SU1085509A3 - Способ термической обработки органических углеродистых материалов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ термической обработк органических углеродистых материалов , включающий смешивание исходного материала с жидкостью, транспортирование полученной смеси снизу вверх через слой жидкости с регулируемый уровнем, подачу влажного материала в зону реакции, его обработку при повышенном давлении и температуре с получением газов и твердого продукта, отвод полученных газов и твердого продукта, отличающийс  тем, что. с целью повьпчени  эффективности, влажный материал перед подачей в зону реакции предварительно нагревают путем пропускани  через него противотоком газов, полученных в зоне реакции. 2. Устройство дл  термической обрабоки органических углеродистых материалов, включающее установленные последовательно средство дл  смешивани  исходного материала с жидкостью, транспортную камеру с жидкостью, установленную под углом к горизонтальной плоскости и имеющую средство дл  транспортировани  материала и средство дл  регулировани  уровн  жидкости, реакционную камеру, соединенную верхней частью с верхней частью транспортной камеры и имеющую средство дл  отвода твердого продукта и патрубок дл  отвода газа, отличаюк: щеес  тем, что с целью повышени  эффективности, патрубок дл  отвода газа подсоединен к верхней стенке транспортной камеры выше эо уровн  жидкости. Л о

Description

Изобретение относитс  к химической промышленности, а именно к способам и устройствам дл  термической обработки органических углеродистых материалов с получением газов и твердого продукта. Известен способ термической обработки органических углеродистых материалов, включающий смешивание исходного материала с жидкостью, (Транспортирование полученной смеси снизу вверх через слой .жидкости с регулируемым уровнем, подачу влажного материала в зону реакции, его обработку при повыленном давлении и температуре с получением газов и твердого продукта ij . Известно также устройство дл  термической обработки органических углеродистых материалов, включающее установленные последовательно средство дл  смешивани  исходного материала с жидкостью, транспортную камеру с жидкостью, установленную под углом к горизонтальной плоскости и имеющую средство дл  транспортирова НИН материала и средство дл  регулировани  уровн  жидкости, реакцио ную камеру, соединенную верхней час тью с верхней частью транспортной к меры и имеющую средство дл  отвода твердого продукта и патрубок дл  о вода газа fij . Недостатки известных способа и устройства заключаютс  в том, что в них неэффективно используют энер гию, подводимую и выдел ющуюс  в пр це ее е. Целью изобретени   вл етс  повы шение эффективности процесса. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу термичес кой обработки органических углеродистых материалов, включающему сме шивару1е исходного материала с жидкостью , транспортирование полученно смеси снизу вверх через слой жидкости с регулируемым уровнем, пред варительный нагрев влажного матери ала путем пропускани  через него противотоком газов, полученных в зоне реакции, подачу влажного материала в зону реакции, его обработку при повышенном давлении и температуре с получением газов и тв дого продукта. Отличие данного способа заключаетс  в том, что влажный материал перед подачей в зону реакции предварительно нагревают путем пропускани  через него противотоком газов полученных в зоне реакции. Причем в устройстве дл  термиче кой обработки органических углеродистых материалов, включающем установленные последовательно сред ство дл  сме11ивани  исходного мате риала с жидкостью, транспортную ка . fvjcpy. с жидкостью, установленную под углом к горизонтальной плоскости и имеющую средство дл  транспортировани  материала и средство дл  регулировани  уровн  жидкости,реакционную камеру, соединенную верхней частью с верхней частью транспортной камеры и имеющую средство дли отвода твердого продукта и патрубок дл  отвода газа, в котором патрубок дл  отвода газа подсоединен к верхней стенке транспортной камеры выше уровн  жидкости. Реакционна  камера расположена таким образом, что ее впускное отверстие св зано с выпускным отверстием транспортной камеры дл  приема предварительно подогретого исходного материала. Исходный материал затем нагревают в реакционной камере до желаемой повышенной температуры в течение периода времени , достаточного дл  осуществлени  его желаемой термообработки, включа  испарение по крайней мере части летучих веществ, образующих газовую фазу, состо щую из конденсирующейс  части и по существу неконденсирующейс  части Газовую фазу непрерывно вывод т из реакционной камеры противотоком к направлению потока исходного материала и при теплообменном контакте с ним, осуществл   постепенную конденсацию конденсирующейс  части и соответствукадий предварительный подогрев исходного Материала за счет выделени  скрытой теплоты испарени . Образовавша с .в результате сконденсировавша с  жидкость стекает с исходного материала и смешиваетс  с жидкостью в нижней части транспортной камеры. Оставшуюс  несконденсировавиуюс  газообразную часть вывод т через патрубок в транспортной камере, расположенный выше рабочего уровн  жидкости, и выпускное отверстие транспортной камеры. Газообразный продукт реакции из реакционной камеры охлаждают, чтобы рекуперировать значительную часть тепла путем испарени  жидкости, вход щей в контакт с ним, с образованием дополнительной конденсирующейс  газовой фазы, которую пропускают противотоком по отношению к исходному материалу. На фиг.1 изображено устройство с вертикальной реакционной камерой, разрез на фиг.2 - схема последовательности проведени  технологических операций способа; на фиг.З вариант выполнени  средства дл  разгрузки твердого продукта. Устройство включает накопительный бункер 1,  вл ющийс  средством дл  смешивани  исходного материала с жидкостью. Бункер 1 приспособлен дл  заполнени  конкретным углеродистым исходнЕлм материалом и имеет фланец 2 над верхним впускным концом, который закрываетс  и герметизируетс  с помощью сплошного фланца 3, Нижн   часть накопительного бункера 1 смонтирована герметично с помощью фланца 4 к фланцу 5, св занному с патрубком б, соединенным отверстием 7 с нижним концом части, наклоненной под углом транспортной камерой 8. Транспортна  камера 8 имеет круглое поперечное сечение и один и тот же диаметр по всей своей длине. По всей длине транспортной камеры 8 установлен конвейер 9 черв чного типа или шнек.и при вращении он опираетс  своим верхним концом на концевой наконечник 10, привернутый болтами к верхнему концу транспортной камеры 8, а у его нижнего конца закреплен с помощью опорной конструкции 11 и фланца 12, прочно скрепленного болтами дл  герметичного соединени  с фланцем 13,св занным с нижним кониом транспортной камеры 8. Центральный вал 14 черв чного конвейера 9 находитс  выше опорной конструкции 11 и св зан с помощью сцеплени  15 с электрческим мотором 16 с переменной скоростью, чтобы можно было осуществл ть его вращение с контролируемой скоростью.

