RU2245300C1 - Method of reworking silicon-containing vegetable raw material and plant for realization of this method - Google Patents
Method of reworking silicon-containing vegetable raw material and plant for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2245300C1 RU2245300C1 RU2003137329/15A RU2003137329A RU2245300C1 RU 2245300 C1 RU2245300 C1 RU 2245300C1 RU 2003137329/15 A RU2003137329/15 A RU 2003137329/15A RU 2003137329 A RU2003137329 A RU 2003137329A RU 2245300 C1 RU2245300 C1 RU 2245300C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- furnace
- stage
- separation unit
- firing
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способам переработки кремнийсодержащего растительного сырья, преимущественно, отходов производства риса, овса и различных видов хвощей с целью получения диоксида кремния, который в зависимости от степени чистоты и структуры может быть использован в пищевой, фармацевтической, парфюмерной, лакокрасочной, химической, металлургической, строительной, нефтяной, резиновой, фарфоровой, стекольной, текстильной, пластмассовой, бумажной и других отраслях промышленности.The invention relates to methods for processing silicon-containing vegetable raw materials, mainly waste from the production of rice, oats and various types of horsetail in order to obtain silicon dioxide, which, depending on the degree of purity and structure, can be used in food, pharmaceutical, perfumery, paint and varnish, chemical, metallurgical, construction, oil, rubber, porcelain, glass, textile, plastic, paper and other industries.
Исходное сырье для получения диоксида кремния представляет собой возобновляемый растительный материал, который является либо отходами процесса переработки риса или овса (в виде соломы, шелухи), либо представляет собой различные виды хвощей.The feedstock for the production of silicon dioxide is a renewable plant material, which is either a waste product from the processing of rice or oats (in the form of straw, husks), or represents various types of horsetail.
Выбор того или иного способа и оборудования для переработки такого кремнийсодержащего растительного сырья определяется видом сырья, содержанием в нем кремния, целями дальнейшего использования получаемого из сырья диоксида кремния, а также экологическими задачами по утилизации отходов производства злаковых культур.The choice of a particular method and equipment for processing such a silicon-containing plant material is determined by the type of raw material, the silicon content in it, the goals of further use of silicon dioxide obtained from the raw material, as well as the environmental problems of recycling cereal production waste.
Известен способ озоления кремнийсодержащих сельскохозяйственных отходов с содержанием кремния до 28%, в частности, рисовой шелухи, с целью получения в качестве полезного продукта аморфного диоксида кремния и дополнительно тепловой энергии. Способ осуществляют путем сжигания подготовленного сырья в вихревом потоке при температуре 600-800°С, предпочтительно при 600-680°С, в вихревой печи в атмосфере горячего окислительного газа. Подаваемую тангенциально смесь сырья и воздуха поджигают на входе в вихревую печь, а образующаяся в процессе горения зола выносится газовым потоком в вихревой очиститель газа (сепарационный узел), где происходит разделение твердой (зола и несгоревшие частицы) и газообразной фаз (пат. США №3959007, опубл. 25.05.1976 г.).A known method is the ashing of silicon-containing agricultural waste with a silicon content of up to 28%, in particular, rice husk, in order to obtain amorphous silicon dioxide and additionally thermal energy as a useful product. The method is carried out by burning prepared raw materials in a vortex stream at a temperature of 600-800 ° C, preferably at 600-680 ° C, in a vortex furnace in an atmosphere of hot oxidizing gas. The tangential mixture of raw materials and air is ignited at the entrance to the vortex furnace, and the ash formed during combustion is carried out by the gas stream into the vortex gas purifier (separation unit), where solid (ash and unburned particles) and gaseous phases are separated (US Pat. No. 3959007 , published on May 25, 1976).
Однако низкая теплотворная способность и высокая зольность сырья не позволяют реализовать в аппарате оптимальный температурный режим горения и, следовательно, получать по известному способу диоксид кремния стабильно однородного состава и качества.However, low calorific value and high ash content of raw materials do not allow to realize the optimal temperature regime of combustion in the apparatus and, therefore, to obtain silicon dioxide of a stably uniform composition and quality by the known method.
Ранее было показано, что для получения диоксида кремния высокого качества необходимо реализовать двухстадийный температурный режим обжига исходного растительного сырья (пат. ФРГ №2416291, опубл. 23.01.1975 г.).It was previously shown that in order to obtain high-quality silicon dioxide, it is necessary to implement a two-stage temperature regime for firing the initial plant material (US Pat. Germany No. 2416291, publ. 23.01.1975).
Известен способ получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи путем обжига исходного сырья в две стадии: обугливание при температуре 120-500°С и последующий окислительный обжиг в динамическом режиме в условиях “кипящего слоя” при температуре 500-800°С. Обугленный продукт перед второй стадией измельчают. Для получения особо чистого диоксида кремния исходное сырье перед термообработкой промывают водой и/или минеральной кислотой. Способ позволяет получать аморфный диоксид кремния с размером частиц 0,5-10 мкм, высокой удельной поверхностью и чистотой (пат. РФ №2061656, опубл. 10.06.1996 г.).A known method of producing amorphous silicon dioxide from rice husk by firing the feedstock in two stages: carbonization at a temperature of 120-500 ° C and subsequent oxidative firing in dynamic mode in a fluidized bed at a temperature of 500-800 ° C. The charred product is ground before the second stage. To obtain highly pure silica, the feedstock is washed with water and / or mineral acid before heat treatment. The method allows to obtain amorphous silicon dioxide with a particle size of 0.5-10 microns, high specific surface area and purity (US Pat. RF No. 2061656, publ. 06/10/1996).
