SU1577702A3

SU1577702A3 - Устройство дл тепловой обработки под давлением влажных органических углеродсодержащих материалов

Info

Publication number: SU1577702A3
Application number: SU853992308A
Authority: SU
Inventors: Коппельман Эдвард
Original assignee: Эдвард Коппельман (US)
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1985-12-18
Publication date: 1990-07-07
Also published as: ES8800068A1; JPS61217619A; ZA858948B; GB8529020D0; IT1191643B; AU5037985A; BR8506376A; FI854925A0; DK165373B; US4626258A; FI82841C; GB2168797A; NO855129L; AT395318B; NO166812C; PL256899A1; HU200230B; TR24405A; FR2574810A1; NO166812B

Abstract

Изобретение относитс к устройству дл тепловой обработки под давлением различных влажных органических углеродсодержащих материалов без доступа воздуха с получением твердого топлива и позвол ет повысить эффективность. Устройство включает сосуд (С) высокого давлени , расположенные в его верхней части впускное средство - вход 8 дл ввода исходного углеродсодержащего материала под давлением и выпускное средство - выход 10 дл отвода реакционных газов, установленные внутри С нагревательные элементы. На вращающемс валу 13 укреплены перемешивающие средства. В нижней части С расположено выпускное средство - выход дл отвода продуктов реакции. Уст дополнительно содержит расположенные один над другим р д кольцеобразных верхних подовых элементов - подов 28, имеющих наклон вниз в направлении от центра к периферии сосуда, р д нижних подовых элементов, расположенных под верхними подовыми элементами, кольцевые перегородки 34, расположенные над верхними подовыми элементами, и дренажные средства - сливные трубы 38, подсоединенные к верхним подовым элементам, дл удалени образующейс на них жидкости. Нагревательные элементы расположены в области нижних подовых элементов, а перемешивающие средства выполнены в виде гребков, расположенных над подовыми элементами и направл ющих материал в радиальном направлении вдоль каждого подового элемента попеременно к центру и к периферии сосуда. Устройство снабжено скребковым элементом или проволочной щеткой, установленной на гребке около стенки сосуда, нагревательные средства расположены по периферии внутреннего объема сосуда. Устройство снабжено средствами вертикального перемещени вала с гребками. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс к тепловой обработке под давлением влажных органических углеродсодержащих материалов и получению продукта, используемого в качестве топлива,

Цель изобретени - повышение эффективности .

На фиг.1 показано устройство, (верхн зона предварительного нагрева или сушки и нижн реакционна зо- на), вертикальный разрез; на фиг.2 - то же, размещение поперечных труб теплообменника , поперечный горизонтальный разрез; на фигсЗ - зона р.аз- грузочных отверстий в кольцевом поде, расположенном в верхней зоне предварительного нагрева (частичный разрез) вид сверху; на фиг. 4 - схема установки дл термической обработки f углеродистых материалов,

Устройство содержит сосуд 1 высокого давлени с куполообразной верхней частью 2, центральной секцией в виде круглого цилиндра 3 и куполообразной нижней частью 4, герметично соединенными друг с, другом кольцевыми фланцами 5, Реактор поддерживаетс практически в вертикальном положении с помощью р да опор 6, прикрепленных к опорным элементам 7, св занным с нижним фланцем 5 центральной секции сосуда. Верхн куполообразна часть имеет впускное средство - вход 8 дл ввода внутрь реактора из

0

5 О 5

5

мельченного влажного углеродистого материала,, К входу примыкает изогнутый углом отбойный щиток 9, направл ющий подаваемый материал к стенке реакционной камеры, С противоположной стороны верхней части 2 расположен выход 10 с фланцем дл удалени реакционных га ов под давлением из реакционной камеры. На внутренней поверхности верхней части 2 в ее центральной зоне имеетс обращенный вниз кольцевой выступ 1 1, в котором расположен подшипник 12, поддерживающий с возможностью вращени верхний конец вала 13,

Нижний конец проход щего по центральной оси реактора вращающегос вала 13 установлен в кольцевом выступе 14, образованном в нижней части 4 с помощью узла подшипника 15 и герметичного уплотнени 16, Выступающий наружу конец вращающегос вала 13 имеет ступенчатый участок 17, вставленный в упорный подшипник 18, установленный на опоре 19. По длине вращающегос вала 13 на определенном рассто нии друг от друга по вертикали прикреплено множество выступающих по радиусу от вала 13 перемешивающих элементов, выполненных в виде гребков 20. Как правило, в зоне предварительного нагрева или в зоне сушки могут быть расположены два, три или четыре гребка, а в реакционной

зоне - до шести гребков. Обычно на- каждом уровне вращающегос вала креп тс четыре гребка с шагом примерно 90J. К нижним сторонам гребков 20 креп тс под углом р д зубьев 21, ориентированных таким образом, чтобы при вращении вала обеспечивать передачу по радиусу в направлени х внутрь и наружу материала вдоль множества подов.

