Способ термообработки угля для по-лучения активированного угля

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфез Сфветаак Сфцнеектычефкик Рквубинк(51)М, Кл,з С 01 В 31/08 Гасударственными квмнтет СССР нв ледам нзебретеннй н еткрытнйаяаите 54) СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ УГЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ по аваемым п отиво вля- цесь гаемомунагревомку дозовым к предл тки угй ерез ст с пара Наиболее близ способ термообра движущегося слоя 500 ф С и контакто Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам термической обработки угля и может быть использовано для карбонизации угля-сырца в производстве промышленных активных углей.Известен способ термообработки (активации) угля в движущемся слое до 800"1000 фС в контакте с парогазовым теплоносителем, подаваемым прямотоком при подаче воздуха в печь Г 13 .Недостатком способа является невысокая производительность процесса, ограниченная максимально допустимюм расходом парогазовой смеси, лимитируемым скоростью парогазового потока, выше которой происходит унос угля из рабочей зоны печи в газовые каналы. Кроме того, производительность процесса ограничейа максимально допустимым количеством воздуха, подаваемым в печь, так как при содер.жании свободного кислорода в рабочей зоне выше некоторого предела происходит горение угля. теплоносителем, д ртоком 21.Недостатком данного способа яется невысокая интенсивность проса, которая ограничена при внешнемнагреве температурой газов, обогревающих стенки реторты и относительно низкой теплопроводностью какстенки, так и обрабатываемого материала, а при внутреннем нагревемаксимально допустимой скоростьюгазового потока, которая не должнапревышать критическую скорость псевдоожижения в виду возможного уноса15 угля из рабочей зоны печи. крометого, в верхней части реторты происходит конденсация воды и смоляныхпродуктов термообработки на холодном угле, что приводит к его аглоО мерации, ухудшенйю его истеченйя итеппообмена, в результате чего производительность печи резко снижается, понижается выход продукта и уголполучается недостаточно высокой 5 прочности.Цель изобретения - увеличениепрочности, выхода карбониэованногоугля и производительности процессаПоставленная цель достигаетсяЗО тем, что в способе, включающем нагрев движущегося слоя угля черезостенку до 500 С и контакт. с парогазовым теплоносителем, в интервале20-300 С парогазовый теплоносительподают прямотоком, в интервале500-1200 С нагрев ведут пропускани.ем электр ического тока через слойи используют теплоноситель с содержанием 0,2-10 по объему свободногокислорода.Дополнительно в интервале 3001200 С парогазовый теплоносительподают противотоком.Процесс термической обработкиугля делят в основном на три стадии,для каждой из которых для полученияпродукта заданного качества и увеличения интенсивности теплообмена необходимо осуществлять нагрев материала в разной среде с различным способом подвода тепла в зависимости отсвойств материала на данном этапеобработки.Так, первая стадия предшествуетначалу деструктивных процессов,конечная температура этой стадииобычно не превышает 300 С. Эта стадия эндотермична, так как здесь происходит в основном удаление влаги,переход материала в пластичное состояние (для термопластичных материалов) и, следовательно, необходиминтенсивный подвод тепла. Вместе стем в этом интервале температур термообработки выделяются водяные пары,смолистые вещества, способные приохлаждении конденсироваться, чтоспособствует агломерации, зависаниюи закоксовыванию продукта и газоходов печи. На этом этапе термическуюобработку материала ведут одновременно внешним нагревом .через стенку ивнутренним нагревом путем непосредственного контакта угля с потоком парогазового теплоносителя, подаваемымпрямотоком. это исключает конденсацию паров и увеличивает интенсивность процесса.