Однако проведение окислительного обжига в режиме “кипящего слоя” не позволяет создать оптимальные условия для равномерного сгорания обугленного сырья, что в итоге снижает качество образующегося аморфного диоксида кремния и его выход за счет уноса мелких частиц из печи. Кроме того, известный способ является цикличным и многостадийным, а также достаточно трудоемким, т.к. стадии обугливания, измельчения и последующего окислительного обжига осуществляются в раздельных технологических объемах.However, carrying out oxidative firing in the “fluidized bed” mode does not allow to create optimal conditions for uniform combustion of carbonized raw materials, which ultimately reduces the quality of the formed amorphous silicon dioxide and its output due to the entrainment of small particles from the furnace. In addition, the known method is cyclical and multi-stage, and also quite laborious, because stages of carbonization, grinding and subsequent oxidative firing are carried out in separate technological volumes.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ получения ультрадисперсного аморфного или нанокристаллического диоксида кремния из рисовой шелухи (пат. РФ №2191159, опубл. 20.10.2002 г.). Способ включает промывку рисовой шелухи водой и минеральной кислотой, сушку в электромагнитном поле СВЧ диапазона, предварительный обжиг (обугливание) исходного сырья при температуре 520-570°С, измельчение образовавшегося на стадии предварительного обжига промежуточного продукта и окислительное сжигание в токе воздуха и/или кислорода в статическом или динамическом режиме. При этом динамический режим реализуют созданием турбулентного воздушного потока, образованного встречно-тангенциальными пульсирующими потоками воздуха, в результате получают диоксид кремния в аморфной форме с размером частиц 10-60 нм, а статический режим - проведением сжигания в ламинарном потоке воздуха и/или кислорода с неподвижным слоем продукта, что приводит к формированию кристаллического диоксида кремния в виде вытянутых кристаллов длиной 200-400 и диаметром 20-40 нм.Closest to the claimed method according to the technical essence is a method for producing ultrafine amorphous or nanocrystalline silicon dioxide from rice husk (US Pat. RF No. 2191159, publ. 20.10.2002). The method includes washing rice husk with water and mineral acid, drying in the microwave electromagnetic field, pre-firing (charring) the feedstock at a temperature of 520-570 ° C, grinding the intermediate product formed at the pre-firing stage and oxidative combustion in a stream of air and / or oxygen in static or dynamic mode. In this case, the dynamic mode is realized by creating a turbulent air flow formed by counter-tangential pulsating air flows, as a result, silicon dioxide is obtained in an amorphous form with a particle size of 10-60 nm, and the static mode is achieved by burning in a laminar flow of air and / or oxygen with a stationary a layer of product, which leads to the formation of crystalline silicon dioxide in the form of elongated crystals with a length of 200-400 and a diameter of 20-40 nm.
Недостатками данного способа являются цикличность, многостадийность, а также необходимость применения практически для всех операций способа различающихся технических средств. В частности, на стадии окислительного обжига для создания встречно-тангенциального пульсирующего потока воздуха (при получении ультрадисперсного аморфного диоксида кремния) или ламинарного потока воздуха (при получении нанокристаллического диоксида кремния) также требуется различное специальное оборудование. К тому же известно, что создание ламинарного потока окислительного газа чрезвычайно трудно осуществимо на практике.The disadvantages of this method are the cyclical nature, multi-stage, as well as the need to use for almost all operations of the method different technical means. In particular, at the stage of oxidative firing, to create a counter-tangential pulsating air flow (upon receipt of ultrafine amorphous silicon dioxide) or laminar air flow (upon receipt of nanocrystalline silicon dioxide) various special equipment is also required. In addition, it is known that the creation of a laminar flow of oxidizing gas is extremely difficult in practice.
Для утилизации кремнийсодержащих растительных отходов разработан целый ряд устройств, например печь для сжигания рисовой шелухи (пат. КНР №86-104705, опубл. 18.05.1988 г.). Печь выполнена в виде камеры сгорания, в которую послойно загружают сырье, отделяя каждый слой друг от друга прослойкой “черной мякины”, состоящей из углеродсодержащего диоксида кремния. Внутри камеры расположены вентиляционные трубы с отверстиями для подвода воздуха для горения. Сырье загружают таким образом, чтобы трубы оказывались расположенными по центру слоя, обеспечивая сгорание сырья одновременно сверху и снизу слоя, при этом температура горения регулируется скоростью подачи воздуха. Однако невозможность обеспечить равномерное протекание процесса горения во всем слое приводит к потерям сырья, низкой чистоте получаемого продукта и его неоднородности по структуре - смеси аморфного и кристаллического диоксида кремния.A number of devices have been developed for the disposal of silicon-containing vegetable waste, for example, a furnace for burning rice husk (Pat. China No. 86-104705, publ. 05/18/1988). The furnace is made in the form of a combustion chamber, into which raw materials are loaded in layers, separating each layer from each other with a layer of “black chaff” consisting of carbon-containing silicon dioxide. Inside the chamber there are ventilation pipes with holes for supplying combustion air. The raw materials are loaded so that the pipes are located in the center of the layer, ensuring the combustion of the raw materials simultaneously from above and below the layer, while the combustion temperature is controlled by the air supply rate. However, the inability to ensure a uniform combustion process throughout the layer leads to loss of raw materials, low purity of the resulting product and its heterogeneity in structure - a mixture of amorphous and crystalline silicon dioxide.
