WO2024049330A1 - Method and apparatus for producing activated carbon - Google Patents

Method and apparatus for producing activated carbon Download PDF

Info

Publication number
WO2024049330A1
WO2024049330A1 PCT/RU2023/050201 RU2023050201W WO2024049330A1 WO 2024049330 A1 WO2024049330 A1 WO 2024049330A1 RU 2023050201 W RU2023050201 W RU 2023050201W WO 2024049330 A1 WO2024049330 A1 WO 2024049330A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
furnace
activated carbon
activation
coke
waste
Prior art date
Application number
PCT/RU2023/050201
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Юрий Фёдорович ЮРЧЕНКО
Original Assignee
Юрий Фёдорович ЮРЧЕНКО
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2022123296A external-priority patent/RU2785170C1/en
Application filed by Юрий Фёдорович ЮРЧЕНКО filed Critical Юрий Фёдорович ЮРЧЕНКО
Publication of WO2024049330A1 publication Critical patent/WO2024049330A1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/39—Apparatus for the preparation thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28—Other processes
    • C10B47/32—Other processes in ovens with mechanical conveying means
    • C10B47/44—Other processes in ovens with mechanical conveying means with conveyor-screws
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B51/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by combined direct and indirect heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/08—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form in the form of briquettes, lumps and the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/08—Non-mechanical pretreatment of the charge, e.g. desulfurization
    • C10B57/10—Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B7/00—Coke ovens with mechanical conveying means for the raw material inside the oven
    • C10B7/06—Coke ovens with mechanical conveying means for the raw material inside the oven with endless conveying devices
    • C10B7/08—Coke ovens with mechanical conveying means for the raw material inside the oven with endless conveying devices in vertical direction

Definitions

  • the invention relates to a thermal method for processing bulk organic waste, such as waste from the grain processing industry (husks of buckwheat, sunflower, rice, straw, etc.) and forestry industry (sawdust) and producing activated carbon with an increased adsorption surface. All of the listed materials have a similar chemical composition: lignin 20-35%, cellulose 30-50%, so the method and equipment for processing these materials into high-strength pellets will be identical.
  • the coke mixed with gas moves to the upper part of the reactor, heated to 980-1000°C and representing the cracking zone, the residence time of the mixture in the cracking zone is from 0.5 to 1.5 seconds, after which the mixture of gases through the pipe is supplied for cooling and cleaning before
  • the coke moves by gravity through the unloading window down the storage tank into a spiral screw conveyor equipped with a water jacket and installed at an angle of 45° to the horizon, from where it is unloaded into the storage hopper.
  • the resulting coke is completely unsuitable for producing activated carbon due to the complete absence of volatile substances and carbon sintering in it; high temperatures do not allow the pores to open during activation;
  • thermal elements are used that pierce the reactor vessel and are simultaneously in contact with the flue gases and with the product being processed inside the reactor, allowing both surfaces to be increased by 40%; with this design, further increase in the surface is impossible;
  • the delta of gas temperatures at the inlet and outlet of the furnace does not exceed 150°C.
  • the method for processing carbon material includes stages in which, by means of a horizontal spiral screw, carbon material is supplied to the input of the activation chamber with blades moving the carbon material through the steam activation zone, in which, under the influence of steam supplied by nozzles in the lower part of the steam activation chamber under a pressure of 5 up to 20 bar and with a temperature of 900-1000°C, and a rotating rotor with blades, the carbon material moves to the top of the steam activation chamber, from where the loosened carbon material flows down through a gravity pipe to the entrance of a spiral screw conveyor, cooled by a water jacket, while the screw conveyor installed in such a way that the material moves from bottom to top at an angle to the horizontal of 28-32°; after cooling to 30-50°C, the activated carbon material is supplied to the outlet of the spiral cooling screw conveyor and enter
  • the main disadvantage of the known method is the inability to obtain activated carbon under these conditions due to insufficient steam.
  • 1 kg of activated carbon requires from 4 to 6 kg of steam
  • in a vertical reactor from 2 to 4 kg of steam is required
  • in the known method the internal moisture of grain processing waste is used
  • the consumption of superheated steam increases three times, since first of all, volatiles are cracked, the volume of which in grain waste is more than 70%, and only then solid carbon is activated.
  • the steam consumption in a combined vertical reactor is 6-12 kg of steam per 1 kg of coal.
  • the technical problem solved by the present invention is to develop a method and installation that ensures the production of molded activated carbon with specified properties from waste from the grain processing and forestry industries, including from buckwheat husks, using a new, more economical technology.
  • the technical result achieved by the claimed solution is the possibility of obtaining molded activated carbon with specified properties - high strength, specified shape and size, increased adsorption surface of carbon compared to known methods, increasing the efficiency of the method while reducing energy consumption.
  • the technical result is achieved by implementing a method for producing activated carbon from waste from the grain processing and forestry industries, which includes the following stages:
  • the crushed waste is fed into a granulator, at the output of which high-strength monolithic pellets with a diameter of 4-8 mm and a density of 500-750 g/l are obtained,
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) - coke is directed using a horizontal screw to the lower part of the thermo-steam-gas activation furnace, in which the coke is heated to 700-900°C due to direct contact of the internal walls of the activation furnace and vertical plates located inside its body, and steam superheated to 1000°C, as well as the movement of coke upward from the center of the shaft to the outer wall of the furnace and again to the center into the vacant space due to the support created by the horizontal screw and the flow of superheated steam supplied to the lower part of the internal space of the activation furnace from the superheater, while removing the remaining volatile substances and opening of pores to produce activated carbon,
  • Grain husks and/or sawdust as well as fuel pellets made from grain husks and/or sawdust, are used as waste from the grain processing and forestry industries.
  • the strength of molded activated carbon is set at the stage of preliminary preparation (extrusion) and as a result, at this stage it is possible to obtain molded pellets of two types of density - high-density (620-750 g/l) and medium density (500-600 g/l).
  • waste gases from the carbonization furnace are used to dry the raw materials
  • waste gases from the activation furnace with a temperature of 650°-850°C are used to heat the raw materials in the carbonization furnace, and at the stages of drying, carbonization, activation, steam superheating They use flue gases obtained from burning pyrolysis gas released in a carbonization furnace in a burner.
  • a superheater is installed above the activation furnace, in which the steam is heated to 950-1000°C.
  • nut shells and fruit seeds are used as waste, then granular activated carbon is obtained from them and at the first stage, before drying, they are crushed to 3-5 mm, then the process is similar to the method described above.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Also, the technical result is achieved by using an installation for the production of activated carbon from waste from the grain processing and forestry industries, which contains a hopper connected in series, an extruder configured to change pressure, a granulator configured to change the size and density of pellets, a dryer connected by means of a horizontal screw to the bottom part of the carbonization furnace connected to a cyclone for separating coke from the pyrolysis gas, a horizontal screw for feeding coke into the activation furnace, a cyclone installed behind the activation furnace for separating vapors from activated carbon, an activated carbon cooling device connected to a hopper for packaging activated carbon.
  • - carbonization and activation furnaces contain a shaft with blades that ensure uniform mixing and upward movement of raw materials, located inside the housing and designed for rotation, while the outer surfaces of the carbonization furnace and activation furnace are made with lamellar fins in the form of a multi-pass spiral directed from top to bottom, and the internal surfaces of the carbonization furnace and the activation furnace are covered with vertically located plates that have gaps along the radius of the body of the carbonization furnace and the activation furnace for the passage of the vertical shaft blades;
  • the cyclone for separating coke from the pyrolysis gas is connected to a burner for burning the pyrolysis gas; the installation additionally contains a superheater installed directly above the activation furnace in one housing.
