RU2113671C1

RU2113671C1 - Heat-treatment furnace for carbon-containing materials

Info

Publication number: RU2113671C1
Application number: RU97109265/02A
Authority: RU
Inventors: Д.С. Жуков; В.М. Мухин; И.Д. Зубова; В.А. Карев; В.В. Чебыкин; Н.В. Михайлов; Д.Г. Грудский; В.В. Дементьев; Я.Л. Будовниц; Т.П. Болотова; В.П. Чумаков; А.Н. Попов; А.В. Лебедев; Г.Б. Гуров
Original assignee: Жуков Дмитрий Сергеевич
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: production of activated carbons for heat treatment of materials in electric-carbon, gold-extraction, building, and other industries; reactivation of waste carbon sorbents. SUBSTANCE: furnace has casing accommodating cylindrical rotor, as well as heating elements, refractory heat insulation, material handling devices, gaseous agent admission pipes, and mixing device built up of plates uniformly arranged lengthwise of rotor at angle of 45 to 60 deg. ; heating elements are made in the form of gas burners installed inside casing lengthwise of rotor at distance of 0.2 to 0.4 of rotor diameter from the latter. EFFECT: reduced power requirement; improved output and quality of products obtained. 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 других отраслях промышленности, а также для реактивации отработанных углеродных сорбитов. 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 sorbitol.

Известна термическая печь для обработки углеродсодержащих материалов, включающая корпус, расположенную внутри него цилиндрическую реторту, нагревательные элементы, огнеупорную изоляцию и патрубки для входа газообразных реагентов, причем внутри футеровки дополнительно установлен патрубок подогрева газообразного реагента [1]. Known thermal furnace for processing carbon-containing materials, including a housing located inside it, a cylindrical retort, heating elements, refractory insulation and nozzles for the entrance of gaseous reactants, and inside the lining an additional nozzle for heating the gaseous reactant is installed [1].

Высокая металлоемкость и низкая производительность процесса активации не удовлетворяет современным требованиям термической обработки углеродсодержащих материалов. High metal consumption and low productivity of the activation process does not meet the modern requirements of the heat treatment of carbon-containing materials.

Прототипом является устройство [2], которое содержит заключенный в кожух вращающийся барабан с проницаемыми стенками, а также загрузочное и разгрузочное течки. Для повышения интенсификации тепломассообмена на стенках барабана установлены перфорированные лопатки в сторону вращения барабана с наклоном на расстоянии одна от другой t ≤ b•cosα , где b -ширина лопаток, α - угол наклона лопаток. The prototype is a device [2], which contains a rotating drum enclosed in a casing with permeable walls, as well as loading and unloading estrus. To increase the heat and mass transfer on the walls of the drum, perforated blades are installed in the direction of rotation of the drum with an inclination at a distance from one another t ≤ b • cosα, where b is the width of the blades, α is the angle of inclination of the blades.

Проницаемые стенки вращающегося барабана продуваются в поперечном направлении теплоносителем, однако такая продувка материала в процессе подъема и пересыпания поперечно оси барабана не может обеспечить прогрев равномерно по длине материала, а это отрицательно сказывается на получение требуемых характеристик получаемого продукта. В частности при термической обработке углеродсодержащих материалов данное обстоятельство может привести к ухудшению адсорбционной емкости материала. Кроме того, продувка без осуществления равномерного прогрева по длине является экономически невыгодным процессом и нецелесообразным при больших объемах обработки. The permeable walls of the rotating drum are blown in the transverse direction by the coolant, however, such a purge of the material during the lifting and pouring transverse to the axis of the drum cannot ensure uniform heating along the length of the material, and this negatively affects the required characteristics of the resulting product. In particular, during the heat treatment of carbon-containing materials, this circumstance can lead to a deterioration in the adsorption capacity of the material. In addition, purging without uniform heating along the length is an economically disadvantageous process and inappropriate for large volumes of processing.