Известна печь для сжигания рисовой шелухи, состоящая из устройства для подачи шелухи (бункер и шнековый дозатор), камеры для сжигания сырья с размещенным внутри передвижным шнеком, нагревателя, трубопровода для подачи воздуха для сжигания и газоотвода (в.з. Японии, №51-10597, опубл. 05.04.1976 г.). Однако наличие шнека внутри камеры сжигания приводит при высоких температурах к загрязнению получаемого диоксида кремния.Known furnace for burning rice husk, consisting of a device for feeding the husk (hopper and auger batcher), a chamber for burning raw materials with a mobile screw located inside, a heater, a pipe for supplying air for combustion and gas extraction (VZ Japan, No. 51- 10597, publ. 04/05/1976). However, the presence of a screw inside the combustion chamber at high temperatures leads to contamination of the resulting silicon dioxide.
Наиболее близкой к заявляемой является установка для получения диоксида кремния из растительного сырья, главным образом из рисовой шелухи, включающая вихревую цилиндрическую печь для обжига и вихревой сепаратор для разделения твердых и газообразных продуктов сгорания, соединенные между собой двумя трубопроводами, один из которых имеет U-образную форму. В местах соединения U-образного трубопровода с печью и трубопроводов между собой установлена жидкостная запорная арматура. Верхняя часть цилиндрической печи выполнена в виде усеченного конуса, а нижняя имеет наклонное дно с приспособлением для выгрузки в виде цилиндра с коаксиальным отверстием, при этом печь снабжена расположенными в непосредственной близости друг к другу тангенциальными вводами (патрубками) для перерабатываемого материала и окислительной газовой смеси для инициирования горения материала (пат. США №3959007, опубл. 25.05.1976 г).Closest to the claimed is a plant for producing silicon dioxide from plant materials, mainly from rice husk, including a cylindrical vortex kiln for firing and a vortex separator for separating solid and gaseous products of combustion, interconnected by two pipelines, one of which is U-shaped form. At the junction of the U-shaped pipeline with the furnace and the pipelines between themselves, liquid shutoff valves are installed. The upper part of the cylindrical furnace is made in the form of a truncated cone, and the lower has an inclined bottom with a device for unloading in the form of a cylinder with a coaxial hole, while the furnace is equipped with tangential inlets (pipes) located in close proximity to each other for the material to be processed and the oxidizing gas mixture for initiation of material combustion (US Pat. No. 3959007, publ. 05/25/1976 g).
Тангенциальный ввод материала в атмосферу горячего окислительного газа в печь обеспечивает движение материала по восходящей спиралевидной траектории по направлению к верхушке усеченного конуса печи в непосредственной близости от периферии печи и инициирует экзотермическую реакцию, позволяющую вводимому материалу достичь температуры около 600°С, что ниже, чем средняя температура окислительного газа, вследствие чего направление потока в верхней части печи изменяется на обратное, заставляя материал опускаться вниз по спиральной траектории, внутренней по отношению к восходящей траектории, унося все продукты сгорания, аморфный диоксид кремния и газы, поддерживающие горение, из нижней части печи.The tangential introduction of the material into the atmosphere of the hot oxidizing gas into the furnace ensures the material moves along an ascending spiral path towards the top of the truncated cone of the furnace in close proximity to the periphery of the furnace and initiates an exothermic reaction that allows the material to be introduced to reach a temperature of about 600 ° C, which is lower than the average the temperature of the oxidizing gas, as a result of which the direction of flow in the upper part of the furnace is reversed, forcing the material to fall down along the spiral tracks Oria, internal to the uplink path, carrying all the combustion products, amorphous silica and gases supporting combustion from a lower part of the furnace.
Установка позволяет перерабатывать рисовую шелуху с получением аморфного диоксида кремния и при необходимости утилизировать тепло газообразных продуктов горения, если вместо трубопровода сепаратора установить аппаратуру для утилизации тепла выходящих газов.The installation allows you to process rice husk with the production of amorphous silicon dioxide and, if necessary, utilize the heat of the gaseous products of combustion, if instead of installing the separator pipeline, equipment is installed to recover the heat of the exhaust gases.
Однако известное устройство достаточно сложно конструктивно и не позволяет получить диоксид кремния с заданными свойствами по чистоте и структуре, так как не дает возможности реализовать необходимый для этого двухстадийный температурный режим процесса сгорания растительного сырья.However, the known device is quite difficult in design and does not allow to obtain silicon dioxide with the desired properties in purity and structure, as it does not make it possible to implement the necessary two-stage temperature regime of the combustion process of plant materials.
Задачей изобретения является оптимизация процесса получения диоксида кремния из кремнийсодержащего растительного сырья путем разработки непрерывного процесса переработки сырья и его интенсификации с одновременной возможностью получения диоксида кремния с заданными физико-химическими свойствами: чистотой, структурой, удельной поверхностью и т.д.The objective of the invention is to optimize the process of obtaining silicon dioxide from silicon-containing plant materials by developing a continuous process of processing of raw materials and its intensification with the simultaneous possibility of obtaining silicon dioxide with desired physicochemical properties: purity, structure, specific surface area, etc.
