Способ и установка для переработки углеродосодержащего сырья

Изобретение относится к области переработки твердых углеродосодержащих материалов и может найти применение при получении не только активированного угля, но и для получения синтез-газа и синтез-топлив в различных отраслях промышленности. Способ для переработки углеродосодержащего сырья включает нагрев подготовленного углеродосодержащего сырья до температуры карбонизации в атмосфере, формирующейся и движущейся в режиме противотока с подаваемым сырьем и образующимся пиролизным газом, активацию с помощью активирующего агента, выгрузку горячего угля и его охлаждение, при котором к перерабатываемому сырью, движущемуся по винтовому каналу с постепенно уменьшающейся осевой составляющей скорости, осуществляют одновременно подвод теплоты двумя потоками продуктов сгорания, а получаемый пиролизный газ после карбонизации сырья и активации угля отбирают для получения продуктов сгорания и активирующего агента, процессы карбонизации и активации осуществляют раздельно в карбонизаторе и активаторе, подвод тепла продуктов сгорания в карбонизаторе осуществляют от двух или более сильно закрученных высокотемпературных потоков камер сгорания, движущихся в противотоке осевой скорости перерабатываемого сырья, при этом формирование активирующего агента осуществляется в трех котлах-утилизаторах путем поступления продуктов сгорания из кольцевого канала карбонизатора в котел-утилизатор для нагрева воды, а продукты сгорания из цилиндрического канала карбонизатора поступают в котел-утилизатор для получения водяного пара из горячей воды, подаваемой из котла-утилизатора для нагрева воды, образованный водяной пар в котле-утилизаторе водяного пара поступает в котел-утилизатор перегрева водяного пара. Изобретение содержит установку для реализации способа для переработки углеродосодержащего сырья. Техническим результатом изобретения является повышение энергетической эффективности технологического процесса переработки углеродосодержащего сырья за счет снижения расхода энергетических ресурсов энергоносителей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области переработки твердых углеродосодержащих материалов и может найти применение при получении не только активированного угля, но и для получения синтез-газа и синтез-топлив в различных отраслях промышленности.

Известен способ непрерывной переработки углеродосодержащего сырья, (патент РФ №2191157; кл. С01В 31/08; опубликовано 20.10.2002), включающий стадии предварительного нагрева сырья до 120°-150°С, карбонизации, отделения смолообразных продуктов, активации, прнудительного перемещения с регулируемой скоростью твердого продукта на стадиях предварительного нагрева сырья, отбора парогазовой смеси процесса переработки со стадии предварительного нагрева, дегазацию в процессе активации, при этом активацию проводят в потоке твердого продукта карбонизации, вращающемся под действием парогазовой смеси, направленной под давлением по касательной к нему, хотя бы в двух противоположных точках по диаметру потока.

Недостатком описаного способа является низкая энергетическая эффективность технологического процесса переработки углеродосодержащего сырья в следствии недостаточно эффективного использования тепловой энергии парогазовой смеси в процессах карбонизации.

Известен способ получения активированного угля (патент РФ №2321612; кл. С10В 49/04, С01И 31/08; опубликовано 10.04.2008), выбранный в качестве прототипа, включающий нагрев подготовленного углеродосодержащего сырья до температуры карбонизации в атмосфере формирующейся и движущейся в режиме противотока с подаваемым сырьем парогазовой смеси, его карбонизацию и активацию с помощью активирующего агента, выгрузку горячего угля и его охлаждение, при котором к перерабатываемому сырью, движущемуся по винтовому каналу с постепенно уменьшающейся осевой составляющей скорости, осуществляют одновременно внешний и внутренний подвод теплоты двумя потоками теплоносителя, через цилиндрические стенки кольцевого и цилиндрического канала, при этом парогазовую смесь после нагрева, карбонизации сырья и активации угля отбирают для получения теплоносителя и активирующего агента.

Недостатками описанного способа являются неэффективное использование сжигания газа для получения энергии теплоносителя, а также неэффективное неиспользование тепловой энергии теплоносителя выходящей из карбонизатора, что значительно удлинняет технологический процесс переработки углеродосодержащего сырья и увеличивает энергозатраты.