Вал 13 с гребками приводитс от двигател 22, установленного на регулируемом основании 23. На выходной вал двигател насажено коническое ведущее зубчатое колесо 24, посто нно сцепленное с ведомым коническим зубчатым колесом 25, насаженным на нижний концевой участок вала. В предпочтительном варианте двигатель вл етс двигателем переменной скорости , обеспечивающим изменени скорости вращени вала.

Дл тога, чтобы допустить увеличение и изменение длины вала с изменением вертикального положени выступающих от него гребков при изменении температуры в реакторе, основание 23 и выступающий наружу конец вала 13 установлены на регулируемых домкратах 26, которые под действием гидравлического цилиндра 27 измен ют высоту установки основани 23, обеспечива надлежащее положение зубьев 21 гребков относительно верхних поверхностей подов в реакторе. Устройство в зоне предварительного нагрева содержит группу расположенных один над другим подов 28, наклоненных вниз к стенке реакционной камеры. Верхн зона предварительного нагрева снабжена цилиндрической стенкой 29, расположенной на определенном рассто нии по радиусу внутрь от стенки цилиндра 3 центральной секции. К цилиндру 3 прикреплены наклонно установленные поды 28. Верхний край стенки 29 имеет отогнутый наружу участок 30, исключающий попадание углеродистого материала в кольцевой зазор между стенкой 29 и стенкой цилиндра 3 центральной секции.Верхний под 28 соединен по окружности со стенкой 29 и проходит вверх и внутрь к вращающемус валу 13 Под 28 переходит в направленный вниз круглый отклон ющий щиток 31, образую щий кольцевой желоб, через который материал каскадом проходит вниз на внутренний участок кольце.вого пода,

10

15

20

25

.

5777026

расположенного ниже. Установленный под верхним подом 28 с наклоном вниз кольцевой под 28 прикреплен к стен- .ке 29 кронштейнами 32. Второй кольцевой под имеет множество расположенных по его внешней окружности отверстий 33,через которые материал выгружаетс на расположенный ниже под.

Влажный углеродистый материал подаетс через вход 8 и отклон етс щитком 9 к внешней окружности верхнего пода 28, после чего зубь ми 21 гребков направл етс вверх и внутрь в положение над круглым отклон ющим щитком 31, где. он свободно падает на расположенный ниже на определенном рассто нии под. Подобно этому зубь 21 гребков над вторым подом верхней группы передают материал вниз и наружу по верхней поверхности пода дл выпуска его через расположенные по его внешней окружности о твсрсти 33. .Обрабатываемый материал продолжает проходить вниз каскадом поочередно в1 направлении внутрь и наружу, как показано стрелками на фиг01. и поступает в нижнюю реакционную зону.

Двига сь каскадом вниз, материал контактирует с проход щими противотоком вверх нагретыми реакционными газами,

30

35

40

45

50

I, которые нагревают его до температуры 90 - 260°С. Дл .обеспечени надежного контакта подаваемо-- го материала с восход щим потоком реакционных газов, непосредственно над гребками 20, св занными по крайней мере с некоторыми из наклонных подов 28, расположены кольцевые перегородки 34, удерживающие поток гор чих реакционных газов в зоне, примыкающей непосредственно к верхней поверхности кольцевого пода. Предварительный нагрев материала обеспечиваетс частично за счет конденсации конденсируемых компонентов реакционного газ-а, например пара, на поверхности холодного обрабатываемого материала , а частично за счет пр мого теплообмена. Конденсированна жидкость и выделенна химически св занна в обрабатываемом материале вода сливаютс вниз и наружу по наклонным подам и вывод тс по окружности подов, св занных внешними кра ми со стенкой 29, через кольцевой водоот- вод 35 с перекрываюшим его вход экраном 36, который должен непрерывно

протиратьс скребковым элементом или

проволочной щеткой 37, установленной, на наружном зубе ближайшего гребка, Кольцевые водоотводы 35 сообщаютс ее. сливными трубами 38, расположенными в кольцевом зазоре между стенкой 29 и цилиндром 3. Жидкость удал етс из реакционного сосуда через выход 39 дл конденсата