В бункер 1 насосом 17 подают воду . Насос 17 работает взаимосв занно с клапаном контрол  потока 18. Рабочий уровень жидкости 19 в транспортной камере 8 может регулироватьс  автоматически или визуально, например, путем св зывани  указател  уровн  жидкости (не показан) с нижним 20 и верхним 21 спускными отверсти ми, расположенными на транспортной камере 8, что дает возможность отмечать минимальный и максимальный уровень жидкости соответственно . Клапан контрол  потока 18 работает в соответствии с изменением уровн  рабочей жидкости, чтобы поддерживать его по существу посто нным во врем  операции.

Жидкость, вводима  в накопительный бункер 1, чтобы осуществить его герметизацию и образовать жидкую пасту с определенным органическим исходным материалом обьшно представл ет собой воду, но может быть и другой жидкостью, котора  может испар тьс  и может быть сконденсирована в услови х температур и давлений используемых в устройстве. Обычно исходные органические материалы обрабатываемого типа содержат различные количества влаги и использовани

воды только дополн ет количество воды, введенное в сам исходный материал, а также обеспечивает отличную теплопередачу между исходным материалом и полученным продуктом, достига  оптимальной рекуперации тепла, введенного в системе.

Транспортна  камера 8 снабжена патрубком дл  отвода газа 22, расположенным BbiLie максимального рабоче0 го уровн  жидкости 19, в транспортной камере. Патрубок 22 св зан с клапаном контрол  давлени  потока 23 и служит дл  сброса конденсирующихс  газов из внутренней части тран5 спортной камеры 8. Св зь между транспортной камерой 8 и внутренней частью патрубка 22 обеспечиваетс  с помощью множества отверстий 24, выполненных в стенке транспортной камеры 8.