  • the steam lines and gas ducts are made of a large cross-section and are selected depending on the performance of the installation. This will allow us to abandon the use of gas shut-off equipment and sluice gates.
  • a grinder is installed in front of the dryer, instead of an extruder and granulator.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the internal (ablative) surface of the furnace is doubled and ensure maximum heat transfer from the spirally arranged plates located on the outer surface of the furnace to the processed material located inside the furnace into the space between the lining and the furnace body.
  • an increase in the efficiency of the process occurs due to a reduction in the carbonization and activation time due to the countercurrent movement of the processed raw materials in the carbonization furnace and activation furnace and the gas flows used for heating.
  • the pyrolysis gas released in the carbonization furnace, and superheated steam in the activation furnace move in the same direction with the raw material, accelerate its progress in the furnaces and ensure high efficiency in the use of pyrolysis gas and steam for additional heating, which also ensures high efficiency of the installation, speeds up the beginning of the carbon activation reaction and, accordingly, reduces the time for obtaining the final product without losing its quality.
  • the first stage of processing buckwheat husks it is fed into an extruder, in which it is deformed to a given dispersion (particle size 1-3 mm) and humidity 11-16%, depending on the requirements for the range of activated carbon; after the extruder, the processed mass is fed into a press granulator where high-strength pellets are pressed with a nature of 500-600 g/l for activated carbon with the parameters of charcoal and with a nature of 750 g/l for activated carbon with the parameters of hard coal.
  • durable pellets are fed into a carbonization furnace, in which the process of ablative high-temperature pyrolysis occurs.
  • the resulting coke is fed into the activation furnace.
  • the resulting activated carbon is cooled and fed into a bunker for packaging.
  • FIG. 1 shows a technological diagram of a plant for processing buckwheat husks, through which the method is carried out.
  • buckwheat husk is loaded into hopper 1, from it it enters extruder 2, in which, under the influence of high pressure 3 -4 MPa, the temperature rises to 120-180 ° C and extrusion grinding of the husk occurs to sizes 1 -3 mm and humidity 11 - 16%, the dispersion of the powder is regulated by the speed of the extruder shaft, the density and solidity of the pellets depends on the degree of grinding of the husks in the extruder, then the extruded powder enters the press granulator 3, pelleting occurs under a pressure of 3-4 MPa, at the output of which pellets with a diameter of 4 are obtained -8 mm depending on the size of the installed matrix and the specified size for obtaining activated carbon, then
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The pellets enter the conveyor dryer 4, heated by waste gases from the carbonization furnace 6, which are diluted to 130°C. The pellets in the dryer 4 are dried to a humidity of 3-7% and by a screw 5 they are fed into the lower part of the carbonization furnace 6, then the pellets are driven by the blades.
  • waste flue gases from activation furnaces 9 with a temperature of 650°-850°C enter the upper gas duct of the carbonization furnace 6, passing from top to bottom along a multi-pass spiral in the space of the plate fins of the furnace, limited by massive lining.
  • This design provides a flue gas temperature delta between the inlet and outlet of the furnace of up to 350°C; waste flue gases with a temperature of 300-400°C are removed from the carbonization furnace 6 through a flue located below.
  • the thermal energy transferred by the flue gases to the furnace body with plate fins is transferred to the pellets by ablative method (due to contact with the internal walls of the furnace and vertical plates located inside the furnace body), which ensures uniform heating of the pellets in the furnace body to a temperature of 550° -700°C.
  • uniform heating and simultaneous mixing of the pellets causes the active release of volatile substances (the process of pyrolysis occurs), and the presence of free oxygen in the composition of the volatile substances ensures the passage of an exothermic reaction, which significantly reduces energy consumption in the carbonization furnace 6.
  • the pellets are 60-70% are freed from volatile substances and converted into molded coke (hereinafter referred to as coke), which at a temperature of 550-700°C enters cyclone 7, in which separation into pyrolysis gas and coke occurs.
  • coke molded coke
  • Pyrolysis gas from cyclone 7 enters burner 13 through an insulated gas duct.
  • Coke from the cyclone 7 is fed through a horizontal screw 8 into the lower part of the activation furnace 9, in which the coke, under the action of the blades of the vertical shaft, moves from the center of the shaft to the outer wall of the furnace and again to the center into the vacant space.
  • the entire mixed layer moves upward, this movement is enhanced by the flow of superheated steam coming from the superheater 16, located directly above the furnace 9, into the collector 17, from which, through the diffusers 18, the superheated steam enters the internal space of the activation furnace 9
  • Steam consumption is regulated based on the indicators of flow meter 15 depending on the assigned parameters of activated carbon - with increased steam consumption up to 4 kg per 1 kg of coal
  • the thermal energy transferred by the flue gases to the furnace body with plate fins is ablatively transferred to coke and steam due to direct contact of the internal walls of the activation furnace 9 and the vertical plates located inside its body, due to this the coke in the furnace body is uniformly heated to a temperature of 700- 900°C, transmitted from the walls of the furnace and water vapor superheated to 1000°C, and the remaining volatile substances are removed and the pores are opened, and the carbon material acquires high adsorption capacity.
  • the efficiency of the activation process is increased due to the heating of coke from the plates of the internal casing, the furnace body itself and superheated steam, and the activation process time is halved.
  • the temperature (enthalpy) of the steam is maintained throughout the entire volume of the activator at the same level.
  • the mixture of steam and activated carbon is separated in cyclone 10.
  • the spent steam is sent to the furnace of steam boiler 14 for calcination and burning out of it all gases and other activation products, which reduces fuel consumption in steam boiler 14 by 50%, increases boiler efficiency and reduces emissions into the atmosphere CO2 by reducing fuel consumption.
  • Molded activated carbon from the cyclone 10 is sent to a screw 11, cooled by a water jacket, where it is cooled to 30-40°C and then sent to a hopper 12 for packaging.
  • pellets are produced with a bulk density of 500-600 g/l by reducing the pressure in the extruder, which is achieved by reducing the speed of the extruder shaft, and to produce AR and SK-AG grade coals, the pressure in the extruder increases to the maximum when the extruder shaft speed increases to nominal, the bulk density of the pellets is 620-750 g/l, and the resulting activated carbon from such pellets has a porosity of up to 700 m2/g and strength more than 90%.

Abstract

A method for producing activated carbon from cereal processing and timber industry waste includes extruding waste, granulating the waste to produce pellets, drying, feeding said pellets by means of a horizontal screw conveyor into the bottom of a carbonization furnace for heating, separating a mixture of gas and coke in a cyclone into coke and pyrolysis gas, feeding the coke into the bottom of a thermal vapour-gas activation furnace, heating to 700-900°С, and producing activated carbon, which is cooled to 30-40°С and sent for packaging. The technical result is that of producing activated carbon with a high strength and an increased adsorption surface, while reducing energy consumption and increasing the efficiency of the carbonization and activation furnaces.

