Устройство для тепловой обработки под давлением влажных органических углеродсодержащих материалов Советский патент 1990 года по МПК C10B1/04 

25

Изобретение относится к устройсту для тепловой обработки влажных оранических у-глеродсодержащих материаов под давлением, в частности к устойству для тепловой обработки, в котором необработанные углеродистые материалы, содержащие значительное количество влаги, обрабатываются в условиях повышенных температуры и давления и в котором вследствие тер- 30 мохимической перестройки органического материала обеспечивается существенное уменьшение остаточного содержания влаги в твердом реакционном продукте с целью уменьшения его физи- 35 ческих свойств, включая увеличение теплотворной способности из расчета на сухой вес.

Цель изобретения - повышение эффективности,40

На фиг.1 показано предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на фиг.2 - нижняя часть реактора, вертикальный разрез; на фиг.З - размещение поперечных труб теплообменника. 45

Зона предварительного нагрева образована наклонной камерой 1, верхний выходной конец которой с помощью фланца 2 связан со снабженным фланцем рпускным устройством (входом) 3 MHO- jo гоподового реактора 4, образующего реакционную зону. В нижнем конце камеры 1 имеется вход 5 для подачи влажного углеродистого материала, который с помощью шнекового транспортера из „ бункера 6 с затвором подается под давлением в нижнюю часть камеры. Углеродистый материал под давлением передается через камеру 1 вверх шнековым

5

30 35

40

45

jo„транспортером 7, проходящим по длине камеры. Верхний конец шнекового транс-- портера с помощью подшипника закреплен в крышке 8, прикрепленной болтами к верхнему концу камеры, а его нижний конец с помощью узла уплотнения и подшипника 9 установлен на фланце, прикрепленном болтами к нижнему концу камеры. Выступающий концевой вал шнекового транспортера 7 связан соединением 10 с электрическим двигателем 11 переменной скорости.

В верхнем конце камеры имеется выпускное средство - выход 12 с фланцем, который может быть снабжен разрывным диском или другим соответствующим предохранительным клапаном для выпуска давления из системы при заданном избыточном уровне. В нижней части наклонной камеры имеется второй выход 13 с фланцем, связанным перфорированным экраном, выполненным в стенке камеры 1, через который из системы выпускаются неконденсированные газы. Выход 13 связан с клапаном системы обработки и восстановления газообразного продукта.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно нагретый и частично обезвоженный под действием направленных противотоком реакционных газов материал перемещается по наклонной камере 1 вверх, а газы выпускаются из многоподового реактора 4 через вход 3. Предварительный нагрев материала осуществляется отчасти за счет конденсации конденсируемых компонентов реакционного газа, например пара, на поверхности холодного подаваемого материала, отчасти за счет прямого теплообмена. Обычно подаваемый материал предварительно нагревают до температуры в диапазоне примерно 90-260°С. Жидкость и химически связанная вода, освобожденные в ходе предварительного нагрева и уплотнения углеродистого материала в камере 1, опускаются и выпу- скаются указанным способом через снабженное соответствующим клапаном отверстие 14 в нижней части камеры для последующей обработки сточных вод. Примыкающая к отверстию 14 стенка ка- меры I снабжена соответствующим перфорированным экраном, препятствующим выходу твердой фазы обрабатываемого материала и являющимся дренажным устройном элементе, что могло бы привести к снижению эффективности теплопередачи.

Нижние поверхности кольцевых чехлов очищаются соответствующим скребковым элементом, в предпочтительном варианте - проволочными щетками 29, прикрепленными к верхнему краю гребков 21 и проходящими ш радиусу вдоль верхнего их края. Соответственно при вращении вала 20 с гребками осуществляется непрерывная очистка нижних поверхностей чехлов, обеспечивающая эффективную теплопередачу от заключенных в них нагревательных элементов.

