Способ термообработки угля для по-лучения активированного угля

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сеез Севетсмнк

Сецнеекткчеакик

Рквубинк (ii)81695 8

К АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополммтельное к авт. саид-ву (22) Заявлено 291278 (2$) 2703989/23-26 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано 3003,81. Бюллетень Н9 12

Дате опубликования олисамия 05.04.81 (я)м. кл.з

С 01 В 31/08

Гасударственный квмнтет

СССР нв лезам нзебретеннй н еткрытнй (53) УДК 661.183 (088.3) P2) Авторы изобретения

Ji. Н. Савельев, В. Ф. Смирнов, В. Е. Чипинский, В. П. Щербаков и Г. В. Дворецкими

P3 ) Заявитель — ---. (54 ) СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ УГЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

AKTHBHPOBAHHOI 0 УГЛЯ

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам термической обработки угля и может быть использовано для карбонизации угля-сырца в производстве промышленных активных углей.

Известен способ термообработки (активации) угля в движущемся слое до

800-1000 С в контакте с парогазовым теплоносителем, подаваемым прямотоком при подаче воздуха в печь (1) .

Недостатком способа является невысокая производительность процесса, ограниченная максимально допусти>em расходом парогазовой смеси, лими тируемым скоростью парогазового потока, выше которой происходит унос угля из рабочей зоны печи в газовые каналы. Кроме того, производительность процесса ограничена максимально допустимым количеством воздуха, подаваемым в печь, так как при содер.жании свободного кислорода в рабочей зоне выше некоторого предела ttpoисходит горение угля.

Наиболее близок к предлагаемому способ термообработки угйя нагревом движущегося слоя через стенку до

500 С и контактом с парагазовым

2 теплоносителем, подаваемым противотоком (2) .

Недостатком данного способа является невысокая интенсивность процесса, которая ограничена при внешнем нагреве температурой газов, обогревающих стенки реторты и относительно низкой теплопроводностью как стенки, так и обрабатываемого материала, а при внутреннем нагревемаксимально допустимой скоростью газового потока, которая не должна превышать критическую скорость псевдоожижения в виду возможного уноса

I5 угля из рабочей зоны печи. кроме того, в верхней части реторты происходит конденсация воды и смоляных продуктов термообработки на холодном угле, что приводит к его агло20 мерации, ухудшению его истеченйя и теппообмена, в результате чего производительность печи резко снижается, понижается выход продукта и уголь получается недостаточно высокой

25 прочности.

Цель изобретения - увеличение прочности, выхода карбониэованного угля и производительности процесса.

Поставленная цель достигается

30 тем, что в способе, включающем наг816958.рев движущегося слоя угля через о стенку до 500 С и контакт. с парогазовым теплоносителем, в интервале

20-300 С парогазовый теплоноситель подают прямотоком, в интервале

500-1200 С нагрев ведут пропускани.ем элект .ического тока через слой и используют теплоноситель с содержанием 0,2-10% по объему свободного кислорода.

Дополнительно в интервале 3001200 С, парогазовый теплоноситель подают противотоком.

Процесс термической обработки угля делят в основном на три стадии, для каждой из которых для получения продукта заданного качества и увеличения интенсивности теплообмена необходимо осуществлять нагрев материала в разной среде с различным способом подвода тепла в зависимости от свойств материала на данном этапе обработки.

Так, первая стадия предшествует началу деструктивных процессов, конечная температура этой стадии обычно не превышает 300 С. Эта стадия эндотермична, так как здесь происходит в основном удаление влаги, переход материала в пластичное состояние (для термопластичных материалов) и, следовательно, необходим интенсивный подвод тепла. Вместе с тем в этом интервале температур термообработки выделяются водяные пары, смолистые вещества, способные при охлаждении конденсироваться, что способствует агломерации, зависанию и закоксовыванию продукта и газоходов печи. На этом этапе термическую обработку материала ведут одновременно внешним нагревом .через стенку и внутренним нагревом путем непосредственного контакта угля с потоком парогазового теплоносителя, подаваемым прямотоком. это исключает конденсацию паров и увеличивает интенсивность процесса.

