RU2314996C1 - Method of production of the activated carbon and the installation for the method realization - Google Patents
Method of production of the activated carbon and the installation for the method realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2314996C1 RU2314996C1 RU2006124168/15A RU2006124168A RU2314996C1 RU 2314996 C1 RU2314996 C1 RU 2314996C1 RU 2006124168/15 A RU2006124168/15 A RU 2006124168/15A RU 2006124168 A RU2006124168 A RU 2006124168A RU 2314996 C1 RU2314996 C1 RU 2314996C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- coal
- activated carbon
- activation
- reactor
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к экологии, теплоэнергетике и может быть использовано для получения активированного угля на тепловых электрических станциях с применением плазменной технологии.The invention relates to ecology, power engineering and can be used to produce activated carbon at thermal power plants using plasma technology.
Известны способ получения активированного угля во вращающихся печах и промышленная установка, в которых производят углеродные сорбенты в широком ассортименте и температурой верхнего предела активации до 1000°С. Промышленная установка состоит из барабана длиной до 18 метров и диаметром до 6 м (см. Хармут Кинле, Эрих Бадбер. Активные угли и их промышленное применение. Л.: Химия, 1984 г., с.50-51) [1].A known method of producing activated carbon in rotary kilns and an industrial installation in which carbon sorbents are produced in a wide range and with a temperature of the upper activation limit up to 1000 ° C. An industrial installation consists of a drum up to 18 meters long and up to 6 m in diameter (see Harmut Kinle, Erich Badber. Active carbons and their industrial applications. L .: Chemistry, 1984, p. 50-51) [1].
Однако недостатком этого способа и промышленной установки является длительное время получения активированного угля до 28 часов, использование для нагрева жидкого или газообразного топлива.However, the disadvantage of this method and industrial installation is the long time to obtain activated carbon up to 28 hours, the use of liquid or gaseous fuels for heating.
Известны способ и установка для получения высококачественного активированного угля из кускового угля в шахтных печах. Установка состоит из камер, а их стены выложены из огнеупорного кирпича. Сверху подают активируемое сырье, снизу подают водяной пар. Использование направляющих устройств позволяет увеличить реакционную поверхность и улучшить перемешивание (см. Хармут Кинле, Эрих Бадбер. Активные угли и их промышленное применение. Л.: Химия, 1984 г., с. 51-52) [2].A known method and installation for producing high-quality activated carbon from lump coal in shaft furnaces. The installation consists of chambers, and their walls are lined with refractory bricks. Activated raw materials are supplied from above, water vapor is supplied from below. The use of guiding devices allows to increase the reaction surface and improve mixing (see Harmut Kinle, Erich Badber. Active carbons and their industrial applications. L .: Chemistry, 1984, p. 51-52) [2].
Недостатком известных способа и установки является то, что работа связана с большими затратами топлива для нагрева, а также низким выходом конечного продукта.A disadvantage of the known method and installation is that the work is associated with high fuel costs for heating, as well as a low yield of the final product.
Известны способ и установка для получения активированного угля в реакторах с кипящим слоем. Конструкция реактора с кипящим слоем представляет собой герметичную цилиндрическую или прямоугольную реакционную камеру, снабженную внизу перфорированной распределительной решеткой, через которую поступают реакционные газы (см. Хармут Кинле, Эрих Бадбер. Активные угли и их промышленное применение. Л.: Химия, 1984 г., с.52-53) [3].A known method and installation for producing activated carbon in a fluidized bed reactor. The design of the fluidized bed reactor is a sealed cylindrical or rectangular reaction chamber, equipped with a perforated distribution grid below, through which reaction gases flow (see Harmut Kinle, Erich Badber. Active carbons and their industrial applications. L .: Chemistry, 1984, p. 52-53) [3].
Недостаток данного способа и установки заключается в том, что нагревание реактора кипящего слоя представляет значительные трудности. Также существует опасность пылевыделения в результате сильного истирания угля при перемешивании. Если газы для обогрева поступают через решетку, высокая температура газов, необходимая для процесса активирования, может привести к спеканию частиц золы, которые осаждаются над распределительной решеткой и забивают ее, нарушая равномерное поступление газового потока. Вследствие этого возможно возникновение неоднородности «кипения» слоя и усиление истирания угля и выноса пыли.The disadvantage of this method and installation is that the heating of the fluidized bed reactor presents significant difficulties. There is also the danger of dust emission due to strong abrasion of the coal with stirring. If the gases for heating enter through the grate, the high temperature of the gases necessary for the activation process can lead to sintering of ash particles, which are deposited above the distribution grid and clog it, disrupting the uniform flow of gas flow. As a result of this, a “boiling” layer inhomogeneity may occur and intensification of the abrasion of coal and dust removal may increase.