Известено устройство непрерывной переработки углеродосодержащего сырья, (патент РФ №2191157; кл. С01В 31/08; опубликовано 20.10.2002), при котором производят нагрев подготовленного углеродосодержащего сырья до температуры карбонизации в атмосфере формирующейся и движущейся в режиме противотока с подаваемым сырьем и образующимся пиролизным газом, активацию с помощью активирующего агента, выгрузку горячего угля и его охлаждение, при котором к перерабатываемому сырью, движущемуся по винтовому каналу с постепенно уменьшающейся осевой составляющей скорости, осуществляют одновременно подвод теплоты двумя потоками продуктов сгорания, а получаемый пиролизный газ после карбонизации сырья и активации угля отбирают для получения продуктов сгорания и активирующего агента. Недостатками описанного устройства является сложность конструкции обусловленная применением генератора кислорода и водорода, значительно увеличивающего потребление электрической энергии.

Известно устройство получения активированного угля (патент РФ №2321612; кл. С10В 49/04, С01И 31/08; опубликовано 10.04.2008) выбранное к в качестве прототипа, содрежащая карбонизатор, устройство загрузки сырья, камеры сгорания, охладитель активированного угля, при этом карбонизатор, выполнен в цилиндрическом корпусе, соосно с ним, одна в другой, расположены две цилиндрические оболочки, наружная и внутренняя, при этом на внутренней оболочке расположены винтовые ребра, причем внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса и наружная оболочка образуют кольцевой канал, наружная и внутреняя оболочка образуют винтовой канал, а внутренняя оболочка образует цилиндрический канал, при этом винтовой канал соединен с устройством загрузки сырья, камера сгорания топлива размещена в противоположном от устройства загрузки сырья конце карбонизаторе, в зоне вывода обработанного сырья, а вывод продуктов сгорания в зоне устройства загрузки сырья.

Недостатком описанной устройства является сложность конструкции за счет совмещения зон активации и карбонизации в одном корпусе реактора, что снижает удельный тепловой поток через стенки реактора по длине реактора, а также наличие теплообменника, работающего при максимальных термических нагрузках, и недостаточно эффективное использование тепловой энергии выходящего газа в технологическом процессе переработки углеродосодержащего сырья, что значительно уменьшает энергетическую эффективность технологического процесса переработки углеродосодержащего сырья.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является создание способа и устройства для его осуществления, позволяющего повысить энергетическую эффективность технологического процесса переработки углеродосодержащего сырья, за счет снижения расхода энергетических ресурсов энергоносителей.

Технический результат в заявленном способе достигается путем нагрева подготовленного углеродосодержащего сырья до температуры карбонизации в атмосфере формирующейся и движущейся в режиме противотока с подаваемым сырьем и образующимся пиролизным газом, активацию с помощью активирующего агента, выгрузку горячего угля и его охлаждение, при котором к перерабатываемому сырью, движущемуся по винтовому каналу с постепенно уменьшающейся осевой составляющей скорости, осуществляют одновременно подвод теплоты двумя потоками продуктов сгорания, а получаемый пиролизный газ после карбонизации сырья и активации угля отбирают для получения продуктов сгорания и активирующего агента.

Новым в способе является то, что процессы карбонизации и активации осуществляются в раздельно в карбонизаторе и активаторе, подвод тепла продуктов сгорания в карбонизаторе осуществляют от двух или более сильно закрученных высокотемпературных потоков камер сгорания, движущихся в противотоке осевой скорости перерабатываемого сырья, при этом формирование активирующего агента осуществляется в трех котлах-утилизаторах путем поступления продуктов сгорания из кольцевого канала карбонизатора в кател-утилизатор для нагрева воды, а продукты сгорания из цилиндрического канала карбонизатора поступают в кател-утилизатор для получения водяного пара из горячей воды подаваемой из котла-утилизатора для нагрева воды, образованный водяной пар в котле-утилизаторе водяного пара поступает в котел-утилизатор перегрева водяного пара.

Технический результат в заявленном устройстве достигается тем, что установка переработки углеродосодержащего сырья содержит карбонизатор, устройство загрузки сырья, камеры сгорания, охладитель активированного угля, при этом карбонизатор, выполнен в цилиндрическом корпусе, соосно с ним, одна в другой, расположены две цилиндрические оболочки, наружная и внутренняя, при этом на внутренней оболочке расположены винтовые ребра, причем внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса и наружная оболочка образуют кольцевой канал, наружная и внутренняя оболочка образуют винтовой канал, а внутренняя оболочка образует цилиндрическиий канал, при этом винтовой канал соединен с устройством загрузки сырья, камера сгорания топлива размещена в противоположном от устройства загрузки сырья конце карбонизаторе, в зоне вывода обработанного сырья, а вывод продуктов сгорания в зоне устройства загрузки сырья.

