RU2182112C1

RU2182112C1 - Furnace for heat-treatment of carbon- containing materials

Info

Publication number: RU2182112C1
Application number: RU2001120127A
Authority: RU
Inventors: В.М. Мухин; В.П. Чумаков; В.А. Карев; В.В. Чебыкин; Г.В. Дворецкий; И.Д. Зубова
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика"
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2002-05-10

Abstract

FIELD: active carbon production. SUBSTANCE: proposed furnace has housing accommodating cylindrical retort, heating elements in form of gas burners, charging and discharging devices and branch pipes for supplying gaseous reagents. Axis of gas burners is displaced relative to axis of retort through 0.9-1.2 of its radius. Furnace chamber is provided with branch pipe to let out heating gases which is arranged at a distance equal to 0.23 - 0.30 of its length. EFFECT: increased overhaul period of furnace, reduced heat losses, improved homogeneity of quality indices of obtained products. 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 сорбентов. The invention relates to the field of 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 sorbents.

Известна термическая печь для обработки углеродсодержащих материалов, включающая корпус, расположенную внутри него цилиндрическую реторту, выполненную соотношением длины к диаметру 1:15-35, огнеупорную теплоизоляцию из термостойкого волокнистого материала, систему нагревательных элементов, патрубки для ввода газообразных реагентов внутрь реторты, а также загрузочные и выгрузочные устройства, систему нагрева, выполненную в виде спиралей, горизонтально расположенных над и под ретортой (см. пат. РФ 2023966, F 27 В 7/06, опубл. 30.11.94). Known thermal furnace for processing carbon-containing materials, including a housing located inside it, a cylindrical retort made by the ratio of length to diameter 1: 15-35, refractory heat insulation from heat-resistant fibrous material, a system of heating elements, pipes for introducing gaseous reactants into the retort, as well as loading and unloading devices, a heating system made in the form of spirals horizontally located above and below the retort (see US Pat. RF 2023966, F 27 B 7/06, publ. 30.11.94).

Низкая производительность данной печи, ее высокая энергоемкость и металлоемкость не удовлетворяют современным требованиям термической обработки углеродсодержащих материалов. The low productivity of this furnace, its high energy and metal consumption do not meet the modern requirements of the heat treatment of carbon-containing materials.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и количеству совпадающих признаков, т.е. прототипом, является печь, содержащая корпус с огнеупорной изоляцией, расположенную внутри него цилиндрическую реторту с перемешивающим устройством, нагревательные элементы, выполненные в виде газовых горелок, установленных внутри корпуса по длине реторты на расстоянии от нее, равном 0,2-0,4 ее диаметра (см. пат. РФ 2113671, кл. С 01 В 31/08, F 27 В 7/06, А 27 В 5/16, опубл. 19.06.98). Closest to the proposed one in terms of technical nature and the number of matching features, i.e. the prototype is a furnace containing a housing with refractory insulation, a cylindrical retort located inside it with a mixing device, heating elements made in the form of gas burners installed inside the housing along the length of the retort at a distance of 0.2-0.4 of its diameter (see Pat. RF 2113671, class C 01 B 31/08, F 27 B 7/06, A 27 B 5/16, publ. 06/19/98).

Получаемый по данному изобретению активный уголь характеризуется неоднородностью качественных показателей, особенно по объему развиваемых микропор и механической прочности, при этом энергоемкость процесса изготовления активных углей высока и составляет 42-44 тыс. руб./т, реторта печи от прямого попадания пламени газовой горелки обуглероживается, часто выходит из строя, требуя замены или ремонта. The activated carbon obtained according to this invention is characterized by a heterogeneity of quality indicators, especially in terms of the volume of micropores developed and mechanical strength, while the energy intensity of the process for manufacturing active carbon is high and amounts to 42-44 thousand rubles / t, the furnace retort from direct contact with a gas burner flame is carbonized, often fails, requiring replacement or repair.