0

Исходный материал в дополнение к сушке во врем  его продвижени  вверх проходит рабочий уровень жидкости 19 в транспортной камере 8 и также предварительно подогреваетс 

5 газовым потоком, движущимс  противо ,током и вход щим в верхнюю часть транспортной камеры 8 через фланцевое соединение 25, прикрепленное к верхнему концу реакционной каме0 ры 26. Газова  фаза представл ет собой по существу неконденсирующуюс  часть, состо щую из различных органических летучих веществ, выделившихс  во врем  нагревани 

5 углеродистого материала в реакторе, в то врем  как конденсируема  фаза представл ет собой жидкость, такую как вода, образовавшуюс  при окончательном высушивании углеро0 дистого материала в реакторе, а также жидкость, введенную через нагнетающий насос 27 в нижнюю часть реакционной камеры 26 дл  проведени  охлаждени  углеродистого твер5 дого продукта.

Реакционна  камера 26 состоит из трубчатой части 28 из теплостойкого вещества или металла, такого как высокотемпературный сплав не0 ржавеющей стали, например, котора  имеет по существу единый диаметр по всей длине и соединена, например , сваркой с верхним фланцем 29 с фланцевым соединением 25, а ниж5 ним фланцем 30 с фланцем 31, прикрепленным к приемнику 32. Нагрев трубчатой части 28 и углеродистого исходного материала, проход щего через нее вниз, достигаетс  р по0 мощью обмотки электрического сопротивлени  33, над которой нанесен слой изолирующего материала, чтобы свести к минимуму потери тепла.

