RU2785170C1 - Method and installation for production of activated carbon from waste of grain-processing and forestry industry - Google Patents
Method and installation for production of activated carbon from waste of grain-processing and forestry industry Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785170C1 RU2785170C1 RU2022123296A RU2022123296A RU2785170C1 RU 2785170 C1 RU2785170 C1 RU 2785170C1 RU 2022123296 A RU2022123296 A RU 2022123296A RU 2022123296 A RU2022123296 A RU 2022123296A RU 2785170 C1 RU2785170 C1 RU 2785170C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- activated carbon
- activation
- coke
- waste
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 96
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 61
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 39
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 20
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 20
- 239000010903 husk Substances 0.000 claims description 14
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 abstract 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 abstract 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 12
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 9
- 241000219051 Fagopyrum Species 0.000 description 7
- 235000009419 Fagopyrum esculentum Nutrition 0.000 description 7
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 241000005139 Lycium andersonii Species 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 2
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 240000006669 Helianthus annuus Species 0.000 description 1
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к термическому способу переработки сыпучих органических отходов, таких как отходы зерноперерабатывающей промышленности (лузга гречихи, подсолнечника, риса, соломы и пр.) и лесной промышленности (древесных опилок) и получения активированного угля с увеличенной адсорбционной поверхностью. Все перечисленные материалы имеют схожий химический состав: лигнин 20-35%, целлюлоза 30-50%, поэтому способ и оборудование для переработки этих материалов в высокопрочные пеллеты будут идентичны.The invention relates to a thermal method for processing bulk organic waste, such as grain processing industry waste (buckwheat, sunflower, rice, straw, etc.) and timber industry (sawdust) and obtaining activated carbon with an increased adsorption surface. All of the listed materials have a similar chemical composition: lignin 20-35%, cellulose 30-50%, so the method and equipment for processing these materials into high-strength pellets will be identical.
Так, из уровня техники известны способы и установки переработки органических веществ и отходов.Thus, methods and installations for the processing of organic substances and wastes are known from the prior art.
Из описания к патенту RU 2749665 C1 (опубликован 16.06.2021) известен способ термической деструкции органических веществ и отходов, включающий этапы, на которых сырье размером фракции 1-5 мм и влажностью 4-12 % подают шнековым транспортером, снабженным частотным приводом, в вертикальный реактор, включающий корпус, прошитый металлическими пластинами, находящимися одновременно в контакте с дымовыми газами и с продуктами пиролиза, а также ротор с лопатками, размещенными с одинаковым шагом от нижних лопаток к верхним, посредством вращательного движения которых сырье перемещают снизу вверх, проходя через камеру, разогретую до 750-850°С, где сырье распадается на кокс и газовую составляющую. Далее кокс, смешанный с газом, перемещается в верхнюю часть реактора, разогретую до 980-1000°С и представляющую собой зону крекинга, время нахождения смеси в зоне крекинга от 0.5 до 1.5 секунд, после чего смесь газов по патрубку поступает на охлаждение и очистку перед дальнейшим использованием, кокс перемещается самотеком через выгрузное окно вниз по накопителю в шнековый спиральный транспортер, оборудованный водяной рубашкой и установленный под углом 45° к горизонту, откуда выгружается в накопительный бункер.From the description to the patent RU 2749665 C1 (published on 06/16/2021) a method of thermal destruction of organic substances and wastes is known, including stages at which raw materials with a fraction size of 1-5 mm and a moisture content of 4-12% are fed by a screw conveyor equipped with a frequency drive into a vertical a reactor comprising a housing stitched with metal plates that are simultaneously in contact with flue gases and pyrolysis products, as well as a rotor with blades placed with the same pitch from the lower blades to the upper ones, by means of the rotational movement of which the raw material is moved from bottom to top, passing through the chamber, heated to 750-850°C, where the raw material breaks down into coke and gas component. Further, the coke mixed with the gas moves to the upper part of the reactor, heated to 980-1000°C and representing the cracking zone, the time the mixture is in the cracking zone is from 0.5 to 1.5 seconds, after which the mixture of gases is fed through the branch pipe for cooling and purification before further use, the coke moves by gravity through the unloading window down the accumulator into the auger spiral conveyor equipped with a water jacket and installed at an angle of 45° to the horizon, from where it is unloaded into the accumulative hopper.
Основными недостатками данного способа являются:The main disadvantages of this method are:
- полученный кокс совершенно не пригоден для получения активированного угля из-за полного отсутствия в нем летучих веществ и спекания углерода, высокие температуры не позволяют при активации раскрыть поры;- the resulting coke is completely unsuitable for producing activated carbon due to the complete absence of volatile substances in it and sintering of carbon, high temperatures do not allow opening pores during activation;
- для увеличения теплопередачи используются тепловые элементы, прошивающие корпус реактора и находящиеся одновременно в контакте с топочными газами и с обрабатываемым продуктом внутри реактора, позволяющие увеличить обе поверхности на 40%, при такой конструкции дальнейшее увеличение поверхности невозможно;- to increase heat transfer, thermal elements are used that pierce the reactor vessel and are simultaneously in contact with the flue gases and with the processed product inside the reactor, allowing to increase both surfaces by 40%, with such a design, further increase in the surface is impossible;
- большие теплопотери и перерасход топлива из-за того, что дымовые газы двигаются сверху вниз, дельта температур газов на входе и выходе из печи не превышает 150°С.- large heat losses and excessive fuel consumption due to the fact that flue gases move from top to bottom, the delta of gas temperatures at the inlet and outlet of the furnace does not exceed 150°C.