Известны способ и установка для получения активированного угля, у которых установка состоит из цилиндрической водоохлаждаемой камеры смешения с равномерно распределенными по окружности тремя стержневыми плазматронами постоянного тока. Камера смешения установлена на бункер со съемным бачком. Верхняя ее часть соединена с реакционным каналом, образованным пятью водоохлаждаемыми секциями. На выходе из реактора установлена расширительная камера с патрубком для выхода горячего газового потока. Обрабатываемый материал вводился в плазменный поток через водоохлаждаемый зонд. В камере смешения формируется плазменный поток азота путем перемешивания струй, истекающих из плазмотронов. Плазменный поток поступает в нижнюю часть канала и двигается вверх. Навстречу ему поступает исходное сырье. Гранулы угля нагреваются, при этом происходит испарение смолистых наполнителей. Двигаясь вниз, гранулы проходят через камеру смешения, попадают в бункер и собираются в съемном бачке (см. Е.А.Фарберова, В.В.Солнцев, В.Ф Олонцев и др. /Исследование процесса пиролиза экструдированных углесодержащих материалов как стадии получения активных углей. Сб. статей. Исследование плазменных процессов и аппаратов. Минск, 1991, с. 162-168) [4].A known method and installation for producing activated carbon, in which the installation consists of a cylindrical water-cooled mixing chamber with three rod plasma plasmatrons uniformly distributed around the circumference. The mixing chamber is mounted on a hopper with a removable tank. Its upper part is connected to the reaction channel formed by five water-cooled sections. At the outlet of the reactor, an expansion chamber is installed with a pipe for the exit of the hot gas stream. The processed material was introduced into the plasma stream through a water-cooled probe. A plasma nitrogen stream is formed in the mixing chamber by mixing the jets flowing from the plasmatrons. Plasma flow enters the lower part of the channel and moves up. To meet him comes the feedstock. The granules of coal are heated, while the resinous fillers evaporate. Moving down, the granules pass through the mixing chamber, enter the hopper and are collected in a removable tank (see E.A. Farberova, V.V. Solntsev, V.F. Olontsev et al. / Investigation of the pyrolysis of extruded carbon-containing materials as a stage for the preparation of active coal. Collection of articles. Investigation of plasma processes and apparatus. Minsk, 1991, S. 162-168) [4].
Недостатком данного способа и установки является наличие трех плазмотронов, которые приводят к увеличению энергозатрат и длительности времени воздействия плазмы на уголь.The disadvantage of this method and installation is the presence of three plasmatrons, which lead to an increase in energy consumption and the duration of the plasma exposure to coal.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемым способу и устройству являются способ для получения полукокса-сорбента и установка для его осуществления, которая состоит из плазменного реактора, представляющего собой коаксиальный плазматрон, внутри которого расположены графитовый стержень-катод и цилиндрический графитовый анод, а в средней части снаружи установлена электромагнитная катушка для формирования вращающейся электрической дуги в поперечном сечении камеры реактора, за плазменным реактором установлены камера разделения, камера вывода газов и шлакосборник, кроме того, установка снабжена системой подачи угольной дробленки в реактор, системой охлаждения и утилизации газов.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed method and device are a method for producing a semi-coke sorbent and an installation for its implementation, which consists of a plasma reactor, which is a coaxial plasmatron, inside of which there is a graphite rod-cathode and a cylindrical graphite anode, and in the middle part, an electromagnetic coil is installed outside to form a rotating electric arc in the cross section of the reactor chamber, behind the plasma reactor They installed a separation chamber, a gas exhaust chamber and a slag collector; in addition, the installation is equipped with a coal crusher feed system for the reactor, a gas cooling and utilization system.
Угольная дробленка вместе с несущим газом-воздухом поступает в зазор между электродами, где дуга постоянного тока вращается с помощью внешней электромагнитной катушки, и где нагревается угольная дробленка. Крупнозернистая фракция дробленки, проходя через плазменный участок реактора, в дальнейшем подвергается пиролизу в шлакосборнике, по окончании технологии получения проходит ситовый и химический анализ. (См. сборник трудов научной конференции ВСГТУ, МОиПОРФ, МТиЭРФ, ОЦПЭТ РАО «ЕЭС России», г.Улан-Удэ, 1997, с.160-164: Е.И.Карпенко, С.Л.Буянтуев, Д.Б.Цыдыпов «Плазменная технология получения полукокса-сорбента») [5].The coal crusher, together with the carrier gas-air, enters the gap between the electrodes, where the DC arc is rotated using an external electromagnetic coil, and where the coal crusher is heated. The coarse-grained fraction of the crusher, passing through the plasma section of the reactor, is subsequently subjected to pyrolysis in a slag collector, and screening and chemical analysis are carried out at the end of the production technology. (See the proceedings of the scientific conference of VSTU, MOiPORF, MTiERF, OCPET RAO "UES of Russia", Ulan-Ude, 1997, p.160-164: E.I. Karpenko, S.L.Buyantuev, D.B. Tsydypov “Plasma technology for producing a semi-coke sorbent”) [5].