Движение углеродистого материала вниз через реакционную камеру

5 происходит под действием силы т жести и контролируетс  посредством шнекового конвейера 34, вращающего с  внутри трубы 35 и привод щегос  в движение через затвор 36 элек рическим мотором 37 с различными скорост ми. Увеличение или уменьшение скорости вращени  шнекового конвейера 34 соответственно измен ет врем  пребьтани  углеродистого материала внутри гор чей зоны реакционной камеры 2,6 и коррелируетс  скоростью вращени  мотора 16, соединенного со шнекЬвым конвейером 9, чтобы обеспечить необходимую термическую обработку ис ходного материала. Уровен углеродистого материала внутри реакционной камеры 26 может быть замерен и/или отрегулирован с помршью подход щего устройства 38, указывающего уровень и смонтированного на фланцевом соединении 25, которое м жет быть любого известного типа и коммерчески доступно. Прореагировавший продукт, горизонтально перемещающийс  с помопДзЮ конвейера 34, попадает под действием силы т жести в бункер 39, кот рый может быть соответствующим обра св зан с одним или несколькими бун рами-затворами дл  осуществлени  периодического удалени  из него продукта реакции. В соответствии с альтернатив.ным вариантом (фиг.З) осуществл ют непрерывное извлечение продукта из р акционной камеры 26. Средство дл  .разгрузки выполнено в виде экст|рудера 40 с суживающимс  на конус экструзионным отверстием 41. В соответствии с конкретной альтернативной конструкцией (фиг.З) продукт термической реакции, вход щий в эксртрудер 40, сжимаетс  до незначительной пористости и экструдируетс  в виде прута или полосы, которую можно соответствующим образом нарезать на кусочки с длиной , пригодной дл  дальнейшей обработки . Высокое давление, котором подвергаетс  реакционный продукт во врем  прохождени  через экструзионное отверстие 41, приводит к образованию самоподдерживакщего за твора, предохран ющего от любого сброса давлени  внутри системы. В соответствии с компоновкой,, могут быть переработаны конкретные органические углеродистые материалы в сухом, влажном или мокром сос то нии при давлении от атмосферног до повышенного до 3000 фунт-дюйм (211 кг/см) и даже более высокого завис щего от давлени  пара жидкой компоненты и структурных ограничений устройства, и при температурах пор дка нескольких сотен градусовс целью осуществлени  высу1чивающейс  функции до температур пор дка (1093с) и более высоких дл  осуществлени  пиролиза и по существу полной газификации исходного материала. Противоток потока газовой фазы, генерируемой в реакционной камере относительно вводимого исходного материала, достигаетс  созданием градиента давлени  можду средством дл  отвода твердого продукта в приемнике 32 патрубком 22 дл  отвода газа. Пример . Частицы суббитуминозного угл , такого как лигнит, например , в том виде, как получают при добыче в шахте, ввод т под давлением через питательньтй бункер и смешивают с жидкостью, подаваемой насосом 17. Обычно лигнит типа, найденного в месторождени х, расположенных на севере центральных vrraтов анА, в основном в Северной и Южной Дакоте и в Вайоминге, содержит примерно 20-40% влаги и, следовательно , нет необходимости в предварительной супже, так как воду смешивают с ним дл  осуществлени  герметизации . Кусочки лигнита непрерывно ввод т в нижнюю часть транспортной камеры 8 и обычно он находитс  под давлением 1490 фунт-дюйм (104,7 кг/см ) и при температуре около (15,). Влажные частицы лигнита поднимают наверх и они пересекают границу раздела фаз, определ емого уровнем жидкости 19. При прохождении выше рабочего уровн  жидкости 19 происходит дренаж лигнитного исходного материала и осуществл етс  его предварительный подогрев в результате контакта с потоком газовой фазы, движущимс  противотоком , по мере того, как материал пoднимaeтc f конвейером 9 в верхнюю часть зоны предварительного подогрева транспортной камеры 8. Обычно давление в зоне предварительного подогрева равно 1490 фунт/дюйм 104,7 кг/см), а температура сраЗу выые рабочего уровн  жидкости равна примерно (38°С) . Пустоты в зоне предварительного подогрева заполнены газовой фазой, котора  примыкает к уровню рабочей жидкости 19 и состоит по существу из неконденсируквдихс  газов, генерированных в реакционной зоне реакционной камеры 26. Газова  фаза в области зоны предварительного подогрева, примыкающа  и непосредственно вшче уровн  рабочей жидкости 19, представл ет собой смесь неконденсирующихс  газов и пара, причем парциальное давление пара находитс , в равновесии с температурой в реакционной камере 26 в этом конкретном месте. При даль.ней11 ем подъеме вверх загрузки лигнита происходит дальнейший предварительный подогрев за грузки при конденсации конденсирующегос  пара в движущейс  противотоком газовой фазе из секции более высокого давлени  в верхней части транспортной камеры 8 в область более низкого давлени , примыкающую к месту отвода газа. Сред нее давление в верхней части зоны предварительного подогрева составл ет примерно 1495 фунт/дюйм ( 105,0 кг/см), а состав газовой фазы постепенно мен етс  при движении вниз к патрубку 2-2 дл  отвода газа в результате постепенной конденсации пара на поверхности дв жущегос  вверх холодного исходного материала. Градиент давлени , необходимый дл  давлени  газа противотоком и п тому частиц, поддерживаетс  путем контрол  за давлением на патрубке дл  отвода газа и за температурой приемнике 32 дл  твердого продукта В этом конкретном примере давление в патрубке 22 устанавливаетс  равн 1490 фунт/дюйм (104,7 кг/см), те пература продукта в приемнике 32 должна поддерживатьс  выше 598° л ( ) с помошью контрол  за количеством закалочной инжектируемой воды. При 598 Ф (314 С) равновесно давление насыденного пара равно 1500 фунт/дюйм (105,5 кг/см2) и разница давлений между разгрузочны отверстием дл  продукта и выпускны отверстием дл  газа составл ет 10 фунт/дюйм 2 (0,7 кг/см). Действ тельна  разница давлений в любой конкретный момент  вл етс  функцией скорости потока газа и сопротив лени  проходу газового потока чере слой частиц. Пока бункер 39 дл  пр дукта и все примыкающие поверхност выдерживаютс  при температуре выше равновесной температуры насыщенног лара при давлении системы (598 Ф ри 1500 фунт/дюйм ( при 105,5 кг/см), можно легко контролировать разницу давлений. Пар, образующийс  у приемника 3 дл  твердого продукта,будет становитьс  перегретым, так как он поднимаетс  вверх через реакционную камеру 26 и разбавл етс  неконденсирующимис  газами, образовавшимис  в гор чей зоне. Эти гор чие газы охлаждаютс  за счет теплообмена с движущимс  вниз кусковым материа лом непосредственно выиде гор чей зоны. Так как газ непрерывно движетс  к патрубку 22 дл  отвода, газа он становитс  холоднее за счет потери значительного количества тепла до тех пор, пока в такой же точке зоны предварительного подог-рева температура достигает равновесной температуры дл  насыщенного пара при парциальном давлении пара в газовом потоке. От этой точки до патрубка 22 состав проход щегсз газового потока постепенно мен етс , так как пар постепенно конденсируетс  на более холодном поступаютем лигните . В этой области предварительного подогрева градиент давлени  преп тствует обратному течению неконденсирующ .ихс  газов, в результате этого поддерживаетс  концентрированный градиент неконденсирующихс  газов, который достигает 100% неконденсирующихс  газов в холодном конце зоны предварительного подогрева, смеси газа и пара в зоне подогрева и по существу 100% конденсирующихс  газов или пара в холодной зоне системы . При переносе предварительно подогретого лигнита из верхнего конца зоны предпочтительно обеспечить некоторый объем пустого пространства , чтобы приспособитьс  к улучшенному контролю скорости потока твердых частиц в реакционной камере 26. Твердые частицы при вхождении в верхний конец реакционной камеры 26 нагреваютс  до желаемой повышенной температуры и количество требующегос  подводимого тепла пропорционально потер м тепла через стенки реакционной камеры 26 и тому, которое выдел етс  из системы с облагороженным угольным продуктом и с газами, выводимыми из системы. Давление в реакционной камере 26 составл ет около 1495 фунт/дюйм (105, 2 кг/см), а температура равна примерно 950 Ф (510°С). Газова  фаза в зоне реакции представл ет собой смесь по существу неконденсирующихс  газов в комбинации с конденсирующимис  газами в виде перегретого пара. При прохождении вниз реакционной зоны облагороженный лигнитовый угольный продукт охлаждаетс  путем инжектировани  воды под давлением 150 фунт/дюйм (105,5 кг/см ) или выше насосом 27, которое коррёлируетс  со скоростью, достаточной дл  поддержани  давлени  в реакционной камере 26 и приемника 32 примерно l500 фунт/дюйм (105,5 кг/см . Равновесна  температура насыщенного пара, полученного в зоне охлаждени , равна (314 С) и охлажденный продукт должен иметь соответствующую температуру. После этого охлажденный продукт транспортируют нековым конвейером 34 в бункер 39 и герметизируют паром при том же авлении 1500 фунт/дюйм( 1 05 , 5 кг/см Г