Description

СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ METHOD AND INSTALLATION FOR PRODUCING ACTIVATED CARBON
Изобретение относится к термическому способу переработки сыпучих органических отходов, таких как отходы зерноперерабатывающей промышленности (лузга гречихи, подсолнечника, риса, соломы и пр.) и лесной промышленности (древесных опилок) и получения активированного угля с увеличенной адсорбционной поверхностью. Все перечисленные материалы имеют схожий химический состав: лигнин 20-35%, целлюлоза 30- 50%, поэтому способ и оборудование для переработки этих материалов в высокопрочные пеллеты будут идентичны. The invention relates to a thermal method for processing bulk organic waste, such as waste from the grain processing industry (husks of buckwheat, sunflower, rice, straw, etc.) and forestry industry (sawdust) and producing activated carbon with an increased adsorption surface. All of the listed materials have a similar chemical composition: lignin 20-35%, cellulose 30-50%, so the method and equipment for processing these materials into high-strength pellets will be identical.
Так, из уровня техники известны способы и установки переработки органических веществ и отходов. Thus, methods and installations for processing organic substances and waste are known from the prior art.
Из описания к патенту RU 2749665 С1 (опубликован 16.06.2021) известен способ термической деструкции органических веществ и отходов, включающий этапы, на которых сырье размером фракции 1-5 мм и влажностью 4-12 % подают шнековым транспортером, снабженным частотным приводом, в вертикальный реактор, включающий корпус, прошитый металлическими пластинами, находящимися одновременно в контакте с дымовыми газами и с продуктами пиролиза, а также ротор с лопатками, размещенными с одинаковым шагом от нижних лопаток к верхним, посредством вращательного движения которых сырье перемещают снизу вверх, проходя через камеру, разогретую до 750-850°С, где сырье распадается на кокс и газовую составляющую. Далее кокс, смешанный с газом, перемещается в верхнюю часть реактора, разогретую до 980-1000°С и представляющую собой зону крекинга, время нахождения смеси в зоне крекинга от 0.5 до 1.5 секунд, после чего смесь газов по патрубку поступает на охлаждение и очистку перед дальнейшим использованием, кокс перемещается самотеком через выгрузное окно вниз по накопителю в шнековый спиральный транспортер, оборудованный водяной рубашкой и установленный под углом 45° к горизонту, откуда выгружается в накопительный бункер. From the description of the patent RU 2749665 C1 (published on June 16, 2021), a method of thermal destruction of organic substances and waste is known, including stages in which raw materials with a fraction size of 1-5 mm and a moisture content of 4-12% are fed by a screw conveyor equipped with a frequency drive into a vertical a reactor, including a housing stitched with metal plates that are simultaneously in contact with flue gases and with pyrolysis products, as well as a rotor with blades placed with the same pitch from the lower blades to the upper ones, through the rotational movement of which the raw material is moved from bottom to top, passing through the chamber, heated to 750-850°C, where the raw material breaks down into coke and a gas component. Next, the coke mixed with gas moves to the upper part of the reactor, heated to 980-1000°C and representing the cracking zone, the residence time of the mixture in the cracking zone is from 0.5 to 1.5 seconds, after which the mixture of gases through the pipe is supplied for cooling and cleaning before After further use, the coke moves by gravity through the unloading window down the storage tank into a spiral screw conveyor equipped with a water jacket and installed at an angle of 45° to the horizon, from where it is unloaded into the storage hopper.
Основными недостатками данного способа являются: The main disadvantages of this method are:
- полученный кокс совершенно не пригоден для получения активированного угля из-за полного отсутствия в нем летучих веществ и спекания углерода, высокие температуры не позволяют при активации раскрыть поры; - the resulting coke is completely unsuitable for producing activated carbon due to the complete absence of volatile substances and carbon sintering in it; high temperatures do not allow the pores to open during activation;
- для увеличения теплопередачи используются тепловые элементы, прошивающие корпус реактора и находящиеся одновременно в контакте с топочными газами и с обрабатываемым продуктом внутри реактора, позволяющие увеличить обе поверхности на 40%, при такой конструкции дальнейшее увеличение поверхности невозможно; - to increase heat transfer, thermal elements are used that pierce the reactor vessel and are simultaneously in contact with the flue gases and with the product being processed inside the reactor, allowing both surfaces to be increased by 40%; with this design, further increase in the surface is impossible;
- большие теплопотери и перерасход топлива из-за того, что дымовые газы двигаются сверху вниз, дельта температур газов на входе и выходе из печи не превышает 150°С. - large heat losses and excessive fuel consumption due to the fact that flue gases move from top to bottom, the delta of gas temperatures at the inlet and outlet of the furnace does not exceed 150°C.
Также из описания к патенту RU 2721696 С1 (опубликован 21.05.2020) известен способ Also from the description of the patent RU 2721696 C1 (published on May 21, 2020) a method is known
1 1
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) и установка получения активированного угля из угольного остатка, полученного после термохимического процесса пиролиза при переработке органического сырья в установке пиролиза. Способ переработки углеродного материала включает этапы, на которых посредством горизонтального шнека спирального типа подают углеродный материал на вход камеры активации с лопатками, перемещающими углеродный материал по зоне паровой активации, в которой под действием пара, подающегося форсунками в нижней части камеры паровой активации под давлением от 5 до 20 бар и с температурой 900- 1000°С, и вращающегося ротора с лопатками углеродный материал перемещается к верхней части камеры паровой активации, откуда разрыхленный углеродный материал по самотечной трубе спускается вниз на вход спирального шнекового транспортера, охлаждаемого водяной рубашкой, при этом шнековый транспортер установлен таким образом, что перемещение материала происходит снизу вверх под углом к горизонтали 28-32°, после охлаждения до 30- 50°С активированный углеродный материал подается на выход спирального охлаждающего шнекового транспортера и поступает в бункер-накопитель. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) and an installation for producing activated carbon from carbon residue obtained after the thermochemical pyrolysis process during the processing of organic raw materials in a pyrolysis installation. The method for processing carbon material includes stages in which, by means of a horizontal spiral screw, carbon material is supplied to the input of the activation chamber with blades moving the carbon material through the steam activation zone, in which, under the influence of steam supplied by nozzles in the lower part of the steam activation chamber under a pressure of 5 up to 20 bar and with a temperature of 900-1000°C, and a rotating rotor with blades, the carbon material moves to the top of the steam activation chamber, from where the loosened carbon material flows down through a gravity pipe to the entrance of a spiral screw conveyor, cooled by a water jacket, while the screw conveyor installed in such a way that the material moves from bottom to top at an angle to the horizontal of 28-32°; after cooling to 30-50°C, the activated carbon material is supplied to the outlet of the spiral cooling screw conveyor and enters the storage hopper.
Основными недостатками данного решения являются: The main disadvantages of this solution are:
- увеличение теплопотерь, технические сложности транспортировки перегретого пара до 1000°С, а также эксплуатацией установки из-за того, что пароперегреватель находится в отдельном корпусе; - increased heat loss, technical difficulties in transporting superheated steam up to 1000°C, as well as in the operation of the installation due to the fact that the superheater is located in a separate housing;
- неэффективность процесса, т.к. корпус реактора разогревается перегретым паром, который служит передаточным звеном, что также приводит к значительной потере воды и топлива. - inefficiency of the process, because The reactor vessel is heated by superheated steam, which serves as a transmission link, which also leads to a significant loss of water and fuel.
- пониженная эффективность разогрева кокса в активаторе за счет неэффективного использования перегретого пара, воды и топлива из-за неразвитой поверхности нагрева корпуса реактора. - reduced efficiency of heating coke in the activator due to ineffective use of superheated steam, water and fuel due to the underdeveloped heating surface of the reactor vessel.
