Устройство для тепловой обработки под давлением влажных органических углеродсодержащих материалов

(51)5 С 10 В ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТй ПАТЕНТУ 4613642/23-263992308/23-2614.03.8918.12.8568359119.12.84 ав- ивВ 25ьман (ПЯ)ьман (1 Б) 325787,2-106, 16519,1-32, 197 кл Фиг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТ КИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ВЛАЖНЫХ ОРГАНИЧЕСКИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к устройству для тепловой обработки влажных углеродсодержащих материалов под д лением и позволяет повысить эффект ность. 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, рас положенное в ней средство для пере1577703 мещения, исходного материала от входа к выходу, шнековый транспортер 7,дренажное устройство для удаления жидкости под давлением из камеры предварительного нагрева, установленное навыходе из отверстия 14, выпускноесредство 12 для удаления реакционных,газов иэ камеры предварительного нагрева, реактор 4, содержащий сосудвысокого давления, впускное средство3 подсоединенное к выходу камерыпредварительного нагрева, установленные внутри сосуда нагревательные элементы 27, расположенное в нижней час,Изобретение относится к устройст ву для тепловой обработки влажных органических углербдсодержаших материалов под давлением, в частности к устройству для тепловой обработки,в которомнеобработанные углеродистыематериалы, содержащие значительноеколичество влаги, обрабатываются вусловиях повышенных температуры идавления и в котором вследствие термохимической перестройки органическо",го материала обеспечивается существенное уменьшение остаточного содержания влаги в твердом реакционномпродукте с целью уменьшения его физических свойств, включая увеличениетеплотворной способности из расчетана сухой вес.Цель изобретения - повышение эффективности, Щ)На фиг.1 показано предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на, фиг.2 - нижняя часть реактора, вертикальный разрез; на фиг,3 - размещениепоперечных труб теплообменника, 45Зона предварительного нагрева образована наклонной камерой 1, верхнийвыходной конец которой с помощью фланца 2 связан со снабженным фланцемвпускным устройством (входом) 3 многоподового реактора 4, образующегореакционную зону. В нижнем конце камеры 1 имеется вход 5 для подачи влажного углеродистого материала, которыйс помощью шнекового транспортера избункера 6 с затвором подается под давлением в нижнюю часть камеры. Углеродистый материал под давлением передается через камеру 1 вверх шнековым ти сосуда выпускное средство для отвода продуктов реакции, При этом реактор дополнительно содержит расположенные один над другим кольцеобразные подовые элементы 23, гребковые или перемешивающие элементы 21, располо-, женные над каждым подовым элементом, перемешивающие материал в реальном направлении вдоль каждого подового элемента 23 попеременно к центру и периферии сосуда, Выпускное средство 13 для удаления реакционных газов из камеры предварительного нагрева в ее нижней части, 3 э.п.ф-лы, 3 ил. транспортером 7, проходящим по длинекамеры. Верхний конец шнекового транспортера .с помощью подшипника закреплен в крышке 8, прикрепленной болтами к верхнему концу камеры, а его нижний конец с помощью узла уплотненияи подшипника 9 установлен на фланце,прикрепленном болтами к нижнему концу камеры. Выступающий концевой валшнекового транспортера 7 связан соединением 10 с электрическим двигателем 11 переменной скоростиВ верхнем конце камеры имеется выпускное средство - выход 12 с фланцем,который может быть снабжен разрывнымдиском или другим соответствующим предохранительным клапаном для выпускадавления из системы при заданном избыточном уровне. В нижней части наклонной камеры имеется второй выход 13 сфланцем, связанным перфорированнымэкраном, выполненным в стенке камеры1, через который из системы выпускаются неконденсированные газы. Выход13 связан с клапаном системы обработки и восстановления газообразного продукта,Устройство работает следующим образом.Предварительно нагретый и частичнообезвоженный 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 реак-,ционного газа, например пара, на подачи.Нижние поверхности кольцевых чехлов очищаются соответствующим скребковым элементом, в предпочтительномварианте - проволочными щетками 29,прикрепленными к верхнему краю гребков 2 и проходящими пв радиусу вдольверхнего их края. Соответственно привращении вала 20 с гребками осуществляется непрерывная очистка нижних поверхностей чехлов, обеспечивающаяэффективную теплопередачу от заключенных в них .нагревательных элементов.Реактор 4 имеет в верхней куполообразной части выход 30 с фланцем,связанный с соответствующим разрывнымдиском или предохранительной пневма-тической системой.Нижний конец проходящего по центральной оси устройства вращающегосявала 3 установлен в кольцевом выступе 32, образованном в нижней части 33с помощью узла подшипника 34 и герметичного уплотнения 35. Выступающийнаружу конец вращающегося вала 31 имеет ступенчатый участок 36, вставленный в упорный подшипник 37, установленный на опоре 38. По длине вращающегося вала 31 на определенном рас-.стоянии друг от друга по вертикалиприкреплено множество выступающих порадиусу от.