Реактор 4 имеет в верхней куполообразной части выход 30 с фланцем, связанный с соответствующим разрывным

Изобретение относится к устройству для тепловой обработки влажных углеродсодержащих материалов под давлением и позволяет повысить эффективность. Устройство включает камеру 1 предварительного нагрева с входом на одном ее конце для подачи исходного материала под давлением и выходом на другом конце для выдачи предварительно нагретого исходного материала, расположенное в ней средство для перемещения исходного материала от входа к выходу, шнековый транспортер 7, дренажное устройство для удаления жидкости под давлением из камеры предварительного нагрева, установленное на выходе из отверстия 14, выпускное средство 12 для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева, реактор 4, содержащий сосуд высокого давления, впускное средство 3, подсоединенное к выходу камеры предварительного нагрева, установленные внутри сосуда нагревательные элементы 27, расположенное в нижней части сосуда выпускное средство для отвода продуктов реакции. При этом реактор дополнительно содержит расположенные один над другим кольцеообразные подовые элементы 23, гребковые или перемешивающие элементы 21, расположенные над каждым подовым элементом, перемещающие материал в радиальном направлении вдоль каждого подового элемента 23 попеременно к центру и периферии сосуда. Выпускное средство 13 для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева расположено в ее нижней части. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

ством. Реактор 4 содержит куполообраз-20 Диском или предохранительной пневманую верхнюю часть 15, герметично связанную с цилиндром 16 кольцевыми фланцами 17. На внутреннем центральном участке куполообразной части 15 выполнен кольцевой выступ 18 для установки подшипника 19, в который входит |верхний конец вращающегося вала 20 со множеством гребков 21. Каждый гребок снабжен рядом установленных под углом зубьев 22, обеспечивающих перемещение обрабатываемого материала по радиусу в направлениях внутрь и наружу через несколько разнесенных по вертикали подов 23.

Предварительно нагретый и частично обезвоженный обрабатываемый материал выгружается из верхнего конца наклонной камеры и через вход 3 и распределительный желоб поступает в реактор на верхний под 23. При вращении гребков материал каскадом проходит вниз (показано стрелками).

Реактор 4 имеет цилиндрическую футеровку 24, образующую внутреннюю стенку реакционной зоны, и наружный

30

тической системой.

Нижний конец проходящего по центральной оси устройства вращающегося вала 31 установлен в кольцевом высту- 25 пе 32, образованном в нижней части 33 с помощью узла подшипника 34 и герметичного уплотнения 35. Выступающий наружу конец вращающегося вала 31 име ет ступенчатый участок 36, вставленный в упорный подшипник 37, установленный на опоре 38. По длине вращающегося вала 31 на определенном расстоянии друг от друга по вертикали прикреплено множество выступающих по радиусу от вала 31 гребков 39. Обычно на каждом уровне вращающегося вала крепятся четыре гребка с шагом примерно 90 . К нижним сторонам гребков 39 крепится под углом ряд зубьев 40, сориентированных так, чтобы при вращении вала обеспечилась передача по радиусу в направлениях внутрь и наружу материала вдоль множества подов. Вал 31 с гребками приводится от двигателя 41, установленного на регу35

40

слой 25 изоляции между футеровкой 24 45 лируемом основании 42. На выходной и стенкой цилиндра 16. Аналогично на- вал. двигателя насажено коническое ве- ружная поверхность стенки куполооб- ДУщее зубчатое колесо 43, постоянно разной верхней секции может быть защи- сцепленное с ведомым коническим зуб щена изолирующим слоем 26 для предельного уменьшения потерь тепла. 50

Расположенный на верхней поверхности каждого пода 23 материал нагревается электронагревательным устройством 27, которое практически полностью закрыто кольцевым теплопроводным эк- 55 раном 28, прикрепленным к нижней поверхности пода. Экран 28 исключает осаждение дегтя и других термически расщепленных продуктов на нагреватель0

тической системой.

Нижний конец проходящего по центральной оси устройства вращающегося вала 31 установлен в кольцевом высту- 5 пе 32, образованном в нижней части 33 с помощью узла подшипника 34 и герметичного уплотнения 35. Выступающий наружу конец вращающегося вала 31 имеет ступенчатый участок 36, вставленный в упорный подшипник 37, установленный на опоре 38. По длине вращающегося вала 31 на определенном расстоянии друг от друга по вертикали прикреплено множество выступающих по радиусу от вала 31 гребков 39. Обычно на каждом уровне вращающегося вала крепятся четыре гребка с шагом примерно 90 . К нижним сторонам гребков 39 крепится под углом ряд зубьев 40, сориентированных так, чтобы при вращении вала обеспечилась передача по радиусу в направлениях внутрь и наружу материала вдоль множества подов. Вал 31 с гребками приводится от двигателя 41, установленного на регу5

0

5 лируемом основании 42. На выходной вал. двигателя насажено коническое ве- ДУщее зубчатое колесо 43, постоянно сцепленное с ведомым коническим зуб чатым колесом 44, насаженным на нижний концевой участок вала. В предпочтительном варианте двигатель является двигателем переменной скорости, обеспечивающим управляемые изменения скорости вращения вала.

