SU28201A1 - Непрерывно действующее устройство дл термической обработки угл и других горючих материалов - Google Patents

Description

Предлагаемое непрерывно действующее устройство дл  термической обработки -угл  и других битуминозных видов топлива имеет целью дать возмож .ность в промышленном масштабе вести термическую эксплоатацию данного вида топлива с максимальным выходом продуктов в твердой, жидкой и газовой фазах , в соответств1;)и с индивидуальными особенност ми того или. другого вида горючего.

Дл  получени  требуемого эффекта работы печи, конструкции печей приданы такие формы, которые исключают наличие больших соприкасающихс  с воздухом поверхностей и дают возможность блокировать отдельные агрегаты печей в батареи. Обогрев печи ведетс  таким образом, что дымовые газы омывают поверхность стен камер, через которые происходит передача тепла коксующемус  слою угл  не односторонне снаружи, как обычно в печах дл  термической обработки бурого угл , а двухсторонне , - по аналогии с методами обогрева коксовых печей дл  каменного угл . Унос тепла уход щими дымовыми газами, служащими дл  обогрева печи, снижаетс  путем регенерировани  его в специально конструированных дл , этой цели регенераторах.

Конструкци  печей приспособлена к ведению процесса в.таком направлении , которое обеспечило бы получение максимального выхода продуктов в газовой фазе, притом обогащенной составными част ми, необходимыми дл  синтеза , путем использовани  каталигкчесиой способности кокса и полукокса из некоторых сортов углей, с целью расщеплени  и крэкировани  т нселых углеводородов и смолообразных продуктов, содержащихс  с газе. Кроме того,   вл етс возможным непрерывной газификацией превращать в вод ной газ получающийс  в нижней части печи твер. ,ж продукт; представл ющий собою, «следствие своих специфических физических свойств (легкой восламен емости, повыщенной зольности) сомнительную ценность дл  использовани  в топках как в кускообразном виде, так и в пылевидном состо нии. Создаетс  возможность получать перманентно вод ной газ в самой печи, путем взаимодействи  кокса с вод ным паром. Высока  реактивна  способность кокса некоторых видов углей обеспечивает эту возможность при более пониженных температурах, чем при работе с каменным углем, а именно, при 800 - 850°. Ведение процесса при этой температуре ;:iaeT еще больший плюс,

тан как предохран ет от обжига „замертво золу угл . В виду этого зола легко может быть обработана обычными заводскими методами на окись алюмини  вследствие высокого содержани  последней в золе (до 45-55%), не уступоющего среднему проценту ДЬОз в бокситах , и может  витьс  мощным источником сырь  дл  алюминиевой промышленности .

Использу  упом нутую каталитическую способность кокса или полукокса на месте в самой печи, можно добитьс  расщеплени  (крэхинга) выдел ющихс  паров смолы и т желых углеводородов и превращени  их в перманентные газы, а также конверсии метана и его гойо огов в присутствии выдел ющихс  однопремешю с ними в первоначальной стадии процесса в верхней части печи вод ных пароо и углекислоты или же в присутствии вод ных паров, вводимых извне в насыщенном или перегретом виде в соответствующую зону печи. Особенной эффективности можно ожидать в случае контактировани  выдел ющихс  in statu nascendi продуктов с вод ным паром в присутствии каталитической среды, - кокса или полукокса.

На чертеже фиг. 1 изображает горизонтальный разрез по линии на фиг. 2; фиг. 2 - вертикальный разрез по линии ЖЗ на фиг. 1; фиг. 3 - то же по линии ИК на фиг. 1; фиг. 4 -то же по линии У/л/ на фиг. ; фиг. 5-то же по линии ПО на фиг. 1; фиг. 6-деталь распредели гел  пара.

Форма печи (фиг. 1) - пр моугольна , чем предполагаетс  обеспечивать компактность конструкции -объединение р да печей 5 ocjrзpeи и спадение к минимуму лучсиспускг.ющей поверхности. Кажда  печь состоит из комбинации двух параллельно расположенных кпмор, рлоота которых тесно си зан; друг с .цругом и координируетс , и зависимости от желательного папранлени  процесса термической обработки угл . Таким, образом представл етс  возможным вести процесс так, что выдел ющиес  из одной камеры (швель-камеры) газообразные продукты и пары смолы направл ютс  через соседнюю (крэкинг-камеру), в которой находитс  нагретый до- соотвествующей оптимальной температуры кокс или полукокс , используемые как катализаторы дл  проведени  тех или других пирогенетических процессов.