Поставленная задача решается предлагаемым способом получения диоксида кремния из растительного сырья, включающим двухстадийную термическую обработку, состоящую из стадии обугливания исходного сырья (предварительного обжига) и стадии окислительного обжига обугленного промежуточного продукта, при этом способ осуществляют в непрерывном режиме в одном технологическом объеме, обугливание проводят в вихревом потоке окислительного газа-теплоносителя с последующим разделением твердого промежуточного продукта и газообразных продуктов сгорания, которые выводят из зоны обжига, а окислительный обжиг осуществляют при температуре 600-1200°С, пропуская окислительный газ через слой образовавшегося на стадии обугливания промежуточного продукта со скоростью, обеспечивающей режим "фильтрующего слоя".The problem is solved by the proposed method for producing silicon dioxide from plant materials, including a two-stage heat treatment, consisting of the stage of carbonization of the feedstock (preliminary firing) and the stage of oxidative firing of the carbonized intermediate product, while the method is carried out continuously in one technological volume, carbonization is carried out in eddy flow of oxidizing heat carrier gas followed by separation of the solid intermediate product and gaseous products with goranium, which is removed from the firing zone, and oxidative firing is carried out at a temperature of 600-1200 ° C, passing the oxidizing gas through a layer of the intermediate product formed at the stage of carbonization at a speed that ensures the "filter layer" mode.
Стадия предварительного обжига сопровождается образованием большого количества газообразных продуктов сгорания. Экспериментально установлено, что при сгорании одного килограмма растительного сырья образуется от 0,30 до 0,37 кг газообразных продуктов, состоящих в основном из СО2 и Н2О. При проведении обугливания сырья и последующего окислительного обжига в одном технологическом объеме указанные газообразные продукты блокируют доступ окислительного газа к промежуточному продукту на стадии окислительного обжига, значительно снижая скорость процесса и ухудшая однородность получаемого продукта по составу.The preliminary firing stage is accompanied by the formation of a large number of gaseous products of combustion. It was experimentally established that when one kilogram of plant material is burned, from 0.30 to 0.37 kg of gaseous products are formed, consisting mainly of CO 2 and H 2 O. When carrying out carbonization of the raw material and subsequent oxidative firing in one technological volume, these gaseous products block access of the oxidizing gas to the intermediate product at the stage of oxidative firing, significantly reducing the speed of the process and worsening the uniformity of the obtained product in composition.
Предлагаемый в заявляемом изобретении вывод газообразных продуктов сгорания перед стадией окислительного обжига позволяет избежать указанных недостатков и осуществить непрерывный процесс получения диоксида кремния с заданными свойствами и высоким выходом в одном технологическом объеме.Proposed in the claimed invention, the withdrawal of gaseous products of combustion before the stage of oxidative firing avoids these disadvantages and to carry out a continuous process for producing silicon dioxide with desired properties and high yield in one technological volume.
Изменяя температурный режим на стадии окислительного обжига, можно получать диоксид кремния требуемой структуры. Так, при температуре не выше 800°С, предпочтительно при 500-800°С, получают аморфный диоксид кремния, а при температуре не выше 1200°С, предпочтительно, при 800-1000°С - кристаллические формы диоксида кремния. При этом предварительный обжиг осуществляют в интервале температур от 200 до 600°С.By changing the temperature regime at the stage of oxidative firing, it is possible to obtain silicon dioxide of the desired structure. So, at a temperature not exceeding 800 ° C, preferably at 500-800 ° C, amorphous silicon dioxide is obtained, and at a temperature not exceeding 1200 ° C, preferably at 800-1000 ° C, crystalline forms of silicon dioxide are obtained. In this case, preliminary firing is carried out in the temperature range from 200 to 600 ° C.
При необходимости получения высокочистого диоксида кремния (с содержанием основного вещества не менее 99,99%) растительное сырье предварительно подвергают обработке, промывая водой и/или минеральной кислотой.If it is necessary to obtain high-purity silicon dioxide (with a basic substance content of at least 99.99%), the plant materials are preliminarily treated by washing with water and / or mineral acid.
В качестве исходного сырья используют любое кремнийсодержащее растительное сырье, включая отходы переработки риса (шелуха, солома), шелуху овса, различные виды хвоща.As the starting material, any silicon-containing plant material is used, including waste from rice processing (husk, straw), oat husk, and various types of horsetail.