Также из описания к патенту RU 2721696 С1 (опубликован 21.05.2020) известен способ и установка получения активированного угля из угольного остатка, полученного после термохимического процесса пиролиза при переработке органического сырья в установке пиролиза. Способ переработки углеродного материала включает этапы, на которых посредством горизонтального шнека спирального типа подают углеродный материал на вход камеры активации с лопатками, перемещающими углеродный материал по зоне паровой активации, в которой под действием пара, подающегося форсунками в нижней части камеры паровой активации под давлением от 5 до 20 бар и с температурой 900-1000°С, и вращающегося ротора с лопатками углеродный материал перемещается к верхней части камеры паровой активации, откуда разрыхленный углеродный материал по самотечной трубе спускается вниз на вход спирального шнекового транспортера, охлаждаемого водяной рубашкой, при этом шнековый транспортер установлен таким образом, что перемещение материала происходит снизу вверх под углом к горизонтали 28-32°, после охлаждения до 30-50°С активированный углеродный материал подается на выход спирального охлаждающего шнекового транспортера и поступает в бункер-накопитель.Also from the description to the patent RU 2721696 C1 (published on May 21, 2020) there is a known method and installation for the production of activated carbon from carbon residue obtained after the thermochemical process of pyrolysis during the processing of organic raw materials in a pyrolysis installation. The method for processing carbon material includes the steps at which, by means of a horizontal screw of a spiral type, carbon material is fed to the inlet of the activation chamber with blades that move the carbon material along the steam activation zone, in which, under the action of steam supplied by nozzles in the lower part of the steam activation chamber under pressure from 5 up to 20 bar and at a temperature of 900-1000 ° C, and a rotating rotor with blades, the carbon material moves to the upper part of the steam activation chamber, from where the loosened carbon material descends through a gravity pipe down to the inlet of a spiral screw conveyor cooled by a water jacket, while the screw conveyor installed in such a way that the material moves from bottom to top at an angle to the horizontal of 28-32°, after cooling to 30-50°C, the activated carbon material is fed to the exit of the spiral cooling screw conveyor and enters the storage bin.
Основными недостатками данного решения являются:The main disadvantages of this solution are:
- увеличение теплопотерь, технические сложности транспортировки перегретого пара до 1000°С, а также эксплуатацией установки из-за того, что пароперегреватель находится в отдельном корпусе;- increase in heat losses, technical difficulties in transporting superheated steam up to 1000°C, as well as in the operation of the unit due to the fact that the superheater is located in a separate building;
- неэффективность процесса, т.к. корпус реактора разогревается перегретым паром, который служит передаточным звеном, что также приводит к значительной потере воды и топлива.- process inefficiency, tk. The reactor vessel is heated by superheated steam, which serves as a transmission link, which also leads to a significant loss of water and fuel.
- пониженная эффективность разогрева кокса в активаторе за счет неэффективного использования перегретого пара, воды и топлива из-за неразвитой поверхности нагрева корпуса реактора.- reduced coke heating efficiency in the activator due to inefficient use of superheated steam, water and fuel due to the underdeveloped heating surface of the reactor pressure vessel.
Из описания к патенту RU 2776051 (опубликован 12.07.2022) известен способ получения активированного угля из отходов зерноперерабатывающей промышленности, включающий карбонизацию и активирование, причем карбонизацию и активирование осуществляют одновременно в герметичном объеме без доступа кислорода, активирование углеродного продукта осуществляют за счет испаренной из сырья влаги, направленной в сторону образования раскаленного углерода за счет ориентирования в пространстве зоны пиролиза, на всех этапах обработки осуществляется постоянное принудительное перемещение материала и его перемешивание.From the description to the patent RU 2776051 (published on 07/12/2022) a method is known for obtaining activated carbon from grain processing industry waste, including carbonization and activation, moreover, carbonization and activation are carried out simultaneously in a sealed volume without access to oxygen, the activation of the carbon product is carried out due to moisture evaporated from the raw material , directed towards the formation of hot carbon due to the orientation of the pyrolysis zone in space, at all stages of processing, a constant forced movement of the material and its mixing is carried out.
Основным недостатком известного способа является отсутствие возможности получить активированный уголь при указанных режимах ввиду недостаточности пара. Например, для активации в горизонтальном реакторе на 1кг активированного угля требуется от 4 до 6 кг пара, в вертикальном реакторе требуется от 2 до 4 кг пара, а в известном способе используется внутренняя влага отходов зерноперерабатывающей промышленности - это максимум 0.3 кг пара на 1 кг угля, при таком соотношении активацию провести не представляется возможным.The main disadvantage of the known method is the inability to obtain activated carbon under these modes due to lack of steam. For example, for activation in a horizontal reactor, 1 kg of activated carbon requires from 4 to 6 kg of steam, in a vertical reactor, from 2 to 4 kg of steam is required, and in a known method, the internal moisture of grain processing industry waste is used - this is a maximum of 0.3 kg of steam per 1 kg of coal , at this ratio, it is not possible to carry out activation.
