Устройство для высокотемпературной обработки углеродных материалов Советский патент 1988 года по МПК C01B31/02 

Изобретение относится к устройст йам углеродного производства, а имен io к устройствам для высокотемпера- Дурной обработки углеродных материа- jjioB газообразными углеродами, кислородсодержащими и инертными газами и может быть использовано в хи1-шческой промышленности.

Целью изобретения является новы- ашние однородности углеродного мате риала по физико-химическим свойствам снижение энергозатрат и длительности высокотемпературной обработки этого материала.

i На фиг. 1 показана схема устрой- Г-тва, вертикальный разрез; на фиг« 2 :Сечение A-Aj на фиг. 1| на фиг. 3 - :;ариант исполнения электрода| на 1фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг, 3, ; Устройство для высокотемператур- ;ной обработки углеродных материалов ;содержит корпус 1 у футерованный :огнеупорным материалом 2, торцовые крышки 3j являюпщеся электродами, к которым подсоединен узел 4 подачи электроэнергии, механический привод 5« Внутри корпуса 1 расположена камера 6 нагреваэ снабженная узлами 7 загрузки и выгрузки материала и сооб щаницаяся равномерно расположенными по окружности камеры отверстиями 8 с . газовым коллектором 9, который снабжен распределительным устройством- 10 и эжектором 11. Газовый кол™ .vieKTop 9 выполнен в виде полости по периферии камеры 6, разделительной диафрагмой 12 распределительного устройства 10.

В варианте исполнения электродов 3- (фиг. 3) на-их внутренней поверхности концентрически расположены отверстия 13, Внутренний слой электродов 14 выполнен из г эафита, промежуточный слой 15 - из теплоизолирующе- го материала, а наружный слой 15 - из металла.

Корпус 1 камеры выполняют из метала, а в качестве футеровки 2 может быть использован огнеупорный материа с температзфной стойкостью 1500- 1600 С.

Устройство работает следующим образом.

Гранулированный углеродньш мате- риал через узел 7 загруаки поступает в камеру 6 нагрева. Камера приводится во вращение с углов скоростью 4 рад/мин посредством маханического

привода 5. На электроды 3 через узел 4 подачи электроэнергии подают переменное напряжение и устанавливают требуемую величину тока. Углеродный материал разогревают до необходимой температуры,, после чего через отверстия 8 в футеровке 2 посредством газвого коллектора 9 с распределитель- У1ът устройством 10 под слой углеродного материала подают реакционный газ. Газообразные продукты реакции отводят из камеры 6 нагрева через отверстия 8, расположенные над слоем углеродного материала.

По достижении требуемых свойств углеродного материала в процессе термообработки сажи, например в инерной среде, газификации материала водяным паром или уплотнения гранулированного углеродного материала от-. ключают подачу электроэнергии через узел 4 подачи электроэнергии, для охлаждения углеродного материала под его слой через отверстия 8, распределительное устройство 10 и газовый коллектор 9 подают инертный газ. После охлаждения углеродного материала до прекращают подачу инертного газа, останавливают барабан посредством механического привода 5 и через узел 7 выгрузки удаляют углеродный материал из реактора.

Выполнение газового коллектора по окружности камеры нагрева, соединение его с камерой равномерно расположенными отверстиями обеспечивают подачу газообразных агентов под слой углеродного материала, а удаление газообразных продуктов реакции через отверстия, расположенные над, слоем углеродного материала. Посредством распределительного устройства газообразные агенты подадот через каналы коллектора, расположенные под слоем углеродного материала с учетом его естественного угла откоса и после прохождения через слой углеродного материала удаляют с помощью распределительного устройства через каналы коллектора, расположенные над слоем углеродного материала. Этр позволяет равномерно распределить газообразные агенты в слое углеродного материала, что увеличивает скорость реагирования и улучшает однородность обработки углеродного материала.

Многослойное выполнение электро-- дов исключает точечные перегревы

.

материала. Выполнение внутреннего слоя из графита приводит к снижению перегрева обрабатываемого материала в зоне контакта, а наружный слой из металла позволяет упростить конструк - дню и снизить температуру стенки реактора. При дтом внутренний слой электродов выполнен шероховатым в виде рифления, накатки, сверловки, арозионной обработки, штамповки. Соответствие шероховатости графитового слоя среднему линейному размеру частиц обрабатываемого материала обеспечивает многоточечный или поверхност- нъй контакт частиц с электродом.