Кажда  рабоча  камера обогреваетс  извне с двух сторон дымовыми газами, получающимис  в итоге сжигани  подводимого в печь воздушно-генераторного газа. Газ подводитс  в дне различные точки по высоте печи, так что имеетс  возможность регулировать раздельный обогрев верхней и нижней части печи. Рабочие камеры и камеры дл  обогрева чередуютс  между собою. Ход дымовых газов - горизонтальный, зигзагообразный. В случае, когда по услови м процесса в нижней части печи понадобитс  более -оысокий нагрев, чем может дать генераторный газ при обычном сжигании,, можно прибегнуть к подогреву воздуха, требуемого дл  сжигани  газа, провод  последний через камеру регенератора.

В нижней части печи сжигание генераторного газа происходит на уровне первогодымового канала. Нечетный нагревательный простенок камер в нижней части снабжен i каналами 2 (фиг. 2) дл  питани  перегретым паром нижних зон камер.

Четный и нагревательный простенок камеры печи в нижней части снабжен .каналами б дл  отвода крэкированных и конвертированных продуктов дестилл ции . Четный нагревательный простенок двух соседних камер снабжен сборной камерой д с боковыми поверхност ми в виде жалюзиобразной решетки, с целью отвода продуктов дестилл ци.и из камер печей или их перепуска из,камеры швелевани  в крэкинг-камеру. Кажда  камера разделена на две продольные части поперечной перегородкой AS (фиг. 4), снабженной расположенными по Се высоте каналами с ответвлени ми дл  непосредстие; ого питани  перегретым паром различных зон печи.

Образующиес  продукты горени  поднимаютс  зигзагообразно через горизонтальных ымоходов, омыва  сперва одну продольную половину печи, затем также опускаютс  по зигзагообразной линии, омыва  вторую половину печи. В боров дымовой трубы они попадают , отдава  свое тепло насадке 4 регекерзтора . Регенераторы / и // (фиг. 1) представл ют собою две идущих р дом под батареей печи камеры (канала), расположенные симметрично к средней поперечной оси батареи и под пр ным углом к продольной оси каждой отдельной рабочей камеры. Работа регенераторов и подогрео в них свежего воздуха чередуетс  как в аналогичных устройствах в регенеративных печах. С каждой стороны регенераторов имеетс  свободное пространство дл  установки под печыо разгрузочных механизмов и откаточных приспособлений дл  получаемого кокса,.полукокса или золы.

Кажда  рабоча  камера печи разделена поперечной шамотовой перегородкой на две продольные .части.

Подвозимый в специальных .вагонетках уголь всыпаетс  одновременно во всех четырех дол х объединенной камеры . Вследствие наличи  в нижней части каждой доли рабочей камеры вращающейс  решетки /5 (фиг. 4) типа „Вудаль-Дакгейм , снабженной приспосо-, блением дл  урегулировани  скорости вращени  ее, имеетс  возможность контролировать скорость движени  щихты угл  в рабочих камерах и регулировать ход тех или других вариантов процесса пирогенизации угл .

Загруженный в печь уголь с установленной дл  каждого конкретного случа  оптимальной скоростью спускаетс  вниз, проход  последовательно различные температурные зоны-печи. В верхней части ее он подвергаетс  сушке и затем, аккумулировав достаточное количество тепла, дает эффект смоловыделени . Своеобразность последнего процесса в достаточной степени изучена и конструктивной задачей предлагаемого устройства было обеспечить возможность выделени  смолы или путем.быстрого удалени  ее из обогреваемых зон печи и получени  ее в нерасщепленном виде, или же обеспечить использование дл  обогащени  получающегос  газа.

Дл  этой цели, на отрезке зоны смоловыделени , по высоте печи с каждой стороны рабочей имеетс  жалюзиобразна  решетка 15 (фиг. 4), через которую отвод тс  из печи газообразные смолосодержащие продукты. Последние непосредственно попадают в сборную

камеру 9 (фиг. 2), лежащую между двум  соседними шсель-камерами 72 (фиг. 2). Продолжением этой сборной камеры  вл етс  газоотвод ща  труба 10, снабженна  особым затвором и гидравлике.. Из зоны смоловыделени  уголь попадает в нии{нюю часть рабочей каморы, занимающую высоту шести дымовых ходон. При прохождении послсдне П1:)оисхолит окончательное выделение смолообрпзных продуктов из частиц; угл , прошедших вышележащую зону без дос точного прогрева, необходимого дл  смолообразовани , и завершаютс  процессы термической обработки угл . Смотр  по температурам , устанавливаемым в этой части печи, получаетс  в виде конечного продукта полукокс или кокс.