Недостатком данного способа и установки являются получение полуфабриката, то есть полукокса-сорбента, из которого в дальнейшем при помещении его в необходимое оборудование можно получить активированный уголь. Происходит технологический разрыв.The disadvantage of this method and installation is the preparation of a semi-finished product, that is, a semi-coke sorbent, from which later, when placed in the necessary equipment, activated carbon can be obtained. There is a technological gap.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании малогабаритной установки для получения активированного угля.The problem solved by the invention is to create a small installation for activated carbon.
Технический результат предполагаемого изобретения - сокращение времени получения активированного угля, упрощение технологии, снижение энергозатрат.The technical result of the proposed invention is to reduce the time for receiving activated carbon, simplifying the technology, reducing energy costs.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в группе изобретений, а именно в способе получения активированного угля из угля тепловых электрических станции и котельных путем нагрева его в камере совмещенного плазменного реактора в потоке высококонцентрированной низкотемпературной плазмы с формированием вращающейся электрической дуги в поперечном сечении камеры реактора, согласно изобретению для нагрева частиц угля за период времени 0,5-1 сек в поперечном сечении камеры реактора получают полный профиль температур от 2000 до 2300°С с помощью вращающей электрической дуги, с последующим проведением совмещенного процесса пиролиза и активирования угля в камере активации при температуре 400-800°С в течение 20 мин.In order to achieve the technical result provided by the invention in the group of inventions, namely, in a method for producing activated carbon from coal from thermal power plants and boiler houses by heating it in a combined plasma reactor chamber in a stream of high-concentration low-temperature plasma with the formation of a rotating electric arc in the cross section of the reactor chamber, according to the invention for heating coal particles over a period of 0.5-1 sec in the cross section of the reactor chamber, a complete temperature profile is obtained atures from 2000 to 2300 ° C using a rotating electric arc, followed by a combined process of pyrolysis and activation of coal in the activation chamber at a temperature of 400-800 ° C for 20 minutes
Для реализации предложенного способа в известной установке, содержащей совмещенный плазменный реактор с выполненными из графита цилиндрическим анодом и стержневым катодом, в средней части плазменного реактора снаружи установлена электромагнитная катушка для формирования вращающейся электрической дуги в поперечном сечении камеры реактора, камеру разделения, узел подачи угля, согласно изобретению за плазменным реактором установлены последовательно камера муфеля, камера разделения, камера активации, которая совмещена с камерой пиролиза, при этом по центру камеры активации установлено перемешивающее устройство, снаружи нагревательный элемент, а нижняя часть камеры снабжена газовыми вводами, кроме того, камера муфеля выполнена по модульному секционному принципу для увеличения или уменьшения муфельной зоны и снабжена газовыми вводами, расположенными по центру камеры друг против друга, через один из которых вводится газ для активирования угля после прохождения плазменного реактора, а на другом установлены измерительные приборы.To implement the proposed method in a known installation containing a combined plasma reactor with a cylindrical anode and a rod cathode made of graphite, an electromagnetic coil is installed outside the middle part of the plasma reactor to form a rotating electric arc in the cross section of the reactor chamber, a separation chamber, a coal supply unit, according to behind the plasma reactor, a muffle chamber, a separation chamber, an activation chamber, which is combined with a pyro chamber, are arranged in series from, in this case, a mixing device is installed in the center of the activation chamber, a heating element is outside, and the lower part of the chamber is equipped with gas inlets, in addition, the muffle chamber is made according to a modular section principle to increase or decrease the muffle zone and is equipped with gas inlets located in the center of the chamber each against a friend, through one of which gas is introduced to activate coal after passing the plasma reactor, and the other is equipped with measuring instruments.
Именно заявляемая совокупность конструктивных признаков обеспечивает согласно способу получения активированного угля из угля тепловых электрических станций и котельных использовать любые по химическому составу угли для переработки их в совмещенном плазменном реакторе, в котором достаточно получить более равномерный профиль температур 2000-2300°С в поперечном сечении камеры реактора и температуры 400-800°С в камере активации, совмещенной с камерой пиролиза.It is the claimed combination of design features that according to the method for producing activated carbon from coal from thermal power plants and boiler houses, it is possible to use any chemical composition of coal for processing them in a combined plasma reactor in which it is sufficient to obtain a more uniform temperature profile of 2000-2300 ° C in the cross section of the reactor chamber and a temperature of 400-800 ° C in the activation chamber, combined with the pyrolysis chamber.