Задачей изобретения является повышение эффективности процессов термообработки, улучшение свойств получаемого продукта, в частности адсорбционных при термообработке углеродсодержащих материалов, снижение энергоемкости и повышение надежности работы устройства. Решение задачи достигается за счет того, что нагревательное устройство в печи для термообработки углеродсодержащих материалов, которая содержит корпус с огнеупорной теплоизоляцией, расположенную внутри него цилиндрическую реторту, загрузочное и разгрузочное устройства, а также перемешивающее устройство, расположенное внутри реторты, выполнено в виде газовых горелок, расположенных внутри корпуса на расстоянии от нее, равном 0,2 - 0,4 ее диаметра, и подводящий патрубок предназначен для подачи газового реагента. Пластины перемешивающего устройства, установленные под углом, имеют отличительную особенность в том, что равномерно расположены по длине реторта и угол наклона их составляет 45 - 60^o.The objective of the invention is to increase the efficiency of heat treatment processes, improve the properties of the resulting product, in particular adsorption during heat treatment of carbon-containing materials, reduce energy consumption and increase the reliability of the device. The solution to the problem is achieved due to the fact that the heating device in the furnace for heat treatment of carbon-containing materials, which contains a housing with refractory thermal insulation, a cylindrical retort located inside it, a loading and unloading device, as well as a mixing device located inside the retort, is made in the form of gas burners, located inside the housing at a distance from it equal to 0.2 - 0.4 of its diameter, and the inlet pipe is designed to supply a gas reagent. The plates of the mixing device, installed at an angle, have a distinctive feature in that they are evenly spaced along the length of the retort and their angle of inclination is 45-60 ^o .

Указанное выполнение нагревательного устройства и новое расположение пластин перемешивающего устройства позволяет обеспечить равномерный прогрев материала по длине реторты и тем самым повысить эффективность процесса термообработки, в частности, углеродсожержащих материалов, при котором активирование углерода, т.е. формирование микро-мезопористой структуры по реакциям
C + CO₂ ---> 2 CO
C₂ + 2 H₂O ---> H₂ + O₂
происходит с обеспечением хорошего контакта активирующих агентов (H₂ + CO₂) с частицами твердого материала.The specified embodiment of the heating device and the new arrangement of the plates of the mixing device allows for uniform heating of the material along the length of the retort and thereby increase the efficiency of the heat treatment process, in particular, carbon-containing materials, in which carbon activation, i.e. formation of a micro-mesoporous structure by reactions
C + CO ₂ ---> 2 CO
C ₂ + 2 H ₂ O ---> H ₂ + O ₂
occurs with ensuring good contact of activating agents (H ₂ + CO ₂ ) with particles of solid material.

Предложенная конструкция характеризуется снижением теплозатрат, отсутствием местных перегревов, четкостью регулирования температуры, равномерностью и высокой скоростью обработки материала, что является техническим результатом. The proposed design is characterized by a decrease in heat consumption, the absence of local overheating, the accuracy of temperature control, uniformity and high processing speed of the material, which is a technical result.

На фиг. 1 приведена постоянная печь, общий вид; на фиг. 2 - перемешивающее устройство разрез по А-А. In FIG. 1 shows a permanent oven, general view; in FIG. 2 - mixing device section along aa.

Предложенная печь содержит корпус 1, установленный на опорах 2, расположенную внутри корпуса цилиндрическую реторту 3, снабженную перемешивающим устройством 4, выполненным в виде пластин, равномерно расположенных по длине реторты под углом α = 45 - 60^o, нагревательное устройство 5, выполненное в виде газовых горелок, установленных внутри корпуса по длине реторты, т.е. на расстоянии H₁ от нее, равном 0,2 - 0,4 ее диаметра, огнеупорную теплоизоляцию 6, загрузочное устройство 7 для подачи исходного углеродсодержащего материала и устройство выгрузки 8, патрубок 9 для ввода диоксида углерода, патрубок 10 для ввода перегретого водяного пара.The proposed furnace contains a housing 1 mounted on supports 2, a cylindrical retort 3 located inside the housing, equipped with a mixing device 4 made in the form of plates uniformly spaced along the length of the retort at an angle α = 45 - 60 ^° , a heating device 5 made in the form of gas burners installed inside the housing along the length of the retort, i.e. at a distance H ₁ from it equal to 0.2 - 0.4 of its diameter, refractory thermal insulation 6, a loading device 7 for supplying the starting carbon-containing material and a discharge device 8, a pipe 9 for introducing carbon dioxide, a pipe 10 for introducing superheated water vapor.