Для того, чтобы допустить удлинени и сокращение вала с изменением вертикального положения выступающих от него гребков при изменении температуры в устройстве, основание 42 и выступа1157

ющий наружу конец вала 31 установлены на регулируемых домкратах 45, которые под действием гидравлического цилиндра 46 изменяют высоту установки основания 42, обеспечивая надлежащее положение зубьев 40 гребков относительно верхних поверхностей подов в устрой- (стве.

Предварительно нагретый и частично обезвоженный материал проходит к верхнему кольцевому поду 47 реакционной зоны, где он нагревается далее до температуры обычно в диапазоне примерно 200- 650°С или выше, В реакционной зоне кольцевые поды 47 установлены практически в горизонтальном положении так, что по окружности они практически герметично соединены с цилиндрической огнеупорной футеровкой 48 внутренней поверхности стенки 49 центральной секции. В реакционной зоне зубья 40, прикрепленные к гребкам 39, поочередно направляют материал по радиусу в направлении внутрь и наружу каскадом через реакционную зону, как показано стрелками на фиг.2, Практически не содержащий жидкости и термически обогащенный твердый реакционный продукт выгружается в центре нижнего пода 47 в конический желоб 50 и через выход 51 с фланцем из сосуда.

Чтобы дополнительно уменьшить потери тепла из сосуда высокого давления, как цилиндрическая секция, так и нижняя часть 33 снабжены наружным слоем изоляции 52 любого известного типа. Центральная секция в предпочтительном варианте имеет дополнительную оболочку 53 для защиты изоляции. Для нагрева материала в реакционной зоне могут быть использованы расположенные в ней электронагревательные элементы, охватывающие стенку 49 центральной сек

50

ции, по которому циркулирует нагрева- дс примерно 1 ч или более. Полученный ющая среда, или расположенное по периферии трубчатое теплообненное устройство, содержащее пучок спиральных труб 54, примыкающих к внутренней поверхности футеровки 48, и поперечный теплообменник, образованный несколькими и-обраэными трубами -55, пересекающими по горизонтали сосуд высокого давления непосредственно под расположенными в его полости кольцевыми подами 47. Пучок труб 54 периферийного теплообменника через вход 56 с фланцем и выход 57 с фланцем .сообщается с расположенным вне устройства

55

термически обогащенный твердый реак ционный продукт выгружается через в ход 51 для продукта в нижней секции устройства, после чего охлаждается камере охлаждения до температуры, п воляющей выгружать его в окружающую среду без риска сгорания или других нежелательных последствий. Обычно твердый реакционный продукт охлажда ется до температуры ниже 260°С, а ч ще - до примерно 150°С и ниже.

Разгрузочный канал, идущий от вы хода 51 для продукта, также снабжен пневматическим затвором, препятству

8

Q 5

0

5

0

источником нагревающей среды, например сжатой двуокиси углерода и тому подобной, U-обрачные трубы 55 попе- . речного теплообменника связаны с входным и выходным коллекторами 58 и 59 соответственно, которые в свою очередь связаны с входом 60 с фланцем и выходом 61 с фланцем, выполненными в стенке сосуда высокого давления. Системы периферийного и поперечного теплообменников могут соединяться с одним и тем же источником нагревающей среды или с различными источниками нагрева, что обеспечивает независимое управление каждой системой для получения желаемых температур нагрева и термической перестройки обрабатываемого материала в реакционной зоне.

Затем предварительно нагретый и частично обезвоженный материал пропускается вниз, в расположенную ниже реакционную зону устройства со множеством подов, где он нагревается до более высокой температуры, обычно в диапазоне примерно 200-6500С, для управляемой термической перестройки или частичного пиролиза, сопровождающихся испарением практически всей остаточной влаги и летучих компонентов и продуктов реакции пиролиза. Обычно давление в устройстве поддерживается в диапазоне примерно 21-210 кг/см4 или выше в зависимости от типа обрабатываемого материала и желаемой термической перестройки, необходимой для получения целевого готового твердого реакционного продукта.