Равномерный профиль температур от 2000 до 2300°С в поперечном сечение камеры реактора обеспечивает высокую степень термической переработки вводимых в камеру любых по химическому составу углей тепловых электрических станции и котельных за период времени 0,5-1 сек.A uniform temperature profile from 2000 to 2300 ° C in the cross section of the reactor chamber provides a high degree of thermal processing of the coals of any thermal composition of thermal power plants and boiler houses introduced into the chamber over a period of 0.5-1 sec.
Оптимальные значения температуры 2000-2300°С экспериментально проверены и рассчитаны с использованием универсальной модифицированной программы расчета многокомпонентных гетерогенных систем «АСТРА-4» (см. Б.Трусов, Астра. 4/рс, МГТУ им. Н.Э.Баумана, март 1997 г.).The optimal temperature values of 2000-2300 ° C were experimentally verified and calculated using the ASTRA-4 universal modified program for calculating multicomponent heterogeneous systems (see B. Trusov, Astra. 4 / rs, MSTU named after NE Bauman, March 1997 g.).
При увеличении температуры более 2300°С значительно возрастают удельные энергозатраты, а при уменьшении температуры менее 2000°С снижается процент открытия микропор у угля, чем при температуре 2000-2300°С, эта разница составляет 15-20%.With an increase in temperature of more than 2300 ° C, specific energy consumption increases significantly, and with a decrease in temperature of less than 2000 ° C, the percentage of micropore opening in coal decreases than at a temperature of 2000-2300 ° C, this difference is 15-20%.
Именно при температуре 2000-2300°С за период времени 0,5-1 сек происходит максимальное открытие микропор у угля и оптимальные энергозатраты.It is at a temperature of 2000-2300 ° C for a period of time of 0.5-1 sec that the maximum opening of micropores in coal and the optimal energy consumption occur.
При температуре больше 800°С в камере активации для проведения совмещенного процесса пиролиза и активирования угля происходит закрытие микропор и уголь под длительным воздействием такой температуры обгорает и не может быть использован как активированный уголь, а при температуре ниже 400°С образуется не активированный уголь, а полуфабрикат из которого его получают, его называют полукокс-сорбент.At temperatures above 800 ° C, in the activation chamber for conducting the combined process of pyrolysis and activation of coal, micropores are closed and carbon is charred under prolonged exposure to this temperature and cannot be used as activated carbon, and at a temperature below 400 ° C, not activated carbon is formed, but the semi-finished product from which it is obtained, it is called a semi-coke sorbent.
Отличительными конструктивными признаками установки для получения активированного угля являются:Distinctive design features of the installation for activated carbon are:
- получение равномерного профиля температуры 2000-2300°С в поперечном сечении камеры совмещенного плазменного реактора с помощью формирования электрической дуги позволит сократить время пиролиза угля с часов до минут, и придать конечному продукту особые свойства, которые трудно получить в традиционных технологиях получения активированного угля;- obtaining a uniform temperature profile of 2000-2300 ° C in the cross section of the chamber of a combined plasma reactor by forming an electric arc will reduce the time of pyrolysis of coal from hours to minutes, and give the final product special properties that are difficult to obtain in traditional technologies for producing activated carbon;
- последовательная установка за плазменным реактором камеры муфеля, камеры разделения, камеры активации, совмещенной с камерой пиролиза, обеспечивает более гибкое управление процесса получения актированного угля из углей электрических станций и котельных;- the sequential installation of a muffle chamber, a separation chamber, an activation chamber combined with a pyrolysis chamber behind the plasma reactor provides more flexible control of the process of producing activated carbon from the coals of power plants and boiler houses;
- установка по центру камеры активации перемешивающего устройства позволит равномерно воздействовать температуре и активирующему газу на каждую частицу угля;- the installation in the center of the chamber of activation of the mixing device will allow you to evenly influence the temperature and the activating gas on each particle of coal;
- установка снаружи камеры активации нагревательного элемента позволит равномерно нагреть весь объем камеры активации;- installation of a heating element outside the activation chamber will evenly heat the entire volume of the activation chamber;
- установка в нижней части камеры активации газовых вводов обеспечивает воздействие активирующего газа для активирования угля, прошедшего через плазменный реактор;- installation in the lower part of the chamber of activation of gas inlets provides the effect of activating gas to activate coal passing through a plasma reactor;
- выполнение камеры муфеля с применением модульного секционного принципа для увеличения или уменьшения муфельной зоны позволит перерабатывать различные по химическому составу угли;- the implementation of the muffle chamber using a modular section principle to increase or decrease the muffle zone will allow processing various coals in chemical composition;
- установка по центру камеры муфеля друг против друга газовых вводов, через один из которых вводится газ, а на другом установлены измерительные приборы, позволит активировать уголь после плазменного реактора, а также дает контроль в процессе производства.- installation in the center of the muffle chamber against one another of gas inlets, through one of which gas is introduced, and measuring instruments are installed on the other, it will activate coal after the plasma reactor, and also gives control during the production process.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой настолько, что образуют единый изобретательский замысел.Based on the foregoing, we can conclude that the claimed invention are so interconnected that they form a single inventive concept.
