RU2095708C1

RU2095708C1 - Furnace for heat treatment of carbon-containing materials

Info

Publication number: RU2095708C1
Application number: RU95121363A
Authority: RU
Inventors: Я.Л. Будовниц; Д.Г. Грудский; А.В. Лебедев; Д.С. Жуков; И.Д. Зубова; В.А. Карев; Н.В. Михайлов; В.М. Мухин; Т.П. Болотова; А.Н. Попов
Original assignee: Жуков Дмитрий Сергеевич
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: production of activated carbons; heat treatment of materials in coal mining, graphite, construction and other industries; reactivation of waste carbon sorbents. SUBSTANCE: furnace has body with detachable cover and cylindrical retort mounted inside it on supports; furnace is also provided with heating system including heating element which is divided into three zones at independent control of heating. Besides that, furnace is provided with gaseous reagent inlet branch pipes and loading and unloading devices. Heating elements are zigzag in shape. They are mounted inside body along side walls. Relationship of height of heating element to diameter of retort is equal to 2.5-4.0. Furnace is provided with refractory heat insulation. When water steam is used as gaseous reagent, it is fed to inlet branch pipe through pipe located above one of rows of heating elements at distance equal to 0.55-0.65 of distance between upper edge of heating element and cover of retort. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области производства активных углей и может быть использовано для термической обработки материалов в электроугольной, графитовой, строительной и др. отраслях промышленности, а также для реактивации отработанных углеродных сорбентов. The invention relates to the field of production of activated carbon 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 sorbents.

Известна термическая печь для обработки углеродсодержащих материалов, включающая корпус, расположенную внутри него цилиндрическую реторту, нагревательные элементы, огнеупорную теплоизоляцию и патрубки для входа газообразных реагентов, причем внутри футеровки дополнительно установлен патрубок подогрева газообразного реагента (авт.св. СССР, N 796629, кл. F 27 B 5/16, 1979). Known thermal furnace for processing carbon-containing materials, including a housing located inside it a cylindrical retort, heating elements, refractory heat insulation and nozzles for the entrance of gaseous reactants, and inside the lining is additionally installed a nozzle for heating the gaseous reactant (ed. St. USSR, N 796629, class. F 27 B 5/16, 1979).

Недостатком известной печи является сложность ее изготовления, неудобство в эксплуатации, низкая производительность процесса активации. A disadvantage of the known furnace is the complexity of its manufacture, inconvenience in operation, low productivity of the activation process.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и количеству совпадающих признаков является вращающаяся печь для термической обработки материалов, содержащая корпус, установленный на опорах, расположенную внутри него цилиндрическую реторту, имеющую соотношение длины к диаметру 1 5, и огнеупорную теплоизоляцию из шамота и каолинового волокна, систему нагревания материалов за счет горизонтальных спиралей, расположенных над и под ретортой, и патрубки для ввода газообразных реагентов внутрь реторты, причем на все нагревательные элементы подается питание, обеспечивающее одинаковую температуру по длине реторты, а труба для перегрева подаваемой воды установлена над ретортой на расстоянии, равном 1/2 высоты футеровки (заявка N 93-017943/02, кл. F 27 B 7/06, C 01 B 31/10, 1994). Closest to the proposed technical essence and the number of matching features is a rotary kiln for heat treatment of materials, comprising a housing mounted on supports, a cylindrical retort located inside it, having a length to diameter ratio of 1.5, and fireproof thermal insulation from fireclay and kaolin fiber, a system heating materials due to horizontal spirals located above and below the retort, and pipes for introducing gaseous reagents into the retort, and for all heating The elements are supplied with the same temperature along the length of the retort, and the pipe for overheating the feed water is installed above the retort at a distance equal to 1/2 of the lining height (application N 93-017943 / 02, class F 27 B 7/06, C 01 B 31/10, 1994).

Недостатком прототипа является низкий ресурс пробега, сложность ремонта и обслуживания печи, низкий выход готового продукта. The disadvantage of the prototype is the low mileage, the complexity of repair and maintenance of the furnace, the low yield of the finished product.

Целью изобретения является повышение ресурса пробега печи, упрощение ее эксплуатации, а также увеличение выхода готового продукта. The aim of the invention is to increase the mileage of the furnace, simplifying its operation, as well as increasing the yield of the finished product.