Из описания к патенту RU 2776051 (опубликован 12.07.2022) известен способ получения активированного угля из отходов зерноперерабатывающей промышленности, включающий карбонизацию и активирование, причем карбонизацию и активирование осуществляют одновременно в герметичном объеме без доступа кислорода, активирование углеродного продукта осуществляют за счет испаренной из сырья влаги, направленной в сторону образования раскаленного углерода за счет ориентирования в пространстве зоны пиролиза, на всех этапах обработки осуществляется постоянное принудительное перемещение материала и его перемешивание. From the description of the patent RU 2776051 (published on July 12, 2022), a method for producing activated carbon from grain processing industry waste is known, including carbonization and activation, and carbonization and activation are carried out simultaneously in a sealed volume without access to oxygen, the activation of the carbon product is carried out due to moisture evaporated from the raw material , directed towards the formation of hot carbon due to the spatial orientation of the pyrolysis zone, at all stages of processing there is a constant forced movement of the material and its mixing.
Основным недостатком известного способа является отсутствие возможности получить активированный уголь при указанных режимах ввиду недостаточности пара. Например, для активации в горизонтальном реакторе на 1кг активированного угля требуется от 4 до 6 кг пара, в вертикальном реакторе требуется от 2 до 4 кг пара, а в известном способе используется внутренняя влага отходов зерноперерабатывающей The main disadvantage of the known method is the inability to obtain activated carbon under these conditions due to insufficient steam. For example, for activation in a horizontal reactor, 1 kg of activated carbon requires from 4 to 6 kg of steam, in a vertical reactor, from 2 to 4 kg of steam is required, and in the known method the internal moisture of grain processing waste is used
2 2
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) промышленности - это максимум 0.3 кг пара на 1 кг угля, при таком соотношении активацию провести не представляется возможным. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) industry - this is a maximum of 0.3 kg of steam per 1 kg of coal, with this ratio it is not possible to carry out activation.
При этом в случае использования совмещенного реактора, расход перегретого пара увеличивается в три раза, так как в первую очередь происходит крекинг летучих, объём которых в зерноотходах составляет более 70%, и только потом - активация твёрдого углерода. Расход пара в совмещённом вертикальном реакторе составляет 6-12 кг пара на 1кг угля . Moreover, in the case of using a combined reactor, the consumption of superheated steam increases three times, since first of all, volatiles are cracked, the volume of which in grain waste is more than 70%, and only then solid carbon is activated. The steam consumption in a combined vertical reactor is 6-12 kg of steam per 1 kg of coal.
Данные выводы основаны на проведённых экспериментах и законах химии. These conclusions are based on the experiments performed and the laws of chemistry.
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в разработке способа и установки, обеспечивающего получение формованного активированного угля с заданными свойствами из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, в том числе, из лузги гречихи, по новой более экономичной технологии. The technical problem solved by the present invention is to develop a method and installation that ensures the production of molded activated carbon with specified properties from waste from the grain processing and forestry industries, including from buckwheat husks, using a new, more economical technology.
Техническим результатом, достигаемым заявленным решением является возможность получения формованного активированного угля с заданными свойствами - высокой прочностью, заданными формой и размерами, увеличенной адсорбционной поверхностью угля, по сравнению с известными способами, повышение эффективности способа при снижении энергопотребления. The technical result achieved by the claimed solution is the possibility of obtaining molded activated carbon with specified properties - high strength, specified shape and size, increased adsorption surface of carbon compared to known methods, increasing the efficiency of the method while reducing energy consumption.
Технический результат достигается за счет осуществления способа получения активированного угля из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, который включает следующие стадии: The technical result is achieved by implementing a method for producing activated carbon from waste from the grain processing and forestry industries, which includes the following stages:
- осуществляют экструдирование отходов до порошка дисперсностью 1-3 мм и влажностью 11-16%, - carry out extrusion of waste to powder with a dispersion of 1-3 mm and a moisture content of 11-16%,
- далее измельченные отходы подают в гранулятор, на выходе из которого получают высокопрочные монолитные пеллеты диаметром 4-8 мм и плотностью 500-750 г/л, - then the crushed waste is fed into a granulator, at the output of which high-strength monolithic pellets with a diameter of 4-8 mm and a density of 500-750 g/l are obtained,
- после чего пеллеты направляют на сушку при температуре 120-180°С до влажности 3- 7%; - after which the pellets are sent for drying at a temperature of 120-180°C to a humidity of 3-7%;
- после которой посредством горизонтального шнека отходы перемещают в нижнюю часть печи карбонизации, в которой осуществляют перемещение сырья вверх за счет подпора, создаваемого горизонтальным шнеком и потоком пиролизного газа, выделяющегося из сырья, при этом нагрев сырья проводят без доступа кислорода до температуры 300-850°С за счет непосредственного контакта внутренних стенок печи карбонизации и вертикальных пластин, расположенных внутри ее корпуса, и проходящим сверху вниз по многозаходной спирали в пространстве пластинчатого оребрения печи карбонизации потоком газа с температурой 650- 850°С, в результате чего происходит удаление 60-80% летучих веществ, - after which, by means of a horizontal screw, the waste is moved to the lower part of the carbonization furnace, in which the raw material is moved upward due to the support created by the horizontal screw and the flow of pyrolysis gas released from the raw material, while the raw material is heated without access to oxygen to a temperature of 300-850 ° C due to direct contact of the internal walls of the carbonization furnace and the vertical plates located inside its body, and a gas flow with a temperature of 650-850°C passing from top to bottom along a multi-pass spiral in the space of the plate fins of the carbonization furnace, resulting in a removal of 60-80% volatile substances,
- из печи карбонизации смесь газа и кокса подают в циклон, где разделяют на кокс и пиролизный газ, - from the carbonization furnace, a mixture of gas and coke is fed into a cyclone, where it is separated into coke and pyrolysis gas,
3 3
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) - кокс с помощью горизонтального шнека направляют в нижнюю часть печи термопарогазовой активации, в которой осуществляют нагревание кокса до 700-900°С за счет непосредственного контакта внутренних стенок печи активации и вертикальных пластин, расположенных внутри ее корпуса, и перегретого до 1000°С пара, а также перемещение кокса вверх от центра вала к наружной стенке печи и снова к центру в освободившееся место за счет подпора, создаваемого горизонтальным шнеком и потоком перегретого пара, подаваемого в нижнюю часть внутреннего пространства печи активации из пароперегревателя, при этом происходит удаление остатка летучих веществ и раскрытие пор с получением активированного угля, SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) - coke is directed using a horizontal screw to the lower part of the thermo-steam-gas activation furnace, in which the coke is heated to 700-900°C due to direct contact of the internal walls of the activation furnace and vertical plates located inside its body, and steam superheated to 1000°C, as well as the movement of coke upward from the center of the shaft to the outer wall of the furnace and again to the center into the vacant space due to the support created by the horizontal screw and the flow of superheated steam supplied to the lower part of the internal space of the activation furnace from the superheater, while removing the remaining volatile substances and opening of pores to produce activated carbon,
- активированный уголь охлаждают до 30-40°С и направляют на фасовку. - activated carbon is cooled to 30-40°C and sent for packaging.
В качестве отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности используют лузгу зерновых и/или опилки, а также топливные пеллеты, изготовленные из лузги зерновых и/или опилок. Grain husks and/or sawdust, as well as fuel pellets made from grain husks and/or sawdust, are used as waste from the grain processing and forestry industries.
Прочность формованного активированного угля задается на этапе предварительной подготовки (экструдирования) и в результате, на этой стадии можно получить формованные пеллеты двух видов плотности - высокоплотные (620 -750 г/л) и средней плотности (500-600 г/л). The strength of molded activated carbon is set at the stage of preliminary preparation (extrusion) and as a result, at this stage it is possible to obtain molded pellets of two types of density - high-density (620-750 g/l) and medium density (500-600 g/l).