В нижней своей части кажда  отдельна  продольна  дол  рабочей камеры суживаетс  так, что нижний открытый конец, через который происходит выгрузка продуктов, имеет длину, соответствующую удобному ходу работы. Сужение нижней части каждой доли происходит постепенно на высоте трех нижних дымовых ходов, так что эта часть печи оконтуровываетс  трем  вертикаль .ными стенками камеры, остающимис  без изменени , и наклонной стенкой поперечной перегородки, раздел ющей робочую камеру на две продольные доли. Эта наклонна  стенка составлена из отдельных плиточек /7 из огнеупорного материала, образующих зазоры, через которые подводитс  пар к нижней чести печи. Подводка пара в печь производитс  целой системой каналоз, обеспечивающих снабжение паром различных

зон рабочей камеры, - как нижш.х, тс; и верхних. Имеетс  BO3MOJiiHOCTb ВЕОДИТЬ в прсй,есс также пар в перггретоу. впде, использу  теплоту уход щих дымовых газов. Дл  зтой цели в регенераторах, расположенных под батареей пе.чей. устроена система из рекуперативных трубок , через которые проходит подап;1СМ1,1Й

,насьаценнь Й пар. Перегревз сь и них, пар попадает в сборный распределительный канал 20 (фиг. 4), располои1еиный в нижней части рабочих камер не-; посредственно над регенераторами /и//

-(фиг. 3). Из этого распределительного

канала перегретый пар идет в каналы /Я расположенные под дымовыми каналами

и разделенные продольной перггородкой на доли. Назначение этих каналов- снабжать перегретым паром самую нижнюю часть рабочей какеры. Кроме того пар идет в камеру 21, образованную наклонно расположенными плитками /7 и стенкой поперечной перегородки /6 рабочей камеры. Через описанные выше зазоры пар попадает в зону, лежащую на высоте первых трех дымоходов.

Пар проходит также в особые каналы, проложенные по всей высоте камеры Fi поперечной перегородке 18, раздел ющей рабочую камеру на две продольные части. Посредством устроенных в этих каналах приспособлений дл  распределени  поступающего в них пара (фиг. 6) имеетс  возможность направл ть перегретый пар в различные зоны печи, а также в сборную камеру дл  смолы.

Под дымовыми каналами, наход щимис  под сборной камерой дл  смолы, расположены разделенные также продольной перегородкой каналы /2(фиг. 1, 2 и 5), предназначенные дл  вывода конвертированного газа.

Дл  получени , при помощи предлагаемого устройства, полукокса низкотемпературной смолы и швель-газа открыпают вентиль газовывод щей из сборной камеры трубы. Швель-газ з момент выделени  (in statu nascendi) выводитс  из печи и содержаща с  в нем смола конденсируетс  в соответствующих смолоотделител х или электрофильтрах. Скорость спускани  угл  в двух соседних камерах, составл ющих единый агрегат, регулируема  нижней вращающейс  решеткой /(J, получа.етс  одинаковой. Обогрев нижней части печи производитс  в слабой степени (сжигание генераторного газа холодным воздухом) при чем все вентили дл  пара закрываютс . Полукокс попадает в   щи к 25, вмещающий i вращающуюс  решетку 16 и, по мере i наполнени  в ней, выгружаетс  в подводимую снизу вагонетку 24 (фиг. 4).

Конструкци  печи дает возможность Лоржать нижнюю зону ее в температурном пределе, близком к 1000, что достигаетс  сжиганием вводимого через канал 25 (фиг. 3) генераторногогаза с подогретым в регенераторах воздухом. Спускающийс  уголь, пройд  стадию полукоксован .и , подвергаетс  дальнейшему

температурному воздействию и в конечном итоге происходит выделение смолы из угольных частиц, не успевших достаточно хорошо прогретьс , а также обрг зование высокотемпературного кокет. Выдел юща с  в этой зоне смола будет содержать продукты вторичного расщеплени  (нафталины, антрацены и друг;;- соединени ), содержащиес  в каменноугольной смоле. В газоотводную трубу попадаетсмесь паров первичной и вторичной (высокотемпературной) смолы. Получающийс  газ состоит из смеси швель-газа и коксового газа и показь:вает более высокое содержание водорода и окиси углерода, . обыкновенный швель-газ.