Поставленная цель достигается предлагаемой печью, содержащей корпус, снабженный съемной крышкой, установленный на опорах, расположенную внутри него цилиндрическую реторту, систему нагревания, разделенную на 3 зоны с независимым регулированием нагрева, а сами нагревательные элементы имеют зигзагообразную форму и установлены внутри корпуса вдоль боковых стенок, причем отношение высоты нагревательного элемента к диаметру реторты равно 2,5 4,0, огнеупорную теплоизоляцию, загрузочное и выгрузочное устройства и патрубки для ввода газообразных реагентов, при этом в случае использования в качестве газообразного реагента водяного пара подачу его к входному патрубку осуществляют через трубу, расположенную над одним из рядов нагревательных элементов на расстоянии, равном 0,55 0,65 расстояния между верхним краем нагревательных элементов и крышкой реторты. This goal is achieved by the proposed furnace, comprising a housing equipped with a removable cover mounted on supports, a cylindrical retort located inside it, a heating system divided into 3 zones with independent heating control, and the heating elements themselves have a zigzag shape and are installed inside the housing along the side walls, moreover, the ratio of the height of the heating element to the diameter of the retort is 2.5 4.0, refractory thermal insulation, loading and unloading devices and nozzles for introducing gaseous reagents, while in the case of using water vapor as a gaseous reagent, it is supplied to the inlet pipe through a pipe located above one of the rows of heating elements at a distance equal to 0.55 0.65 of the distance between the upper edge of the heating elements and the retort cover.

Отличие предложенной печи от известной заключается в том, что корпус печи снабжен съемной крышкой, а система нагревания разделена на 3 зоны с независимым регулированием нагрева, а сами нагревательные элементы имеют зигзагообразную форму и установлены внутри корпуса вдоль боковых стенок, причем отношение высоты нагревательного элемента к диаметру реторты равно 2,5 4,0. При использовании в качестве газообразного реагента водяного пара подачу его к входному патрубку осуществляют через трубу, расположенную над одним из рядов нагревательных элементов на расстоянии, равном 0,55 0,65 расстояния между верхним краем нагревательных элементов и крышкой реторты. The difference between the proposed furnace and the known one is that the furnace body is equipped with a removable cover, and the heating system is divided into 3 zones with independent heating control, and the heating elements themselves have a zigzag shape and are installed inside the case along the side walls, and the ratio of the height of the heating element to the diameter the retort is 2.5 4.0. When using water vapor as a gaseous reagent, it is supplied to the inlet pipe through a pipe located above one of the rows of heating elements at a distance equal to 0.55 0.65 of the distance between the upper edge of the heating elements and the retort cover.

Из научно-технической литературы авторам неизвестна печь, в которой корпус снабжен съемной крышкой, а система нагревания разделена на 3 зоны с независимым регулированием нагрева, а сами нагревательные элементы имеют зигзагообразную форму и установлены внутри корпуса вдоль боковых стенок, причем отношение высоты нагревательного элемента к диаметру реторты равно 2,5 4,0, а в случае использования в качестве газообразного реагента водяного пара подачу его к входному патрубку осуществляют через трубу, расположенную над одним из рядов нагревательных элементов на расстоянии, равном 0,55 0,65 расстояния между верхним краем нагревательных элементов и крышкой реторты. From the scientific and technical literature, the authors do not know the furnace in which the casing is equipped with a removable cover, and the heating system is divided into 3 zones with independent heating control, and the heating elements themselves have a zigzag shape and are installed inside the casing along the side walls, and the ratio of the height of the heating element to the diameter retorts is 2.5 4.0, and in the case of using water vapor as a gaseous reagent, it is supplied to the inlet pipe through a pipe located above one of the heating rows Yelnia elements at a distance of 0.55 0.65 of the distance between the upper edge of the heating elements and the cover of the retort.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. The essence of the invention is as follows.

Для эффективной термообработки углеродсодержащих материалов, при которой достигается наибольший выход готового продукта, необходимо обеспечивать постепенный нагрев материала, поступающего внутрь реторты, что уменьшает выделение газообразных агентов и, следовательно, увеличивает выход твердого остатка. For effective heat treatment of carbon-containing materials, in which the highest yield of the finished product is achieved, it is necessary to provide gradual heating of the material entering the retort, which reduces the release of gaseous agents and, therefore, increases the yield of solid residue.

Любые нагревательные элементы в виде спиралей, тэнов, особенно собираемых из многих элементов, перегорают, как правило, через 1 2 месяца после начала эксплуатации. Причем для доступа к ним приходиться не только разрушать теплоизоляцию, но и размонтировать крышку и стенки корпуса. Все это влечет за собой большие временные и экономические затраты. Any heating elements in the form of spirals, heating elements, especially those assembled from many elements, burn out, as a rule, 1 2 months after the start of operation. Moreover, to access them you have to not only destroy the thermal insulation, but also unmount the lid and the walls of the case. All this entails large time and economic costs.

Поэтому в оптимальном варианте печь с электронагревом обрабатываемого материала должна сочетать в себе медленный темп подъема температуры, эффективность и долговечность нагревательных элементов и простоту их замены. Therefore, in an optimal embodiment, a furnace with electric heating of the processed material should combine a slow rate of temperature rise, the efficiency and durability of the heating elements and the ease of replacing them.