Для повышения эффективности способа и снижения энергопотребления: To increase the efficiency of the method and reduce energy consumption:
- пиролизный газ после циклона направляют на горелку для сжигания, а дымовые газы, полученные от сжигания пиролизного газа, последовательно используются для обеспечения всего термического процесса - перегрева пара, карбонизации, активации, сушки сырья; - the pyrolysis gas after the cyclone is sent to the burner for combustion, and the flue gases obtained from the combustion of the pyrolysis gas are sequentially used to ensure the entire thermal process - steam superheating, carbonization, activation, drying of raw materials;
- отработанный пар из циклона, установленного после печи активации, направляют в топку парового котла для выжигания из него всех газов, других продуктов активации и полной утилизации тепловой энергии. Это позволит снизить расход топлива до 50%. - waste steam from the cyclone installed after the activation furnace is sent to the furnace of the steam boiler to burn out all gases and other activation products and completely utilize thermal energy. This will reduce fuel consumption by up to 50%.
В частности, для снижения энергопотребления, для сушки сырья используются отработанные дымовые газы из печи карбонизации, для нагрева сырья в печи карбонизации - отработанные газы из печи активации с температурой 650°-850°С, а на стадиях сушки, карбонизации, активации, перегрева пара используют дымовые газы, полученные от сжигания в горелке пиролизного газа, выделившегося в печи карбонизации. In particular, to reduce energy consumption, waste gases from the carbonization furnace are used to dry the raw materials, waste gases from the activation furnace with a temperature of 650°-850°C are used to heat the raw materials in the carbonization furnace, and at the stages of drying, carbonization, activation, steam superheating They use flue gases obtained from burning pyrolysis gas released in a carbonization furnace in a burner.
Также, для снижения теплопотерь от перемещения топочных газов и перегретого пара, над печью активации установлен пароперегреватель, в котором осуществляют нагрев пара до 950-1000°С. Also, to reduce heat loss from the movement of flue gases and superheated steam, a superheater is installed above the activation furnace, in which the steam is heated to 950-1000°C.
Если же в качестве отходов используют скорлупу орехов и фруктовую косточку, то из них получают гранулированный активированный уголь и на первом этапе, до сушки, их измельчают до 3-5 мм, далее процесс аналогичен вышеописанному способу. If nut shells and fruit seeds are used as waste, then granular activated carbon is obtained from them and at the first stage, before drying, they are crushed to 3-5 mm, then the process is similar to the method described above.
4 4
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Также технический результат достигается при использовании установки получения активированного угля из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, которая содержит последовательно соединенные бункер, экструдер, выполненный с возможностью изменения давления, гранулятор, выполненный с возможностью изменения размера и плотности пеллет, сушилку, соединенную посредством горизонтального шнека с нижней частью печи карбонизации, соединенную с циклоном отделения кокса от пиролизного газа, горизонтальный шнек для подачи кокса в печь активации, установленный за печью активации циклон для отделения паров от активированного угля, устройство охлаждения активированного угля, соединенное с бункером для фасовки активированного угля. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Also, the technical result is achieved by using an installation for the production of activated carbon from waste from the grain processing and forestry industries, which contains a hopper connected in series, an extruder configured to change pressure, a granulator configured to change the size and density of pellets, a dryer connected by means of a horizontal screw to the bottom part of the carbonization furnace connected to a cyclone for separating coke from the pyrolysis gas, a horizontal screw for feeding coke into the activation furnace, a cyclone installed behind the activation furnace for separating vapors from activated carbon, an activated carbon cooling device connected to a hopper for packaging activated carbon.
Для повышения эффективности установки и снижения потребления энергии: To improve installation efficiency and reduce energy consumption:
- печи карбонизации и активации содержат вал с лопатками, обеспечивающими равномерное перемешивание и перемещение сырья вверх, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью вращения, при этом наружные поверхности печи карбонизации и печи активации выполнены с пластинчатым оребрением в виде многозаходной спирали, направленной сверху вниз, а внутренние поверхности печи карбонизации и печи активации покрыты вертикально расположенными пластинами, имеющими разрывы по радиусу корпуса печи карбонизации и печи активации для прохода лопаток вертикального вала; - carbonization and activation furnaces contain a shaft with blades that ensure uniform mixing and upward movement of raw materials, located inside the housing and designed for rotation, while the outer surfaces of the carbonization furnace and activation furnace are made with lamellar fins in the form of a multi-pass spiral directed from top to bottom, and the internal surfaces of the carbonization furnace and the activation furnace are covered with vertically located plates that have gaps along the radius of the body of the carbonization furnace and the activation furnace for the passage of the vertical shaft blades;
- циклон отделения кокса от пиролизного газа соединен с горелкой сжигания пиролизного газа; установка дополнительно содержит пароперегреватель, установленный непосредственно над печью активации в одном корпусе. - the cyclone for separating coke from the pyrolysis gas is connected to a burner for burning the pyrolysis gas; the installation additionally contains a superheater installed directly above the activation furnace in one housing.
С целью снижения давления пиролизного газа в печи карбонизации и давления пара в печи активации почти до атмосферного (0,1 бар) паропроводы и газоходы выполнены большого сечения и подбираются в зависимости от производительности установки. Это позволит отказаться от использования газозапорного оборудования и шлюзовых затворов. In order to reduce the pressure of the pyrolysis gas in the carbonization furnace and the steam pressure in the activation furnace to almost atmospheric (0.1 bar), the steam lines and gas ducts are made of a large cross-section and are selected depending on the performance of the installation. This will allow us to abandon the use of gas shut-off equipment and sluice gates.
В случае использования в качестве отходов скорлупы орехов и фруктовой косточки, перед сушилкой, вместо экструдера и гранулятора, устанавливают измельчитель. If nut shells and fruit seeds are used as waste, a grinder is installed in front of the dryer, instead of an extruder and granulator.