Новым в устройстве является то, что установка содержит раздельно выполненные карбонизатор и активатор, при этом в корпусе карбонизатора установлены две или более камеры сгорания, сопловые каналы которых выходят тангенциально кольцевому каналу, при этом камеры сгорания питаются пиролизным газом, выходящим из карбонизатора, который соединен трубопроводами с котломами-утилизаторами, другая камера сгорания установлена в цилиндрическом канале внутренней оболочки, при этом карбонизатор, соединен трубопроводом со смесителем активирующего агента и карбонизата, который в свою очередь соединен патрубком с активатором, выполненным в виде циклона, разделяющего фракции пиролизного газа и активированного угля и соединенным патрубком с охладителем активированного угля с одной стороны и соединенным патрубком с камерой сгорания, соединенной с котлом - утилизатором перегрева водяного пара, при этом кольцевой канал карбонизатора соединен патрубком с котлом-утилизатором для нагрева воды, а цилиндрический канал карбонизатора соединен патрубком с котлом-утилизатором водяного пара, который в свою очередь соединен трубопроводом с котлом-утилизатором для нагрева воды, котел-утилизатор водяного пара соединен с котлом-утилизатором перегрева водяного пара, являющегося активирующим агентом, котел-утилизатор перегрева водяного пара соединен с одной стороны с камерой сгорания, а с другой стороны соединен трубопроводом с котлом-утилизатором нагрева воды и котлом - утилизатором водяного пара, соединенных с устройством очистки дымовых газов, который соединен с циклоном разделения дымовых газов и твердых частиц, при этом циклон разделения дымовых газов содержит патрубок вывода дымовых газов через дымосос с дымовой трубой и патрубок вывода твердых частиц в бункер.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где

на фиг. 1 - блок-схема устройства;

на фиг. 2 - карбонизатор.

Установка для переработки углеродосодержащего сырья состоит из содрежащая карбонизатора 1 (фиг. 1, 2), устройства загрузки сырья 2 (фиг. 1), камеры сгорания 3 (фиг. 1), 4 (фиг. 1), 5 (фиг. 2), 6 (фиг. 1), охладителя активированного угля 7 (фиг. 1).

При этом карбонизатор 1 (фиг. 1, 2), выполнен в цилндрическом корпусе 8 (фиг. 2), соосно с ним, одна в другой, расположены две цилиндрические оболочки, наружная 9 (фиг. 2) и внутренняя 10 (фиг. 2).

На внутренней оболочке 10 фиг. 2) расположены винтовые ребра 11 фиг. 2).

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 8 (фиг. 2) и наружная оболочка 9 (фиг. 2) образуют кольцевой канал 12 (фиг. 2).

Наружная оболочка 9 (фиг. 2) и внутренняя оболочка 10 (фиг. 2) оболочка образуют винтовой канал 13 (фиг. 2).

Внутренняя оболочка 10 (фиг. 2) образует цилиндрический канал 14 (фиг. 2).

Винтовой канал 13 (фиг. 2) соединен с устройством загрузки сырья 2 (фиг. 1).

Камера сгорания 5 (фиг. 1, 2) размещена в противоположном от устройства загрузки сырья 2 (фиг. 1) конце карбонизаторе 1 (фиг. 1, 2), в зоне вывода обработанного сырья, а вывод продуктов сгорания в зоне устройства загрузки сырья 2 (фиг. 1).

Карбонизатор 1 (фиг. 1, 2) и активатор 16 (фиг. 1) выполненны в устройстве раздельно.

В цилиндрическом корпусе 8 (фиг. 2) карбонизатора 1 (фиг. 1, 2) установлены две камеры сгорания 3 (фиг. 1), 4 (фиг. 1).

Сопловые каналы 17 (фиг. 2) камеры сгорания 3 (фиг. 1) и сопловые каналы 18 (фиг. 2) камеры сгорания 4 (фиг. 1) выходят тангенциально кольцевому каналу 12 (фиг. 2).