На 2-ой стадии (300-500 C) параллельно протекают процессы деструкции и синтеза, связанные с разрывом слабых кислород-водородных, кислородуглеродных, углерод-водородных связей и образованием более сильных ароматических углерод-углеродных связей. В зависимости от соотношения. процессов деструкции и синтеза происходит как выделение, так и поглощение энергии, количество которой существенно зависит от обрабатываемого материала и конкретной температуры в данном интервале.

При этом на данном этапе термообработки для получения продукта заданного качества должны строго контролироваться как среда обработки, так и скорость подвода тепла. На этой стадии также выделяются смолистые вещества, способные при охлаждении конденсироваться. Данный этап термообработки согласно предлагаемому способу ведут внешним нагревом через стенку и противоточной подаче теплоносителя. При этом исключается конденсация выделяющихся смолистых продуктов в виду того, что газообразные продукты движутся от более холодного слоя к более горячему, прилегающему к стенке, и затем уда-! 0 ляются через- отверстие в стенке.

Таким образом, процесс осуществляется в восстановительной среде газообразных продуктов пиролиза с заданной скоростью нагрева, которая регулируется температурой стенки и скорос1$ тью движения материала.

На 3-ей стадии (500-1200 С) углеродсодержащий материал (уголь) становится электропроводным и его структура в основном сформированной, 20 при этом свойства конечного продукта мало зависят от скорости подъема температуры. Согласно предлагаемому способу нагрев материала на этой стадии ведут путем пропускания через слой материала электролита и одновременно восходящего потока парогазового теплоносителя, содержащего на входе 0,2-10% по объему свободного кислорода. При этом пронизывание слоя материала парогазовой смесью,. содержащей кислород, в совокупности с пропусканием электротока обеспечивает максимальную интенсивность процесса, ведущую к высокой производительности печи, равномерный по всему слою материала прогрев и получение водяного газа за счет взаимодействия при температуре выше 700 С водяного пара и углекислого газа с углеродом.

Из. высокотемпературной зоны парога40 зовую смесь, содержащую продукты взаимодействия кислорода с газообразными продуктами термообработки, а также горючие компон.енты такие, как водород, метан, окись углерода и

45 другие используют частично для нат рева материала в низкотемпературной и частично среднетемпературной зоне.

Интенсификация первой и третьей стадий термообработки значительно повышает производительность процесса в целом. Выбор парогазового теплоносителя с содержанием свободного кислорода 0,2-10 об.Ъ обусловлен тем, что свободный кислород заметно реагирует с горючими компонентами лишь при содержании его в парогазовой смеси, более 0,23. Поэтсэлу введение в теплоноситель свобод, ного кислорода менее u,2% являетс:я неэффективным.

При содержании ж а свободного кислоро60 да в подаваемой парогазовой смеси более 10Ъ в зоне подачи теплоносителя происходит пс>лное реагирование . газообразнЫх пр здуытОВ тЕрмООбработ ки с кислородом, после чего избыточ5$ ныи кислород ре.агирует с углем. В

816958 результате происходит поверхностный обгар материала, растет макропористость угля. это в свою очередь снижает прочность и выход продукта.

На фиг. 1 изображена схематически конструкция вертикальной шахтной .печи с двумя продуктовыми каналами, реализующей даный способ; на фиг.

2 — разрез A-A на фиг. 1.

Печь включает в себя низкОтемпературную зону 1 нагрева, среднетемпературную зону 2 нагрева, высокотемпературную зону 3 нагрева и зону 4 охлаждения, бункеры 5 для загрузки материала Ы продуктовые каналы, щелевидные отверстия б для подачи парогаэового теплоносителя на прониэывание слоя материала сверху вниз через газовые каналы 7, щелевидные отверстия 8 для удаления газообразных продуктов термообработки через газовые каналы 9, электроды 10 для подвода электрического тока к слою материала, трубы 11 с отверстиями для подачи парогазового теплоносителя, содержащего кислород,выгрузочное устройство 12 скребкового типа, вырузочный бункер 13, газоходы 14 для удаления иэ печи смеси. газов низко температурной и среднетемпературной эон, каналы 15 для:подачи воздуха на горение .в газовых каналах среднетемпературной зоны газообразных продуктов, каналы 16 для смешения части газов высокотемпературной зоны и пара из труб 17, запорнорегулирующую арматуру 18 для регулировки степени разбавления газов иэ высокотемпературной зоны, поступающих на пронизывание слоя материала в низкотемпературной зоне, коллекторы 19, газоходы 20 для подвода части газов высокотемпературной эоны к коллекторам 19, шиберы 21 для регулировки распределения потока газов из высокотемпературной зоны к коллекторам

