RU2023966C1

RU2023966C1 - Furnace for thermal treatment of carbon-bearing materials

Info

Publication number: RU2023966C1
Application number: RU93017943A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Бобиченко; Е.Н. Дерябин; В.М. Мухин; Н.П. Васильев; Г.П. Быков; В.Д. Ложенко
Original assignee: Электростальский химико-механический завод
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: production of active coal. SUBSTANCE: furnace has shell, retort disposed within shell and having length-diameter ratio within the range of 1: 15-35, heating system in the form of horizontal coils disposed above and below retort, fire-resistant insulation above retort made from heat-resistant fibrous material, for example from coaly filaments, charging and discharge devices gaseous reagent inlet branch pipes introduced into retort. EFFECT: provision for obtaining active coal with high absorption capacity and increased strength. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к производству активных углей и может быть использовано для термообработки материалов в электроугольной, графитовой, строительной и других отраслях промышленности, а также для проведения реактивации отработанных углеродных адсорбентов. The invention relates to the production of activated carbons and can be used for heat treatment of materials in electric, graphite, construction and other industries, as well as for the reactivation of spent carbon adsorbents.

Известна вертикальная печь для получения активного угля (а.у.), содержащая корпус, расположенную внутри него неподвижную прямоугольную цилиндрическую реторту и огнеупорную теплоизоляцию, систему нагревания материалов в виде встроенных электродных пластин, установленных через равные промежутки по высоте реторты в противоположных стенках, загрузочное и выгрузочное устройства и патрубок для ввода перегретого пара в средней зоне реторты (Япония, заявка N 64-1403, 1983 г.). A vertical furnace for producing active carbon (a.u.) is known, comprising a housing, a stationary rectangular cylindrical retort and refractory heat insulation located inside it, a material heating system in the form of integrated electrode plates installed at regular intervals along the height of the retort in opposite walls, loading and an unloading device and a pipe for introducing superheated steam in the middle zone of the retort (Japan, application N 64-1403, 1983).

Недостатком известной печи является низкая производительность при проведении процесса активации угля, а также невозможность осуществлять карболизацию углеродсодержащих материалов с большим содержанием летучих веществ. A disadvantage of the known furnace is its low productivity during the coal activation process, as well as the inability to carry out carbonization of carbon-containing materials with a high content of volatile substances.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является вращающаяся муфельная печь для тепловой обработки материалов, содержащая корпус с размещенной в нем цилиндрической ретортой, имеющей отношение длины к диаметру 1:5, и огнеупорной теплоизоляцией, выполненной из шамота, систему нагревания материалов путем передачи тепла от топочных газов к инертному материалу, имеющему плотный контакт с наружным корпусом реторты, загрузочное и выгрузочное устройства, причем патрубки для ввода и вывода газообразных реагентов совмещены с загрузочным и выгрузочным устройствами (авт. св. СССР N 0490571, 1975 г.). The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a rotary muffle furnace for heat treatment of materials, comprising a housing with a cylindrical retort placed in it, having a length to diameter ratio of 1: 5, and fireproof thermal insulation made of fireclay, a heating system for materials by transferring heat from the flue gases to an inert material having tight contact with the outer housing of the retort, loading and unloading devices, and the nozzles for input and output are gaseous x reagents combined with loading and unloading devices (ed. St. USSR N 0490571, 1975).

Недостатком прототипа является низкое качество получаемого активного угля и сложность ремонта и обслуживания печи. The disadvantage of the prototype is the low quality of the activated carbon and the complexity of the repair and maintenance of the furnace.

Целью изобретения является повышение качественных показателей получаемого активного угля (адсорбционных и прочностных свойств), а также упрощение ремонта и обслуживания печи. The aim of the invention is to improve the quality indicators of the obtained activated carbon (adsorption and strength properties), as well as simplifying the repair and maintenance of the furnace.