При этом в случае использования совмещенного реактора, расход перегретого пара увеличивается в три раза, так как в первую очередь происходит крекинг летучих, объем которых в зерноотходах составляет более 70%, и только потом - активация твердого углерода. Расход пара в совмещенном вертикальном реакторе составляет 6-12 кг пара на 1 кг угля.At the same time, in the case of using a combined reactor, the consumption of superheated steam increases three times, since first of all cracking of volatiles occurs, the volume of which in grain waste is more than 70%, and only then - activation of solid carbon. The steam consumption in the combined vertical reactor is 6-12 kg of steam per 1 kg of coal.
Данные выводы основаны на проведенных экспериментах и законах химии.These conclusions are based on the conducted experiments and the laws of chemistry.
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в разработке способа и установки, обеспечивающего получение формованного активированного угля с заданными свойствами из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, в том числе, из лузги гречихи, по новой более экономичной технологии.The technical problem solved by the present invention is to develop a method and installation that provides molded activated carbon with desired properties from grain processing and timber industry waste, including buckwheat husk, using a new, more economical technology.
Техническим результатом, достигаемым заявленным решением, является возможность получения формованного активированного угля с заданными свойствами - высокой прочностью, заданными формой и размерами, увеличенной адсорбционной поверхностью угля, по сравнению с известными способами, повышение эффективности способа при снижении энергопотребления.The technical result achieved by the claimed solution is the possibility of obtaining molded activated carbon with specified properties - high strength, specified shape and size, increased adsorption surface of coal, in comparison with known methods, increasing the efficiency of the method while reducing energy consumption.
Технический результат достигается за счет осуществления способа получения активированного угля из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, который включает следующие стадии:The technical result is achieved by implementing a method for producing activated carbon from grain processing and timber industry waste, which includes the following steps:
- осуществляют экструдирование отходов до порошка дисперсностью 1-3 мм и влажностью 11-16%,- carry out the extrusion of waste to a powder with a dispersion of 1-3 mm and a moisture content of 11-16%,
- далее измельченные отходы подают в гранулятор, на выходе из которого получают высокопрочные монолитные пеллеты диаметром 4-8 мм и плотностью 500-750 г/л,- then the crushed waste is fed into the granulator, at the output of which high-strength monolithic pellets with a diameter of 4-8 mm and a density of 500-750 g/l are obtained,
- после чего пеллеты направляют на сушку при температуре 120-180°С до влажности 3-7%;- after which the pellets are sent for drying at a temperature of 120-180°C to a moisture content of 3-7%;
- после которой посредством горизонтального шнека отходы перемещают в нижнюю часть печи карбонизации, в которой осуществляют перемещение сырья вверх за счет подпора, создаваемого горизонтальным шнеком и потоком пиролизного газа, выделяющегося из сырья, при этом нагрев сырья проводят без доступа кислорода до температуры 300-850°С за счет непосредственного контакта внутренних стенок печи карбонизации и вертикальных пластин, расположенных внутри ее корпуса, и проходящим сверху вниз по многозаходной спирали в пространстве пластинчатого оребрения печи карбонизации потоком газа с температурой 650-850°С, в результате чего происходит удаление 60-80% летучих веществ,- after which, by means of a horizontal screw, the waste is transferred to the lower part of the carbonization furnace, in which the raw material is moved upwards due to the backwater created by the horizontal screw and the flow of pyrolysis gas released from the raw material, while the raw material is heated without access to oxygen to a temperature of 300-850 ° C due to direct contact of the internal walls of the carbonization furnace and vertical plates located inside its body, and passing from top to bottom along a multi-threaded spiral in the space of the lamellar fins of the carbonization furnace with a gas flow with a temperature of 650-850 ° C, resulting in the removal of 60-80% volatile substances
- из печи карбонизации смесь газа и кокса подают в циклон, где разделяют на кокс и пиролизный газ,- from the carbonization furnace, the mixture of gas and coke is fed into the cyclone, where it is separated into coke and pyrolysis gas,
- кокс с помощью горизонтального шнека направляют в нижнюю часть печи термопарогазовой активации, в которой осуществляют нагревание кокса до 700-900°С за счет непосредственного контакта внутренних стенок печи активации и вертикальных пластин, расположенных внутри ее корпуса, и перегретого до 1000°С пара, а также перемещение кокса вверх от центра вала к наружной стенке печи и снова к центру в освободившееся место за счет подпора, создаваемого горизонтальным шнеком и потоком перегретого пара, подаваемого в нижнюю часть внутреннего пространства печи активации из пароперегревателя, при этом происходит удаление остатка летучих веществ и раскрытие пор с получением активированного угля,- coke is directed to the lower part of the thermo-vapor-gas activation furnace with the help of a horizontal screw, in which the coke is heated to 700-900°C due to direct contact of the activation furnace internal walls and vertical plates located inside its body, and steam superheated to 1000°C, as well as the movement of coke up from the center of the shaft to the outer wall of the furnace and again to the center into the vacant place due to the backwater created by the horizontal screw and the flow of superheated steam supplied to the lower part of the internal space of the activation furnace from the superheater, while removing the remaining volatile substances and opening of pores to obtain activated carbon,
- активированный уголь охлаждают до 30-40°С и направляют на фасовку.- activated carbon is cooled to 30-40°C and sent for packaging.