Оптимум температуры, при которой каталитическа  способность кокса и полукокса получает свое максимальное вы- ражение; лежит в пределах 800 - 900 Эта же сама  температура  вл етс  оптимальной дл  конверсии выдел ющихс  в начальной стадии швелевани  почти в одинаковых стехиометрических отношени х СН, и СО: по формуле СН, 2СО- -2Н2- Таким образом, в конечном-итоге имеетс  о.богащение газовой фазы водородом и окисью углерода за счет комплекса реакций крэкинга и конверсии, происход щих во второй крэкинг-кахере .

Своеобразие хода процесса, состоит в координированной работе нижних зон двух соседних камер, составл ющих единый рабочий агрегат. Вентиль закрыт. Выдел ющийс  швель-газ, пары смолы и высокотемпературный газ швель-камеры , пройд  через сборную камеру, лежащую на высоте зоны смоловыделени , направл ютс  равномерно распредел ющимс  по всей ширине крэкиг-кгмеры потоком сверху вниз через слой кокса,наполн ющего нижню зону последней . При таком направлении газов, когда они, опуска сь, приход т в постепенное соприкосновение с более сильно нагретыми зонами крэкинг-кг1меры, избегаетс  закупоривание пор кокса и ослабление его каталитической способности, имеющей обычно место при непосредственном контакте выдел ющихс  газов с сильно накаленным коксом, вследствие моментального расщеплени  углеводородов до элементарного углерода. ,. .

Вентили к каналам 19, подоод щим пар к нижним зонам швель- и крэкингкамеры , закрыты, один из вентилей газоотводного канала 22 также закрыт, а вентиль другого канала открыт. Скорость спускани  угольной шихты в обеих камерах одинакова . Переключа  вентили , можно заставить рабочие камеры работать в обратном направлении и превратить швель-камеру в крэкинг-камеру.

Большой интерес представл ют следующие реакции взаимодействи  метана и его гомологов с углекислотой и вод ным паром в присутствии катализаторов (tSi-окись алюмини , активированный уголь) в смысле получени  газа, весьма богатого водородом и окисью углерода, как результат комплекса реакций:

1)CH,, + H20 CO-f3H,; ,

2)СН,-+-2НзО СО2 + 4Нг; X

3)СН 4- СО, 2СО +2 Hj;

4)СОо -f С - 2СО

5)СО + + Н,. Вод ной пар в насыщенном виде подаетс  из зоны сушки рабочей камеры.

. В перегретом же виде он подводитс  через систему каналрв.25, проложенных в перегородке между двум  дол ми каждой отдельной рабочей камеры. Посредством особого приспособлени  имеетс  возможность регулировать подвод пара из этих каналов в ту или другую зону камеры. Попада  в зону газо- и.смоловыделени , пар тесно смешиваетс  с продуктами швелезани  в момент их выделени . Смесь, проход  затем через слой соседней крэкинг-камеры, вступает во взаимодействие по вышеприведенным схемам с вод ным паром. Получающийс  обогащенный газ отводитс  через нижний канал 22 (фиг. 5).

Конструкци  Лечи и высока  реактивна  способность кокса из бурых углейдают возможность подойти к pa3peujeнию чрезвычайно важной проблемы непрерывной газификации угл  на оод ной газ. Известно, что в генераторах .вод ного газа процесс газификации, потребл 1 щий большие количества тепла, идет за счет тепла получени  воздушного генераторного газа в.периоде гор чего дуть . В предлагаемом устройстве имеетс  возможность держать спускающийс  в нижнюю зону тонкий слой кокса под посто нным высоким внешним обогревом и, таким образом, компенсировать притоком извне эндотерхкю процесса образовани  вод ного газа. Кроме того, можно значительно увеличить приГок тепла извне в зону газификации рабочей камеры, выложив стенки ее на высоте 1 - 1,5 м огнеупорным материалом , карборундом, коэфициент теплопередачи которого в 10-15 раз больше шамота, употребл емого обыкновенно а коксовых печах.

С другой стороны реактивна  способность кокса из некоторых сортов угл  допускает ведение процесса получени  вод ного газа прж,более низких температурах, чем в случае работы с каменным углем. Так, уже при температуре в 700 - 800 идет процесс получени  вод ного газа, при чем по наиболее выгодной схеме С 2Н2О СОо -f- 2Н2, требующей с 5авнительно меньшей затраты тепла. Сочетание всех этих факторов, вытекающих как цз конструктивных особенностей предлагаемого устройства, так и пбвышенной реактивной способности кокса, позвол ют наде тьс  на успешный ход процесса непрерывного получени  вод ного газа из некоторых сортов углей.