Конструкция установлена на подвижной раме 11 и неподвижной раме 12. Редуктор 13 служит для приведения во вращение реторты 3 с помощью электродвигателя (не показан), а шнек - питатель 14 - для подачи материала в печь. The design is mounted on a movable frame 11 and a fixed frame 12. The gearbox 13 is used to bring the retort 3 into rotation by means of an electric motor (not shown), and the screw - feeder 14 - for feeding material into the furnace.

Печь работает следующим образом. The furnace operates as follows.

С помощью электромотора и через редуктор 13 реторта 3 приводится во вращение и вращается на роликовых опорах 2. Затем в горелки 5 подается газ и воздух, смесь поджигается. Горючая смесь подается в количестве, обеспечивающем нагрев реторты до температуры 850 ± 50^oC.Using an electric motor and through a reducer 13, the retort 3 is driven into rotation and rotates on the roller bearings 2. Then gas and air are supplied to the burners 5, the mixture is ignited. The combustible mixture is supplied in an amount that provides heating of the retort to a temperature of 850 ± 50 ^o C.

В трубу подается конденсат или дистиллированная вода (при расходе 8 - 10 л/ч), которые нагреваются и превращаются в пар, который через патрубок 10 поступает внутрь реторты. Condensate or distilled water (at a flow rate of 8 - 10 l / h) is supplied to the pipe, which is heated and converted into steam, which through the pipe 10 enters the retort.

Процесс термообработки можно вести с окислительной средой как смесью водяного пара и диоксида углерода, так и в среде одного из них. The heat treatment process can be carried out with an oxidizing medium as a mixture of water vapor and carbon dioxide, and in the environment of one of them.

После вывода печи на температурный режим и установления расхода газообразных реагентов через загрузочное устройство 7 внутрь реторты 3 шнековым питателем 14 подается обрабатываемый зерненный углерод, содержащий 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 7, the processed grain carbon containing material (stone of fruit trees, coal, semi-coke, wood, etc.) is fed into the retort 3 by a screw feeder 14 at a flow rate of 5 - 20 kg / h

Проходя по реторте 3, за счет естественного пересыпания углеродсодержащий материал попадает в пространство, образованное поверхностью реторты и поверхностью пластины перемешивающего устройства 4 и поднимается кверху. Passing through retort 3, due to natural pouring, the carbon-containing material enters the space formed by the surface of the retort and the surface of the plate of the mixing device 4 and rises upward.

Доходя до верхней части реторты 3 материал, разрыхляясь падает вниз, образуя как бы "кипящий слой". При этом каждая частица взаимодействует с окисляющими агентами H₂O и C₂O и через устройство выгрузки 8 направляется на охлаждение, после чего продукт затаривается.Reaching the top of the retort 3, the material loosens and falls down, forming a kind of "fluidized bed". In this case, each particle interacts with oxidizing agents H ₂ O and C ₂ O and through the discharge device 8 is sent for cooling, after which the product is packaged.

Неподвижная рама 12 и подвижная рама 11 путем регулирования опорами 2 обеспечивают угол наклона реторты 2 - 5^o. Газообразные продукта реакции удаляются через устройство 8 с помощью вентилятора (не показан).The fixed frame 12 and the movable frame 11 by adjusting the supports 2 provide an angle of inclination of the retort 2 to 5 ^o . The gaseous reaction product is removed through the device 8 using a fan (not shown).

Теплоизоляция 6 обеспечивает поддержание высокой температуры внутри реторты. Thermal insulation 6 maintains a high temperature inside the retort.

