термический модуль для получения углеродных сорбентов

Формула изобретения

Термический модуль для получения углеродных сорбентов, содержащий вращающиеся печи карбонизации и активации с топками, камеры загрузки и выгрузки, отличающийся тем, что печи карбонизации и активации технологически объединены по материальным и газовым каналам в единый комплекс, включающий установленную у печи активации печь дожигания газов активации, соединенную с камерой выгрузки, камеру ввода нагретого теплоносителя и камеру возврата охлажденного теплоносителя, при этом топка печи карбонизации выполнена автономной и имеет нагревательную камеру со смонтированным в ней рекупетором нагрева теплоносителя, соединенный с камерой ввода нагретого теплоносителя и камерой возврата охлажденного теплоносителя, причем топка печи карбонизации соединена с камерой выгрузки печи карбонизации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аппаратному оформлению термохимических процессов обработки зернистых материалов, в частности процессов карбонизации и активации в производстве активных углей.

Известен серийно выпускаемые промышленностью для производства активных углей аппараты с вращающимися барабанами, содержащие топку, вращающийся барабан (корпус), загрузочное устройство (течку), загрузочную (при противотоке) и выгрузочную (при прямотоке) камеры.

Недостатками известных конструкций являются:

низкое качество получаемого продукта, т.к. топочные газы в процессе карбонизации непосредственно контактируют с обрабатываемым материалом;

нерегулируемый температурный режим в печи, т.к. топка не имеет камеры разбавления, что также снижает качество обрабатываемого материала;

невозможность использования газов термолиза в качестве теплоносителя, что увеличивает расход топлива и в конечном результате стоимость выпускаемой продукции, а не полное сжигание газов термолиза приводит к значительному загрязнению окружающей среды.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является установка для термического разложения углеродсодержащих материалов (авт. св. СССР N 397729, кл. F 27 B 7/04, C 10 D 9/04, 1971 г.), включающая вращающийся барабан с внутренней ретортой, сопряженные с топкой кольцевой диафрагмой, загрузочное и выгрузочное устройства.

Известная конструкция не позволяет регулировать температурный режим, т. к. дожигание газов карбонизации происходит нерегулируемо в межтрубном пространстве, что приводит к быстрому выходу из строя печи и реторты. Кроме того, конструкция не позволяет работать в режиме противотока, что снижает качество получаемого продукта, а также не обеспечивает полного сжигания газов карбонизации, что приводит к значительному загрязнению окружающей среды.

Задачей заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Предметом заявки является термический модуль для получения углеродных сорбентов, содержащий вращающиеся печи карбонизации и активации, технологически связанные по материальным и газовым потокам в единый комплекс, в котором у печи активации дополнительно установлена печь дожигания газов активации, соединенная с камерой нагрузки, а также печь карбонизации выполнены отдельно стоящей и снабжена нагревательной камерой, в которой смонтирован рекуператор перегрева теплоносителя (в качестве которого используют воздух), соединенный с камерой ввода и возврата теплоносителя; кроме того, топка соединена с камерой выгрузки печи карбонизации.

Отличие заявляемого модуля от прототипа заключается в том, что: печи активации и карбонизации технологически связаны в единый комплекс по материальным и газовым потокам; у печи активации дополнительно установлена печь дожигания газов активации, которая соединена с камерой выгрузки; печь карбонизации снабжена дополнительно установленной камерой ввода теплоносителя; топка печи карбонизации выполнена отдельностоящей и снабжена нагревательной камерой, в которой смонтирован рекуператор перегрева теплоносителя, соединенный с камерами ввода и возврата теплоносителя, кроме того, топка соединена с камерой выгрузки печи карбонизации.

На фиг. 1 изображен узел карбонизации; на фиг. 2 узлы активизации и утилизации.

Узел карбонизации содержит отдельно стоящую топку 1 с горелкой 2 и камерой нагрева 3 с установленным в ней рекуператором 4, вращающийся барабан 5 печи карбонизации с внутренней ретортой 6, снабженной загрузочным устройством 7, камеру ввода нагретого теплоносителя 8, камеру возврата охлажденного теплоносителя 9, камеру выгрузки готового карбонизата 10, дымосос 11 и газоход 12.

Узел активации включает топку 13 с горелкой 14 и камерой разбавления 15, внутри которой смонтирована загрузочная течка 16, вращающийся барабан 17 печи активации с паровоздухоподающими трубами 18, на которых закреплен паровоздухораспределитель 19, выгрузочную камеру 20, печь дожигания 21 с горелкой 22 и газоход 23.

Узел утилизации тепла состоит из котла утилизации 24 и дымососа 25.