Количество кольцевых подов в реакционной зоне выбирается в зависимости от заданной продолжительности процесса обработки. Обычно продолжительность пребывания материала в реакционной зоне колеблется от примерно 1 мин до

примерно 1 ч или более. Полученный

термически обогащенный твердый реакционный продукт выгружается через выход 51 для продукта в нижней секции устройства, после чего охлаждается в камере охлаждения до температуры, позволяющей выгружать его в окружающую среду без риска сгорания или других нежелательных последствий. Обычно твердый реакционный продукт охлаждается до температуры ниже 260°С, а чаще - до примерно 150°С и ниже.

Разгрузочный канал, идущий от выхода 51 для продукта, также снабжен пневматическим затвором, препятствующим потерям давления в устройстве при прохождении реакционного продукта.

Охлажденные реакционные газы удаляются через-расположенный в верхнем конце устройства выход с фланцем и через понижающий давление клапан пропускаются в коденсатор. В последнем осаждаются и выводятся в качестве побочного продукта конденсации содержащиеся в газах органические и конденсируемые компоненты. Неконденсируемый компонент газа, т.е. чистый газ, вы1. Устройство для тепловой обработки под давлением влажных органических углеродсодержащих материалов, включающее камеру предварительного нагрева с входом на одном ее конце для подачи исходного материала под давлением и выходом на другом конце для выдачи предварительно нагретого исходного материала, расположенное в ней средство для перемещения исходного материала от входа к выходу, дренажное

пускается и может быть использован в устройстве для нагрева. Подобно этому )5 устройство для удаления жидкости под извлеченная в зоне предварительного давлением из камеры предварительного нагрева жидкая фаза удаляется в виде нагрева, выпускное средство для уда сточных вод из устройства через соответствующий понижающий давление кла- . пан. Зачастую такие сточные водысодер- JQ жат ценные растворенные органические компоненты,которые могут быть извлече.ны в процессе дальнейшей обработки. ,

i Предлагаемое устройство может найти широчайшее применение в процессах 25 обработки углеродистых материалов или их смесей, которые характеризуются высоким содержанием влаги. В данном конления реакционных газов из камеры предварительного нагрева, реактор, содержащий сосуд высокого давления, впускное средство, подсоединенное к выходу камеры предварительного нагрева, установленные в сосуде нагревательные элементы, расположенное в нижней части сосуда выпускное средство для отвода продуктов реакции, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, реактор дополнительно содержит расположенные носится к материалам, богатым углеро- зо °ДИН над ДРУГИМ кольцеобразные подотексте определение углеродистые отвые элементы, гребковые или перемешивающие подовые элементы, расположенные над каждым подовым элементом, перемешивающие материал в радиальном направлении вдоль каждого подового элемента попеременно к центру и периферии сосуда, причем выпускное средство для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева расположено в1 ее нижней части.

дом, которые могут иметь как естественное происхождение, так и могут быть .получены в виде отходов сельскохозяйственного производства или лесообрабатывающей промышленности. Как правило к таким материалам относятся полубитуминозные угли, бурые угли, торф, i отходы целлюлозного производства, например опилки, кора, древесная стружка, ветки и щепа, т.е. отходы лесозаготовительных работ и лесопильного производства, отходы сельскохозяйственного производства: стебли хлопка, ореховая скорлупа, отходы лущения зерновых, риса и тому подобные.

После продолжительной работы на внутренних поверхностях устройств может нарастать слой дегтя и других материалов, что является нежелательным. В этом случае для очистки устройства следует прекратить подачу материала и продуть опорожненную полость устройства воздухом, обеспечивающим окисление и удаление углеродистых осаждений.

ор

10 мула изоб

р е т е н и я

устройство для удаления жидкости под давлением из камеры предварительного нагрева, выпускное средство для уда

ления реакционных газов из камеры предварительного нагрева, реактор, содержащий сосуд высокого давления, впускное средство, подсоединенное к выходу камеры предварительного нагрева, установленные в сосуде нагревательные элементы, расположенное в нижней части сосуда выпускное средство для отвода продуктов реакции, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, реактор дополнительно содержит расположенные о °ДИН над ДРУГИМ кольцеобразные подо5

0

с

0

вые элементы, гребковые или перемешивающие подовые элементы, расположенные над каждым подовым элементом, перемешивающие материал в радиальном направлении вдоль каждого подового элемента попеременно к центру и периферии сосуда, причем выпускное средство для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева расположено в1 ее нижней части.

скребковыми элементами или проволочной щеткой, установленной на гребке, расположенном около стенки сосуда.

Редактор И.Горная Техред М.Ходанич

Фиг.з

Составитель Р.Горяинова

Корректор С.Шевкун

58