В результате многочисленных экспериментов при обработке конструкции показано, что задача изобретения решается эффективным образом за счет нового выполнения нагревательного устройства, элементами которого являются газовые горелки, расположенные внутри корпуса по длине реторты на расстоянии от нее, равном 0,2 - 0,4 ее диаметра. Расчеты и эксперименты по выбору нагревательных элементов показали, что применение газовых горелок, установленных указанным образом обеспечивает снижение энергетических затрат на производство продуктов на 30 - 40%, также способствует повышению объема микропор и выходов углей (за счет исключения местных перегревов). As a result of numerous experiments in the processing of the structure, it has been shown that the objective of the invention is solved in an efficient way by a new embodiment of the heating device, the elements of which are gas burners located inside the body along the length of the retort at a distance from it equal to 0.2 - 0.4 of its diameter. Calculations and experiments on the selection of heating elements showed that the use of gas burners installed in this way provides a reduction in energy costs for the production of products by 30 - 40%, also contributes to an increase in the volume of micropores and coal yields (by eliminating local overheating).

Что касается особенностей расположения пластин, перемешивающего устройства, которые установлены по длине реторты под углом 45 - 60^o, эксперименты показали, если пластины крепятся под углом менее 45^o, то глубокое окисление частицы (почти ее сгорание), приводит к снижению выходов продукта, а если угол более 60^o, то снижается степень разрыхления частиц, что ухудшает диффузионный процесс и приводит к потере качественных показателей получаемых продуктов.As for the arrangement of the plates, the mixing device, which are installed along the length of the retort at an angle of 45 - 60 ^o , experiments have shown that if the plates are attached at an angle of less than 45 ^o , then deep oxidation of the particle (almost its combustion) leads to a decrease in product yields, and if the angle is more than 60 ^o , then the degree of loosening of the particles is reduced, which worsens the diffusion process and leads to a loss of quality indicators of the resulting products.

Количество пластин в перемешивающем устройстве составляет 6 - 10 штук, ширина пластины, как правило, равна 0,15 - 0,2 внутреннего диаметра реторты. The number of plates in the mixing device is 6-10 pieces, the width of the plate, as a rule, is 0.15 - 0.2 of the inner diameter of the retort.

Пластины перемешивающего устройства изготавливаются как и сама реторта из жаропрочной стали, и могут быть сплошными, перфорированными и профилированными. The plates of the mixing device are made, like the retort itself, from heat-resistant steel, and can be solid, perforated and profiled.

Выход активного угля на предлагаемой печи составляет 40 - 45 мас.%. В то же время в случае применения печи по прототипу этот выход составляет 20 - 25%. Объем сорбирующих пор у углей, полученных на предложенной печи составляет 0,7 - 0,9 см³/т, а на известной конструкции 0,4 - 0,6 см³/т.The output of activated carbon on the proposed furnace is 40 - 45 wt.%. At the same time, in the case of a prototype furnace, this yield is 20–25%. The volume of sorbing pores of the coals obtained on the proposed furnace is 0.7 - 0.9 cm ³ / t, and on the known construction 0.4 - 0.6 cm ³ / t.

Из изложенного следует, что в предложенном изобретении в результате использования отличительных от прототипа признаков обеспечивается решение задачи по увеличению выхода продуктов, улучшению их адсорбционных характеристик, снижению энергоемкости. From the foregoing, it follows that in the proposed invention, as a result of using distinctive features from the prototype, the solution provides the problem of increasing the yield of products, improving their adsorption characteristics, reducing energy intensity.

Claims

1. The furnace for heat treatment of carbon-containing materials, comprising a housing with refractory insulation, a cylindrical retort located inside it, a loading and unloading device, a supply pipe, heating elements and a mixing device located inside the retort, made in the form of plates installed at an angle, characterized in that that the heating elements are made in the form of gas burners installed inside the housing along the length of the retort at a distance from it equal to 0.2 - 0.4 of its diameter.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the plates are evenly spaced along the length of the retort and their angle of inclination is 45-60 ^o .