На фиг. 1 приведен общий вид печи для термообработки углеродсодержащих материалов; на фиг. 2 то же, разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a General view of the furnace for heat treatment of carbon-containing materials; in FIG. 2 is the same, section AA in FIG. one.

Предложенная печь содержит корпус 1, установленный на опорах 2, расположенную внутри корпуса цилиндрическую реторту 3, зигзагообразные нагревательные элементы 4, огнеупорную теплоизоляцию 5, загрузочное устройство 6 для подачи исходного углеродсодержащего материала и выгрузочное устройство 7, патрубок 8 для ввода углекислого газа, патрубок 9 для ввода перегретого водяного пара, причем сам корпус закрывается съемной крышкой 10, а расположенные внутри корпуса две пары нагревательных элементов разделены каждая на независимые зоны нагрева 11, 12 и 13 и имеют высоту H₁, равную 2,5 4,0 диаметра реторты D, т.е. H₁ (2,5 4,0) D, при этом они установлены внутри корпуса вдоль боковых стенок 14 и 15. Для получения перегретого водяного пара в трубу 16, расположенную над одним из рядов нагревательных элементов на высоте H₃ на расстоянии, равном 0,55 0,65 расстояния между верхним краем нагревательных элементов 17 и крышкой реторты 10 H₂, т.е. H₃ (0,55 0,65) H₂.The proposed furnace comprises a housing 1 mounted on supports 2, a cylindrical retort 3 located inside the housing, zigzag heating elements 4, refractory thermal insulation 5, a loading device 6 for supplying carbon-containing material and an unloading device 7, a pipe 8 for introducing carbon dioxide, a pipe 9 for the input of superheated water vapor, the housing itself being closed by a removable cover 10, and the two pairs of heating elements located inside the housing are each divided into independent heating zones 11, 12 and 13 and have a height H ₁ equal to 2.5 4.0 of the diameter of the retort D, i.e. H ₁ (2.5 4.0) D, while they are installed inside the housing along the side walls 14 and 15. To obtain superheated water vapor in the pipe 16 located above one of the rows of heating elements at a height of H ₃ at a distance equal to 0 , 55 0.65 of the distance between the upper edge of the heating elements 17 and the retort cover 10 H ₂ , i.e. H ₃ (0.55 0.65) H ₂ .

В целом конструкция установлена на подвижной раме 18 и на неподвижной раме 19. Редуктор 20 служит для приведения во вращение реторты 3 с помощью электродвигателя (на фиг. 1 и 2 не показан). In general, the structure is mounted on a movable frame 18 and on a fixed frame 19. The gearbox 20 is used to drive the retort 3 by means of an electric motor (not shown in FIGS. 1 and 2).

Печь работает следующим образом. С помощью электромотора и редуктора 20 реторта 3 приводится во вращение и вращается на роликовых опорах. Затем на зоны 11, 12 и 13 двух пар нагревательных элементов 4 подается напряжение 380 В, что обеспечивает в зоне 11 температуру 250±20^oC, в зоне 12 - 550±20^oC, в зоне 13 850±20^oC.The furnace operates as follows. Using an electric motor and gearbox 20, the retort 3 is driven into rotation and rotates on roller bearings. Then, voltage of 380 V is applied to zones 11, 12 and 13 of two pairs of heating elements 4, which ensures a temperature of 250 ± 20 ^o C in zone 11, 550 ± 20 ^o C in zone 12, and 13 850 ± 20 ^o C in zone 13.

В трубу 16 подается дистиллированная вода или конденсат при расходе 3 - 10 л/ч, которая проходит по трубе на расстоянии H₃ от верхнего края 17 нагревателя-элемента 4 (5) и за счет получения тепла преобразуется в пар, который через патрубок 9 поступает внутрь реторты 3. Процесс термообработки можно вести в окислительной среде как смесью водяного пара и углекислого газа, так и по отдельности каждым реагентом. Углекислый газ подается через патрубок 8.Distilled water or condensate is fed into the pipe 16 at a flow rate of 3-10 l / h, which passes through the pipe at a distance of H ₃ from the upper edge 17 of the heater element 4 (5) and, due to heat, is converted into steam, which flows through the pipe 9 inside the retort 3. The heat treatment process can be carried out in an oxidizing environment as a mixture of water vapor and carbon dioxide, or individually by each reagent. Carbon dioxide is supplied through pipe 8.

После вывода печи на температурный режим и установления расхода газообразных реагентов через загрузочное устройство 6 внутрь реторты 3 подается обрабатываемый зерненый углеродсодержащий материал (косточка плодовых деревьев, каменный уголь, полукокс, древесина и др.) при расходе 5 20 кг/ч. After the furnace is brought to the temperature mode and the consumption of gaseous reagents is established through the charging device 6, processed granular carbon-containing material (fruit tree seed, coal, semi-coke, wood, etc.) is fed into the retort 3 at a flow rate of 5 to 20 kg / h.