Таким образом, обеспечиваетс  динамический концентрированный градиент газовой фазы между гор чим и холодным концами аппаратуры, в результате чего по существу все выделившеес  тепло рекуперируетс  за счет конденсации конденсируемой фазы, осуществл   предварительный нагрев вводимого исходного материала .

iO

Фиг.1

Claims (2)

1. Способ термической обработк органических углеродистых материалов , включающий смешивание исходного материала с жидкостью, транспортирование полученной смеси снизу вверх через слой жидкости с регулируемый уровнем, подачу влажного материала в зону реакции, его обработку при повышенном давлении и температуре с получением газов и твердого продукта, отвод полученных газов и твердого продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, влажный материал перед подачей в эону реакции предварительно нагревают путем пропускания через него противотоком газов, полученных в зоне реакции.

2. Устройство для термической обрабоки органических углеродистых материалов, включающее установленные последовательно средство для смешивания исходного материала с жидкостью, транспортную камеру с жидкостью, установленную под углом к горизонтальной плоскости и имеющую средство для транспортирования материала и средство для регулирования уровня жидкости, реакционную камеру, соединенную верхней частью с верхней частью транспортной камеры и имеющую средство для отвода твердого продукта и патрубок для отвода газа, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности, патрубок для отвода газа подсоединен к верхней стенке транспортной камеры выше уровня жидкости.