В прототипе способа [5] предварительно приготавливают уголь до фракции 1-3 мм, которую подают непрерывным потоком в плазменный реактор. Для применения этого способа требуется установка дополнительного оборудования, печь с кипящим слоем или муфельная печь, чтобы довести полукокс-сорбент до активированного угля надо извлечь его из установки и поместить его в одну из печей.In the prototype of the method [5], coal is preliminarily prepared to a fraction of 1-3 mm, which is fed in a continuous stream to the plasma reactor. The application of this method requires the installation of additional equipment, a fluidized bed furnace or a muffle furnace. To bring the semi-coke sorbent to activated carbon, it is necessary to remove it from the installation and place it in one of the furnaces.
В прототипе устройства для качественного влияния всей совокупности режимных параметров на производительность устройства применяют коаксиальный плазматрон с графитовыми электродами.In the prototype of the device, for the qualitative influence of the entire set of operating parameters on the performance of the device, a coaxial plasmatron with graphite electrodes is used.
Сравнение заявляемых изобретений с известными из уровня техники техническими решениями по патентной и научно-технической документации позволило установить следующее.A comparison of the claimed inventions with technical solutions known from the prior art for patent and scientific and technical documentation made it possible to establish the following.
Известный способ получения полукокса-сорбента по прототипу (5) и установка позволяют получать активированный уголь с применением коаксиальных плазмотронов, с предварительным приготовлением угольной фракции, с установкой дополнительного технологического оборудования для получения активированного угля. А известными способами получения активированного угля (аналоги: 1, 2, 3, 4) и установками активированный уголь получают из углей с применением: (1) - вращающейся печи, (2) - шахтной печи, (3) - печи с кипящим слоем, (4) - трех стержневых плазмотронов.The known method of producing a semi-coke sorbent according to the prototype (5) and the installation make it possible to obtain activated carbon using coaxial plasmatrons, with preliminary preparation of the coal fraction, with the installation of additional processing equipment for producing activated carbon. And by known methods for producing activated carbon (analogues: 1, 2, 3, 4) and plants, activated carbon is obtained from coal using: (1) a rotary kiln, (2) a shaft furnace, (3) a fluidized-bed furnace, (4) - three rod plasmatrons.
Таким образом, из уровня техники не известны технические решения, содержащие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».Thus, the prior art does not know technical solutions containing a combination of features similar or equivalent to those claimed, which allows us to conclude that the proposed invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена установка для получения активированного угля.The invention is illustrated in the drawing, which shows the installation for producing activated carbon.
Предлагаемый способ реализован в совмещенном плазменном реакторе 1, в который измельченный уголь тепловых электрических станций и котельных попадает с пылепитателя 2 через пылепровод 3. За плазменным реактором 1 установлены последовательно камера муфеля 4, камера разделения 5, камера активации 6, совмещенная с камерой пиролиза. Камера муфеля 4 выполнена по модульному секционному принципу, что обеспечивает увеличение или уменьшение муфельной зоны, и снабжена газовыми вводами 7, расположенными по центру камеры друг против друга, через один из которых подается газ для активирования угля после прохождения плазменного реактора 1, а на другом газоводе установлены измерительные приборы-термопары (не показаны). Камера разделения 5 предназначена для разделения газовой и твердой составляющей. Уголь тепловых электрических станций и котельных после прохождения плазменного реактора 1, камеры муфеля 4, камеры разделения 5 попадает в камеру активации 6 для одновременного осуществления операции пиролиза и активирования угля, для чего по центру камеры активации 6 установлено перемешивающие устройство 8 для лучшего контакта активирующего газа, снаружи камеры расположен нагревательный элемент 9 для поддержания температуры 400-800°С, а нижняя часть камеры активации 6 снабжена газовыми вводами 10 для активирующих газов. Скорость вращения перемешивающего устройства 8:300 об/мин.The proposed method is implemented in a combined plasma reactor 1, in which the crushed coal of thermal power plants and boiler houses enters from the dust collector 2 through the dust pipe 3. Behind the plasma reactor 1, a muffle chamber 4, a separation chamber 5, an activation chamber 6 combined with a pyrolysis chamber are installed in series. The chamber of the muffle 4 is made according to the modular section principle, which provides an increase or decrease in the muffle zone, and is equipped with gas inlets 7 located in the center of the chamber opposite each other, through one of which gas is supplied to activate coal after passing through the plasma reactor 1, and on the other gas duct thermocouple measuring instruments (not shown) are installed. The separation chamber 5 is designed to separate the gas and solid components. After passing through the plasma reactor 1, the muffle chamber 4, the separation chamber 5, the coal from thermal power plants and boiler houses enters the activation chamber 6 to simultaneously carry out the pyrolysis and activation of coal, for which a mixing device 8 is installed in the center of activation chamber 6 for better contact of the activating gas, outside the chamber there is a heating element 9 to maintain a temperature of 400-800 ° C, and the lower part of the activation chamber 6 is equipped with gas inlets 10 for activating gases. The rotation speed of the mixing device 8: 300 rpm
В средней части совмещенного плазменного реактора 1 снаружи установлена кольцевая электромагнитная катушка 11 для формирования внутри реактора вращающейся электрической дуги, что позволяет получить полный профиль температур от 2000°С до 2300°С.In the middle part of the combined plasma reactor 1, an annular electromagnetic coil 11 is installed outside to form a rotating electric arc inside the reactor, which makes it possible to obtain a complete temperature profile from 2000 ° C to 2300 ° C.