Целью предлагаемого изобретения является повышение объема сорбирующих микропор получаемых активных углей на 15-20% (до 0,9-1,3 см³/г); снижение энергозатрат до 12-14 тыс. руб. за 1 т активного угля; повышение времени межремонтного пробега печи в 3,0-3,5 раза.The aim of the invention is to increase the volume of sorbent micropores of the resulting activated carbons by 15-20% (up to 0.9-1.3 cm ³ / g); reduction of energy consumption to 12-14 thousand rubles. per 1 ton of activated carbon; increase in the overhaul time of the furnace by 3.0-3.5 times.

Поставленная цель достигается предлагаемой печью, содержащей корпус с огнеупорной изоляцией, расположенную внутри него цилиндрическую реторту с перемешивающим устройством, нагревательные элементы, выполненные в виде газовых горелок, ось которых смещена относительно оси реторты на величину 0,9-1,2 ее радиуса, патрубок в камере печи для отвода нагревающих газов, расположенный от края на расстоянии 0,23-0,30 ее длины, устройства для загрузки и выгрузки. This goal is achieved by the proposed furnace, comprising a housing with refractory insulation, a cylindrical retort with a mixing device located inside it, heating elements made in the form of gas burners, the axis of which is offset from the retort axis by a value of 0.9-1.2 of its radius, the pipe in the furnace chamber for the removal of heating gases, located from the edge at a distance of 0.23-0.30 of its length, a device for loading and unloading.

Отличие предложенной печи от известной заключается в том, что ось газовых горелок смещена относительно оси реторты на величину 0,9-1,2 ее радиуса, а для отвода нагревающих газов в камеру печи дополнительно монтируется патрубок на расстоянии от края камеры, равном 0,23-0,30 ее длины. The difference between the proposed furnace and the known one is that the axis of the gas burners is offset from the retort axis by a value of 0.9-1.2 of its radius, and for the removal of heating gases into the furnace chamber, a nozzle is additionally mounted at a distance from the chamber edge equal to 0.23 -0.30 of its length.

Из научно-технической литературы авторам неизвестна печь с указанной смещенной осью расположения нагревательных элементов и снабженная патрубком для отвода газов, образующихся при работе горелок. From the scientific and technical literature, the authors do not know the furnace with the indicated displaced axis of the location of the heating elements and equipped with a pipe for the removal of gases generated during operation of the burners.

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

Исследования и расчеты показали, что для повышения эффективности процесса термической обработки углеродсодержащего сырья при получении высококачественных активных углей, удовлетворяющих требованиям современной техники, по эндотермическим реакциям взаимодействия углерода с окисляющими агентами, такими как водяной пар и диоксид углерода, исключительно важным является обеспечение равномерной подачи тепла по всей длине реакционной зоны, исключающей перепады температур, при этом вся установка должна характеризоваться минимальными теплопотерями в окружающее пространство, вращающаяся металлическая реторта должна быть долговечной, а расположение ее основных узлов предусматривать простоту и легкость замены без разрушения теплоизоляции. Studies and calculations have shown that to increase the efficiency of the heat treatment of carbon-containing raw materials in obtaining high-quality activated carbons that meet the requirements of modern technology in endothermic reactions of carbon interaction with oxidizing agents such as water vapor and carbon dioxide, it is extremely important to ensure uniform heat supply through the entire length of the reaction zone, excluding temperature differences, while the entire installation should be characterized by minimum With a fine loss in the surrounding space, the rotating metal retort must be durable, and the location of its main nodes should be simple and easy to replace without destroying the thermal insulation.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид печи для термообработки углеродсодержащих материалов, а на фиг.2 - разрез ее по оси А-А. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the furnace for heat treatment of carbon-containing materials, and figure 2 is a section along its axis AA.

