СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АДСОРБЕНТА Российский патент 1994 года по МПК B01J20/20 C01B31/08 

Изобретение относится к химической технологии твердого топлива, в частности, к производству адсорбентов из твердых углеродсодержащих материалов органического происхождения, таких как, например, уголь или древесная щепа.

Известен способ производства активированного угля из органического кускового или сбрикетированного материала, представляющий собой разновидность способа газификации твердого топлива. Известный способ предполагает образование засыпки исходного кускового сырья в замкнутой вертикальной камере. По мере продвижения сверху вниз органическое сырье последовательно подвергается карбонизации, а затем активации с целью увеличения сорбционной емкости конечного продукта. Выгрузка готового адсорбента производится на нижнем уровне вертикальной камеры. Исходное органическое сырье добавляют в камеру сверху для поддержания постоянного уровня засыпки.

Воздушное дутье движется сверху вниз через засыпку и последовательно вступая в реакцию окисления газообразных продуктов пиролиза, а затем - восстановления в процессе активации, превращается в низкокалорийный горючий газ, который отбирается на расстоянии равном примерно 1,5 диаметрам засыпки от ее верхнего уровня. Газ подвергается многоступенчатой очистке, охлаждению и компримированию перед подачей потребителю.

Недостатком известного способа производства адсорбента является сравнительно низкая производительность, обусловленная необходимостью длительного пребывания сырья в пределах реакционной камеры. Весь участок камеры ниже уровня отбора газа (около 2,5 м) является нерабочей зоной и служит лишь для выдержки адсорбента с целью его охлаждения. Тем не менее, температура готового продукта за время пребывания в этом нерабочем участке снижается примерно с 875^оС до 725^оС. Система охлаждения путем наружного омывания воздухом стенок камеры малоэффективна и требует дополнительного охлаждения продукта перед упаковкой, что приводит к непроизводительным потерям тепла. Удельный выход горючего газа невелик по сравнению с классическим процессом газификации угля, а калорийность газа низкая. Поэтому дорогостоящая тонкая очистка газа и последующая транспортировка к отдаленному потребителю экономически нецелесообразны.

В известном способе регулирование максимальной температуры в засыпке обеспечивается только путем изменения расхода дутьевого воздуха. В отдельных случаях при использовании исходного сырья с высокой склонностью к спеканию это может привести к нарушению технологического режима вплоть до останова процесса из-за агломерации.

В изобретении решается задача по устранению недостатков известного способа производства адсорбента из органического сырья.

Получаемый эффект заключается в увеличении удельной производительности процесса и снижении удельных энергозатрат.

Технологический эффект достигается тем, что в известном способе производства адсорбента в верхнюю часть вертикальной реакционной камеры дополнительно к воздуху подают водяной пар в массовом соотношении 0,05-0,5, а в нижнюю часть аппарата подают водяной пар с массовым соотношением пар/исходное сырье 0,1-0,4. Отвод горючих газов производят на уровне, расположенном на расстоянии не менее одного диаметра от верхнего уровня засыпки.

Технологическое решение приводит к образованию дополнительной реакционной зоны в камере (ниже уровня отбора газа), в пределах которой утилизируется тепло твердого материала и производится дополнительная активация целевого продукта подаваемым снизу потоком пара. В результате готовый продукт выходит из камеры с температурой не выше 300^оС, снижая тем самым непроизводительные потери тепла. Ввиду образования двух зон обработки материала сокращается необходимое время его пребывания в реакционной камере и в 1,2-1,5 раз увеличивается удельный выход горючего газа на поперечное сечение реактора.

Введение пара в поток воздуха сверху дает дополнительную возможность управления температурным профилем в засыпке твердого материала. Массовая подача пара менее 0,05 от расхода воздуха приводит к существенному превышению допустимого уровня температур в верхней зоне по отношению к оптимальному - 850-950^оС. В ряде случаев наблюдается шлакование, особенно при использовании углей с достаточно высокой теплотворной способностью и легкоплавкой золой. При температуре выше 1000^оС процесс активации происходит во внутридиффузионной области с переходом во внешнекинетическую, поэтому полученный продукт имеет недостаточно развитую удельную поверхность и, соответственно, низкую сорбционную емкость.

Подача пара более 0,5 от массы воздуха приводит к недопустимому снижению температуры в верхней зоне, неполному выходу летучих и незначительной скорости активации.

Для нижней зоны массовое соотношение пар/исходное сырье не должно быть менее 0,1, т. к. в этом случае температура выгружаемого сорбента будет высока (выше 300^оС), и не более 0,4, т. к. иначе уровень температур в нижней зоне будет недостаточен для активации паром и сорбционная емкость продукта не изменится.

П р и м е р 1. В реактор диаметром 0,5 м подается 40 кг/ч бородинского бурого угля марки Б2, имеющего следующие показатели: влажность w^r 31,1%; зольность А^d 10,3% ; выход летучих V^daf 47,6 %; калорийность Q^ч_н 3760 ккал/кг; фракция 10-50 мм. В верхнюю зону подается 50 м³/ч воздуха и 5 кг/ч насыщенного пара, а в нижнюю зону 5 кг/ч насыщенного пара.