Камера разделения 5 соединена с камерой вывода газа 12, за которой для очистки газа от мелких частиц установлен скруббер 13.The separation chamber 5 is connected to the gas outlet chamber 12, behind which a scrubber 13 is installed to clean the gas from small particles.
Предлагаемый способ получения активированного угля осуществляют следующим образом.The proposed method for producing activated carbon is as follows.
Применение плазменной технологии с применением совмещенного плазменного реактора 1 для получения активированного угля позволяет использовать любые по химическому составу угли с тепловых электрических станций и котельных. Измельченный уголь с пылепитателя 2 подают в плазменный реактор 1 через отверстие в крышке реактора. Измельченный уголь поступает в зону реакционной камеры совмещенного плазменного реактора 1, где температура от 2000°С до 2300°С за период 0,5-1 сек обеспечивает высокую степень термической переработки в процессе химического нагрева угля с применением стержневого катода и цилиндрического графитового анода, и электромагнитной катушки 11, которая создает магнитное поле для вращения электрической дуги.The use of plasma technology using a combined plasma reactor 1 for the production of activated carbon allows the use of any chemical composition of coal from thermal power plants and boiler houses. The crushed coal from the dust collector 2 is fed into the plasma reactor 1 through an opening in the reactor lid. The crushed coal enters the zone of the reaction chamber of the combined plasma reactor 1, where the temperature from 2000 ° C to 2300 ° C for a period of 0.5-1 sec provides a high degree of thermal processing in the process of chemical heating of coal using a rod cathode and a cylindrical graphite anode, and electromagnetic coil 11, which creates a magnetic field for rotation of the electric arc.
Оптимальные значения температуры 2000-2300°С экспериментально проверены и рассчитаны с использованием универсальной модифицированной программы расчета многокомпонентных гетерогенных систем АСТРА-4, базирующейся на принципе максимума энтропии для изолированных термодинамических систем, находящихся в состоянии равновесия. Удельные энергозатраты оценивают при оптимальной температуре 2000-2300°С, осуществляющих химические превращения, приводящие к установлению термодинамического равновесия в системе. Оптимальные значения температуры 400-800°С и время активации 20 минут для камеры активации были подобраны опытным путем для каждого угля и экспериментально проверены.The optimal temperature values of 2000-2300 ° C were experimentally verified and calculated using the ASTRA-4 universal modified program for calculating multicomponent heterogeneous systems, based on the principle of maximum entropy for isolated thermodynamic systems in equilibrium. The specific energy consumption is estimated at an optimum temperature of 2000-2300 ° C, carrying out chemical transformations, leading to the establishment of thermodynamic equilibrium in the system. The optimal temperature values of 400-800 ° C and the activation time of 20 minutes for the activation chamber were experimentally selected for each coal and experimentally verified.
Уголь, прошедший обработку в плазменном реакторе 1, проходит через муфельную камеру 4, где его дополнительно подвергают воздействию активирующего газа, после чего поток газа и твердых частиц поступает в камеру разделения 5. Крупные частицы попадают в камеру активации 6, оседают на решете, под которое подают активирующий газ, где происходит совмещенный процесс пиролиза и активации угля, а более мелкие частицы вместе с газом поступают на дальнейшую очистку через камеру вывода газов 12 в скруббер 13, где твердые частицы смываются. В камере активации 6 происходит дальнейшее активирование конечного продукта.The coal processed in the plasma reactor 1 passes through a muffle chamber 4, where it is additionally exposed to an activating gas, after which a stream of gas and solid particles enters the separation chamber 5. Large particles enter the activation chamber 6, settle on a sieve, under which an activating gas is supplied, where the combined process of pyrolysis and activation of coal takes place, and smaller particles together with the gas enter for further purification through the gas outlet chamber 12 into the scrubber 13, where the solid particles are washed off. In activation chamber 6, the final product is further activated.
Пример, подтверждающий конкретное получение активированного угля.An example confirming the specific preparation of activated carbon.