Охлажденные реакционные газы проход т вверх через зону предварительного нагрева и, наконец, выпускаютс через выход 10,

Предварительно нагретый и частично обезвоженный материал от нижнего пода зоны предварительного нагрева при непрерывно регулируемом повышенном давлении проходит к верхнему кольцевому поду 40 реакционной зоны, где он нагреваетс далее обычно до 200- 650 С или выше, В реакционной зоне кольцевые поды 40 установлены практически в горизонтальном положении таким образом, что по окружности они практически герметично соединены с цилиндрической огнеупорной футеровкой 41 внутренней поверхности стенки цилиндра 30 Как и в зоне предварительного нагрева, в реакционной зоне зубь ми 21, прикрепленные к гребкам 20, поочередно направл ют материал по радиусу в направлении внутрь и наружу каскадом через реакционную зону, как показано стрелками на-фиг.1, Практи- чески не содержащий жидкости и термически обогащенный твердый реакцион- ный продукт выгружаетс в центре нижнего пода 40 в конический желоб 42 и через выход 43 - из сосуда,.

Чтобы уменьшить потери тепла из сосуда высокого давлени , как цилиндрическа секци , так и нижн часть 4 снабжены наружным слоем 44 изол ции любого известного типа0 Центральна секци в предпочтительном ,варианте имеет дополнительную оболочку 45 дл защиты изол ции. Дл нагрева материала в реакционной зоне могут быть использованы расположенные в ней электронагревательные элементы, охватывающие цилиндр 3 центральной секции, кожух, по которому циркулирует нагревающа среда, или расположенное по периферии трубчатое тепло- обменное устройство, содержащее пучок спиральных труб 46, примыкающих к внутренней поверхности футеровки 4 и поперечный теплообменник, образованый несколькими U-образными трубами

0

5

5 п

0

47, пересекающими по горизонтали сосуд высокого давлени непосредственно под расположенными в его полости . ( кольцевыми подами 40, Пучок труб 46 периферийного теплообменника через вход 48 и выход 49 сообщаетс с расположенным вне реактора источником нагревающей среды, например сжатой двуокиси углерода и т.п.,и-образные трубы 47 поперечного теплообменника св заны с входным 50 и выходным 51 коллекторами соответственно, которые в свою очередь св заны с входом 52 и выходом 53, выполненными в стенке сосуда высокого давлени „ Системы периферийного к поперечного теплообменников могут соедин тьс с одним и тем же источником нагревающей среды или, как показано ка фиг,4 с изображением предпочтительного варианта с различными источниками нагрева, что обеспечивает независимое управление каждой системой дл получени требуемой температуры нагрева и термической обработки обрабатываемого материала в реакционной зоне0

В рабочем режиме, как показано на фиг04 с изображением схемы процесса, подлежащий обработке влажный угле- водородистый материал под давлением подаетс из бункера - хранилища 54 через соответствующий пневматический затвор 55 и вход 8 в сосуд I высокого давлени ,Через зону предварительного нагрева влажное сырье передаетс вниз способом, описанным выше, в процессе теплообменного контактировани с восход щим потоком реакционных газов дл предварительного нагрева материала до 90-260°С, как это показано на фиг.1. Затем предварительно нагретый и частично обезвоженный материал пропускаетс расположенную ниже реакционную зону реактора со множеством подов, где он нагреваетс до более высокой температуры, обычно ч диапазоне 200-650 0 дл термической перестройки или частичного пиролиза, сопровождающимис испарением практически всей остаточной влаги и летучих компонентов и продуктов реакции пиролиза. Обычно давление в реакторе поддерживаетс в диапазоне 21-210 кг/см2 или выше в зависимости от типа обрабатываемого материапа и , желаемой термической переработки, необходимой дл получени целевого готового твердого реакционного продукта

Количество кольцевых подов в зоне предварительного нагрева и в реакционой зоне выбираетс в зависимости от заданной продолжительности процесса обработкио Обычно продолжительность пребывани материала в реакционной зоне колеблетс от 1 мин до I ч или |более. Полученный термически обогащенный твердый реакционный продукт выгружаетс через выход 43 дл дукта в нижней секции реактора, после чего охлаждаетс в камере 56 охлаждени до температуры, позвол ющей выгружать его в окружающую среду без риска сгорани или других нежелательных последствий. Обычно твердый .реакционный продукт охлаждаетс до температуры ниже 260 С, а чаще - 150°

до 1ЬО С и нижео

Разгрузочный канал, ведущий от выхода 43 дл продукта, также снабжен пневматическим затвором 57, преп тствующим потер м давлени в реакторе при прохождении реакционного пр дукта.