19 трубы 22 для подачи пара на охлаждение термообработанного продукта. Для удаления газообразных продуктов иэ печи газоходы 14 соединены с дымососом 23 через котел-утилизатор

24. Продуктовые каналы низкотемпературной и среднетемнературйой эон расширяются книзу. Они разделены между собой газовыми каналами и имеют в поперечном сечении, например вид вытянутого прямоугольника, эллипса, круга. В высокотемпературной зоне продуктивные каналы разделены промежуточным электродоМ, а в зоне охлаждения объединены в один общий канал.

П р. и м е р 1. ьголь-сырец АР-3 в количестве 100 кг/ч загружают в лабораторную печь (фиг. 1 и, 2) с объемами зон 1, 2, 3 и 4 соответственно равными /О, 90, 45 и 65 дмЗ.

Характеристики загружаемого угля следующие,Ъ: - одержание влаги 5

Содержание золы 5

Выход летучих . 30

Фракционный состав:

41 MM 1%

1-2,75 мм +10%

2,75-5,5 мм >88%

)5 мм б 1%

Иэ труб 17 в каналы 16 подают

20 Kl /ч водяного пара 140 С. В ка(g налах 14 устанавливают разряжение

80 Па. На электроды подают напряжение 60 В. Через слой угля пропускают ток 200 A. Через трубы 11 подают

25 нм ч парогазовой смеси 800 С

15 и содержанием об. Ъ: свободн"й .кислород 5; CO@10; Н О 17; и 68. через трубу 22 подают 50 кг/ч водяного пара 120 С.

В зоне 1 уголь нагревают до о

300 С через стенку и контактом с парогазовым теплоносителем (смесью газов из зоны 3 и водяного цара иэ труб

17), подаваемым прямотоком. В зоне

2 нагрев ведут до 500Я через стенку и контактом с парогаэовым теплоноси25 телем„ подаваемым противотоком иэ зоны 3. При этом теплоноситель обогащен летучими веществами, выделяемыми из угля в зоне 2. В зоне 3 нагрев ведут до 1200 С пропусканием электрического тока и контактом с восхо- . дящим потоком парогазового теплоносителя, содержащего на входе в зону

5 об.Ъ свободного кислорода. В зоне

4 уголь охлаждают до 150 С водяным

35 паром. В бункер 13 выгружают 61 кг/ч карбониэованного угля.

Нагрев угля ведут в интервале

20-300 С со скоростью 10 град/мин., в интервале 300-500 С вЂ” б град/мин, в интервале 500-1200ОС вЂ” 25 град/мин.

4О Охлаждение карбонизованного угля ведут со скоростью 20 град/мин.

В зоне 4 водяной пар, охлаждающий уголь, по мере подъема нагревается и при температуре выше 700 С частич45 но взаимодействует с углем с образованием водяного газа.

В зоне 3 парогазовый теплоноситель, содержащий продукты взаимодействия кислорода с газообразными .

50. продуктами термообработки, а также горючие компоненты, движется противотоком вверх и, отдавая тепло углю, охлаждается до 500 С. На выходе из зоны 3 теплоноситель содержит, об.Фг

55 СО 6Р 5; CO 28; Hg41l Ng 16@ СН 1 ° 5)

Н О 7. В верхней части зоны 3 парогаэовый теплоноситель разделяется на два потока, один иэ которых в количестве 50 mP/ч направляют в зону

1 через гаэоходы 20, а остальную60 в.зону 2. Распределение расходов .теплоносителя регулируют шиберами

21.

В газоходах 20 температуру теплоносителя доводят до 800 С эа счет.

