RU205709U1

RU205709U1 - Аппарат для пиролиза углеродного материала

Info

Publication number: RU205709U1
Application number: RU2020142765U
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Карпенок; Василий Иванович Мурко; Владимир Иванович Федяев; Денис Игоревич Овсянников
Original assignee: Виктор Иванович Карпенок; Василий Иванович Мурко; Владимир Иванович Федяев
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Полезная модель относится к термической переработке углеродных материалов, преимущественно углей, и может быть использована при получении полукокса, углеродных адсорбентов, газификации угля.Аппарат для пиролиза углеродного материала, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с системами дозированной загрузки исходного материала и подачи воздуха, разгрузки твердого продукта пиролиза, расположенными соответственно, в верхней и нижней частях корпуса, устройством отвода газообразного агента в средней части корпуса, запальное устройство, при этом система разгрузки выполнена в виде ванны с устройством периодического удаления твердого продукта с гидрозатвором, а устройство отвода газообразного агента снабжено водогазовым эжектором.

Description

Полезная модель относится к термической переработке углеродных материалов, преимущественно углей, и может быть использована при получении полукокса, углеродных адсорбентов при газификации угля.

Известен слоевой газификатор непрерывного действия (патент РФ №2513928 от 10.09.2012 г.), аналог, представляющий собой аппарат шахтного типа на обратном дутье, отличающийся тем, что в топке аппарата колосниковая решетка выполнена охлаждаемой из труб с проточной холодной жидкостью, причем решетка установлена наклонно под углом естественного осыпания твердого топлива, с изгибом в нижней части в обратную сторону, питатель для непрерывной подачи топлива в топку выполнен, по крайней мере, в виде шнекового транспортера с герметизацией узла подачи, со стороны подачи воздуха в топке установлена защитная сетка, в средней части газификатор оснащен узлом для удаления газов, а в нижней части - узлом отгрузки кокса и золы, по крайней мере, в виде шнекового транспортера, с герметизацией узла отгрузки, при этом газификатор установлен на оси с возможностью отклонения от вертикальной оси в две стороны в пределах изменения угла наклона колосниковой решетки, с помощью поворотного механизма. Кроме того, на трубы охлаждаемой колосниковой решетки свободно насажены зубчатые втулки с минимальным зазором между соседними по диаметрам, вращающиеся под действием двигающегося топлива, во избежание зашлаковывания колосниковой решетки.

Недостатками данной конструкции является ее сложность и ненадежность вследствие зависания материала на колосниковой решетке.

Наиболее близким решением является способ получения полукокса и устройство для осуществления способа (Патент РФ №2278817 от 03.12.2004 г.) (прототип), заключающийся в получении полукокса путем переработки твердого углеродсодержащего сырья в вертикальном аппарате шахтного типа, включающий подачу воздуха в слой угля, розжиг, сушку, карбонизацию, выгрузку полученного полукокса и отбор горючего газа, отличающийся тем, что подачу воздуха в слой угля производят сверху и снизу, а розжиг угля и отвод горючего газа осуществляют в среднем сечении слоя. Устройство для его получения, содержит вертикальный аппарат шахтного типа, отличающееся тем, что аппарат содержит верхнюю и нижнюю рабочие камеры, выполненные с возможностью подачи воздуха сверху в верхнюю камеру и снизу в нижнюю камеру и разделенные в среднем сечении слоя аппарата для обеспечения розжига угля и отвода горючего газа.

Недостатками указанного способа и устройства является невозможность его осуществления непрерывным способом, а также низкая эффективность вследствие неравномерности температурного поля внутри цилиндрического корпуса вследствие неподвижности загруженной массы исходного материала в процессе пиролиза.

Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются:

- повышение качества и увеличение выхода годного твердого продукта пиролиза за счет непрерывного движения слоя углеродного материала;

- реализация процесса пиролиза в вертикальном цилиндрическом корпусе в непрерывном режиме.

Поставленные задачи достигаются тем, что система разгрузки выполнена в виде ванны с устройством периодического удаления твердого продукта с гидрозатвором, а устройство отвода газообразного агента снабжено водогазовым эжектором.

Выполнение системы разгрузки в виде ванны с устройством периодического удаления твердого продукта с гидрозатвором позволяет осуществить как охлаждение, так и удаление твердого продукта при сохранении герметичности внутренней полости аппарата. При этом водяной пар, образующийся за счет вакуума, поступает в зону реакции (пиролиза), улучшая качество как твердого продукта пиролиза, так образующегося генераторного газа.