Охлажденные реакционные газы удал ютс через расположенный в верхнем конце реактора выход 10 и через понижающий давление клапан 58 пропускаютс в конденсатор 59. В конденсаторе 59 осаждаютс и вывод тс в качестве побочного продукта конденсации , содержащиес в газах органические и конденсируемые компоненты. Неконденсируемый компонент газа, т.е0- чистый газ выпускаетс и может быть использован в реакторе дл нагрева. Подобно этому, извлеченна в зоне предварительного нагрева жидка фаза удал етс в виде сточных вод из реактора через соответствующий понижающий давление клапан 60. Зачастую такие сточные воды содержат ценные рас воренные органические компоненты, которые могут быть извлечены в процессе дальнейшей обработки или, в другом варианте, сточные воды с раст- .воренными в них органическими компонентами могут использоватьс непосредственно дл формировани водной суспензии твердого реакционного продукта , что облегчает его транспортировку в удаленные от реактора пункты .

На фиг.4 схематически показаны дополнительные системы нагрева, обеспечивающие циркул цию нагревающей текучей среды через расположенные по пе

н 577702Ю

риферии и поперечно теплообмснные секции реакционной зоны. Расположенна по периферии система теплообменника имеет насос 61 дл перекачки нагревающей текучей среды через теплообменник или печь 62 дл повторного нагрева нагревающей среды, котора пропускаетс через пучок труб в реакционной зонеа Подобно этому, система поперечного теплообменника снабжена циркул ционным насосом 63 и печью 64 дл циркул ции и повторного нагрева нагревающей текучей среды, пропускаемой через U-обраэные трубы реакционной з оны „

Описанный многоподовый реактор может найти применение в процессах обработки углеродистых материалов

10

15

или их смесей, которые, как правило, характеризуетс высоким содержанием влаги.

В данном контакте определение углеродистые относитс к материалам , богатым углеродом, которые могут иметь как естественное происхождение, так и могут быть получены в виде отходов сельскохоз йственного производства или лесообрабатывающей промышленностио Как правило, к таким материалам относ тс полубитуминозные угли, бурые угли, торф, отходы целлюлозного производства, например опилки, кора, древесна стружка, ветки и щепа, т0е0 отходы лесозаготовительных работ и лесопильного производства , отходы сельскохоз йственного производства - стебли хлопка, орехова скорлупа, отходы лущени зерновых, риса и т.п. и пульпа твердых городских отбросов, из которых удалены металлические примеси, содержащие менее 50 мас.% влаги, а обычно примерно 25 мас„% влаги.

Устройство работает следующим образом ,,

Необработанный уголь при 15 С и атмосферном давлении подаетс из питающего бункера 54 через пневматический затвор 55 в реактор, в котором поддерживаетс давление 58 кг/см . Подлежащий обработке уголь нагреваетс в зоне предварительного нагрева реактора в ходе пропускани его че

рез

. о

эту зону вниз от температуры

15 С до 960 С, при которой он поступает в реакционную зонуэ Сточные воды примерно при 161 Си давлении 58 кг/см вывод тс из зоны предварительного нагрева, как и газ, который при 161аС и давлении 58 кг/см2 выпускаетс из верхней части зоны предварительного нагрева. Реакционный газ, выпускаемый из реакционной зоны, поступает в нижнюю часть зоны предварительного нагрева при 260°С и давлении 58 кг/см20 Полученный твердый реакционный продукт выгружаетс JQ через дно реакционной зоны о температурой 381°С и давлением 58 кг/см с последующим охлаждением его до 93°С, после чего его выгружают при атмосферном давлении.15

Как правило, массовый расход подаваемого материала и разлимных потоков продуктов составл ет: 23300 кг/ч подаваемого материала и 7200 кг/ч воды ,, Выход сточных вод составл ет .20 9200 кг/ч, а газа 2500 кг/ч и 150 кг/ /ч парао Выход из реактора тверддго продукта составл ет: 11500 кг/ч, а чистого газа после извлечени конденсируемых компонентов 255 кг/ч и .25 150 кг/ч воды0

Тепловой баланс описанного процесса исчисл етс из загрузки в реактор влажного необработанного угл , содержащего 188000 ккал/ч, а охлаж- 30 денный до 93°С твердый реакционный tпродукт содержит 320000 ккал/ч, JIo- лученный газ - продукт имеет теплотворную способность 260000 ккал/ч, а удаленные гор чие сточные воды35