Поставленная задача достигается также установкой для получения диоксида кремния из растительного сырья, включающей цилиндрическую печь с патрубком для подачи исходного сырья и патрубком для тангенциальной подачи окислительного газа-теплоносителя, сепарационный узел и расположенное на выходе устройство для выгрузки конечного продукта, которая, в отличие от известной, дополнительно содержит выполненную с регулируемым внешним нагревом вторую цилиндрическую печь, присоединенную к нижней части первой печи через сепарационный узел, первая цилиндрическая печь снабжена внутренней трубой, патрубок для подачи сырья расположен в верхней части первой цилиндрической печи, а патрубок для тангенциальной подачи окислительного газа-теплоносителя установлен в нижней части внутренней трубы, сепарационный узел снабжен устройством для вывода газообразных продуктов сгорания, а вторая цилиндрическая печь содержит установленное в нижней части устройство для подачи окислительного газа, при этом патрубок для подачи исходного сырья, цилиндрические печи, внутренняя труба и сепарационный узел расположены соосно.The task is also achieved by the installation for producing silicon dioxide from plant materials, including a cylindrical furnace with a pipe for supplying raw materials and a pipe for tangential supply of oxidizing heat carrier gas, a separation unit and an outlet device for unloading the final product, which, unlike the known , further comprises a second cylindrical furnace made with controlled external heating, attached to the lower part of the first furnace through a separation unit, per the second cylindrical furnace is equipped with an inner pipe, a pipe for supplying raw materials is located in the upper part of the first cylindrical furnace, and a pipe for tangential supply of oxidizing heat carrier gas is installed in the lower part of the inner pipe, the separation unit is equipped with a device for outputting gaseous products of combustion, and the second cylindrical furnace contains a device for supplying oxidizing gas installed in the lower part, with a pipe for supplying feedstock, cylindrical furnaces, inner tube and separation ny node are located coaxially.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображена предлагаемая установка в общем виде.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the proposed installation in General.
Установка включает первую цилиндрическую печь 1 для предварительного обжига (обугливания) растительного сырья с установленной внутри нее трубой 2 и патрубком 3 для ввода исходного сырья. В нижней части внутренней трубы 2 расположен тангенциальный патрубок 4 для подачи окислительного газа-теплоносителя.The installation includes a first cylindrical furnace 1 for preliminary firing (charring) of plant materials with a pipe 2 installed inside it and a pipe 3 for inputting raw materials. In the lower part of the inner pipe 2 there is a tangential pipe 4 for supplying oxidizing heat carrier gas.
Присоединенный к нижней части печи 1 сепарационный узел 5 обеспечивает отделение твердого промежуточного продукта от газообразных продуктов сгорания и в частных случаях осуществления изобретения может быть выполнен либо в виде цилиндра, оборудованного конусообразной нижней частью (на чертеже не показан), либо в виде усеченного конуса. Выполнение сепарационного узла 5 в форме усеченного конуса предпочтительнее, так как обеспечивает более высокий выход конечного продукта за счет снижения потерь.Attached to the bottom of the furnace 1, the separation unit 5 allows the solid intermediate product to be separated from the gaseous products of combustion, and in particular cases of the invention, it can be made either in the form of a cylinder equipped with a cone-shaped bottom (not shown) or in the form of a truncated cone. The implementation of the separation unit 5 in the form of a truncated cone is preferable, as it provides a higher yield of the final product by reducing losses.
Внутри сепарационного узла 5 расположено устройство 6 для вывода газообразных продуктов сгорания исходного растительного сырья, которое представляет собой отводящий патрубок.Inside the separation unit 5, there is a device 6 for outputting gaseous products of combustion of the initial plant material, which is an outlet pipe.
К нижней узкой части сепарационного узла 5 присоединена вторая цилиндрическая печь 7, оборудованная регулируемым внешним нагревом 8.To the lower narrow part of the separation unit 5 is attached a second cylindrical furnace 7, equipped with adjustable external heating 8.
Входное отверстие отводящего патрубка (устройства 6 для вывода газов) расположено соосно с печами 1 и 7.The inlet of the outlet pipe (device 6 for exhaust gases) is located coaxially with furnaces 1 and 7.
В нижней части печи 7 расположены устройство 9 для подачи окислительного газа и разгрузочное устройство 10.In the lower part of the furnace 7 there is a device 9 for supplying oxidizing gas and a discharge device 10.
Над входным отверстием отводящего патрубка может быть установлена зонтичная крышка 11.An umbrella cover 11 may be installed above the inlet of the outlet pipe.
В другом варианте осуществления изобретения входное отверстие отводящего патрубка может быть оборудовано сепарирующими лопатками 12.In another embodiment, the inlet of the outlet pipe may be equipped with separating blades 12.
В оптимальном варианте осуществления изобретения устройство 6 для вывода газообразных продуктов сгорания включает зонтичную крышку 11 и сепарирующие лопатки 12 одновременно, что позволяет наиболее полно отделить твердые частицы от газообразных продуктов сгорания, которые в дальнейшем могут быть использованы, например, для обогрева.In an optimal embodiment of the invention, the device 6 for outputting gaseous products of combustion includes an umbrella cover 11 and separating blades 12 at the same time, which allows the most complete separation of solid particles from gaseous products of combustion, which can be further used, for example, for heating.
В качестве второй цилиндрической печи могут быть использованы любые печи с внешним нагревом, преимущественно трубчатые электрические печи типа СУОЛ, СНОЛ и другие, регулирование температуры которых осуществляют стандартным образом, используя, например, термопары.As the second cylindrical furnace can be used any furnace with external heating, mainly tubular electric furnaces such as SUOL, SNOL and others, the temperature control of which is carried out in a standard manner, using, for example, thermocouples.