Внутренний слой может быть перфорированным, т.е. иметь сквозные отверстия. Такое его исполнение позволяет частицам материала контактировать одновременно с двумя разнородными слоями электрода, что изменяет работу выхода электронов в переходном слое и снижает контактное переходное сопротивление.

Однородность характеризуется разбросом значений при измерении основных свойств полученного образца углеродного материала: удельного объемного электросопротивления, удельной адсорбционной поверхности, удельной внешней поверхности и насыпной плотности.

Пример 1. Реактор с внутренним диаметром реакционной камеры 0,4 м и длиной 0,23 м имеет многослойные торцовые электроды. Нарулсный слой выполнен металлическим в виде торцовых крьтек. Внутренний слой выполнен из графита с шероховатой поверхностью, имеющей высоту и шаг неровностей профиля шероховатости 12мм. Между наружным и внутренним слоями имеется теплоизоляционный слой, представляющий собой полость,

засыпанную термостойким теплоизоляционным., материалом - сажей.

В реакционную камеру загружают

3кг (10 л) гранулированной с солями бора сажи П324 с размером гранул 1- 2 мм и приводят его во вращение со скоростью 4 рад/мин. На электроды подают переменное напряжение 48 В.

В течение 0.,5 ч сажа разогревается до 2000°С, после чего при этой температуре ее термообрабатыв ают в ние 0,5 ч. Средняя величина силы тока 200 Л, динамическое контактное сопротивление образца 0,02 Ом, со1

противление сажи 0,22 Ом, а полное сопротивление образца сажи 0,24 Ом, что значительно меньше, чем у известного устройства. По окончании термо- обряботки отключают электроэнергию и в камеру реакции подают инертный газ, в среде которого охлаждают сажу до 60 С. Затем прекращают подачу

инертного газа и через узел выгрузки удаляют сажу из реактора.

После термообработки сажа имеет рН 10,5, удельное объмное электросопротивление 1,0-10 Ом-м, разброс

значений которого составляет 5%.

Затраченная мощность U-1-t 48х200х х1 9,6 кВт.ч, а удельные энергозатраты 3,2 .

Повьш1ение качества получаемой сажи

проявляется при использовании ее в рецептуре стандартных резиновых смесей: 40 мае.ч. сажи на 100 мае.ч. каучука СКМС-ЗОАРК. Удельное объемное электросопротивление резин, наполненных сажей, обработанной в предлагаемом устройстве, составляет 0,07 Ом.м, а резин, наполненных сажей, получаемой по известному способу, составляет 5 Ом-м.

Пример 2,В реактор по примеру 2 загрз. жают 5 л (1,75 кг) сажи П514 с размером гранул 1-2 мм и насыпной плотностью 0,350 г/см . На электроды подают переменное напряжение 60 В и разогревают сажу до 900 С в течение 0,25 ч. Через коллектор посредством распределительного устройства под слой, сажи подают пропанбута- новую смесь с расходом 1,5 кг/ч. В

результате термического разложения газообразных углеводородов и после 3 ч обработки при 900°С углеродный материал уплотняется и имеет насыпную плотность 0,8 г/см и удельную

поверхность 16 . Разброс значений насыпной плотности составляет 10%, что говорит о хорошей однородности получаемого продукта по сравнению с прототипом.

Масса образца после термообработки составляет 4 кг. Затраченная электроэнергия U-1-t 60x100x3,25 19,5 кВт-ч, а удельные энергозатраты 4,875 кВтгч/кг, что значительно

меньше по сравнению с прототипом.

ПримерЗ. В реактор по примеру 2 загружают 5 л (4,25 кг) углеродного материала с размером гранул 1-2 мм, имеющего насыпную плотность

5,142169

(ij85 г/см и удельную адсорбционную поверхность 18 . На электроды подают переменное напряжение 39 В, С-Ела тока при этом составляет 200 А. ,- В течение 5/6 ч углеродный материал разогревается до 1000 С. i Через коллектор и распределительное устройство под слой углеродного Материала подают водяной пар с рас-- ю 15ОДОМ 1,2 кг/ч в течение 4 ч. При происходит газификация углеродного материала водяным паром при 1ЮОО°С5 приводящая к увеличению его Пористости и удельной адсорбционной t5 Поверхности до 210 , а также . у йеньшению насыпной плотности до 3,65 г/см. Разброс значений насып- :1ой П.ЛОТНОСТИ составляет 10%.