Снабжение устройства отвода газообразного агента водогазовым эжектором позволяет совмещать удаление образующегося генераторного газа с его охлаждением, что также способствует повышению его качества за счет нежелательных химических реакций между компонентами газа при высокой температуре.

На рисунке представлен предлагаемый аппарат для пиролиза углеродного материала.

Аппарат состоит из корпуса 1, ванны 2 с гидрозатвором, системы подачи исходного материала с герметичным затвором 3, емкости технической воды 4, насоса рабочего контура 5, водогазового эжектора 6.

Аппарат работает следующим образом.

Исходный материал через герметичный затвор 3 непрерывно загружается в корпус аппарата 1. Предварительно ванна 2 с гидрозатвором заполняется водой. Емкость технической воды 4 также заполняется водой заранее.

Когда уровень исходного материала достигнет зоны отвода генераторного газа, включают запальное устройство, расположенное в зоне отвода генераторного газа (на рисунке не показано). Одновременно с этим включают насос рабочего контура 5 и систему дозированного воздушного дутья.

После того как начнется устойчивое горение, запальное устройство отключают.

Насос рабочего контура 5, отбирая воду из емкости технической воды 4, подает ее в водогазовый эжектор 6, откуда она сливается обратно в емкость технической воды 4.

При прохождении воды через эжектор 6 в приемной камере эжектора создается разрежение. Поскольку приемная камера эжектора соединена трубопроводом с корпусом аппарата пиролиза 1 в области отвода генераторного газа, то в этой области создается разрежение (пониженное давление). Поскольку нижняя часть корпуса аппарата 1 погружена в воду, налитую в ванну 2, в зоне разгрузки образуется гидрозатвор и подсос воздуха через слой материала в зону отвода генераторного газа исключается. Подвод воздуха возможен только со стороны ввода воздушного дутья.

Под совместным воздействием разрежения в зоне отвода генераторного газа и поступления воздуха в зоне подвода дозированного дутья устанавливается течение газов в области между зоной подвода дозированного дутья и зоной отвода генераторного газа.

При горении выделяется тепло, частицы угля прогреваются, из них выделяются летучие вещества, которые частично сгорают, а некоторая их часть остается в составе генераторного газа. Поскольку воздух подается дозировано, то его не хватает для сгорания угля и всех выделяющихся летучих, сгорает только часть летучих веществ.

Твердый продукт пиролиза удаляется из ванны дозировано. При его удалении масса материала в пространстве корпуса 1 будет оседать. Оседать будет вся масса, то есть весь столб материала. В его составе как исходный материал (в верхней части корпуса), так и обжигающиеся частицы угля (в средней части) и твердый продукт пиролиза (в нижней части). Продукт, не лежащий в воде (расположенный выше ванны) имеет высокую температуру. Оседая в составе столба материала (при выгрузке продукта из ванны) материал попадает в воду. При попадании горячего материала в воду образуется пар, а материал охлаждается. Водяной затвор не позволяет пару проникнуть за пределы аппарата и вследствие этого пар попадает в область пониженного давления, то есть в зону отвода генераторного газа. Течение пара между частицами раскаленного угля вызовет как предварительное охлаждение горячего продукта пиролиза, так и частичную газификацию его по реакции водяного газа:

С+H₂O=СО+Н_2.

Образующиеся газы смешиваются с другими и удаляются в составе генераторного газа.

Таким образом, достигается как улучшение качества твердого продукта пиролиза, так и улучшение характеристик отводимого генераторного газа. Для того, чтобы зона пиролиза находилась выше зоны отвода генераторного газа, но не выходила на поверхность столба материала внутри корпуса, ее положение отслеживают датчиками температуры (на рисунке не показаны) и регулируют путем управления процессами удаления твердого продукта пиролиза из ванны 2, загрузки исходного материала через герметичный затвор 3 и дозированной подачей воздушного дутья.

Claims

Аппарат для пиролиза углеродного материала, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с системами дозированной загрузки исходного материала и подачи воздуха, разгрузки твердого продукта пиролиза, расположенными, соответственно, в верхней и нижней частях корпуса, устройством отвода газообразного агента в средней части корпуса, запальное устройство, отличающийся тем, что система разгрузки выполнена в виде ванны с устройством периодического удаления твердого продукта с гидрозатвором, а устройство отвода газообразного агента снабжено водогазовым эжектором.