Камеры сгорания 3 (фиг. 1), 4 (фиг. 1), 5 (фиг. 2) питаются пиролизным газом, выходящим из карбонизатора 1 (фиг. 1, 2).

Камера сгорания 5 (фиг. 2) установлена в цилиндрическом канале 14 (фиг. 2) внутренней оболочки 10 (фиг. 2), при этом карбонизатор 1 (фиг. 1, 2), соединен трубопроводом со смесителем 19 (фиг. 1) активирующего агента и карбонизата, который в свою очередь соединен патрубком с активатором 16 (фиг. 1).

Активатор 16 (фиг. 1) выполнен в виде циклона, разделяющего фракции пиролизного газа и активированного угля.

Активатор 16 (фиг. 1) соединен патрубком с охладителем активированного угля 7 (фиг. т1) с одной стороны и с другой стороны соединен патрубком с камерой сгорания (фиг. 1).

Камера сгорания 6 (фиг. 1) соединена с котлом - утилизатором перегрева водяного пара 15 (фиг. 1).

Кольцевой канал 12 (фиг. 2) карбонизатора 1 (фиг. 1, 2) соединен патрубком с котлом-утилизатором для нагрева воды 20 (фиг. 1), а цилиндрический канал 14 (фиг. 2) карбонизатора 1 (фиг. 1, 2) соединен патрубком с котлом-утилизатором водяного пара 21 (фиг. 1), который в свою очередь соединен трубопроводом с котлом-утилизатором для нагрева воды 20 (фиг. 1).

Котел-утилизатор водяного пара 21 (фиг. 1) соединен с котлом-утилизатором перегрева водяного пара 15 (фиг. 1), являющегося активирующим агентом.

Котел-утилизатор перегрева водяного пара 15 (фиг. 1) соединен с одной стороны с камерой сгорания 6 (фиг. 1), а с другой стороны соединен трубопроводом с котлом-утилизатором нагрева воды 20 (фиг. 1) и котлом-утилизатором водяного пара 21 (фиг. 1), соединенных с устройством очистки дымовых газов 22 (фиг. 1).

Устройство очистки дымовых газов 22 (фиг. 1) соединено с циклоном разделения дымовых газов и твердых частиц 23 (фиг. 1).

Циклон разделения дымовых газов и твердых частиц 23 (фиг. 1) содержит патрубок вывода дымовых газов через дымосос 24 (фиг. 1) с дымовой трубой 25 (фиг. 1)и патрубок вывода твердых частиц в бункер 26 (фиг. 1).

Способ сжигания измельченного твердого топлива.

Через устройство загрузки сырья 2 (фиг. 1) сырье попадает в карбонизатор 1 (фиг. 1, 2), где производится нагрев подготовленного сырья до температуры карбонизации.

Нагрев сырья до температуры карбонизации осуществляется камерами сгорания 3 (фиг. 1),4 (фиг. 1), 5 (фиг. 1, 2).

Сырье движется по винтовому каналу 13 (фиг. 2), карбонизируется за счет подвода тепла продуктов сгорания в цилиндрический канал 14 (фиг. 2) и кольцевой канал 12 (фиг. 2).

В смеситель 19 (фиг. 1) поступает карбонизат и активирующий агент из котла-утилизатора перегрева водяного пара 15 (фиг. 1), полученная смесь поступает в активатор 16 (фиг. 1) и образующийся активированный уголь поступает в охладитель 7 (фиг. 1).

При этом образующийся пиролизный газ в активаторе 16 (фиг. 1) поступает в камеру сгорания 6 (фиг. 1) для нагрева пара в котле-утилизаторе перегрева водяного пара 15 (фиг. 1).

Продукты сгорания из кольцевого канала 12 (фиг. 12) карбонизатора 1 поступают в кател-утилизатор для нагрева воды 20 (фиг. 1), а продукты сгорания из цилиндрического канала 14 (фиг. 2) поступают в кател-утилизатор 21 (фиг. 1) для получения водяного пара из горячей воды подаваемой из котла-утилизатора 20 (фиг. 1). При этом образованный водяной пар в котле-утилизаторе 21 (фиг. 1) поступает в котел-утилизатсю 15 (фиг. 1) для образования активирующего агента, поступающего в смеситель 19 (фиг. 1).