В качестве отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности используют лузгу зерновых и/или опилки, а также топливные пеллеты, изготовленные из лузги зерновых и/или опилок.Grain husks and/or sawdust, as well as fuel pellets made from grain husks and/or sawdust are used as waste products of the grain processing and forestry industries.
Прочность формованного активированного угля задается на этапе предварительной подготовки (экструдирования) и в результате, на этой стадии можно получить формованные пеллеты двух видов плотности - высокоплотные (620 -750 г/л) и средней плотности (500-600 г/л).The strength of molded activated carbon is set at the stage of preliminary preparation (extruding) and as a result, molded pellets of two types of density can be obtained at this stage - high density (620-750 g/l) and medium density (500-600 g/l).
Для повышения эффективности способа и снижения энергопотребления:To improve the efficiency of the method and reduce energy consumption:
- пиролизный газ после циклона направляют на горелку для сжигания, а дымовые газы, полученные от сжигания пиролизного газа, последовательно используются для обеспечения всего термического процесса - перегрева пара, карбонизации, активации, сушки сырья;- pyrolysis gas after the cyclone is sent to the burner for combustion, and the flue gases obtained from the combustion of pyrolysis gas are sequentially used to ensure the entire thermal process - steam overheating, carbonization, activation, drying of raw materials;
- отработанный пар из циклона, установленного после печи активации, направляют в топку парового котла для выжигания из него всех газов, других продуктов активации и полной утилизации тепловой энергии. Это позволит снизить расход топлива до 50%.- exhaust steam from the cyclone installed after the activation furnace is sent to the furnace of the steam boiler to burn all gases and other activation products out of it and to fully utilize thermal energy. This will reduce fuel consumption by up to 50%.
В частности, для снижения энергопотребления, для сушки сырья используются отработанные дымовые газы из печи карбонизации, для нагрева сырья в печи карбонизации - отработанные газы из печи активации с температурой 650-850°С, а на стадиях сушки, карбонизации, активации, перегрева пара используют дымовые газы, полученные от сжигания в горелке пиролизного газа, выделившегося в печи карбонизации.In particular, to reduce energy consumption, exhaust flue gases from the carbonization furnace are used to dry raw materials, exhaust gases from the activation furnace with a temperature of 650-850 ° C are used to heat raw materials in the carbonization furnace, and at the stages of drying, carbonization, activation, superheating, steam is used flue gases obtained from the combustion in the burner of pyrolysis gas released in the carbonization furnace.
Также, для снижения теплопотерь от перемещения топочных газов и перегретого пара, над печью активации установлен пароперегреватель, в котором осуществляют нагрев пара до 950-1000°С.Also, to reduce heat losses from the movement of flue gases and superheated steam, a superheater is installed above the activation furnace, in which steam is heated to 950-1000°C.
Если же в качестве отходов используют скорлупу орехов и фруктовую косточку, то из них получают гранулированный активированный уголь и на первом этапе, до сушки, их измельчают до 3-5 мм, далее процесс аналогичен вышеописанному способу.If, however, nut shells and fruit pits are used as waste, then granular activated carbon is obtained from them and at the first stage, before drying, they are crushed to 3-5 mm, then the process is similar to the method described above.
Также технический результат достигается при использовании установки получения активированного угля из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, которая содержит последовательно соединенные бункер, экструдер, выполненный с возможностью изменения давления, гранулятор, выполненный с возможностью изменения размера и плотности пеллет, сушилку, соединенную посредством горизонтального шнека с нижней частью печи карбонизации, соединенную с циклоном отделения кокса от пиролизного газа, горизонтальный шнек для подачи кокса в печь активации, установленный за печью активации циклон для отделения паров от активированного угля, устройство охлаждения активированного угля, соединенное с бункером для фасовки активированного угля.Also, the technical result is achieved when using an installation for the production of activated carbon from grain processing and timber industry waste, which contains a hopper connected in series, an extruder configured to change pressure, a granulator configured to change the size and density of pellets, a dryer connected by means of a horizontal screw from the bottom part of the carbonization furnace connected to the cyclone for separating coke from pyrolysis gas, a horizontal screw for supplying coke to the activation furnace, a cyclone installed behind the activation furnace for separating vapors from activated carbon, an activated carbon cooling device connected to a hopper for packing activated carbon.