На 2-ой стадии (300-500 С) параллельно протекают процессы деструкциии синтеза, связанные с разрывом слабых кислород-водородных, кислородуглеродных, углерод-водородных связей и образованием более сильных ароматических углерод-углеродных связей. В зависимости от соотношения,процессов деструкции и синтеза происходит как выделение, так и поглощение энергии, количество которойсущественно зависит от обрабатываемого материала и конкретной температуры в данном интервале,При этом на данном этапе термообработки для получения продуктазаданного качества должны строгоконтролироваться как среда обработыи,так и скорость подвода тепла. Наэтой стадии также выделяются смолистые вещества, способные при охлаждении конденсироваться, Данныи этап термообработки согласно предлагаемому способу ведут внешним нагревом через стенку и противоточной подаче теплоносителя. При этом исключается конденсация выделяющихся смолистых продуктов в виду того, что газообразные продукты движутся от болеехолодного слоя к более горячему,прилегающему к стенке, и затем уда 0 ляются через отверстие в стенке,Таким образом, процесс осуществляется в восстановительной среде газообразных продуктов пиролиза с заданноискоростью нагрева, которая регулируется температурой стенки и скорос тью движения материала.На 3-ей стадии (500-1200 С) углеродсодержащий материал (уголь) становится электропроводным и егоструктура в основном сформированной, 20 при этом свойства конечного продуктамало зависят от скорости подъематемпературы. Согласно предлагаемомуспособу нагрев материала на этойстадии ведут путем пропускания черезслой материала электролита и одновременно восходящего потока парогазового теплоносителя, содержащего навходе 0,2-10 по объему свободногокислорода. При этом пронизывание слояматериала парогазовой смесью,. содержащей кислород, в совокупности с пропусканием электротока обеспечиваетмаксимальную интенсивность процесса,ведущую к высокои производительности печи, равномерный по всему слоюматериала прогрев и получение водяного газа за счет взаимодействия притемпературе выше 700 С водяного пара и углекислого газа с углеродом.Из высокотемпературной зоны парога зовую смесь, содержащую продуктывзаимодействия кислорода с газообраз"ными продуктами термообработки, атакже горючие компон.енты такие, какводород, метан, окись углерода и 45 другие используют частично для наг.рева материала в низкотемпературноии частично среднетемпературной зоне.Интенсификация первой и третьеи стадий термообработки значительно повышает производительность процессав целом. Выбор парогазового теплоносителя с содержанием свободного кислорода 0,2-10 об. обусловлен тем, чтосвободный кислород заметно реагируетс горючими компонентами лишь присодержании его в парогазовой смеси, более 0,2. Поэтому введение в теплоноситель свобор,ного кислорода менее 0,2 является неэффективным.При содержании жз свОбодного кислоро да в подаваемой парогаэовои смесиболее 10 в зоне подачи теплоносителя происходит псиное реагирование. газообразнЫх прздуытОВ тЕрмООбработки с кислородом, после чего избыточ ныи кислород ре.агирует с углем. Врезультате происходит поверхностный обгар материала, растет макропористость угля. это в свою очередь снижает прочность и выход продукта.На фиг. 1 изображена схематически конструкция вертикальной шахтной .печи с двумя продуктовыми каналами, реализующей даный способ; на фиг.2 - разрез А-А на Фиг. 1.Печь включает в себя низкОтемпературную зону 1 нагрева, среднетемпературную зону 2 нагрева, высокотемпературную зону 3 нагрева и зону 4 охлаждения, бункеры 5 для загрузки материала Ы продуктовые каналы, щелевидные отверстия б для подачи парогаэового теплоносителя на прониэывание слоя материала сверху вниз через газовые каналы 7, щелевидные отверстия 8 для удаления газообразных продуктов термообработки через газовые каналы 9, электроды 10 для подвода электрического тока к слою материала, трубы 11 с отверстиями для подачи парогазового теплоносителя, содержащего кислород,выгрузочное устройство 12 скребкового типа, вырузочный бункер 13, газоходы 14 для удаления иэ печи смеси. газов низко- температурной и среднетемпературной эон, каналы 15 для"подачи воздуха на горение .