Проходя по реторте за счет естественного пересыпания, углеродсодержащий материал постепенно нагревается со скоростью подъема температуры 10 30 ^oC/мин и при температуре 850±20^oC реагирует с водяным паром и/или углекислым газом и через выгрузочное устройство 7 направляется на затаривание. Неподвижная рама 19 и подвижная рама 18 путем регулирования опорами 2 обеспечивает угол наклона реторты 2 5^o. Газообразные продукты реакции удаляются через выгрузочное устройство с помощью вентилятора (на фиг. 1 и 2 не показан).Passing through the retort due to natural pouring, the carbon-containing material gradually heats up at a rate of temperature increase of 10 30 ^o C / min and at a temperature of 850 ± 20 ^o C it reacts with water vapor and / or carbon dioxide and is sent for unloading through the discharge device 7. The fixed frame 19 and the movable frame 18 by adjusting the supports 2 provides an angle of inclination of the retort 2 5 ^o . Gaseous reaction products are removed through the discharge device using a fan (not shown in FIGS. 1 and 2).

Теплоизоляция 5 обеспечивает поддержание высокой температуры внутри реторты. Thermal insulation 5 maintains the heat inside the retort.

В случае наладки или замены нагревательных элементов съемная крышка 10 легко убирается, что обеспечивает простоту эксплуатации печи и нагревательных элементов в частности, т.к. они изготовлены из металлической шины. In the case of adjusting or replacing the heating elements, the removable cover 10 is easily removed, which ensures ease of operation of the furnace and heating elements in particular, since They are made of metal tire.

В результате многочисленных опытов при отработке конструкции показано, что достижение цели изобретения обеспечивается при высоте нагревательных элементов H₁ (2 5) D. Если это отношение меньше 2D, то снижается темп нагрева материала и в результате перепадов температур происходит его растрескивание и снижение выхода, а при H₃ больше 5D идет интенсивное окисление материала, что также приводит к снижению выхода, а с другой стороны, к деформации и перегоранию нагревательных элементов 4, 5.As a result of numerous experiments during the development of the structure, it was shown that the achievement of the purpose of the invention is achieved when the height of the heating elements is H ₁ (2 5) D. If this ratio is less than 2D, the rate of heating of the material decreases and, as a result of temperature changes, it crackes and the yield decreases, and at H ₃ greater than 5D, intense oxidation of the material occurs, which also leads to a decrease in yield and, on the other hand, to deformation and burnout of heating elements 4, 5.

Расчеты и эксперименты по расположению трубы 16 показали, что при H₃ 0,55 0,65 D обеспечиваются как наилучшие условия перегрева пара, так и снижение корродируемости материала трубы.Calculations and experiments on the location of the pipe 16 showed that at H ₃ 0.55 0.65 D both the best conditions for steam overheating and a decrease in the corrosion of the pipe material are provided.

Выход готового продукта активного угля на предлагаемой печи составляет 30 33 мас. В то же время как в случае применения печи по прототипу (заявка N 93-017943/02, кл. F 27 B 7/06, C 01 B 31/10, 1994) этот выход составляет 20 22%
Межремонтный пробег предложенной конструкции печи замены нагревательных элементов БХ, а у известных конструкций 2 3 месяца, причем сама замена перегоревших элементов занимает 4 5 ч.The finished product yield of activated carbon on the proposed furnace is 30 33 wt. At the same time, in the case of using the furnace according to the prototype (application N 93-017943 / 02, class F 27 B 7/06, C 01 B 31/10, 1994) this yield is 20 22%
The overhaul mileage of the proposed design of the furnace replacing the heating elements of BH, and the known designs 2 3 months, and the very replacement of burned-out elements takes 4 5 hours

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно: повышение ресурса пробега печи, упрощение ее эксплуатации, а также увеличение выхода готового продукта, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения. It follows from the foregoing that each of the signs of the claimed combination to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, namely: increasing the mileage of the furnace, simplifying its operation, as well as increasing the yield of the finished product, and the entire population is sufficient to characterize the claimed technical solution .

Claims

1. A furnace for heat treatment of carbon-containing materials, containing a cone mounted on supports with refractory thermal insulation and with a cylindrical retort and a heating system with heating elements located therein, gaseous reagent inlets, loading and unloading devices, characterized in that the housing is made with a lid, removable lid, the heating system is divided into three autonomously adjustable zones, and the heating elements are zigzag and are installed on both sides along the retort, and ix height to diameter of the heating elements of the retort was 2.5 to 4.0.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that it has pipes for supplying water vapor as a gaseous reactant to one of the nozzles located above one of the rows of heating elements at a distance equal to 0.55 0.65 of the distance between the upper edge of the heating elements elements and housing cover.