Таким образом, в результате реализации способа переработки отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности с получением активированного угля существенно снижается расход энергии и топлива, что достигается за счет эффективного использования тепла выделяющихся в процессе пиролизного газа и пара, за счет увеличения внутренней и наружной поверхности печи карбонизации и печи активации, поскольку увеличенная наружная поверхность передает внутренней поверхности и пластинам печи большее количество тепловой энергии, которая обеспечивает энтальпию перегретого пара внутри печи, при этом многозаходная спираль печи карбонизации и печи активации в три раза увеличивает наружную поверхность теплосъема и обеспечивает движение дымовых газов сверху вниз по спирали, что увеличивает время контакта дымовых газов с печью и максимальную передачу тепла от дымовых газов печи, а вертикальные пластины увеличивают Thus, as a result of the implementation of the method of processing waste from the grain processing and forestry industry to produce activated carbon, energy and fuel consumption is significantly reduced, which is achieved through the effective use of heat generated in the pyrolysis gas and steam process, by increasing the internal and external surface of the carbonization furnace and furnace activation, since the increased outer surface transfers to the internal surface and plates of the furnace a greater amount of thermal energy, which provides the enthalpy of superheated steam inside the furnace, while the multi-pass spiral of the carbonization furnace and activation furnace triples the outer heat removal surface and ensures the movement of flue gases from top to bottom in a spiral , which increases the contact time of the flue gases with the furnace and the maximum heat transfer from the flue gases of the furnace, and the vertical plates increase
5 5
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) внутреннюю (абляционную) поверхность печи в два раза и обеспечивают максимальную теплопередачу от спиральнорасположенных пластин, находящихся на наружной поверхности печи, перерабатываему материалу, находящемуся внутри печи, в пространство между обмуровкой и корпусом печи. Кроме этого, увеличение КПД процесса происходит за счет сокращения времени карбонизации и активации за счет противоточного движения обрабатываемого сырья в печи карбонизации и печи активации и потоков газов, которыми осуществляют нагрев. При этом выделившийся в печи карбонизации пиролизный газ, а в печи активации - перегретый пар, двигаются в одном направлении с сырьем, ускоряют его продвижение в печах и обеспечивают высокую эффективность использования пиролизного газа и пара для дополнительного нагрева, что также обеспечивает высокую эффективность установки, ускоряет начало прохождения реакции активации угля и, соответственно, сокращает время получения конечного продукта без потери его качества. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the internal (ablative) surface of the furnace is doubled and ensure maximum heat transfer from the spirally arranged plates located on the outer surface of the furnace to the processed material located inside the furnace into the space between the lining and the furnace body. In addition, an increase in the efficiency of the process occurs due to a reduction in the carbonization and activation time due to the countercurrent movement of the processed raw materials in the carbonization furnace and activation furnace and the gas flows used for heating. At the same time, the pyrolysis gas released in the carbonization furnace, and superheated steam in the activation furnace, move in the same direction with the raw material, accelerate its progress in the furnaces and ensure high efficiency in the use of pyrolysis gas and steam for additional heating, which also ensures high efficiency of the installation, speeds up the beginning of the carbon activation reaction and, accordingly, reduces the time for obtaining the final product without losing its quality.
Далее решение поясняется на примере переработки лузги гречневой в формованный активированный уголь, при этом данный пример не ограничивает патентуемое решение, поскольку указанные параметры для лузги гречневой подойдут для переработки всех остальных заявленных культур. The solution is further explained using the example of processing buckwheat hulls into molded activated carbon, while this example does not limit the patented solution, since the specified parameters for buckwheat husks are suitable for processing all other declared crops.
На первом этапе переработки лузги гречневой её подают в экструдер, в котором она деформируется до заданной дисперсности (размер частиц 1-3 мм ) и влажности 11-16 % в зависимости от требований к номенклатуре активированного угля, после экструдера обработанная масса подаётся в пресс-гранулятор где происходит прессование пеллет высокой прочности с натурой 500-600 г/л для активированных углей с параметрами древесных углей и с натурой 750 г/л для активированных углей с показателями каменных углей. At the first stage of processing buckwheat husks, it is fed into an extruder, in which it is deformed to a given dispersion (particle size 1-3 mm) and humidity 11-16%, depending on the requirements for the range of activated carbon; after the extruder, the processed mass is fed into a press granulator where high-strength pellets are pressed with a nature of 500-600 g/l for activated carbon with the parameters of charcoal and with a nature of 750 g/l for activated carbon with the parameters of hard coal.
На втором этапе прочные пеллеты подаются в печь карбонизации, в которой происходит процесс абляционного высокотемпературного пиролиза. In the second stage, durable pellets are fed into a carbonization furnace, in which the process of ablative high-temperature pyrolysis occurs.
На третьем этапе полученный кокс подают в печь активации. At the third stage, the resulting coke is fed into the activation furnace.
На четвертом этапе полученный активированный уголь охлаждают и подают в бункер для фасовки. At the fourth stage, the resulting activated carbon is cooled and fed into a bunker for packaging.
Далее изобретение поясняется подробно со ссылкой на фигуру, на которой приведена технологическая схема установки переработки лузги гречихи, посредством которой осуществляется способ. Next, the invention is explained in detail with reference to the figure, which shows a technological diagram of a plant for processing buckwheat husks, through which the method is carried out.
Как показано на фигуре, лузга гречихи загружается в бункер 1, из него поступает в экструдер 2, в котором под действием высокого давления 3 -4 МПа повышается температура 120-180°С и происходит экструзионное измельчение лузги до размеров 1 -3 мм и влажности 11- 16%, дисперсность порошка регулируется оборотами вала экструдера, от степени измельчения лузги в экструдере зависит плотность и монолитность пеллет, далее экструдированный порошок поступает в пресс-гранулятор 3, пелетирование происходит под давлением 3-4 МПа, на выходе из которого получаются пеллеты диаметром 4-8 мм в зависимости от размера установленной матрицы и заданного размера для получения активированного угля, далее As shown in the figure, buckwheat husk is loaded into hopper 1, from it it enters extruder 2, in which, under the influence of high pressure 3 -4 MPa, the temperature rises to 120-180 ° C and extrusion grinding of the husk occurs to sizes 1 -3 mm and humidity 11 - 16%, the dispersion of the powder is regulated by the speed of the extruder shaft, the density and solidity of the pellets depends on the degree of grinding of the husks in the extruder, then the extruded powder enters the press granulator 3, pelleting occurs under a pressure of 3-4 MPa, at the output of which pellets with a diameter of 4 are obtained -8 mm depending on the size of the installed matrix and the specified size for obtaining activated carbon, then
6 6