в газовых каналах средне- температурной зоны газообразных продуктов, каналы 16 для смешения части газов высокотемпературной зоны и пара из труб 17, запорнорегулирующую арматуру 18 для регулировки степени разбавления газов иэ высокотемпературной зоны, поступающих на пронизывание слоя материала в низко- температурной зоне, коллекторы 19, газоходы 20 для подвода части газов высокотемпературной эоны к коллекторам 19, шиберы 21 для регулировки распределения потока газов из высокотемпературной зоны к коллекторам 19 трубы 22 для подачи пара на охлаждение термообработанного продукта. Для удаления газообразных продуктов иэ печи газоходы 14 соединены с дымососом 23 через котел-утилизатор 24. Продуктовые каналы низкотемпературной и среднетемнературйой эон расширяются книзу. Они разделены между собой газовыми каналами и имеют в поперечном сечении, например вид вытянутого прямоугольника, эллипса, круга. В высокотемпературной зоне продуктивные каналы разделены промежуточным электродоМ, а в зоне охлаждения объединены в один общий канал.П р. и м е р 1. уголь-сырец АРв количестве 1 оО кг/ч загружают в лабораторную печь (фиг. 1 и, 2) с объемами зон 1, 2, 3 и 4 соответственно равными /О, 90, 45 и 65 дмЗ. Характеристики загружаемого угля следующие,: одержание влаги 5Содержание золы 5Выход летучих . 30Фракционный состав:А 1 мм 11-2,75 мм (102,75-5,5 мм 88)5 мм 61Иэ труб 17 в каналы 16 подают20 кг/ч водяного пара 140 С. В ка(О налах 14 устанавливают разряжение80 Па. На электроды подают напряжение 60 В. Через слой угля пропускают ток 200 А. Через трубы 11. подают25 нм 1 ч парогазовой смеси 800 Си содержанием, об. : свободныйкислород 5; СО 10; НО 17; й 2 68.через трубу 22 подают 50 кг/ч водяного пара 120 С.В зоне 1 уголь нагревают доо300 С через стенку и контактом с па 20. рогазовым теплоносителем (смесью га"зов из зоны 3 и водяного цара иэ труб17), подаваемым прямотоком. В зоне2 нагрев ведут до 5009: через стенкуи контактом с парогаэовым теплоноси 25 телем подаваемым противотоком иэзоны 3, При этом теплоноситель обогащен летучими веществами, выделяемымииз угля в зоне 2. В зоне 3 нагревведут до 1200 С пропусканием электрического тока и контактом с восхо- .дящим потоком парогазового теплоносителя, содержащего на входе в зону5 об. свободного кислорода. В зоне4 уголь охлаждают до 150 С водянымпаром, В бункер 13 выгружают 61 кг/чкарбониэованного угля.Нагрев угля ведут в интервале20-3000 С со скоростью 10 град/мин.,в интервале 300-500 С - б град/мин,в интервале 500-1200 С - 25 град/мин.40 Охлаждение карбонизованного угляведут со скоростью 20 град/мин.В зоне 4 водяной пар, охлаждающийуголь, по мере подъема нагреваетсяи при температуре выше 700 С частич 45 но взаимодействует с углем с образо"ванием водяного газа.В зоне 3 парогазовый теплоноситель, содержащий продукты взаимодействия кислорода с газообразными 50.продуктами термообработки, а такжегорючие компоненты, движется противотоком вверх и, отдавая тепло углю,охлаждается до 500 С. На выходе иззоны 3 теплоноситель содержит, об.гСО 6,5; СО 28; Н.41 с М 16, СН 1,5НО 7. В верхней части зоны 3 парогаэовый теплоноситель разделяетсяна два потока, один иэ которых в количестве 50 нмэ/ч направляют в зону1 через гаэоходы 20, а остальную в зону 2, Распределение расходов.теплоносителя регулируют шиберами21.