Поставленная цель достигается предложенной печью, содержащей корпус, расположенную внутри него цилиндрическую реторту и огнеупорную теплоизоляцию, систему нагревания материалов, загрузочное и выгрузочное устройства и патрубки для ввода и вывода газообразных реагентов, причем реторта имеет отношение длины к диаметру 1:15-35. Система нагревания выполнена в виде горизонтальных спиралей, расположенных над и под ретортой, огнеупорная теплоизоляция над ретортой выполнена из термостойкого волокнистого материала (при этом использовано термостойкое каолиновое волокно), а патрубки для подачи газообразных реагентов введены внутрь реторты. This goal is achieved by the proposed furnace, comprising a housing, a cylindrical retort located inside it and refractory heat insulation, a material heating system, loading and unloading devices and nozzles for introducing and discharging gaseous reactants, the retort having a length to diameter ratio of 1: 15-35. The heating system is made in the form of horizontal spirals located above and below the retort, the refractory thermal insulation above the retort is made of heat-resistant fibrous material (using heat-resistant kaolin fiber), and pipes for supplying gaseous reagents are introduced into the retort.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Печь для проведения термообработки (карбонизации, активации, реактивации и др.) углеродсодержащих материалов должна иметь достаточно длинную реторту, позволяющую обеспечивать необходимую продолжительность контакта материала с газообразными реагентами (перегретым водяным паром, двуокисью углерода и т.п. ), при этом желательно уже на начальной стадии контакта иметь высокую температуру газообразных реагентов, чтобы избежать осмоления обрабатываемых частиц материала. Теплоизоляция должна, с одной стороны, обеспечивать сохранность тепла в зоне реакции, а с другой, не быть очень громоздкой, кроме того, она должна легко разбираться и обеспечивать быстрый доступ к нагревательным элементам (в данном случае горизонтальным спиралям), которые на всех типах печей наиболее часто выходят из строя. The essence of the invention is as follows. The furnace for carrying out heat treatment (carbonization, activation, reactivation, etc.) of carbon-containing materials should have a sufficiently long retort, allowing to provide the necessary duration of contact of the material with gaseous reagents (superheated water vapor, carbon dioxide, etc.), it is already desirable to the initial stage of contact to have a high temperature of gaseous reactants in order to avoid tarring of the processed material particles. Thermal insulation should, on the one hand, ensure the preservation of heat in the reaction zone, and on the other, not be very cumbersome, in addition, it should be easy to disassemble and provide quick access to heating elements (in this case, horizontal spirals), which on all types of furnaces most often fail.

На фиг. 1 приведена печь для термообработки углеродсодержащих материалов, общий вид; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows a furnace for heat treatment of carbon-containing materials, a General view; figure 2 is a section along aa in figure 1.

Предложенная печь содержит корпус 1 с расположенной внутри него цилиндрической ретортой 2, нижней и боковой огнеупорной теплоизоляцией 3, выполненной из шамотного кирпича, на котором размещены нижние нагревательные спирали 4, верхней огнеупорной теплоизоляцией 5, выполненной из термостойкого каолинового волокна и верхние горизонтальные нагревательные спирали 6, уложенные на фарфоровую обрешетку 7; загрузочное устройство 8 для подачи в реторту 2 обрабатываемого материала, выгрузочное устройство 9 со сборником для приемки готового продукта 10, закрепляемого на байонетном затворе, патрубок 11 ввода перегретого пара, патрубок 12 для ввода углекислого газа и патрубок 13 для вывода газообразных продуктов реакции, соединенный с системой вытяжки; раму 14, на которой устанавливаются корпус 1, а также электромотор 15 с редуктором 16, который приводит во вращение реторту 2, удерживаемую на раме 14 опорными роликами 17. С каждой из сторон корпуса 1 по всей его длине расположена дверца для доступа к нагревательным горизонтальным спиралям (на фиг.1 и 2 не показаны). The proposed furnace contains a housing 1 with a cylindrical retort 2 located inside it, a lower and side refractory thermal insulation 3 made of fireclay bricks, on which lower heating spirals 4 are placed, an upper refractory thermal insulation 5 made of heat-resistant kaolin fiber and upper horizontal heating spirals 6, laid on a porcelain crate 7; a loading device 8 for supplying the processed material to the retort 2, an unloading device 9 with a collector for receiving the finished product 10 mounted on a bayonet lock, an overheated steam inlet pipe 11, a carbon dioxide input pipe 12 and a pipe 13 for outputting gaseous reaction products, connected to exhaust system; frame 14, on which the housing 1 is mounted, as well as an electric motor 15 with a gear 16, which drives the retort 2, which is held on the frame 14 by the support rollers 17. A door is located on each side of the housing 1 along its entire length for access to horizontal heating spirals (not shown in FIGS. 1 and 2).