Подачу окислительного газа, например воздуха или его смеси с кислородом, в зону окислительного обжига обугленного промежуточного продукта осуществляют с помощью устройства 9, расположенного в нижней части печи 7. Подвод осуществляют, например, через установленные в нижней части печи 7 перфорированные трубы, имеющие вид крестовины, или кольца, или решетки, обеспечивая режим “фильтрующего слоя”, т.е. такое равномерное и достаточное поступление окислительного газа через слой промежуточного продукта, при котором не происходит перемещения частиц вещества относительно друг друга. Скорость подачи газа определяется производительностью установки, а его количество - заданными качественными показателями готового диоксида кремния: количество окисляющего газа увеличивается с увеличением чистоты готового продукта, так как возрастает его расход на выжигание образовавшегося при предварительном обжиге углерода.The supply of oxidizing gas, for example air or its mixture with oxygen, to the zone of oxidative firing of the charred intermediate product is carried out using the device 9 located in the lower part of the furnace 7. The supply is carried out, for example, through perforated pipes installed in the lower part of the furnace 7 having the form of a cross , or rings, or gratings, providing a “filter layer” mode, i.e. such a uniform and sufficient supply of oxidizing gas through the layer of the intermediate product, in which there is no movement of particles of the substance relative to each other. The gas feed rate is determined by the capacity of the installation, and its quantity is determined by the specified quality indicators of the finished silicon dioxide: the amount of oxidizing gas increases with the purity of the finished product, since its consumption for burning carbon formed during preliminary firing increases.
Разгрузочное устройство 10, установленное на выходе из печи 7, должно обеспечивать равномерное удаление готового продукта из зоны обжига и может быть выполнено в виде, например, шнекового или тарельчатого питателей.The unloading device 10, installed at the outlet of the furnace 7, should ensure uniform removal of the finished product from the firing zone and can be made in the form of, for example, screw or plate feeders.
Требования к материалам установки определяются температурными режимами обжига, в частности внутреннюю трубу 2 целесообразно выполнять из нержавеющей жаропрочной стали.The requirements for the installation materials are determined by the temperature conditions of firing, in particular, the inner tube 2 is expediently made of stainless heat-resistant steel.
Обязательным требованием в предлагаемом изобретении является соосное расположение патрубка для подачи исходного сырья, цилиндрических печей, внутренней трубы и сепарационного узла, включая размещение входного отверстия отводящего патрубка.A mandatory requirement in the present invention is the coaxial arrangement of the pipe for supplying feedstock, cylindrical furnaces, the inner pipe and the separation unit, including the placement of the inlet of the discharge pipe.
Благодаря реализации указанного расположения узлов установки и организации вывода газообразных продуктов со стадии обугливания обеспечивается непрерывная эффективная переработка сырья, разделение газообразной и твердой фаз процесса и получение готового продукта в одном технологическом объеме, что исключает необходимость использования переходных труб, патрубков, газоходов и других аналогичных приспособлений.Due to the implementation of the indicated arrangement of the installation units and the organization of the withdrawal of gaseous products from the carbonization stage, continuous efficient processing of raw materials, separation of the gaseous and solid phases of the process, and obtaining the finished product in one technological volume are ensured, which eliminates the need for adapter pipes, pipes, ducts, and other similar devices.
Способ в общем случае осуществляют следующим образом.The method in the General case is as follows.
Предварительно подготовленное (если необходимы операции измельчения, промывки, подсушки сырья) кремнийсодержащее растительное сырье, в качестве которого могут быть взяты отходы переработки риса или овса в виде соломы, шелухи, или различные виды хвоща, через патрубок 3 вводят во внутреннюю трубу 2 печи 1. Окислительный газ-теплоноситель, обеспечивающий температуру, необходимую для обугливания исходного сырья, подают через патрубок 4 в трубу 2, где происходит непосредственно сжигание сырья в вихревом потоке.Pre-prepared (if grinding, washing, drying of raw materials is necessary) silicon-containing vegetable raw materials, which can be taken as waste from rice or oats in the form of straw, husks, or various types of horsetail, are introduced into pipe 2 of furnace 1 through the pipe 3. An oxidizing heat transfer gas, which provides the temperature necessary for carbonization of the feedstock, is fed through pipe 4 to pipe 2, where the feedstock is directly burned in a vortex flow.
В качестве окислительного газа-теплоносителя на стадии обугливания сырья могут быть использованы продукты сгорания топлива, например продукты сгорания в газовой горелке (на чертеже не показана) смеси “пропан-бутан-воздух”. Регулируя расход этой газо-воздушной смеси, изменяют температуру в объеме первой цилиндрической печи в пределах 200-600°С.As an oxidizing heat carrier gas at the stage of carbonization of raw materials, fuel combustion products, for example, products of combustion in a gas burner (not shown) of a propane-butane-air mixture, can be used. By adjusting the flow rate of this gas-air mixture, the temperature in the volume of the first cylindrical furnace is changed within 200-600 ° C.
Тангенциальный подвод газов позволяет организовать во внутренней трубе 2 закрученный (вихревой) поток с интенсивным протеканием процесса горения. Использование вихревого потока газа-теплоносителя, тангенциально подаваемого во внутреннюю трубу снизу навстречу обрабатываемому сырью обеспечивает интенсивное протекание процесса предварительного обжига (обугливания) за счет более длительного пребывания сырья во взвешенном состоянии и лучшего смешения его с газом-теплоносителем.The tangential gas supply allows you to organize in the inner tube 2 a swirling (vortex) flow with an intensive combustion process. The use of a vortex flow of coolant gas, tangentially fed into the inner pipe from the bottom towards the processed raw material, provides an intensive flow of the preliminary firing process (carbonization) due to the longer residence time of the feed in suspension and its better mixing with the coolant gas.