В газоходах 20 температуру теплоносителя доводят до 800 С эа счет.65 частичного сжигания, горючих компонен"816958 Таблица 1 едлагаемый: 80 02 90 0,2 9 98 ббО 0 29 1 47 5 естный ло преднныйченныйвироваияомышлен 2 приведенытивных углей каэ и В таблилученных тов. Затем теплоноситель инжектируют водяным паром, подаваемым из труб 17 в каналы 7, откуда парогазовую смесь 550 С через отверстия б подают прямотоком в движущийся слЬй угля. Здесь парогазовый поток обогащается водяными аарами и смолистыми веществамй, выделяемыми из угля. Парогаэовую смесь из зоны 1 удаляют через каналы 14.В зоне 2 теплоноситель из зоны 3, обогащенный летучими веществами, выделяемыми из угля, удаляют через отверстия 8 в газовые каналы 9, где часть горючих компонентов сжигают. Среднюю температуру в каналах 9 устанавливают равной 750 С.В каналах 14 парогазовые потоки из зон 1 и 2 смешивают и удаляют дымососом 23 через котел-утилизатор 24 в атмосферу. Из печи удаляют 450 нм газов 550 С и с теплотворной способностью, равной 2800 ккал/нм. В котле-утилизаторе используют физическое и химическое тепло. удаляемых из печи газов для получения водяного пара и горячей воды.П р и м.е р 2.В отличие от примера 1 содержание свободного Для сравнения полученный агаемюму способу карбониэов голь АРи примере 1 и пол звестным способом уголь акт и до 30 степени активирова принятой в производстве пр кислорода в парогазовой смеси,подаваемой в зону 3 через трубы 11, устанавливают 0,2 об.Ф.При этом в печь загружают 92 кг/чугля-сырца, а выгружают 59 кг/чкаобониэованного угля,П р и м е р 3. В отличие отпримеров 1 и 2 содержание свободного кислорода в парогазовойсмеси, подаваемой в зону 3 через трубы 11 устанавливают 10 об.%При этом в печь загружают 107 кг/чугля-сырца, а выгружают 63 кг/чкарбонизованного угля.В таблице 1 приведены показателикарбонизованного угля АР-З, полученного по предлагаемому способу, аданные по производительности процесса и выходу продукта для примеров всравнении с известным способом. Качество полученного по предлагаемому способу карбонизованного угля значительно выше, так как его прочность и насыпная плотность имеет более высокие значения, а суммарная пористость ниже. Кроме того, значительно повышаются выход карбониэованного угля и производительность процесса. ных активных углей типа АР- бораторной вращающейся печи 900 фС водяным паром.е карбониспособу убольшей прй емкостьютехнико-экроцессов,ктивные у оччт оно- где мый спосоизводим на 30,я на 10,6188-70) Т обесп тельн выход прочн на 10 аб значиных веусловия 3 300-1200 подают и тель щест труд ацин,экспертизеьство СССР08, 1971.нии1956 (прот н обретения ормула В 38 2 9 74 тип)1. Способ тер олучения активи ключающий нагре ообработки угля ванного угля,движущегося сл Адсорбент на осно ного по предлагаемом обладает значительно ностью и адсорбционн существенно улучшает мические показатели используются данные ким образом, предлагаечивает увеличение проости процесса в среднеа карбонизованного углости угля (по ГОСТУВместе с тем данный спосо снижает выбросы вредв атмосферу и улучша угля через стенку до 506 С и контактом с парогазовым теплоносителем,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения прочности, выхода карбонизованного угля и производительности процесса, в интервале20-300 С парогазовый теплоносительподают прнмотоком, в интервале 5001200:С йагрев ведут пропусканиемэлектрического тока через слой и используют парогаэовый теплоносительс содержанием 0,2-10 по объемусвободного кислорода,2 Способ по .п,1, о т л и ч а ющ и й с ея тем, что в интервалеС парогаэовый теплоносительротивотоком. Источники форм тые во внимание пр авторское свидетел 013, кл. С 01 В 31 Патент Великобрит 150 кл.В 55 (1) А,86958 Составитель Т. Ильинскаяедактор Л. Пчелииская Техред М.коштура Корректор мар аказ 1186/2 е Филиал ППП фПатентф, г. ужгород, ул. Проектная,Тираж 505 ВНИИПИ Государстве по делам иэобре 035, Москва, 3-35, Подпиого комитета СССРний и открытийаушская наб., д. 4