Для повышения эффективности установки и снижения потребления энергии:To improve plant efficiency and reduce energy consumption:
- печи карбонизации и активации содержат вал с лопатками, обеспечивающими равномерное перемешивание и перемещение сырья вверх, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью вращения, при этом наружные поверхности печи карбонизации и печи активации выполнены с пластинчатым оребрением в виде многозаходной спирали, направленной сверху вниз, а внутренние поверхности печи карбонизации и печи активации покрыты вертикально расположенными пластинами, имеющими разрывы по радиусу корпуса печи карбонизации и печи активации для прохода лопаток вертикального вала;- carbonization and activation furnaces contain a shaft with blades that provide uniform mixing and movement of raw materials upwards, located inside the housing and made with the possibility of rotation, while the outer surfaces of the carbonization furnace and activation furnace are made with lamellar fins in the form of a multi-start spiral directed from top to bottom, and the inner surfaces of the carbonization furnace and the activation furnace are covered with vertically arranged plates having gaps along the radius of the carbonization furnace body and the activation furnace for the passage of the blades of the vertical shaft;
- циклон отделения кокса от пиролизного газа соединен с горелкой сжигания пиролизного газа;- a cyclone for separating coke from pyrolysis gas is connected to a burner for burning pyrolysis gas;
- установка дополнительно содержит пароперегреватель, установленный непосредственно над печью активации в одном корпусе.- the installation additionally contains a superheater installed directly above the activation furnace in one housing.
С целью снижения давления пиролизного газа в печи карбонизации и давления пара в печи активации почти до атмосферного (0,1 бар) паропроводы и газоходы выполнены большого сечения и подбираются в зависимости от производительности установки. Это позволит отказаться от использования газозапорного оборудования и шлюзовых затворов.In order to reduce the pressure of the pyrolysis gas in the carbonization furnace and the steam pressure in the activation furnace to almost atmospheric (0.1 bar), steam lines and gas ducts are made of large cross-section and are selected depending on the performance of the installation. This will make it possible to abandon the use of gas shut-off equipment and sluice gates.
В случае использования в качестве отходов скорлупы орехов и фруктовой косточки, перед сушилкой, вместо экструдера и гранулятора, устанавливают измельчитель.In the case of using nut shells and fruit pits as waste, a chopper is installed in front of the dryer instead of an extruder and a granulator.
Таким образом, в результате реализации способа переработки отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности с получением активированного угля существенно снижается расход энергии и топлива, что достигается за счет эффективного использования тепла выделяющихся в процессе пиролизного газа и пара, за счет увеличения внутренней и наружной поверхности печи карбонизации и печи активации, поскольку увеличенная наружная поверхность передает внутренней поверхности и пластинам печи большее количество тепловой энергии, которая обеспечивает энтальпию перегретого пара внутри печи, при этом многозаходная спираль печи карбонизации и печи активации в три раза увеличивает наружную поверхность теплосъема и обеспечивает движение дымовых газов сверху вниз по спирали, что увеличивает время контакта дымовых газов с печью и максимальную передачу тепла от дымовых газов печи, а вертикальные пластины увеличивают внутреннюю (абляционную) поверхность печи в два раза и обеспечивают максимальную теплопередачу от спиральнорасположенных пластин, находящихся на наружной поверхности печи, перерабатываему материалу, находящемуся внутри печи, в пространство между обмуровкой и корпусом печи. Кроме этого, увеличение КПД процесса происходит за счет сокращения времени карбонизации и активации за счет противоточного движения обрабатываемого сырья в печи карбонизации и печи активации и потоков газов, которыми осуществляют нагрев. При этом выделившийся в печи карбонизации пиролизный газ, а в печи активации - перегретый пар, двигаются в одном направлении с сырьем, ускоряют его продвижение в печах и обеспечивают высокую эффективность использования пиролизного газа и пара для дополнительного нагрева, что также обеспечивает высокую эффективность установки, ускоряет начало прохождения реакции активации угля и, соответственно, сокращает время получения конечного продукта без потери его качества.Thus, as a result of the implementation of the method for processing waste from the grain processing and forestry industries with the production of activated carbon, the consumption of energy and fuel is significantly reduced, which is achieved through the efficient use of heat released in the process of pyrolysis gas and steam, by increasing the internal and external surface of the carbonization furnace and furnace activation, since the increased outer surface transfers more thermal energy to the inner surface and furnace plates, which provides the enthalpy of superheated steam inside the furnace, while the multi-pass spiral of the carbonization furnace and the activation furnace triples the outer heat removal surface and ensures the movement of flue gases from top to bottom in a spiral , which increases the contact time of the flue gases with the furnace and the maximum heat transfer from the flue gases of the furnace, and the vertical plates double the internal (ablation) surface of the furnace and provide maximum heat transfer from the spirally arranged plates located on the outer surface of the furnace, the processed material located inside the furnace, into the space between the lining and the furnace body. In addition, an increase in the efficiency of the process occurs due to a reduction in the time of carbonization and activation due to the countercurrent movement of the processed raw materials in the carbonization furnace and the activation furnace and the gas flows used for heating. At the same time, the pyrolysis gas released in the carbonization furnace, and superheated steam in the activation furnace, move in the same direction with the raw material, accelerate its movement in the furnaces and ensure high efficiency in the use of pyrolysis gas and steam for additional heating, which also ensures high efficiency of the installation, speeds up the beginning of the coal activation reaction and, accordingly, reduces the time for obtaining the final product without losing its quality.