Предложенная печь содержит корпус 1, установленный на опорах 2, расположенную внутри корпуса цилиндрическую реторту 3 с радиусом R, снабженную перемешивающим устройством 4, загрузочное устройство 5, устройство выгрузки 6, нагревательные элементы 7 в виде газовых горелок, установленных внутри корпуса по длине реторты таким образом, что ось их смещена относительно оси реторты на величину 0,9-1,2 ее радиуса, огнеупорную изоляцию 8, камеру печи 9, патрубок 10 для отвода нагревающих (обогревающих) газов 11, расположенным от края камеры на расстоянии L, равном 0,23-0,30 ее длины, патрубок 12 для ввода диоксида углерода, патрубок 13 для ввода перегретого пара, редуктор 14 для приведения во вращение реторты 3 с помощью электродвигателя (не показан), шнек-питатель 15 для подачи материала в печь. The proposed furnace comprises a housing 1 mounted on supports 2, a cylindrical retort 3 with a radius R located inside the housing, equipped with a mixing device 4, a loading device 5, an unloading device 6, heating elements 7 in the form of gas burners installed inside the housing along the length of the retort in this way that their axis is offset from the retort axis by a value of 0.9-1.2 of its radius, refractory insulation 8, the furnace chamber 9, the pipe 10 for the removal of heating (heating) gases 11, located from the chamber edge at a distance L, pa nom 0.23-0.30 of its length, nozzle 12 for introducing carbon dioxide, nozzle 13 for introducing superheated steam, gearbox 14 for driving the retort 3 with an electric motor (not shown), feeder screw 15 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 7 подается природный газ и воздух. Смесь поджигается. Горючая смесь подается в количестве, обеспечивающем нагрев реторты до температуры 850±50^oС. Образующиеся при этом нагревающие (обогревающие) газы равномерно распределяются в камере 9, обогревая вращающуюся реторту, и через патрубок 10 выводятся наружу и утилизируются. В реторту подаются перегретый водяной пар и диоксид углерода (допускается термическая обработка в среде одного из них).Using an electric motor and through a gearbox 13, the retort 3 is rotated and rotates on the roller bearings 2. Then, natural gas and air are supplied to the burners 7. The mixture is set on fire. The combustible mixture is supplied in an amount providing heating of the retort to a temperature of 850 ± 50 ^o C. The resulting heating (heating) gases are evenly distributed in the chamber 9, heating the rotating retort, and through the pipe 10 are brought out and disposed of. Overheated water vapor and carbon dioxide are supplied to the retort (heat treatment in one of them is allowed).

После вывода печи на температурный режим и установления расхода газообразных реагентов через загрузочное устройство 5 внутрь реторты 3 шнековым питателем 14 подается обрабатываемый зерненый углеродсодержащий материал (каменный уголь, полукокс, косточка плодовых деревьев, древесина) при расходе 50-60 кг/ч. After the furnace is brought to the temperature mode and the consumption of gaseous reagents is established through the charging device 5, the processed granular carbon-containing material (coal, semi-coke, fruit tree bones, wood) is fed into the retort 3 by a screw feeder 14 at a flow rate of 50-60 kg / h.

Проходя по реторте 3 за счет естественного пересыпания, углеродсодержащий материал нагревается до температуры 850±50^oС, вступает во взаимодействие с водяным паром и диоксидом углерода по реакциям
С+H₂O=СО+Н₂
С+СO₂=2СО
и активируется, т.е. формирует систему сорбирующих микро- мезопор. Затем через выгрузочное устройство 6 направляется на охлаждение и анализ, после чего затаривается. Газообразные продукты реакции СО, H₂ удаляются в вентиляционное устройство (не показано).Passing through retort 3 due to natural pouring, the carbon-containing material is heated to a temperature of 850 ± 50 ^o C, interacts with water vapor and carbon dioxide by the reactions
C + H ₂ O = CO + H ₂
C + CO ₂ = 2CO
and activated, i.e. forms a system of sorbing micro-mesopores. Then, through the unloading device 6 it is sent for cooling and analysis, after which it is packaged. The gaseous reaction products CO, H ₂ are removed to a ventilation device (not shown).