вала 31 гребков 39. Обычно на каждом уровне вращающегося валакрепятся четыре гребка с шагом приомерно 90 . К нижним сторонам гребков39 крепится под.углом ряд зубьев 40,сориентированных так,чтобы.при вращении вала обеспечилась передача по радиусу в направлениях внутрь и наружуматериала вдоль множества подов,Вал 31 с гребками приводится отдвигателя 41, установленного на регулируемом основании 42. На выходнойвал, двигателя насажено коническое ведущее зубчатое колесо 43, постоянносцепленное с ведомым коническим зуб.чатым колесом 44, насаженным на нижний концевой участок вала. В предпочтительном варианте двигатель являетсядвигателем переменной скорости, обеспечивающим управляемые изменения скорости вращения вала,Для того, чтобы допустить удлинениеи сокращение вала с изменением вертикального положения выступающих от него гребков при изменении температурыв устройстве, основание 42 и выступа 5 157770верхности холодного подаваемого материала, отчасти за счет прямого теплообмена. Обычно подаваемый материалпредварительно нагревают до темпераотуры в диапазоне примерно 90-260 С.Жидкость и химически связанная вода,освобожденные в ходе предварительногонагрева и уплотнения углеродистого материала в камере 1, опускаются и выпу скаются укаэанным способом через снабженное соответствующим клапаном отверстие 14 в нижней части камеры дляпоследующей обработки сточных вод.Примыкающая к отверстию 14 с генка камеры 1 снабжена соответствующим перфорированным экраном, препятствующим выходу твердой фазы обрабатываемого материала и являющимся дренажным устройством, Реактор 4 содержит куполообразную верхнюю часть 15, герметично связанную с цилиндром 16 кольцевыми фланцами 17. На внутреннем центральномучастке куполообразной части 15 выполнен кольцевой выступ 18 для установки подшипника 19, в который входитверхний конец вращающегося вала 20 сомножеством гребков 21. Каждый гребокснабжен рядом установленных под угломзубьев 22, обеспечивающих перемещениеобрабатываемого материала по радиусув направлениях внутрь и наружу черезнесколько разнесенных по вертикалиподов 23.Предварительно нагретый и частичнообезвоженный обрабатываемый материал 35выгружается из верхнего конца наклонной камеры и через вход 3 и распределительный желоб поступает в реакторна верхний под 23. При вращении гребков материал каскадом проходит вниз 4 О(показано стрелками),Реактор 4 имеет цилиндрическую футеровку 24, образующую внутреннююстенку реакционной зоны, и наружныйслой 25 изоляциимежду футеровкой 24 45и стенкой цилиндра 16. Аналогично наружная поверхность стенки куполообразной верхней секции может быть защи щена изолирующим слоем 26 для предельного уменьшения потерь тепла. 50Расположенный на верхней поверхности каждого пода 23 материал нагревается электронагревательным устройством 27, которое практически полностьюзакрыто кольцевым теплопроводным экраном 28, прикрепленным к нижней поверхности пода. Экран 28 исключаетосаждение дегтя и других термическирасщепленных продуктов на нагреватель 3 6ном элементе, что могло бы привести к снижению эффективности теплопере 1577703ющий наружу конец вала 31 установлены на регулируемых домкратах 45, которые под действием гидравлического цилиндра 46 изменяют высоту установки основания 42, обеспечивая надлежащее поло 5 Жение зубьев 40 гребков относительно верхних поверхностей подов в устройтвее.Предварительно нагретый и час тично обезвоженный материал проходит к верхнему кольцевому поду 47 реакционной эоны, где он нагревается далее до температуры обычно в диапазоне примерно 200- 50 С или вьппе, В реакционной зоне кольцевые поды 47 установлены практически в горизонтальном положении так,4 4 то 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 25 1 ерез реакционную зону, как показано стрелками на фиг.2. Практически не содержащий жидкости и термически обогаЩенный твердый реакционный продукт выгружается в центре нижнего пода 47 30 в конический желоб 50 и через выход . 51 с фланцем из сосуда.Чтобы дополнительно уменьшить по гери тепла иэ 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 нагре ва материала в реакционной зоне могут быть использованы расположенные в ней электронагревательные элементы, охватывающие стенку 49 центральной секции, по которому циркулирует нагрева ющая среда, или расположенное по периферии трубчатое теплообменное устройство, содержащее пучок спиральных фтруб 54, примыкающих к внутренней поверхности футеровки 48, и поперечныйтеплообменник, образованный несколькими Б-образными трубами 55, пересекающими по горизонтали сосуд высокогодавления непосредственно под расположенными в его полости кольцевымиподами 47, Пучок труб 54 периферийно 55го теплообменника через вход 56 сфланцем и выход 57 с фланцем .сообщается с расположенным вне устройства источником нагренающей среды,например сжатой двуокиси углерода и томуподобной, Б-образные трубы 55 поперечного теплообменника связаны свходным и выходным коллекторами 58 и59 соответственно, которые в своюочередь связаны с входом 60 с фланцеми выходом 61 с фланцем, выполненнымив стенке сосуда высокого давления,Системы периферийного и поперечноготеплообменников могут соединяться содним и тем же источником нагревающейсреды или с различными источникаминагрева, что обеспечивает независимоеуправление каждой системой для получения желаемых температур нагрева итермической перестройки обрабатываемого материала в реакционной зоне.