Далее решение поясняется на примере переработки лузги гречневой в формованный активированный уголь, при этом данный пример не ограничивает патентуемое решение, поскольку указанные параметры для лузги гречневой подойдут для переработки всех остальных заявленных культур.Further, the solution is explained using the example of processing buckwheat husk into molded activated carbon, while this example does not limit the patentable solution, since the indicated parameters for buckwheat husk are suitable for processing all other declared crops.
На первом этапе переработки лузги гречневой ее подают в экструдер, в котором она деформируется до заданной дисперсности (размер частиц 1-3 мм) и влажности 11-16% в зависимости от требований к номенклатуре активированного угля, после экструдера обработанная масса подается в пресс-гранулятор где происходит прессование пеллет высокой прочности с натурой 500-600 г/л для активированных углей с параметрами древесных углей и с натурой 750 г/л для активированных углей с показателями каменных углей.At the first stage of processing buckwheat husk, it is fed into an extruder, in which it is deformed to a given dispersion (particle size 1-3 mm) and a moisture content of 11-16%, depending on the requirements for the activated carbon nomenclature, after the extruder, the processed mass is fed into a press granulator where high-strength pellets are pressed with a weight of 500-600 g/l for activated carbons with parameters of charcoal and with a weight of 750 g/l for activated carbons with hard coal parameters.
На втором этапе прочные пеллеты подаются в печь карбонизации, в которой происходит процесс абляционного высокотемпературного пиролиза.At the second stage, durable pellets are fed into the carbonization furnace, in which the process of ablative high-temperature pyrolysis takes place.
На третьем этапе полученный кокс подают в печь активации.At the third stage, the resulting coke is fed into the activation furnace.
На четвертом этапе полученный активированный уголь охлаждают и подают в бункер для фасовки.At the fourth stage, the obtained activated carbon is cooled and fed into the packing hopper.
Далее изобретение поясняется подробно со ссылкой на фигуру, на которой приведена технологическая схема установки переработки лузги гречихи, посредством которой осуществляется способ.Further, the invention is explained in detail with reference to the figure, which shows the technological scheme of the installation for processing buckwheat husks, through which the method is carried out.
Как показано на фигуре, лузга гречихи загружается в бункер 1, из него поступает в экструдер 2, в котором под действием высокого давления 3-4 МПа повышается температура 120-180°С и происходит экструзионное измельчение лузги до размеров 1-3 мм и влажности 11-16%, дисперсность порошка регулируется оборотами вала экструдера, от степени измельчения лузги в экструдере зависит плотность и монолитность пеллет, далее экструдированный порошок поступает в пресс-гранулятор 3, пелетирование происходит под давлением 3-4 МПа, на выходе из которого получаются пеллеты диаметром 4-8 мм в зависимости от размера установленной матрицы и заданного размера для получения активированного угля, далее пеллеты поступают в конвейерную сушилку 4, обогреваемую отработанными и разбавленными до 130°С топочными газами из печи карбонизации 6, пеллеты в сушилке 4 просушиваются до влажности 3-7% и шнеком 5 их подают в нижнюю часть печи карбонизации 6, далее пеллеты под действием лопаток вертикального вала печи карбонизации 6 перемещаются от центра вала к наружной стенке печи и снова к центру в освободившееся место, при наличии подпора, создаваемого шнеком 5, весь перемешиваемый слой двигается вверх, это движение усиливается потоком пиролизного газа, выделившимся из пеллет, отработанные топочные газы из печи активации 9 с температурой 650°-850°С поступают в верхний газоход печи карбонизации 6, проходя сверху вниз по многозаходной спирали в пространстве пластинчатого оребрения печи, ограниченного массивной обмуровкой. Данная конструкция обеспечивает дельту температур топочных газов между входом и выходом из печи до 350°С, отработанные топочные газы с температурой 300-400°С выводятся из печи карбонизации 6 через расположенный внизу газоход. Тепловая энергия, переданная топочными газами, на корпус печи с пластинчатым оребрением, абляционным способом (за счет контакта с внутренними стенками печи и вертикальными пластинами, расположенными внутри корпуса печи) передается пеллетам, за счет этого обеспечивается равномерный нагрев пеллет в корпусе печи до температуры 550-700°С. При этом равномерный нагрев и одновременное перемешивание пеллет вызывает активное выделение летучих веществ (происходит процесс пиролиза), наличие же свободного кислорода в составе летучих веществ обеспечивает прохождение экзотермической реакции, что значительно снижает энергопотребление в печи карбонизации 6. Пройдя весь корпус печи снизу вверх, пеллеты на 60-70% освобождаются от летучих веществ и превращаются в формованный кокс (далее по тексту кокс), который с температурой 550-700°С поступает в циклон 7, в котором происходит разделение на пиролизный газ и кокс. Пиролизный газ из циклона 7 по утепленному газоходу поступает в горелку 13. Топочные газы из горелки 13 с температурой 1050-1150°С поступают в верхний газоход печи активации 9, проходят через пароперегреватель 16, поднимая температуру пара от 200°С до 950-1000°С и далее, проходя сверху вниз по многозаходной спирали пластинчатого оребрения печи активации 9 с массивной обмуровкой, обеспечивает дельту температур топочных газов между входом и выходом из печи до 350°С. Отработанные топочные газы с температурой 800-650°С выводятся из печи активации через газоход, расположенный внизу печи активации 9.As shown in the figure, the buckwheat husk is loaded into the