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) пеллеты поступают в конвейерную сушилку 4, обогреваемую отработанными и разбавленными до 130°С топочными газами из печи карбонизации 6, пеллеты в сушилке 4 просушиваются до влажности 3 -7% и шнеком 5 их подают в нижнюю часть печи карбонизации 6, далее пеллеты под действием лопаток вертикального вала печи карбонизации 6 перемещаются от центра вала к наружной стенке печи и снова к центру в освободившееся место, при наличии подпора, создаваемого шнеком 5, весь перемешиваемый слой двигается вверх, это движение усиливается потоком пиролизного газа, выделившимся из пеллет, отработанные топочные газы из печи активации 9 с температурой 650°-850°С поступают в верхний газоход печи карбонизации 6, проходя сверху вниз по многозаходной спирали в пространстве пластинчатого оребрения печи, ограниченного массивной обмуровкой. Данная конструкция обеспечивает дельту температур топочных газов между входом и выходом из печи до 350°С, отработанные топочные газы с температурой 300- 400°С выводятся из печи карбонизации 6 через расположенный внизу газоход. Тепловая энергия, переданная топочными газами, на корпус печи с пластинчатым оребрением, абляционным способом (за счет контакта с внутренними стенками печи и вертикальными пластинами, расположенными внутри корпуса печи) передаётся пеллетам, за счет этого обеспечивается равномерный нагрев пеллет в корпусе печи до температуры 550°-700°С. При этом равномерный нагрев и одновременное перемешивание пеллет вызывает активное выделение летучих веществ (происходит процесс пиролиза), наличие же свободного кислорода в составе летучих веществ обеспечивает прохождение экзотермической реакции, что значительно снижает энергопотребление в печи карбонизации 6. Пройдя весь корпус печи снизу вверх, пеллеты на 60-70% освобождаются от летучих веществ и превращаются в формованный кокс (далее по тексту кокс), который с температурой 550-700°С поступает в циклон 7, в котором происходит разделение на пиролизный газ и кокс. Пиролизный газ из циклона 7 по утеплённому газоходу поступает в горелку 13. Топочные газы из горелки 13 с температурой 1050-1150° С поступают в верхний газоход печи активации 9, проходят через пароперегреватель 16, поднимая температуру пара от 200°С до 950-1000°С и далее, проходя сверху вниз по многозаходной спирали пластинчатого оребрения печи активации 9 с массивной обмуровкой, обеспечивает дельту температур топочных газов между входом и выходом из печи до 350°С. Отработанные топочные газы с температурой 800° - 650°С выводятся из печи активации через газоход, расположенный внизу печи активации 9. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The pellets enter the conveyor dryer 4, heated by waste gases from the carbonization furnace 6, which are diluted to 130°C. The pellets in the dryer 4 are dried to a humidity of 3-7% and by a screw 5 they are fed into the lower part of the carbonization furnace 6, then the pellets are driven by the blades. of the vertical shaft of the carbonization furnace 6 move from the center of the shaft to the outer wall of the furnace and again to the center in the free space, in the presence of support created by the screw 5, the entire mixed layer moves upward, this movement is enhanced by the flow of pyrolysis gas released from the pellets, waste flue gases from activation furnaces 9 with a temperature of 650°-850°C enter the upper gas duct of the carbonization furnace 6, passing from top to bottom along a multi-pass spiral in the space of the plate fins of the furnace, limited by massive lining. This design provides a flue gas temperature delta between the inlet and outlet of the furnace of up to 350°C; waste flue gases with a temperature of 300-400°C are removed from the carbonization furnace 6 through a flue located below. The thermal energy transferred by the flue gases to the furnace body with plate fins is transferred to the pellets by ablative method (due to contact with the internal walls of the furnace and vertical plates located inside the furnace body), which ensures uniform heating of the pellets in the furnace body to a temperature of 550° -700°C. In this case, uniform heating and simultaneous mixing of the pellets causes the active release of volatile substances (the process of pyrolysis occurs), and the presence of free oxygen in the composition of the volatile substances ensures the passage of an exothermic reaction, which significantly reduces energy consumption in the carbonization furnace 6. Having passed the entire furnace body from the bottom up, the pellets are 60-70% are freed from volatile substances and converted into molded coke (hereinafter referred to as coke), which at a temperature of 550-700°C enters cyclone 7, in which separation into pyrolysis gas and coke occurs. Pyrolysis gas from cyclone 7 enters burner 13 through an insulated gas duct. Flue gases from burner 13 with a temperature of 1050-1150° C enter the upper gas duct of activation furnace 9, pass through superheater 16, raising the steam temperature from 200° C to 950-1000° C and further, passing from top to bottom along the multi-pass spiral of the plate fin of activation furnace 9 with massive lining, it ensures a temperature delta of the flue gases between the inlet and outlet of the furnace up to 350°C. Waste flue gases with a temperature of 800° - 650°C are removed from the activation furnace through a flue located at the bottom of the activation furnace 9.
Кокс из циклона 7 посредством горизонтального шнека 8 подают в нижнюю часть печи активации 9, в которой кокс под действием лопаток вертикального вала, перемещается от центра вала к наружной стенке печи и снова к центру в освободившееся место. При наличии подпора, создаваемого шнеком 8, весь перемешиваемый слой двигается вверх, это движение усиливается потоком перегретого пара, поступающего из пароперегревателя 16, расположенного прямо над печью 9, в коллектор 17, из которого через рассеиватели 18 перегретый пар попадает во внутреннее пространство печи активации 9. Расход пара регулируется на основании показателей расходомера 15 в зависимости от назначенных параметров активированного угля - при увеличенном расходе пара до 4 кг на 1 кг угля Coke from the cyclone 7 is fed through a horizontal screw 8 into the lower part of the activation furnace 9, in which the coke, under the action of the blades of the vertical shaft, moves from the center of the shaft to the outer wall of the furnace and again to the center into the vacant space. In the presence of backwater created by the screw 8, the entire mixed layer moves upward, this movement is enhanced by the flow of superheated steam coming from the superheater 16, located directly above the furnace 9, into the collector 17, from which, through the diffusers 18, the superheated steam enters the internal space of the activation furnace 9 Steam consumption is regulated based on the indicators of flow meter 15 depending on the assigned parameters of activated carbon - with increased steam consumption up to 4 kg per 1 kg of coal
7 7
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) увеличивается адсорбционная поверхность до 1100 м2/г , но снижается прочность угля до 45% , при снижении расхода пара до 2 кг на 1 кг угля прочность достигает 90%, а поверхность снижается до 500м2/г. Тепловая энергия, переданная топочными газами на корпус печи с пластинчатым оребрением, абляционным способом передаётся коксу и пару за счет непосредственного контакта внутренних стенок печи активации 9 и вертикальных пластин, расположенных внутри ее корпуса, за счет этого кокс в корпусе печи равномерно прогреваются до температуры 700-900°С , передаваемой от стенок печи и перегретого до 1000°С водяного пара, и происходит удаление остатка летучих веществ и раскрытие пор, и углеродный материал приобретает высокую адсорбционную способность. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the adsorption surface increases to 1100 m 2 /g, but the strength of coal decreases to 45%; when steam consumption is reduced to 2 kg per 1 kg of coal, the strength reaches 90%, and the surface decreases to 500 m 2 /g. The thermal energy transferred by the flue gases to the furnace body with plate fins is ablatively transferred to coke and steam due to direct contact of the internal walls of the activation furnace 9 and the vertical plates located inside its body, due to this the coke in the furnace body is uniformly heated to a temperature of 700- 900°C, transmitted from the walls of the furnace and water vapor superheated to 1000°C, and the remaining volatile substances are removed and the pores are opened, and the carbon material acquires high adsorption capacity.
Таким образом, эффективность процесса активации увеличивается за счёт прогрева кокса от пластин внутреннего корпуса, самого корпуса печи и перегретого пара, а время процесса активации снижается вдвое. При этом за счёт контакта пара с пластинами и корпусом температура (энтальпия) пара поддерживается по всему объёму активатора на одном уровне. Thus, the efficiency of the activation process is increased due to the heating of coke from the plates of the internal casing, the furnace body itself and superheated steam, and the activation process time is halved. At the same time, due to the contact of the steam with the plates and the body, the temperature (enthalpy) of the steam is maintained throughout the entire volume of the activator at the same level.
Далее смесь пара и активированного угля разделяют в циклоне 10. Отработанный пар направляют в топку парового котла 14 для прокаливания и выжигания из него всех газов и других продуктов активации, что снижает на 50 % расход топлива в паровом котле 14, повышает КПД котла и снижает выбросы в атмосферу СО2 за счёт снижения расхода топлива. Next, the mixture of steam and activated carbon is separated in cyclone 10. The spent steam is sent to the furnace of steam boiler 14 for calcination and burning out of it all gases and other activation products, which reduces fuel consumption in steam boiler 14 by 50%, increases boiler efficiency and reduces emissions into the atmosphere CO2 by reducing fuel consumption.
Формованный активированный уголь из циклона 10 направляют в шнек 11, охлаждаемый водянкой рубашкой, где охлаждают до 30-40°С и далее направляют в бункер 12 для фасовки. Molded activated carbon from the cyclone 10 is sent to a screw 11, cooled by a water jacket, where it is cooled to 30-40°C and then sent to a hopper 12 for packaging.