Затем предварительно нагретый ичастично обеэвоженный материал пропускается вниз, в расположенную ниже реакционную зону устройства со множеством подов, где он нагревается до более высокой температуры, обычно в диапазоне примерно 200-650 С, для управоляемой термической перестройки иличастичного пиролиза, сопровождающихся испарением практически всей остаточной. влаги и летучих компонентов ипродуктов реакции пиролиза. Обычнодавление в устройстве поддерживаетсяв диапазоне примерно 21-210 кг/смили выше в зависимости от типа обрабатываемого материала и желаемой термической перестройки, необходимой дляполучения целевого готового твердогореакционного гродукта.Количество кольцевых подов в реакционной зоне выбирается в зависимостиот заданной продолжительности процесса обработки. Обычно продолжительностьпребывания материала в реакционной зоне колеблется от примерно 1 мин допримерно 1 ч или более, Полученныйтермически обогащенный твердый реакционный продукт выгружается через выход 51 для продукта в нижней секцииустройства, после чего охлаждается вкамере охлаждения до температуры, позволяющей выгружать его в окружающуюсреду без риска сгорания или другихнежелательных последствий. Ооычнотвердый реакционный продукт охлаждается до температуры ниже 260 ОС, а чаще - до примерно 150 С и ниже,Разгрузочный канал., идущий от выхода 51 для продукта, также снабженпневматическим затвором, препятствую 1577703щим потерям давления в устройстве припрохождении реакционного продукта.Охлажденные реакционные газы удаляются через расположенный.в верхнемконце устройства выход с фланцем и5через понижающий давление клапан пропускаются в коденсатор. В последнемосаждаются и выводятся в качестве побочного продукта конденсации содержа 10щиеся в газах органические и конденсируемые компоненты. Неконденсируемыйкомпонент газа, т,е. чистый гаэ, выпускается и может быть использован вустройстве для нагрева. Подобно этому 15извлеченная в зоне предварительногонагрева жидкая фаза удаляется в видесточных вод из устройства через соответствующий понижающий давление клапан, Зачастую такие сточйые водысодержат ценные растворенные органическиекомпоненты, которые могут быть извлечены в процессе дальнейшей обработки.,Предлагаемое устройство может наити широчайшее применение в процессах 25обработки углеродистых материалов илиих смесей, которые характеризуются высоким содержанием влаги. В данном контексте определениеуглеродистые" относится.к материалам, богатым углеро Одом, которые могут иметь как естественное происхождение, так и могут быть,получены в виде отходов сельскохозяй,ственного производства или лесообрабатывающей промышленности. Как правило к таким материалам относятся полу 35битуминозные угли, бурые угли, торф,отходы целлюлозного производства, нап.ример опилки, кора, древесная стружка, ветки и щепа, т.е. отходы лесозаготовительных работ и лесопильногопроизводства, отходы сельскохозяйственного производства: стебли .хлопка,ореховая скорлупа, отходы лущения зерновых, риса и тому подобные.После продолжительной работы навнутренних поверхностях устройств мо-;жет нарастать слой дегтя и других материалов, что является нежелательным,В этом случае для очистки устройстваследует прекратить подачу материалаи продуть опорожненную полость устройства воздухом, обеспечивающим окисление и удаление углеродистых осаждений,Формула изобретения1. Устройство для тепловой обработки под давлением влажных органических углеродсодержащих материаловвключающее камеру предварительного нагрева с входом на одном ее конце для подачи исходного материала под давлением и выходом на другом конце для выдачи предварительнонагретого исходного материала, расположенное в ней средство для перемещения исходного материала от входа к выходу, дренажное устройство для удаления жидкости под давлением из камеры предварительного нагрева, выпускное средство для удаления 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 средстводля отвода продуктов реакции, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения эффективности, реактор дополнительно содержит расположенныеодин над другим кольцеобразные подовые элементы, гребковые или перемешивающие подовые элементы, расположенные над каждым подовым элементом,перемешивающие материал в радиальномнаправлении вдоль каждого подовогоэлемента попеременно к центру и периерии сосуда, причем выпускное средтво для удаления реакционных газовиз камеры предварительного нагреварасположено М ее нижней части,2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что нагревательные средства расположены.под подовыми элементами,3, Устройство по п.1, о т л и ч а 1 ю щ е е с я тем, что оно снабжено скребковыми элементами или проволочной щеткой, установленной на гребке, расположенном около стенки сосуда.4. Устройство по и.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно содержит средства вертикального перемещения вала с гребками.577703 ова Корректо Редактор И.Горная Техр в Тираж 431 аказ И Г при ГКНТ СССР тета по иэобр ва, Ж, Ра оизводственно-издательский комбинат "Пагент", г, Ужгород, ул, Гага арственного ко 113035, Мо фон.3Составитель Р.ГМ.Ходанич Подписноетениям и открытиямская наб., д. 4/5