружаемых в топку 7. Образующиеся при горении дымовые газы попадают в дымоход 11, затем в трубу 12. Прекращение интенсивного отхода пиролизных газов говорит о готовности древесного угля с содержанием углерода около 60%. Для получения активного угля топка продолжается еще 2 ч до полного прекращения отхода пиролизных газов от реторты 1 при температуре минимум 800°С. При этом получается древесный уголь с содержанием углерода более 90%, если уголь получен из окоренной щепы, и затем начинаетя процесс активации. Для этого в реторту 1 через трубопроводы 16 подается порция воды 0,4-0,5% от объема реторты 1, тем самым из реторты 1 гарантированно удаляются остатки пиролизных газов. Для обеспечения параметров активации открывается кран 3 и через паропровод 2 подается пар давлением 1 м вод.ст. с температурой 180-250°С, одновременно включается воздуходувка 15 и через патрубки 14 в реторту 1 подается воздух. Температура активации таким способом поддерживается на уровне 850-950°С. Время процесса активации определяется в зависимости от необходимого качественного состава (сорта) угля и составляет от 1 до 3 ч. После окончания процесса активации топка прекращается, прекращается подача воздуха в реторту 1, но продолжается подача пара до снижения температуры угля до 100-150°С, после чего люки 4 открываются и уголь выгружается в металлические бункера для воздушного охлаждения перед затариванием в бумажные мешки. Таким образом, реторта 1 служит одновременно пиролизатором, активатором и холодильником первой ступени, что достигнуто благодаря тому, что высота реторты не превышает 700 мм, вследствие чего обеспечивается газопроницаемость слоя щепы и угля без перемешивания и, тем самым, быстрые процессы и нагрева щепы и ее пиролиза и активации угля-сырца и охлаждение готового продукта.

Таким образом, металлоемкость по жаропрочной и химически стойкой стали реторты на предлагаемой установке при равном геометрическом объеме загружаемого сырья ниже в два с половиной раза, а интенсификация способа пиролиза, активации и охлаждения снижает этот показатель еще в 3 раза в зависимости от сорта получаемого угля. Также на установке можно получить как древесные угли, так и активные угли.

На опытно-промышленной установке получены древесные угли класса А, активированные угли сорта БАУ-А, БАУ-МФ, ДАК, ОУ-А, ОУ-Б, ОУ-В, ОУ-Г. Получено санитарно-эпидемиологическое заключение. Установка позволяет получать активные угли любых заданных свойств вне зависимости от влажности исходного сырья. Выход готовой продукции на опытно-промышленной установке: древесного угля 1200 кг (9 ч), активированного угля 200 кг (12 ч) с йодным числом 60-70% и с поглащением по уксусной кислоте 65 единиц активности по методу профессора Ашмарянца.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют, что средство, воплощающее заявленные способы и устройства при их осуществлении, предназначено для получения древесного и активного углей различных сортов и может быть использовано в виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, и подтверждена возможность его осуществления с помощью изложенных в заявке средств и методов, известных до даты приоритета, и что средство способно при его осуществлении обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованиям "Техническая применимость".

Формула изобретения

1. Способ получения активного угля, включающий пиролиз древесины в неподвижной реторте с внешним обогревом, отвод пиролизных газов, активацию полученного угля-сырца водяным паром при 850-950°С, отличающийся тем, что перед активацией в реторту подают воду в количестве 0,4-0,5% от объема реторты, подачу пара на активацию осуществляют при температуре пара 180-250°С с одновременной подачей воздуха в реторту, после окончания активации подачу воздуха прекращают, а подачу пара продолжают до снижения температуры угля до 100-150°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходная высота слоя древесины в реторте не превышает 700 мм.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что активацию проводят при 850-950°С в течение 1-3 ч.

4. Устройство для получения активного угля, содержащее камеру с топкой, каналами подачи воздуха, газоходами, установленную в камере над топкой реторту для пиролиза древесины, снабженную паропроводом и выходным трубопроводом, отличающееся тем, что реторта выполнена в форме параллелепипеда, установленного в камере горизонтально, имеющего высоту не более 0,7 м, а ширину 4,2-4,5 м, при этом реторта снабжена трубопроводом для подачи воздуха, а каналы подачи воздуха в топку выполнены сквозными и снабжены на концах задвижками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4