Предварительно приготовляют угольную фракцию, пропуская уголь через мехсито с размером ячеек 1-3 мм. Измельченный уголь подают сверху через отверстие в крышке в зону реакционной камеры совмещенного плазменного реактора 1, где температура соответствует 2000-2300°С. В совмещенном плазменном реакторе 1 уровень тепломассообмена в рабочей части камеры реактора существенно интенсифицируется за счет нагрева частиц угля низкотемпературной плазмой за период времени 0,5-1 сек. Пройдя через камеру муфеля 4, где его дополнительно активируют активирующим газом, уголь собирается в камере активации 6, где происходит совмещенный процесс активации и пиролиза угля при температуре 400-800°С в течение 20 минут.The coal fraction is preliminarily prepared by passing coal through a meshesieve with a mesh size of 1-3 mm. The crushed coal is fed from above through a hole in the lid into the reaction chamber zone of the combined plasma reactor 1, where the temperature corresponds to 2000-2300 ° C. In a combined plasma reactor 1, the heat and mass transfer level in the working part of the reactor chamber is significantly intensified due to the heating of coal particles by low-temperature plasma over a period of 0.5-1 sec. Having passed through the chamber of the muffle 4, where it is additionally activated with an activating gas, coal is collected in the activation chamber 6, where the combined process of activation and pyrolysis of coal occurs at a temperature of 400-800 ° C for 20 minutes.
Одним из показателей сорбционной активности активированного угля является анализ на сорбционную активность по метиленовому голубому.One of the indicators of sorption activity of activated carbon is an analysis of sorption activity by methylene blue.
При температуре в поперечном сечении камеры совмещенного плазменного реактора 2000°С и при нагреве частиц угля за период времени 0,5 сек, совмещенного процесса активации и пиролиза угля в камере активации при температуре 400°С в течение 20 минут - сорбционная активность по метиленовому голубому составляет 39,16 мг/г.At a temperature in the cross-section of the chamber of a combined plasma reactor of 2000 ° C and when heating coal particles for a period of 0.5 seconds, the combined process of activation and pyrolysis of coal in the activation chamber at a temperature of 400 ° C for 20 minutes, the sorption activity according to methylene blue is 39.16 mg / g.
При температуре в поперечном сечении камеры совмещенного плазменного реактора 2150°С и при нагреве частиц угля за период времени 0,75 сек, совмещенного процесса активации и пиролиза угля в камере активации при температуре 600°С в течение 20 минут - сорбционная активность по метиленовому голубому составляет 62,5 мг/г.At a temperature in the cross section of the chamber of a combined plasma reactor of 2150 ° C and when heating coal particles for a period of 0.75 seconds, the combined activation and pyrolysis of coal in the activation chamber at a temperature of 600 ° C for 20 minutes, the sorption activity according to methylene blue is 62.5 mg / g.
При температуре в поперечном сечении камеры совмещенного плазменного реактора 2300°С и при нагреве частиц угля за период времени 1 сек, совмещенного процесса активации и пиролиза угля в камере активации при температуре 800°С в течение 20 минут - сорбционная активность по метиленовому голубому составляет 36,60 мг/г.When the temperature in the cross-section of the chamber of the combined plasma reactor is 2300 ° С and when the coal particles are heated for a period of 1 sec, the combined activation and pyrolysis of coal in the activation chamber at a temperature of 800 ° С for 20 minutes - the sorption activity for methylene blue is 36, 60 mg / g.
При подаче 1 кг угля с тепловых электрических станций или котельных получают 0,3 кг активированного угля. Установка предназначена для работы в диапазоне мощности 60-100 кВт, производительность установки 10-50 кг/ч.When 1 kg of coal is supplied from thermal power plants or boiler houses, 0.3 kg of activated carbon is obtained. The unit is designed to operate in the power range of 60-100 kW, the unit capacity is 10-50 kg / h.
По сравнению с прототипом [5] - способом получения полукокса-сорбента и установкой для его осуществления, предлагаемое изобретение «Способ получения активированного угля и установка для его осуществления» позволяет:Compared with the prototype [5] - a method for producing a semi-coke sorbent and an installation for its implementation, the proposed invention "A method for producing activated carbon and an installation for its implementation" allows:
- сократить время нагрева угля при температуре 2000-2300°С в совмещенном плазменном реакторе до 1 сек,- reduce the heating time of coal at a temperature of 2000-2300 ° C in a combined plasma reactor to 1 second,
- снижать вероятность выбросов недоокисленных компонентов за счет возможности получения равномерного профиля температур от 2000°С до 2300°С в поперечном сечении камеры совмещенного плазменного реактора,- reduce the likelihood of emissions of underoxidized components due to the possibility of obtaining a uniform temperature profile from 2000 ° C to 2300 ° C in the cross section of the chamber of the combined plasma reactor,
- использовать разные по химическому составу угли с тепловых электрических станций и котельных для получения активированного угля,- use coal of different chemical composition from thermal power plants and boiler houses to produce activated carbon,
- упростить и удешевить способ производства активированного угля за счет отказа от сжигания дефицитных энергоисточников (кокс, природный газ и т.д.).- to simplify and reduce the cost of the method of producing activated carbon by refusing to burn scarce energy sources (coke, natural gas, etc.).