содержат 1500000 ккал/ч0

Описанные последовательность и параметры операций обработки полубитуминозных углей вл ютс типовыми, однако в различных зонах реактора до- 40 пустимы изменени , температуры, а также давлени и времени пребывани обрабатываемого материала, необходимого дл получени требуемого терми ческого обогащени и/или химической 45 перестройки целлюлозного материала в зависимости от исходного содержани , в нем влаги, общей химической структуры и содержани углерода, а также

Давление в реакторе также может регулироватьс в диапазоне 21 - 210 кг/ /см2, обычно в диапазоне 42 - 105 кг/см20

Claims

Формула изобретени

1, Устройство дл тепловой обработ ки под давлением влажных органических углеродсодержащих материалов, включающее сосуд высокого давлени , расположенные в его верхней части впускное средство дл ввода исходного углеродсодержащего материала под давлением и выпускное средство дл отвода реакционных газов, установленные в сосуде нагревательные элементы, укрепленные на вращающемс валу перемешивающие средства и расположенное в нижней части сосуда выпускное средство дл отвода продуктов реакции, отличающее с тем, что, с целью повышени эффективности , устройство дополнительно содержит расположенные один над другим р д кольцеообразных верхних подовых элементов, имеющих наклон вниз, в направлении от центра к периферии сосуда, р д нижних подовых элементов расположенных под верхними пододыми элементами, направл ющие средства, расположенные над верхними подовыми элементами, и дренажные средства, подсоединенные к верхним подовым элементам дл удалени образующейс на них- жидкости, причем нагревательные элементы расположены в области нижних подовых элементов, а перемешивающие средства выполнены в виде гребков расположенных над подовыми элементами и направл ющих, материал в радиальном направлении вдоль каждого подового элемента попеременно к центру и к периферии сосуда.
2. Устройство по п,1, о т л и - чающеес тем, что оно снабжено скребковым элементом или проволочжелаемых характеристик целевого реак- 50 но Щеткой, установленной на гребке,

Давление в реакторе также может регулироватьс в диапазоне 21 - 210 кг/ /см2, обычно в диапазоне 42 - 105 кг/см20

Формула изобретени

1, Устройство дл тепловой обрабоки под давлением влажных органических углеродсодержащих материалов, включающее сосуд высокого давлени , расположенные в его верхней части впускное средство дл ввода исходного углеродсодержащего материала под давлением и выпускное средство дл отвода реакционных газов, установленные в сосуде нагревательные элементы, укрепленные на вращающемс валу перемешивающие средства и расположенное в нижней части сосуда выпускное средство дл отвода продуктов реакции, отличающее с тем, что, с целью повышени эффективности , устройство дополнительно содержит расположенные один над другим р д кольцеообразных верхних подовых элементов, имеющих наклон вниз, в направлении от центра к периферии сосуда, р д нижних подовых элементов расположенных под верхними пододыми элементами, направл ющие средства, расположенные над верхними подовыми элементами, и дренажные средства, подсоединенные к верхним подовым элементам дл удалени образующейс на них- жидкости, причем нагревательные элементы расположены в области нижних подовых элементов, а перемешивающие средства выполнены в виде гребков расположенных над подовыми элементами и направл ющих, материал в радиальном направлении вдоль каждого подового элемента попеременно к центру и к периферии сосуда.

2. Устройство по п,1, о т л и - чающеес тем, что оно снабжено скребковым элементом или проволоч

расположенном около стенки сосуда,
3. Устройство по п.1, отличающее с тем, что нагревательные средства расположены по периционного продукта. Соответственно услови в зоне предварительного нагрева могут; регулироватьс таким образом, чтобы обеспечить удовлетворительный нагрев подаваемого мате- 55 ФеРии внутреннего объема сосуда, риала, т,е„ от комнатной температу-4. Устройство по п.1, о т л и ры до температуры обычно в диапазонечающеес тем, что нагрева90-260°С с последующим нагревом еготельные средства расположены под нижо

в реакционной зоне до 650 С и вышее

ними подовыми элементами.

расположенном около стенки сосуда, 3. Устройство по п.1, отличающее с тем, что нагревательные средства расположены по периФеРии внутреннего объема сосуда,
4. Устройство по п.1, о т л и ними подовыми элементами.
5. Устройство по п.1| о т л и -жит средства вертикального перемеще

чающеес тем, что оно содер-ни вала с гребками.

28

33

V

41

Фиг. 2

Фиг.3

$ Конденсат

60

Or

тдердый продукт

Fas

63

Фue.fi