Печь работает следующим образом. С помощью электромотора 15 и редуктора 16 реторта 2 приводится во вращение и вращается на роликовых опорах 17. Затем на верхние 6 и нижние 4 горизонтальные нагревательные спирали подается напряжение 360 В. Соединение нагревателей в зоне нагрева выполнено звездой. Температура в зоне нагрева контролируется термопарой, установленной в верхней части корпуса (на фиг.1 и 2 не показана). Затем в патрубок 11 подается дистиллированная вода или конденсат при расходе 6,3-40 л/ч, которые, проходя над верхними нагревателями 6, преобразуются в водяной пар, поступающий внутрь реторты 2, туда же одновременно подается и углекислый газ при расходе 0,16-2,6 м³/ч по патрубку 12. В зависимости от требуемого режима термообработки материала возможна подача только одного реагента: водяного пара или углекислого газа. После вывода на режим температуры в зоне нагрева и расхода газообразных реагентов через загрузочное устройство 8 внутрь реторты 2 подается обрабатываемый углеродсодержащий материал при расходе 0,5-300 кг/ч, который, проходя по реторте, за счет естественного пересыпания реагирует с газообразными реагентами, приобретает необходимые свойства и через выгрузочное устройство 9 поступает в приемник готового продукта 10. Для увеличения времени пребывания материала в зоне нагрева, возможна установка внутри реторты 2 различных ворошителей, лопастей, порогов и т.п. Газообразные продукты реакции удаляются через патрубок 13 с помощью вентилятора (на фиг.1 и 2 не показан).The furnace operates as follows. Using an electric motor 15 and a reducer 16, the retort 2 is rotated and rotates on the roller bearings 17. Then, a voltage of 360 V is applied to the upper 6 and lower 4 horizontal heating spirals. The connection of the heaters in the heating zone is made by a star. The temperature in the heating zone is controlled by a thermocouple installed in the upper part of the housing (not shown in Figs. 1 and 2). Then, distilled water or condensate is supplied to the pipe 11 at a flow rate of 6.3-40 l / h, which, passing over the upper heaters 6, are converted into water vapor entering the retort 2, and carbon dioxide is also fed there at a flow rate of 0.16 -2.6 m ³ / h through pipe 12. Depending on the required heat treatment mode of the material, only one reagent can be supplied: water vapor or carbon dioxide. After entering the temperature regime in the heating zone and the flow of gaseous reagents through the loading device 8, the processed carbon-containing material is fed into the retort 2 at a flow rate of 0.5-300 kg / h, which, passing through the retort, reacts with gaseous reagents through natural pouring, acquires necessary properties and through the unloading device 9 enters the receiver of the finished product 10. To increase the residence time of the material in the heating zone, it is possible to install 2 different agitators, blades inside the retort, thresholds, etc. Gaseous reaction products are removed through the pipe 13 with a fan (not shown in Figs. 1 and 2).

Многочисленными экспериментами показано, что наилучшее качество готового продукта получается при отношении длины реторты к ее диаметру, равному 1: 15-35. Это объясняется тем, что если это отношение меньше 1:15, то частицы материала не успевают прогреться до температуры реакции, а если это отношение больше 1:35, то имеет место увеличение поверхностного обгара материала, что снижает качество получаемого активного угля. Изготовление системы нагревания в виде горизонтальных спиралей, расположенных над и под ретортой, а также соответствующие выполнения теплоизоляции обеспечивают стабильность температуры в зоне нагрева реторты 2, а также быстрый ремонт и замену отдельных элементов. Таким образом, в предлагаемой печи для термообработки углеродсодержащих материалов удается добиться повышения качественных показателей получаемого активного угля, а также упростить ремонт и обслуживание печи. Экспериментальные работы показали, что предлагаемая печь позволяет получить а. у. с прочностью 95-99% по ГОСТ 16188-70 и адсорбционной способностью по толуолу по ГОСТ 8703-74 до 250 гр/дм³.Numerous experiments have shown that the best quality of the finished product is obtained when the ratio of the length of the retort to its diameter is 1: 15-35. This is because if this ratio is less than 1:15, then the particles of the material do not have time to warm up to the reaction temperature, and if this ratio is more than 1:35, then there is an increase in the surface burning of the material, which reduces the quality of the resulting activated carbon. The manufacture of the heating system in the form of horizontal spirals located above and below the retort, as well as the corresponding insulation, ensure temperature stability in the heating zone of the retort 2, as well as quick repair and replacement of individual elements. Thus, in the proposed furnace for heat treatment of carbon-containing materials, it is possible to improve the quality of the resulting activated carbon, as well as to simplify the repair and maintenance of the furnace. Experimental work showed that the proposed furnace allows you to get a. at. with a strength of 95-99% according to GOST 16188-70 and adsorption capacity for toluene in accordance with GOST 8703-74 up to 250 g / dm ³ .

Время ремонта предлагаемой печи в случае выхода из строя системы нагревания в 4-6 раз меньше, чем у известных печей для проведения термообработки углеродсодержащих материалов. The repair time of the proposed furnace in case of failure of the heating system is 4-6 times less than that of known furnaces for conducting heat treatment of carbon-containing materials.

Использование предлагаемой печи в производстве активных углей или реактивации отработанных а. у. позволит получить значительный экономический эффект. The use of the proposed furnace in the production of activated carbon or reactivation of waste a. at. will provide significant economic benefits.

Claims

1. FURNACE FOR THERMAL PROCESSING OF CARBON-CONTAINING MATERIALS, comprising a housing located inside its cylindrical retort and refractory heat insulation, a heating system, loading and unloading devices, nozzles for introducing and discharging gaseous reagents, characterized in that the retort is made with a ratio of length to diameter of 1:15 -35, the heating system is made in the form of spirals horizontally located above and below the retort, the refractory thermal insulation above the retort is made of heat-resistant fibrous material, and the nozzles for input and gaseous reactants are introduced into the retort.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the thermal insulation above the retort is made of kaolin fiber.