65 частичного сжигания. горючих компонен816958

Таблица 1

Предлагаемый:

Известный тов. Затем теплоноситель инжектируют водяным паром, подаваемым из труб

17 в каналы 7, откуда парогазовую смесь 550 С через отверстия 6 подают прямотоком в движущийся слЬй угля.

Здесь парогазовый поток обогащается водяными йарами и смолистыми веществамй, выделяемыми из угля. Парогаэовую смесь из зоны 1 удаляют через каналы 14.

В зоне 2 теплоноситель из зоны

3, обогащенный летучими веществами, выделяемыми из угля, удаляют через отверстия 8 в газовые каналы 9, где часть горючих компонентов сжигают.

Среднюю температуру в каналах 9 устанавливают равной 750 С.

В каналах 14 парогазовые потоки из зон 1 и 2 смешивают и удаляют дымососом 23 через котел-утилизатор

24 в атмосферу. Из печи удаляют

450 нм газов 550 С и с теплотворной способностью, равной

2800 ккал/нм . В котле-утилизаторе используют физическое и химическое тепло. удаляемых из печи газов для получения водяного пара и горячей воды. . П р и м.е р 2.В отличие от примера 1 содержание свободного

Для сравнения полученный по предлагаемому способу карбониэованный уголь AP-3 и примере 1 и полученный известным способом уголь активировали до 30% степени активирования (принятой в производстве промышленкислорода в парогазовой смеси, подаваемой в зону 3 через трубы 11, устанавливают 0,2 об.э.

При этом в печь загружают 92 кг/ч угля-сырца, а выгружают 59 кг/ч каобониэованного угля.

Пример 3. В отличие от примеров 1 и 2 содержание свободного кислорода в парогазовой смеси, подаваемой в зону 3 через трубы 11, устанавливают 10 об.%

При этом в печь загружают 107 кг/ч угля-сырца, а выгружают 63 кг/ч карбонизованиого угля.

В таблице 1 приведены показатели карбонизованного угля AP-3, полученного по предлагаемому способу, а данные по производительности процесса и выходу продукта для примеров в сравнении с известным способом.

Качество полученного по предлагаемому способу карбонизованного угля значительно выше, так как его прочность и насыпная плотность имеет более высокие значения, а суммарная пористость ниже. Кроме того, значительно повышаются выход карбониэованного угля и производительность процесса.

680 0,26 100 61 61

690 0,25 92 59 64

660 0,29 107 63 58

600 0,36 92 47 51 ных активных углей типа AP-3) в лабор;.торной вращающейся печи при

900 С водяным паром.

В таблице 2 приведены показатели полученных активных углей.

816958

Т а б л и

Предлагао емый

0,70 0,510 «0,37 0,19 54

0,75 0,502 .0,28 0,14 41

Известный

Формула изобретения

Адсорбент на основе карбонизованного по предлагаемому способу угля обладает значительно большей прочностью и адсорбционной емкостью, что существенно улучшает технико-экономические показатели процессов, где используются данные активные угли.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает увеличение производительности процесса в среднем на 30%, выхода карбонизованного угля на 10%, прочности угля (по ГОСТУ 16188-70) на 10 Ъ.

Вместе с тем данный способ значительно снижает выбросы вредных ве-. ществ в атмосферу и улучшает условия труда.

1. Способ термообработки угля для получения активированного угля, включающий нагрев движущегося слоя угля через стенку до- 500 С и контак20 том с парогазовым теплоносителем, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности, выхода карбонизованного угля и производительности процесса, в интервале з4 20-300 С парогазовый теплоноситель подают прнмотоком, в интервале 5001200:С йагрев ведут пропусканием электрического тока через слой и используют парогаэовый теплоноситель с содержанием 0,2-10% по объему свободного кислорода.

2.. Способ по п.1, о т л и ч а ишийся тем, что в интервале

300-1200 С парогаэовый теплоноситель

3$ подают противотоком е

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. авторское свидетельство СССР

9 389013, кл. С Oi В 31/08, 1971.

4© 2. Патент Великобритании

9 745150,кл.В 55 (1) А, 1956 (прототип).

8 6958

A-A

7 7

Риг. Я

Составитель Т. Ильинская

Редактор Л. Пчелииская Техред М.Коштура Корректор С. М3екмар

Заказ 1186/28

Тираж 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4