Кокс из циклона 7 посредством горизонтального шнека 8 подают в нижнюю часть печи активации 9, в которой кокс под действием лопаток вертикального вала, перемещается от центра вала к наружной стенке печи и снова к центру в освободившееся место. При наличии подпора, создаваемого шнеком 8, весь перемешиваемый слой двигается вверх, это движение усиливается потоком перегретого пара, поступающего из пароперегревателя 16, расположенного прямо над печью 9, в коллектор 17, из которого через рассеиватели 18 перегретый пар попадает во внутреннее пространство печи активации 9. Расход пара регулируется на основании показателей расходомера 15 в зависимости от назначенных параметров активированного угля - при увеличенном расходе пара до 4 кг на 1 кг угля увеличивается адсорбционная поверхность до 1100 м2/г , но снижается прочность угля до 45% , при снижении расхода пара до 2 кг на 1 кг угля прочность достигает 90%, а поверхность снижается до 500м2/г. Тепловая энергия, переданная топочными газами на корпус печи с пластинчатым оребрением, абляционным способом передается коксу и пару за счет непосредственного контакта внутренних стенок печи активации 9 и вертикальных пластин, расположенных внутри ее корпуса, за счет этого кокс в корпусе печи равномерно прогреваются до температуры 700-900°С, передаваемой от стенок печи и перегретого до 1000°С водяного пара, и происходит удаление остатка летучих веществ и раскрытие пор, и углеродный материал приобретает высокую адсорбционную способность.Coke from the
Таким образом, эффективность процесса активации увеличивается за счет прогрева кокса от пластин внутреннего корпуса, самого корпуса печи и перегретого пара, а время процесса активации снижается вдвое. При этом за счет контакта пара с пластинами и корпусом температура (энтальпия) пара поддерживается по всему объему активатора на одном уровне.Thus, the efficiency of the activation process is increased by heating the coke from the plates of the inner casing, the furnace casing itself and superheated steam, and the activation process time is halved. In this case, due to the contact of the steam with the plates and the body, the temperature (enthalpy) of the steam is maintained throughout the volume of the activator at the same level.
Далее смесь пара и активированного угля разделяют в циклоне 10. Отработанный пар направляют в топку парового котла 14 для прокаливания и выжигания из него всех газов и других продуктов активации, что снижает на 50 % расход топлива в паровом котле 14, повышает КПД котла и снижает выбросы в атмосферу СО2 за счет снижения расхода топлива.Next, the mixture of steam and activated carbon is separated in
Формованный активированный уголь из циклона 10 направляют в шнек 11, охлаждаемый водянкой рубашкой, где охлаждают до 30-40°С и далее направляют в бункер 12 для фасовки.Molded activated carbon from the
Так, для получения угля с характеристиками БАУ с высокой пористостью до 1200 м2/г и низкой прочностью - не более 55%, пеллеты производятся насыпной плотностью 500-600 г/л за счет снижения давления в экструдере, что достигается снижением оборотов вала экструдера, а для получения углей марки AP, СК-АГ давление в экструдере увеличивается до максимального при увеличении оборотов вала экструдера до номинальных, насыпная плотность пеллет при этом получается 620-750 г/л, и полученный активированный уголь из таких пеллет имеет пористость до 700 м2/г и прочность более 90%.So, to obtain coal with BAU characteristics with high porosity up to 1200 m 2 /g and low strength - no more than 55%, pellets are produced with a bulk density of 500-600 g / l by reducing the pressure in the extruder, which is achieved by reducing the speed of the extruder shaft, and to obtain coals of the AP, SK-AG brands, the pressure in the extruder increases to the maximum with an increase in the speed of the extruder shaft to the nominal ones, the bulk density of the pellets in this case is 620-750 g / l, and the activated carbon obtained from such pellets has a porosity of up to 700 m 2 /g and strength over 90%.
Таким образом, использование патентуемого способа и установки для его осуществления позволяет производить высокопрочные пеллеты, изготовленные из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, также обеспечивает возможность переработки топливных пеллет из органических отходов в активированный уголь.Thus, the use of the patented method and installation for its implementation makes it possible to produce high-strength pellets made from waste from the grain processing and timber industries, and also provides the possibility of processing fuel pellets from organic waste into activated carbon.