Под термином термический модуль следует понимать унифицированный функциональный комплекс последовательно расположенных узлов оборудования для производства активного угля из различных типов углеродсодержащего сырья. При этом узлы оборудования взаимосвязаны между собой как по материальным, так и по газовым потокам.

Устанавливая узлы различных габаритов, можно менять производительность модуля в целом. Например, печь активации диаметром 1,6 м и длиной 12 м дает годовую производительность 500 т/год готового АУ, а длиной 16 м 700 т/год (при этом изменяются и габариты всего остального оборудования).

Модуль работает следующим образом. В момент розжига топливо (жидкое или газообразное), подаваемое через горелку 2 в топку 1, сгорает и образующиеся дымовые газы поступают в нагревательную камеру 3, обогревая установленный в ней рекуператор 4. Нагретый в рекуператоре 4 до технологически необходимой температуры теплоноситеь (в качестве которого применяется воздух) подают в камеру 8. Двигаясь по межтрубному пространству между вращающимися барабаном 5 и внутренней ретортой 6, теплоноситель нагревает последнюю и попадает в камеру возврата охлажденного теплоносителя 9 и дымососом 11 подается в рекуператор 4 для нагрева. Дымовые газы из камеры нагрева 3 подают в котел 24 для утилизации оставшегося тепла.

После прогрева реторты 6 углеродсодержащий материал загрузочным шнеком 7 подают в реакционное пространство последней. Обработанный материал (карбонизат) из реторты 6 попадает в камеру выгрузки 10 и через ее нижний патрубок поступает в печь активации.

При термической обработке карбонизации в реакционном пространстве реторты 6 образуются газообразные продукты термического разложения. Последние через торцевой патрубок камеры выгрузки готового карбонизата 10 по газоходу 12 поступают на сжигание в топку 1.

При установившемся режиме работы газы карбонизации за счет высокой температуры в топке 1 сгорают полностью, выделяя при этом необходимое для процесса карбонизации тепло. Поэтому значительно сокращается (80-90%) расход топлива, подаваемого через горелку 2.

Одновременно с розжигом печи карбонизации производят розжиг печи активации.

Топливо (жидкое или газообразное), подаваемое через горелку 14 в топку 13, сгорает и образующиеся дымовые газы (теплоноситель) поступают в камеру разбавления 15, где их за счет подачи пара (ни в коем случае не воздуха) охлаждают до технологически необходимой температуры и подают во вращающийся барабан 17, двигаясь по которому он прогревает его.

После прогрева печи активации по загрузочной течке 16 из печи карбонизации начинают подавать карбонизат.

При вращении барабана 17 через паровоздухораспределитель 19 по перфорированным трубам 18, находящимся под слоем карбонизата, подают активирующий агент (водяной пар), который пронизывает слой карбонизата. По трубам 18, находящимся в верхней части барабана 17, подают воздух, необходимый для сжигания, образующихся газов активации.

При установившемся режиме работы печи активации часть сгоревших газов активации выделяют тепло, необходимое для процесса активации, сокращая тем самым на 70-80% расход топлива, подаваемого через горелку 14.

Так как горение газов активации происходит по всей длине барабана 17, тем самым по всей длине печи поддерживается одинаковый температурный режим, который трудно выдержать при работе одной топки 13.

Полученный активный уголь через нижний патрубок выгрузочной камеры 20 подают на охлаждение в барабанный вращающийся холодильник (не показан).

Газовая фаза активации (дымовые газы и несгоревшая часть газов активации) по газоходу 23 поступает на дожигание в печь 21.

Дымовые газы печи дожигания 21 и нагревательной камеры 3 топки 1 подают на утилизацию тепла в котел 24 и далее вентилятором 25 в дымовую трубу (не показана). В котле-утилизаторе 24 можно получать перегретый пар (подаваемый через паровоздухораспределитель 19), необходимый для процесса активации.

Использование заявляемого модуля позволяет улучшить качество получаемого материала за счет:

использования принципа противотока теплоносителя и обрабатываемого материала в печи карбонизации;

регулирования температуры теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство печи карбонизации и реакционное пространство печи активации.

Термический модуль обеспечивает полное сжигание газов карбонизации и активации с утилизацией выделяемого тепла и является экологически чистым объектом, т. к. газовые выбросы не содержат вредных примесей, а в качестве теплоносителя в межтрубном пространстве печи применяют перегретый воздух. Кроме того, заявляемый модуль является энергоресурсосберегающим, т.к. при установившемся режиме работы на 80-90% работает на тепле, полученном от сжигания газов карбонизации и активации.

Использование дополнительно установленной камеры ввода теплоносителя печи карбонизации позволяет обрабатывать материал как по принципу противотока, так и прямотока, меняя место ввода в камерах подачи и возврата теплоносителя.