Отработанные продукты сгорания из котлов-утилизаторов 15 (фиг. 1), 20 (фиг. 1), 21 (фиг. 1) поступают в устройство для очистки дымовых газов, откуда поступают в циклон 23 (фиг. 1) для разделения дымовых газов и твердых частиц.

Твердые частицы поступают в бункер 26 (фиг. 1), а дымовые газы через дымовую трубу 25 (фиг. 1) дымососа 24 (фиг. 1) выходят в атмосферу.

1. Способ для переработки углеродосодержащего сырья при котором производят нагрев подготовленного углеродосодержащего сырья до температуры карбонизации в атмосфере, формирующейся и движущейся в режиме противотока с подаваемым сырьем и образующимся пиролизным газом, активацию с помощью активирующего агента, выгрузку горячего угля и его охлаждение, при котором к перерабатываемому сырью, движущемуся по винтовому каналу с постепенно уменьшающейся осевой составляющей скорости, осуществляют одновременно подвод теплоты двумя потоками продуктов сгорания, а получаемый пиролизный газ после карбонизации сырья и активации угля отбирают для получения продуктов сгорания и активирующего агента, отличающийся тем, что процессы карбонизации и активации осуществляются раздельно в карбонизаторе и активаторе, подвод тепла продуктов сгорания в карбонизаторе осуществляют от двух или более сильно закрученных высокотемпературных потоков камер сгорания, движущихся в противотоке осевой скорости перерабатываемого сырья, при этом формирование активирующего агента осуществляется в трех котлах-утилизаторах путем поступления продуктов сгорания из кольцевого канала карбонизатора в котел-утилизатор для нагрева воды, а продукты сгорания из цилиндрического канала карбонизатора поступают в котел-утилизатор для получения водяного пара из горячей воды, подаваемой из котла-утилизатора для нагрева воды, образованный водяной пар в котле-утилизаторе водяного пара поступает в котел-утилизатор перегрева водяного пара.

2. Установка для переработки углеродосодержащего сырья, содержащая карбонизатор, устройство загрузки сырья, камеры сгорания, охладитель активированного угля, при этом карбонизатор, выполнен в цилиндрическом корпусе, соосно с ним, одна в другой, расположены две цилиндрические оболочки, наружная и внутренняя, при этом на внутренней оболочке расположены винтовые ребра, причем внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса и наружная оболочка образуют кольцевой канал, наружная и внутренняя оболочки образуют винтовой канал, а внутренняя оболочка образует цилиндрический канал, при этом винтовой канал соединен с устройством загрузки сырья, камера сгорания топлива размещена в противоположном от устройства загрузки сырья конце карбонизатора, в зоне вывода обработанного сырья, а вывод продуктов сгорания - в зоне устройства загрузки сырья, отличающаяся тем, что установка содержит раздельно выполненные карбонизатор и активатор, при этом в корпусе карбонизатора установлены две или более камеры сгорания, сопловые каналы которых выходят тангенциально кольцевому каналу, при этом камеры сгорания питаются пиролизным газом, выходящим из карбонизатора, который соединен трубопроводами с котлами-утилизаторами, другая камера сгорания установлена в цилиндрическом канале внутренней оболочки, при этом карбонизатор соединен трубопроводом со смесителем активирующего агента и карбонизата, который в свою очередь соединен патрубком с активатором, выполненным в виде циклона, разделяющего фракции пиролизного газа и активированного угля и соединенным патрубком с охладителем активированного угля с одной стороны и соединенным патрубком с камерой сгорания, соединенной с котлом-утилизатором перегрева водяного пара, при этом кольцевой канал карбонизатора соединен патрубком с котлом-утилизатором для нагрева воды, а цилиндрический канал карбонизатора соединен патрубком с котлом-утилизатором водяного пара, который в свою очередь соединен трубопроводом с котлом-утилизатором для нагрева воды, котел-утилизатор водяного пара соединен с котлом-утилизатором перегрева водяного пара, являющегося активирующим агентом, котел-утилизатор перегрева водяного пара соединен с одной стороны с камерой сгорания, а с другой стороны соединен трубопроводом с котлом-утилизатором нагрева воды и котлом-утилизатором водяного пара, соединенными с устройством очистки дымовых газов, который соединен с циклоном разделения дымовых газов и твердых частиц, при этом циклон разделения дымовых газов содержит патрубок вывода дымовых газов через дымосос с дымовой трубой и патрубок вывода твердых частиц в бункер.