Обугленный исходный материал, представляющий собой промежуточный продукт (золу) - диоксид кремния с высоким содержанием углерода, выносится продуктами сгорания из трубы 2 во внешнюю камеру, образованную стенками печи 1 и трубы 2, и поступает в сепарационный узел 5, в котором за счет центробежных сил остаточного вращения потока происходит разделение газообразных продуктов сгорания, удаляемых через устройство 6, от твердого промежуточного продукта, который затем поступает во вторую цилиндрическую печь 7. Через образующийся на дне печи 7 слой обугленного промежуточного продукта пропускают окислительный газ из устройства 9 со скоростью, обеспечивающей режим “фильтрующего слоя”, что позволяет контролировать стадию окислительного обжига, в процессе которого происходит выжигание углерода из полученного на стадии обугливания промежуточного продукта и получение диоксида кремния с заданными свойствами, а именно определенной дисперсности, с требуемой удельной поверхностью, низкоуглеродистого или высокоуглеродистого, аморфного или кристаллического, что регулируется температурой печи и временем нахождения в ней продукта.The carbonized starting material, which is an intermediate product (ash) - silicon dioxide with a high carbon content, is carried out by the combustion products from the pipe 2 into the external chamber formed by the walls of the furnace 1 and pipe 2, and enters the separation unit 5, in which due to centrifugal forces of the residual rotation of the stream, the gaseous products of combustion removed through the device 6 are separated from the solid intermediate product, which then enters the second cylindrical furnace 7. Through the layer formed at the bottom of the furnace 7 oxidized gas is passed from the device 9 at a rate ensuring the “filter layer” mode, which allows you to control the oxidative firing stage, during which carbon is burned from the intermediate product obtained at the carbonization stage and obtaining silicon dioxide with desired properties, namely, a certain dispersion, with the required specific surface, low-carbon or high-carbon, amorphous or crystalline, which is regulated by temperature swarm furnace and residence time of the product therein.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать в непрерывном режиме в одном технологическом объеме диоксид кремния заданной структуры: высокореактивный аморфный или кристаллический - кварц, тридимит, кристаболит, а также с необходимыми для разных видов использования физико-химическими свойствами, которые возможно регулировать в широких пределах: выход диоксида кремния в зависимости от массы и вида исходного сырья от 10 до 21% или от 60 до 95% в зависимости от его содержания в сырье; содержание основного вещества в полученном продукте - диоксида кремния - от 40 до 99,99%; потери при прокаливании при 1000°С от 0,1 до 6%; величину удельной поверхности от 1,1 до более 300 м3/г; размер частиц от 0,01 до более 100 мкм.Thus, the present invention allows to obtain in a continuous mode in one technological volume silicon dioxide of a given structure: highly reactive amorphous or crystalline - quartz, tridymite, cristabolite, as well as physico-chemical properties necessary for various uses, which can be regulated within wide limits: the yield of silicon dioxide, depending on the mass and type of feedstock, is from 10 to 21% or from 60 to 95%, depending on its content in the feed; the content of the main substance in the resulting product - silicon dioxide - from 40 to 99.99%; loss on ignition at 1000 ° C from 0.1 to 6%; the specific surface area from 1.1 to more than 300 m 3 / g; particle size from 0.01 to more than 100 microns.
Это позволяет в целом оптимизировать и интенсифицировать процесс переработки кремнийсодержащего растительного сырья и сделать его управляемым при одновременном упрощении аппаратурного оформления способа, что и является техническим результатом изобретения.This allows us to optimize and intensify the process of processing silicon-containing vegetable raw materials and make it manageable while simplifying the hardware design of the method, which is the technical result of the invention.
Возможность осуществления изобретения подтверждена также результатами экспериментальных испытаний способа и установки для его реализации.The possibility of carrying out the invention is also confirmed by the results of experimental tests of the method and installation for its implementation.
В соответствии с изобретением изготовлена и испытана для переработки шелухи риса и овса, соломы риса, стеблей хвоща опытно-промышленная установка непрерывного действия производительностью 0,3 м3/час, в которой высота первой печи составляет 940 мм, ее внешний диаметр - 170 мм, высота сепарационного узла - 800 мм, высота второй печи - 250 мм.In accordance with the invention, a continuous-production pilot plant with a productivity of 0.3 m 3 / h, in which the height of the first furnace is 940 mm and its external diameter is 170 mm, is made and tested for processing husks of rice and oats, rice straw, horsetail stalks. the height of the separation unit is 800 mm, the height of the second furnace is 250 mm.
При необходимости исходное сырье перед термической обработкой подвергалось предварительной подготовке - солома и стебли хвоща измельчались; сырье с механическими примесями и/или загрязнением промывалось водой и/или минеральной кислотой; для обеспечения высокой чистоты конечного продукта, получаемого из рисовой шелухи, промывку осуществляли последовательно водой и кислотой при температуре промывных растворов 40-95°С (пат. РФ №2061656).If necessary, the feedstock was subjected to preliminary preparation before heat treatment — straw and horsetail stalks were crushed; raw materials with mechanical impurities and / or pollution were washed with water and / or mineral acid; to ensure high purity of the final product obtained from rice husk, washing was carried out sequentially with water and acid at a temperature of washing solutions of 40-95 ° C (US Pat. RF No. 2061656).