Применение плазменной технологии получения активированного угля и установки для ее осуществления позволит переработать угли тепловых электрических станций и котельных для получения сорбентов непосредственно на ТЭС и для ТЭС, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».The use of plasma technology for the production of activated carbon and an installation for its implementation will allow processing the coals of thermal power plants and boiler houses to produce sorbents directly at thermal power plants and thermal power plants, which allows us to conclude that the claimed invention meets the criterion of "industrial applicability".
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124168/15A RU2314996C1 (en) | 2006-07-05 | 2006-07-05 | Method of production of the activated carbon and the installation for the method realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124168/15A RU2314996C1 (en) | 2006-07-05 | 2006-07-05 | Method of production of the activated carbon and the installation for the method realization |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2314996C1 true RU2314996C1 (en) | 2008-01-20 |
Family
ID=39108603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006124168/15A RU2314996C1 (en) | 2006-07-05 | 2006-07-05 | Method of production of the activated carbon and the installation for the method realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2314996C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015013173A1 (en) * | 2013-07-26 | 2015-01-29 | Corning Incorporated | Chemical activation of carbon using rf and dc plasma |
| CN109133058A (en) * | 2018-10-12 | 2019-01-04 | 安仁县福安净水材料有限公司 | A kind of production equipment and method of active carbon |
| CN112705150A (en) * | 2020-11-05 | 2021-04-27 | 中国恩菲工程技术有限公司 | Composite material preparation device and method |
-
2006
- 2006-07-05 RU RU2006124168/15A patent/RU2314996C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015013173A1 (en) * | 2013-07-26 | 2015-01-29 | Corning Incorporated | Chemical activation of carbon using rf and dc plasma |
| CN109133058A (en) * | 2018-10-12 | 2019-01-04 | 安仁县福安净水材料有限公司 | A kind of production equipment and method of active carbon |
| CN112705150A (en) * | 2020-11-05 | 2021-04-27 | 中国恩菲工程技术有限公司 | Composite material preparation device and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2488984C2 (en) | Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation | |
| JP5890440B2 (en) | Waste treatment method and apparatus | |
| KR101338266B1 (en) | A gas reformulation system comprising means to optimize the effectiveness of gas conversion | |
| US20230159326A1 (en) | Hydrogen Production and Carbon Sequestration via High Temperature Cracking of Natural Gas In An Inductively Heated Fluidized Carbon Particle Bed | |
| CN101412915B (en) | Interior heating type method for continuously preparing coal gas by pyrolysis and gasification of biomass and pyrolysis gasification furnace | |
| WO2012093982A1 (en) | Pyrolysis plant for processing carbonaceous feedstock | |
| JPH0313512B2 (en) | ||
| RU2314996C1 (en) | Method of production of the activated carbon and the installation for the method realization | |
| RU2457395C2 (en) | Solid fuel combustion intensification method | |
| JP2024514408A (en) | Device and method for pyrolyzing carbon materials | |
| CN108455607A (en) | A kind of activated carbon production system of charcoal activation integral | |
| RU2376527C2 (en) | Condensed fuel processing method and device for its implementation | |
| WO2008138117A1 (en) | A gas reformulation system comprising means to optimize the effectiveness of gas conversion | |
| RU2349545C2 (en) | Device for producing technical carbon and hydrogen | |
| RU2725434C1 (en) | Method for thermal decomposition of loose organic matter in a vertical gasification reactor | |
| RU2617230C2 (en) | Portable plant-module for heat treatment of solid municipal wastes at the landfill | |
| RU2616079C1 (en) | Method and device for plasma gasification of solid carbonaceous material and synthesis gas production | |
| RU2638558C1 (en) | Method for thermal treatment of cake of sludge sediments in slag melt | |
| RU2434928C2 (en) | Pyrolysis plant for urban ore utilisation | |
| CN106477837A (en) | A kind of system and method being generated electricity using mud | |
| RU2167104C1 (en) | Furnace for thermal treatment of carbonaceous materials | |
| EA030363B1 (en) | Method and device for plasma arc gasification of organic wastes for synthesis gas production | |
| RU2657042C2 (en) | Method for producing a combustible gas from a solid fuel and reactor for its implementation | |
| RU149820U1 (en) | GAS GENERATOR PLANT FOR THE PROCESSING OF CONDENSED ORGANIC FUEL | |
| RU2554953C1 (en) | Method of processing of condensed organic fuel, and gas-generating unit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170706 |