Получаемый в нижней зоне непрерывным процессом вод ной газ, проход  через вышележащие слои угл , играет роль шпюль-газа, вымывающего с весьма большим эффектом битуминозные продукты угл  и, таким образом, из камеры получаетс  газ типа двойного газа.

Поскольку известно, что использование полукокса и кокса наталкиваетс  на затруднени , св занные с их хранением, размолом на пылевидное топливо и транспортом, вследствие сильной склонности их к самовозгоранию, единственным методом, дающим возможность не только исключить последний момент, но и использовать повышенную реактивную способность их в самом процессе,  вл етс  газификаци  на месте в самой рабочей камере. Эта газификаци  протекает при температурах, не обжигающих замертво минеральную часть угл , как при сжигании его в топках и, таким образом, открываетс  перспектива использовани  окиси аллюмини  золы (до 50/о от веса золы)- в качестве сырь  дл  аллюминиевой промышленности.

пользу сь обыкновенными заводскими .методами.

Предмет изо б р е т е и и  .

1.Непрерывно действующее устройство дл  термической переработки углей и др. IopiOMHx материалов, состо щее из р да блокированных в батареи печей, с общим расположенным под ними продольным регенеративным устройством

.дл  утилизации тепла отход щих продуктов горени , отличающеес  тем, что нагревательный простенок камеры печи с горизонтальными огневыми дымоходами снабжен приспособлени ми дл  раздельного обогрева верхней и нижней части простенка.

2.Видоизменение устройства, согласно п. 1, отличающеес  тем, что четный нагревательный простенок двух соседних камер печей, на высоте зоны щвелевани , снабжен сборной камерой с боковыми поверхност ми, выполненными в виде жалюзиобразной рещетки, с целью отвода продуктов дестилл ции из камер печей или их перепуска из камеры щвелевани  в крэкинг-камеру, в зависимости от работы, дл  целей крэкировани  и конверсии соответствующих ингредиентов дестилл ции.

3.Видоизменение устройства, согласно п.п, 1 - 2, отличающеес  тем, что кажда  камера печи батареи разделена на две продольные части поперечной перегородкой , снабженной расположеимымм .по ее высоте каналами с ответвлени ми дл  непосредственного питани  перегретым паром различных зон печи.

4.Видоизменение устройства, согласно п.п. 1-3, отличающеес  тем, что наклонна  стенка;, образующа  естественный откос, облегчающий выгрузку кокса, снабжена р дом зазоров дл  пропуска перегретого пара в нижнюю часть камеры печи. .

5.Видоизменение устройства, согласно п.п. 1 - 4, отличающеес  тем, что нечетньж нагревательный простенок камер в нижней части снабжен каналами 2, 2 дл  питани  перегретым паром нижних зон камер.

6.Видоизменение устройства, согласно п.п. 1-5, отличающеес  Tei(i, что четный нагревательный простенок камеры печи в нижней части снабжен каналами 6, 6 дл  отвода крэкированных и конвертированных продуттов дестилл ции . .

7.Видоизменение устройства, согласно п.п. 1-б, отличающеес  тем, что регенеративное , устройство, утилизирующее тепло отход щих продуктов горени , снабжено системой рекуперативных трубок дл  перегрева насыщенного пара, поступающего в распределительный канал 20.

8.Видоизменение устройства, согласно п.п. 1.- 7, отличающеес  тем, что дл  непрерывной выдачи кокса кажда  половина печи снабжена вращающейс  решеткой.,

S2

/

фиг.2

-JS

фигЗ

..- . ;

к авторскому свидетельству Л. Г.

ф«г4

У/, ,

f i

I %

is

// ----- - 1 jjiNjj // ПГХ- -- - - TT-in - - li

„ „м -.r-A /2ьг

: ilJ:I| Li %|111Й

-и й5 , Ш1

чЧ i:;v;; i i-j. К-;- :--iif liil

ll I IS I f IK Е --I . .- - .-

Еобленца NS 28201

:

ч

:/ I

P-SJ/т . . 7. :

У/ ( iis aiK vs«isiiiia 4:r.li.--.-a.aZ-;-:rr5 )

fc I

1 ///л .у /лИ V /;-з

,

ш1 - -1:;г:г

ifcrV, i. 7Г  -г-:-. -fti.

IT s wuTvr Т . - -Г. .

N.

-a йyX.)iм.EГ 31:Гл 1,;-,,:

fv l-t/./

L вггк-гтЕ ;.

V

f..2uvniu;:; v.7:su.

vr-(i;-- fCF::

2 . . -