Пример 4 (сравнмтельнъйа 20 ф прототипу), в реактор с внут- :1екним диаметром камеры нагрева 0,4 м )длиной 0,23 м, в торцовых крышках кЬторой равномерно расположены по 8 графитовых электродов, загружают 25 ; кг (10 л) гранулированной с солями Ьра сажи П324. -Реактор приводится Ь вращение с угловой скоростью 4 рад/мин,. На электрог ы подают переенное напряжение 93 В, В течение 30 3iO мин сажа разогрева гся до 2000 С. Сажу термообрабатывают Е течение 30 мин при 2000°С. Среднее значение силь тока составляет 200 А. После этого отключают электроэнергию ив к камеру нагрева подают инертный газ, а среде которого сажу охлаждают до . Затем прекращают продувку инерт- НЬ1м газом и через узел выгрузки удаляют сажу.40

. Полученная .сажа имеет рН 10,2 , удельное объемное электросопротивление 1,5x10 Ом-м, разброс значений которого составляет S-OZ. При этом динамическое контактное сопротивле- 45 иие образца равно 0,2460 м, сопротив- ление сажи 0,22 Ом, а полное сопротивление образца 0,466 Ом

Мощность, затраченная на разогрев и термообработку, составляет U-I.-t .59; 93x200x1 18,6 кВт-ч, а удельные энергозатраты на 1 кг сажи 6.,2 кВт кч/кг.

16

По прототипу время5 необходимое для получения углеродного материала с насыпной плотностью 965 г/см и удельной адсорбционной поверхностью 200 , составляет 8 ч при разогреве 1 ч 30 мин. При этом затраченная электроэнергия составляет 30х200х x9j5 57 кВт-ч, а удельные энергозатраты 17,5 кВтч/кг.

Предлагаемое устройство имеет более широкие функциональные возможности: позволяет увеличить температуру термообработки до и осуществить этот процесс в среде различных газов о

Формула изобретения

1. Устройство для высокотемпературной обработки -углеродных материалов, включающее цилиндрическую футерованную камеру нагрева, расположенные по торцам камеры, содержащие графит электроды, газовый коллектор, узел загрузки и выгрузки материала, узел подвода электроэнергии, механизм привода камеры нагрева во вращение, отличающееся тем, - ТО, с целью повьщ1ения однородности 1- атериала по физико-химическим свойствам, снижения энергозатрат и длительности обработки, газовьш коллектор выполнен в виде полости по окружности камеры нагрева, соединенной с камерой равномерно расположенными отверстиями, и снабжен разделительной диафрагмой распределительного устройства, а электродами являются торцовые крышки камеры, выполненные трехслойньгми, и включают внутренний слой из графита с шероховатой поверхностью, контактирующей с углеродным материалом, промежутйчный теплоизоляционный слой и наружный металлический слой.

2о Устройство по п, 1, о т л и- чающаеся тем, что графитовый слой электродов имеет среднюю высоту и шаг неровности профиля шероховатос- THj равные среднему линейному размеру частиц обрабатываемого углеродного материала, и выполнен сетчатым.

0 0

Изобретение относится к устройствам для высокотемпературной обработки углеродных материалов и может быть использовано в химической про- мьшшенности. Устройство включает корпус, футерованный огнеупорным материалом, торцовые крьшки, являющиеся электродами, к которым подсоединен узел подачи электроэнергии, механический привод. Внутри корпуса расположена камера нагрева, снабженная узлами загрузки и выгрузки материала и сообщающаяся равномерно расположенными по окружности камеры отверстиями с газовЬ1м коллектором, который снабжен распределительным устройством и эжектором. Газовьш коллектор выполнен Б виде полости, по периферии камеры разделительной диафрагмой распределительного устройства. Внутренний слой электродов выполнен из графита и с концентрически расположен-- ными отверстиями и имеет шероховатую поверхность, контактирующую с углеродным материалом при средней высоте и шаге неровности профиля шероховатости, равных среднему линейному размеру частиц обрабатываемого материала. Средний слой электродов выполнен из теплоизолирующего материала, наружный слой - из металла. Устройство обеспечивает однородные физико- химические свойства материала: разброс значений, например, по удельному электросопротивлению, насыпной плотности и удельной адсорбционной поверхности не превьтает +10%. Удельные затраты электроэнергии при этом составляют 3, 2-5 , 6 кВт-ч/кг, время обработки 1-3,5 ч. Разброс физико-химических характеристик по прототипу ±20%, удельные затраты электроэнергии 17,5 кВтVч/кг, время обработки 8 ч. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. s (/)

{Puz.Z

1

IPUB.5

6-5

1

S

15

X л

16

Pi л

X

fPliZ.