Обугливание исходного сырья в вихревом потоке газа-теплоносителя в первой печи протекает с высокой интенсивностью. Так, опытным путем показано, что продолжительность этого процесса до получения диоксида кремния с высоким содержанием углерода составляет не более 3-4 секунд, а продолжительность термообработки на стадии окислительного обжига во второй печи до получения низкоуглеродистого диоксида кремния составляет не более 10 минут.Carbonization of the feedstock in the vortex flow of the heat carrier gas in the first furnace proceeds with high intensity. So, it has been experimentally shown that the duration of this process to obtain silicon dioxide with a high carbon content is no more than 3-4 seconds, and the duration of the heat treatment at the stage of oxidative firing in the second furnace to obtain low-carbon silicon dioxide is no more than 10 minutes.
В представленной таблице приведены характеристика исходного сырья, температурные условия окислительного обжига, а также усредненные показатели выхода конечного продукта и его качественных характеристик при переработке сырья из следующих регионов:The table below shows the characteristics of the feedstock, the temperature conditions of oxidative firing, as well as the average yield of the final product and its quality characteristics during the processing of raw materials from the following regions:
шелуха риса - из Краснодарского и Приморского краев, Астраханской области, ряда регионов Китая, Вьетнама, Южной Кореи;rice husk - from the Krasnodar and Primorsky territories, Astrakhan region, a number of regions of China, Vietnam, South Korea;
солома риса - из Приморского края;rice straw - from the Primorsky Territory;
шелуха овса - из Приморского края и Амурской области;oats husk - from the Primorsky Territory and the Amur Region;
различные виды хвоща - из Приморского края.various types of horsetail - from the Primorsky Territory.
Значение удельной поверхности диоксида кремния определяли по методике (Б.В.Айвазов. - Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. М.: Высшая школа, 1973, 206 с.) с использованием метиленового голубого.The value of the specific surface of silicon dioxide was determined by the method (B.V. Aivazov. - Workshop on the chemistry of surface phenomena and adsorption. M: Higher school, 1973, 206 p.) Using methylene blue.
Вид сырья и характеристика полученного диоксида кремнияTable
Type of raw material and characteristics of the obtained silicon dioxide
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137329/15A RU2245300C1 (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Method of reworking silicon-containing vegetable raw material and plant for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137329/15A RU2245300C1 (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Method of reworking silicon-containing vegetable raw material and plant for realization of this method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2245300C1 true RU2245300C1 (en) | 2005-01-27 |
Family
ID=35138985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003137329/15A RU2245300C1 (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Method of reworking silicon-containing vegetable raw material and plant for realization of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2245300C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2443626C1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-27 | Валерий Владимирович Горобец | Method of processing vegetable raw stock and device to this end |
| RU2579447C2 (en) * | 2012-01-05 | 2016-04-10 | Ухань Кайди Инджиниринг Текнолоджи Рисерч Инститьют Ко., Лтд. | Complex method for application of biomass, containing amorphous silicon dioxide |
| RU2603368C2 (en) * | 2014-11-27 | 2016-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Plant for gasification of rice husks |
-
2003
- 2003-12-24 RU RU2003137329/15A patent/RU2245300C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2443626C1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-27 | Валерий Владимирович Горобец | Method of processing vegetable raw stock and device to this end |
| RU2579447C2 (en) * | 2012-01-05 | 2016-04-10 | Ухань Кайди Инджиниринг Текнолоджи Рисерч Инститьют Ко., Лтд. | Complex method for application of biomass, containing amorphous silicon dioxide |
| RU2603368C2 (en) * | 2014-11-27 | 2016-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Plant for gasification of rice husks |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4088438A (en) | Apparatus for the heat treatment of fine-grained material | |
| US4351119A (en) | Apparatus and method for drying compact, vitrifiable mixtures | |
| JP2004507349A (en) | Crushing and drying equipment with cyclone | |
| RU2245300C1 (en) | Method of reworking silicon-containing vegetable raw material and plant for realization of this method | |
| JPH07178344A (en) | Method and device for heating and pulverizing material | |
| US3752455A (en) | Arrangement for burning of pulverulent and fine grain material | |
| US7413681B2 (en) | Process to dewater a soot water slurry obtained in a gasification process | |
| US2877717A (en) | Carbon black apparatus | |
| PL197917B1 (en) | Apparatus and method for producing ash | |
| JP2002516381A (en) | Gasifier with non-radial tuyeres | |
| JP2003505244A (en) | Method and apparatus for drying, separating, classifying and grinding waste | |
| US2278204A (en) | Apparatus for producing a gas atmosphere | |
| US6244860B1 (en) | Apparatus and process for producing perlite | |
| US4184437A (en) | Furnace for waste material | |
| US3010911A (en) | Method of and apparatus for heat processing particulate solids | |
| RU2294896C1 (en) | Method, the reactor and the installation for thermal treatment of the powdery material | |
| CN109824050A (en) | The production of active carbon | |
| US5628260A (en) | Vertical ring processor | |
| US3201099A (en) | Methods of expanding perlite and like materials | |
| CN106414667B (en) | Apparatus and method for recovering carbon and hydrocarbons from organic material by pyrolysis | |
| US3511485A (en) | Furnaces for processing expandable volcanic rock | |
| BG64567B1 (en) | Equipment for pyrolysis of entire motorcar tyres | |
| US2375932A (en) | Continuous metallurgical treatment of raw materials | |
| RU171149U1 (en) | Pyrolysis Vortex Reactor | |
| RU2233795C1 (en) | Method of production of silicon dioxide from wastes of rice production and device for realization of this method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091225 |