В результате многочисленных экспериментов при отработке конструкции печи было показано, что достижение цели изобретения обеспечивается при размещении нагревательных элементов - газовых горелок таким образом, чтобы их ось была смещена относительно оси реторты на величину 0,9-1,2 ее радиуса, что исключает непосредственный контакт пламени с металлической ретортой. As a result of numerous experiments when testing the design of the furnace, it was shown that the achievement of the purpose of the invention is achieved by placing heating elements - gas burners in such a way that their axis is offset from the retort axis by a value of 0.9-1.2 of its radius, which eliminates direct contact flame with metal retort.

Если это смещение берется меньше, чем на 0,9-1,2, то реторта подвергается местному перегреву, обуглероживается, находясь под прямым воздействием пламени и агрессивной среды, что способствует быстрому ее растрескиванию, частым ремонтам и ухудшению качества получаемых активных углей. If this displacement is taken less than 0.9-1.2, then the retort is subjected to local overheating, is carbonized under direct exposure to the flame and aggressive environment, which contributes to its rapid cracking, frequent repairs and deterioration of the quality of the activated carbons.

Если смещение оси расположения горелок берется больше, чем 1,2 радиуса реторты, то увеличиваются теплопотери (энергозатраты) (до 50-52 тыс. руб.) на производство 1 т готовой продукции. If the offset of the axis of the location of the burners is taken more than 1.2 radius of the retort, then the heat loss (energy consumption) (up to 50-52 thousand rubles) for the production of 1 ton of finished products increases.

Было установлено также, что при этом существенную роль играет своевременный и целенаправленный отвод образующихся при горении газообразных веществ из пространства обогревательной камеры, что достигается снабжением ее патрубком, расположенным от края камеры на расстоянии 0,23-0,30 ее длины. It was also found that a significant role is played by the timely and targeted removal of gaseous substances generated during combustion from the space of the heating chamber, which is achieved by supplying it with a pipe located at a distance of 0.23-0.30 of its length from the chamber edge.

Отклонение этой величины в меньшую сторону приводит к ухудшению качества продукта (уменьшенный объем микропор - не более 0,5 см³/г), появлению зон перегрева, частым ремонтам.Deviation of this value to a smaller side leads to a deterioration in the quality of the product (reduced micropore volume - not more than 0.5 cm ³ / g), the appearance of overheating zones, and frequent repairs.

Увеличение соотношения в большую сторону обусловливает повышение энергозатрат (до 35-50 тыс. руб. за 1 т готового продукта), сильную деформацию реторты. An increase in the ratio to a larger side leads to an increase in energy consumption (up to 35-50 thousand rubles per 1 ton of the finished product), and a strong deformation of the retort.

Таким образом, наибольшее повышение объема микропор активных углей (до 0,9-1,3 см³/г), времени межремонтного пробега 3-5 лет (вместо 1-1,5 лет), снижение энергозатрат (до 14-15 тыс.) на выпуск 1 т активного угля достигается в том случае, если ось расположения газовых горелок смещена относительно реторты на величину 0,9-1,2 ее радиуса, а камера снабжена патрубком, расположенным на краю камеры на расстоянии 0,23-0,3 ее длины.Thus, the largest increase in the volume of micropores of activated carbons (up to 0.9-1.3 cm ³ / g), the overhaul time of 3-5 years (instead of 1-1.5 years), the reduction in energy consumption (up to 14-15 thousand ) for the production of 1 ton of activated carbon is achieved if the axis of the gas burners is offset from the retort by a value of 0.9-1.2 of its radius, and the chamber is equipped with a pipe located at the edge of the chamber at a distance of 0.23-0.3 its length.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения. From the foregoing, it follows that each of the signs of the claimed population to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, and the entire population is sufficient to characterize the claimed technical solution.

Claims

1. The furnace for heat treatment of carbon-containing materials, comprising a housing with refractory insulation, a cylindrical retort with a mixing device located inside it, heating elements made in the form of gas burners, devices for loading and unloading, and also nozzles for introducing gaseous reactants, characterized in that the axis of the gas burners is offset from the axis of the retort by a value of 0.9-1.2 of the radius of the latter, and the chamber of the furnace is equipped with a pipe for the removal of heating gases.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the pipe is located from the edge of the chamber at a distance equal to 0.23-0.30 of its length.