Температура в зоне карбонизации 950-1000^оС; в зоне активации 550-600^оС; выход адсорбента 15,3 кг/ч; выход горючего газа 147 м³/ч с калорийностью 690 ккал/м³; активность адсорбента по йоду - 36,7%.

П р и м е р 2. Все то же, что в примере 1, но расход пара в нижнюю зону 10 кг/ч.

Температура в зоне карбонизации 950-1000^оС; в зоне активации 500-520^оС; выход адсорбента - 15,1 кг/ч; выход горючего газа 155 м³/ч с калорийностью 660 ккал/м³; активность адсорбента по йоду 45,2%.

П р и м е р 3. Все то же, что в примере 1, но расход пара в нижнюю зону 15 кг/ч.

Температура в зоне карбонизации 950-1000^оС; в зоне активации 400-440^оС; выход адсорбента 15,4 кг/ч; выход горючего газа 164 м³/час с калорийностью 620 ккал/м³; активность адсорбента по йоду 39,6%.

П р и м е р 4. В реактор диаметром 0,5 м подается 30 кг/ч угля месторождения "Юбилейное" (Павлодарская обл., Казахстан) марки Д, имеющего следующие показатели: W^r 8% ; A^d 14,2%; V^daf 41%; Q_н^r 5600 ккал/кг; фракция 5-50 мм.

В верхнюю зону подается 55 м³/ч воздуха и 8 кг/ч пара, а в нижнюю зону 6 кг/ч пара.

Температура в зоне карбонизации 900-1020^оС; в зоне активации 600-680^оС; выход адсорбента 14,5 кг/ч; выход горючего газа - 140 м³/ч с калорийностью 800 ккал/м³; активность адсорбента по йоду 28%.

П р и м е р 5. Все то же, что в примере 4, но расход пара в нижнюю зону 10 кг/ч.

Температура в зоне карбонизации 900-1000^оС; в зоне активации 550-600^оС; выход адсорбента 14,2 кг/ч; выход горючего газа 145 м³/ч с калорийностью 760 ккал/м³; активность адсорбента по йоду 29,3%.

П р и м е р 6. Все то же, что в примере 4, но расход пара в нижнюю зону 12 кг/ч.

Температура в зоне карбонизации 900-1000^оС; в зоне активации 450-500^оС; выход адсорбента 14,6 кг/ч; выход горючего газа 150 м³/ч с калорийностью 700 ккал/м³; активность адсорбента по йоду 24,1%.

П р и м е р 7. В реактор диаметром 0,5 м подается 33 кг/ч березовых чурочек размером 40-60 мм, имеющих влажность 37%. В верхнюю зону подается 20 м³/ч воздуха и 2 кг/ч пара, в нижнюю зону - 2 кг/ч пара.

Температура в зоне карбонизации 850-900^оС; в зоне активации 450-480^оС; выход адсорбента 3,1 кг/ч; выход горючего газа - 57 м³/ч с калорийностью 470 ккал/м³; активность адсорбента по йоду 47,3%.

П р и м е р 8. Все то же, что в примере 7, но в нижнюю зону подается 3,5 кг/ч пара.

Температура в зоне карбонизации 850-900^оС; в зоне активации 400-450^оС; выход адсорбента 3 кг/ч; выход горючего газа 60 м³/ч с калорийностью 450 ккал/м³; активность адсорбента по йоду 51,8%.

П р и м е р 9. Все то же, что в примере 7, но расход пара в нижнюю зону 8 кг/ч.

Температура в зоне карбонизации 820-880^оС; в зоне активации 320-400^оС; выход адсорбента - 3,3 кг/ч; выход горючего газа 67 м³/ч с калорийностью 400 ккал/м³, активность адсорбента по йоду - 48,9%.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить производительность технологического процесса получения адсорбента за счет образования двух реакционных зон в пределах одного реактора и более рациональной организации внутренних тепловых потоков, а также увеличения в 1,2-1,5 раза выхода горючего газа на единицу площади поперечного сечения реактора.

Изобретение относится к способам получения углеродных адсорбентов путем карбонизации и активации твердого сырья в вертикальном аппарате шахтного типа при вводе сырья и паровоздушной смеси в верхнюю часть аппарата и водяного пара в нижнюю часть аппарата, причем отвод горючего газа осуществляют между зоной карбонизации и точкой ввода пара в нижнюю часть аппарата.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АДСОРБЕНТА путем карбонизации и активации твердого углеродсодержащего сырья в вертикальном автотермическом аппарате шахтного типа, содержащем зоны карбонизации и активации, при подаче сырья и воздуха в верхнюю часть аппарата прямотоком сверху вниз, выгрузке адсорбента снизу аппарата и отборе горючих газов через патрубок отвода горючего газа, расположенного выше уровня выгрузки адсорбента, отличающийся тем, что в верхнюю часть аппарата - в зону карбонизации подают паровоздушную смесь при массовом соотношении пар: воздух 0,05-0,5:1, а в нижнюю часть аппарата - в зону активации, подают водяной пар противотоком к сырью в количестве 0,1 - 0,4 от массового расхода сырья, причем патрубок отвода горючего газа размещен между зоной карбонизации и точкой ввода водяного пара в зону активации на расстоянии не менее одного диаметра аппарата от нижней границы зоны карбонизации.