Кроме этого, поскольку перевозка пеллет легко вписывается в транспортную логистику, а перевозка лузги с натурой 140 г/л невозможна - 20-тонный автомобиль может перевозить не более 5 тонн лузги, то предложенная позволит разместить ее в любом месте без привязки к сырьевому ресурсу.In addition, since the transportation of pellets easily fits into transport logistics, and the transportation of husks with a quantity of 140 g / l is impossible - a 20-ton car can transport no more than 5 tons of husks, the proposed one will allow placing it anywhere without being tied to a raw material resource.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2023/050201 WO2024049330A1 (en) | 2022-08-31 | 2023-08-29 | Method and apparatus for producing activated carbon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785170C1 true RU2785170C1 (en) | 2022-12-05 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2809917C1 (en) * | 2023-07-27 | 2023-12-19 | Юрий Фёдорович Юрченко | Use of granulated sugar as binder in production of activated carbon |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4008994A (en) * | 1974-05-15 | 1977-02-22 | Japan Gasoline Co., Ltd. | Apparatus and method for regeneration of spent wet active carbon |
| CN102530939B (en) * | 2012-02-28 | 2013-08-21 | 宜兴市昌华过滤器材有限公司 | Active carbon recycling device and recycling technology |
| RU2678089C1 (en) * | 2018-02-06 | 2019-01-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМЕТЕЙ" | Industrial complex for the production of charcoal without waste method of low-temperature pyrolysis from briquette wood waste |
| RU2721696C1 (en) * | 2020-03-03 | 2020-05-21 | Юрий Федорович Юрченко | Pyrolysis coke processing method to produce activated carbon by steam and gas activation |
| RU2721695C1 (en) * | 2020-02-04 | 2020-05-21 | Юрий Федорович Юрченко | Method of processing organic material to produce synthetic fuel gas in a high-temperature ablation pyrolisis of gravitational type |
| RU2749665C1 (en) * | 2020-10-16 | 2021-06-16 | Юрий Фёдорович Юрченко | Method for production and catalytic cracking of synthesis gas in vertical continuous gasification reactor |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4008994A (en) * | 1974-05-15 | 1977-02-22 | Japan Gasoline Co., Ltd. | Apparatus and method for regeneration of spent wet active carbon |
| CN102530939B (en) * | 2012-02-28 | 2013-08-21 | 宜兴市昌华过滤器材有限公司 | Active carbon recycling device and recycling technology |
| RU2678089C1 (en) * | 2018-02-06 | 2019-01-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМЕТЕЙ" | Industrial complex for the production of charcoal without waste method of low-temperature pyrolysis from briquette wood waste |
| RU2721695C1 (en) * | 2020-02-04 | 2020-05-21 | Юрий Федорович Юрченко | Method of processing organic material to produce synthetic fuel gas in a high-temperature ablation pyrolisis of gravitational type |
| RU2721696C1 (en) * | 2020-03-03 | 2020-05-21 | Юрий Федорович Юрченко | Pyrolysis coke processing method to produce activated carbon by steam and gas activation |
| RU2749665C1 (en) * | 2020-10-16 | 2021-06-16 | Юрий Фёдорович Юрченко | Method for production and catalytic cracking of synthesis gas in vertical continuous gasification reactor |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2824135C2 (en) * | 2022-12-12 | 2024-08-06 | Акционерное общество "Татарский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" | Method for producing activated carbon |
| RU2809917C1 (en) * | 2023-07-27 | 2023-12-19 | Юрий Фёдорович Юрченко | Use of granulated sugar as binder in production of activated carbon |
| RU2826290C1 (en) * | 2023-12-23 | 2024-09-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Reactor for chemical activation of carbon material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2979019C (en) | Biomass treatment process and apparatus | |
| CN108587671B (en) | Device and method for biomass rapid catalytic pyrolysis | |
| US20130199919A1 (en) | Method of and system for grinding pyrolysis of particulate carbonaceous feedstock | |
| CN106675661A (en) | Method for continuous pyrolysis and gasification of material | |
| HU211406B (en) | Method and apparatus for the treatment of organic materials and cooling unit for the cooling of coal produced in a carbonizing reactor | |
| WO2013029410A1 (en) | Processing technique of pulverized lignite | |
| RU2721696C1 (en) | Pyrolysis coke processing method to produce activated carbon by steam and gas activation | |
| EP2710098B1 (en) | Method of cooling a torrefied material | |
| US8951390B2 (en) | Reactor for the continuous production of charcoal | |
| CN110616099A (en) | Device and method for preparing biomass fuel by using crop straws | |
| Sun et al. | Review of torrefaction reactor technology | |
| RU2785170C1 (en) | Method and installation for production of activated carbon from waste of grain-processing and forestry industry | |
| CN210885970U (en) | Equipment for preparing biomass fuel by utilizing crop straws | |
| PL227338B1 (en) | Method of processing biomasses to renewable fuel and a device for processing biomasses to renewable fuel | |
| WO2024049330A1 (en) | Method and apparatus for producing activated carbon | |
| US20210054289A1 (en) | Industrial complex for the production of charcoal | |
| JP2018053101A (en) | Biomass fuel production method and biomass fuel production device | |
| CN110106005A (en) | A kind of preparation method of biomass fuel | |
| RU2608599C2 (en) | Device and method for production of charcoal | |
| CN113025354B (en) | Self-heating type vertical axial flow roller ablation pyrolysis reaction device | |
| RU2807761C1 (en) | Automated installation for production of coal briquettes from biomass | |
| RU2749389C1 (en) | Method and installation for processing carbon-containing substances | |
| CN110079346B (en) | Biomass thermal cracking reactor of multi-chamber fluidized bed | |
| WO2023081997A1 (en) | Method of biochar formation and machine for conversion of biomass to biochar | |
| WO2021173040A1 (en) | Method and device for producing a product containing amorphous silica and amorphous carbon |