Так, для получения угля с характеристиками БАУ с высокой пористостью до 1200 м2/г и низкой прочностью - не более 55%, пеллеты производятся насыпной плотностью 500-600 г/л за счёт снижения давления в экструдере, что достигается снижением оборотов вала экструдера, а для получения углей марки АР, СК-АГ давление в экструдере увеличивается до максимального при увеличении оборотов вала экструдера до номинальных, насыпная плотность пеллет при этом получается 620-750 г/л, и полученный активированный уголь из таких пеллет имеет пористость до 700 м2/г и прочность более 90%. Thus, to obtain coal with the characteristics of BAU with high porosity up to 1200 m2/g and low strength - no more than 55%, pellets are produced with a bulk density of 500-600 g/l by reducing the pressure in the extruder, which is achieved by reducing the speed of the extruder shaft, and to produce AR and SK-AG grade coals, the pressure in the extruder increases to the maximum when the extruder shaft speed increases to nominal, the bulk density of the pellets is 620-750 g/l, and the resulting activated carbon from such pellets has a porosity of up to 700 m2/g and strength more than 90%.
Таким образом, использование патентуемого способа и установки для его осуществления позволяет производить высокопрочные пеллеты, изготовленные из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, также обеспечивает возможность переработки топливных пеллет из органических отходов в активированный уголь. Thus, the use of a patented method and installation for its implementation makes it possible to produce high-strength pellets made from waste from the grain processing and forestry industries, and also provides the possibility of processing fuel pellets from organic waste into activated carbon.
Кроме этого, поскольку перевозка пеллет легко вписывается в транспортную логистику, а перевозка лузги с натурой 140 г/л невозможна - 20-тонный автомобиль может перевозить не более 5 тонн лузги, то предложенная позволит разместить ее в любом месте без привязки к сырьевому ресурсу. In addition, since the transportation of pellets easily fits into transport logistics, and the transportation of husks with a natural volume of 140 g/l is impossible - a 20-ton car can transport no more than 5 tons of husks, the proposed one will allow it to be placed anywhere without being tied to a raw material resource.
8 8
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
Е Способ получения активированного угля из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, характеризующийся тем, что управление свойствами активированного угля осуществляют на этапе производства формованных пеллет за счет следующих стадий: E A method for producing activated carbon from waste from the grain processing and forestry industries, characterized by the fact that the properties of activated carbon are controlled at the stage of production of molded pellets through the following stages:
- осуществляют экструдирование отходов до порошка дисперсностью 1-3 мм и влажностью 11-16%, - carry out extrusion of waste to powder with a dispersion of 1-3 mm and a moisture content of 11-16%,
- далее измельченные отходы подают в гранулятор, на выходе из которого получают высокопрочные монолитные пеллеты диаметром 4-8 мм и плотностью 500-750 г/л, - then the crushed waste is fed into a granulator, at the output of which high-strength monolithic pellets with a diameter of 4-8 mm and a density of 500-750 g/l are obtained,
- после чего пеллеты направляют на сушку при температуре 120-180°С до влажности 3- 7%; - after which the pellets are sent for drying at a temperature of 120-180°C to a humidity of 3-7%;
- после которой посредством горизонтального шнека отходы перемещают в нижнюю часть печи карбонизации, в которой осуществляют перемещение сырья вверх за счет подпора, создаваемого горизонтальным шнеком и потоком пиролизного газа, выделяющегося из сырья, при этом нагрев сырья проводят без доступа кислорода до температуры 300-850°С за счет непосредственного контакта внутренних стенок печи карбонизации и вертикальных пластин, расположенных внутри ее корпуса, и проходящим сверху вниз по многозаходной спирали в пространстве пластинчатого оребрения печи карбонизации потоком газа с температурой 650- 850°С, в результате чего происходит удаление 60-80% летучих веществ, - after which, by means of a horizontal screw, the waste is moved to the lower part of the carbonization furnace, in which the raw material is moved upward due to the support created by the horizontal screw and the flow of pyrolysis gas released from the raw material, while the raw material is heated without access to oxygen to a temperature of 300-850 ° C due to direct contact of the internal walls of the carbonization furnace and the vertical plates located inside its body, and a gas flow with a temperature of 650-850°C passing from top to bottom along a multi-pass spiral in the space of the plate fins of the carbonization furnace, resulting in a removal of 60-80% volatile substances,
- из печи карбонизации смесь газа и кокса подают в циклон, где разделяют на кокс и пиролизный газ, - from the carbonization furnace, a mixture of gas and coke is fed into a cyclone, where it is separated into coke and pyrolysis gas,
- кокс с помощью горизонтального шнека направляют в нижнюю часть печи термопарогазовой активации, в которой осуществляют нагревание кокса до 700-900°С за счет непосредственного контакта внутренних стенок печи активации и вертикальных пластин, расположенных внутри ее корпуса, и перегретого до 1000°С пара, а также перемещение кокса вверх от центра вала к наружной стенке печи и снова к центру в освободившееся место за счет подпора, создаваемого горизонтальным шнеком и потоком перегретого пара, подаваемого в нижнюю часть внутреннего пространства печи активации из пароперегревателя, при этом происходит удаление остатка летучих веществ и раскрытие пор с получением активированного угля, - coke is directed using a horizontal screw to the lower part of the thermo-steam-gas activation furnace, in which the coke is heated to 700-900°C due to direct contact of the internal walls of the activation furnace and vertical plates located inside its body, and steam superheated to 1000°C, as well as the movement of coke upward from the center of the shaft to the outer wall of the furnace and again to the center into the vacant space due to the support created by the horizontal screw and the flow of superheated steam supplied to the lower part of the internal space of the activation furnace from the superheater, while removing the remaining volatile substances and opening of pores to produce activated carbon,
- активированный уголь охлаждают до 30-40°С и направляют на фасовку. - activated carbon is cooled to 30-40°C and sent for packaging.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве отходов используют лузгу зерновых и/или опилки, а также топливные пеллеты, изготовленные из лузги зерновых и/или опилок. 2. The method according to claim 1, characterized in that grain husks and/or sawdust, as well as fuel pellets made from grain husks and/or sawdust, are used as waste.
3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что пиролизный газ после циклона направляют на горелку для сжигания. 3. The method according to claim 1, characterized in that the pyrolysis gas after the cyclone is directed to a burner for combustion.
9 9
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
4. Способ по п.З, характеризующийся тем, что дымовые газы, полученные от сжигания пиролизного газа, последовательно используют для обеспечения всего термического процесса - перегрева пара, карбонизации, активации, сушки сырья. 4. The method according to claim 3, characterized by the fact that the flue gases obtained from the combustion of pyrolysis gas are sequentially used to ensure the entire thermal process - steam superheating, carbonization, activation, drying of raw materials.
5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что отработанный пар из циклона, установленного после печи активации, направляют в топку парового котла для выжигания из него всех газов, других продуктов активации и полной утилизации тепловой энергии. 5. The method according to claim 1, characterized in that the exhaust steam from the cyclone installed after the activation furnace is sent to the furnace of the steam boiler to burn out all gases and other activation products from it and completely utilize thermal energy.
6. Установка получения активированного угля из отходов зерноперерабатывающей и лесной промышленности, характеризующаяся тем, что содержит последовательно соединенные бункер, экструдер, выполненный с возможностью изменения давления, гранулятор, выполненный с возможностью изменения размера и плотности пеллет, сушилку, соединенную посредством горизонтального шнека с нижней частью печи карбонизации, соединенную с циклоном отделения кокса от пиролизного газа, горизонтальный шнек для подачи кокса в печь активации, установленный за печью активации циклон для отделения паров от активированного угля, устройство охлаждения активированного угля, соединенное с бункером для фасовки активированного угля. 6. Installation for the production of activated carbon from waste from the grain processing and forestry industries, characterized in that it contains a hopper connected in series, an extruder configured to change pressure, a granulator configured to change the size and density of pellets, a dryer connected by means of a horizontal screw to the lower part a carbonization furnace connected to a cyclone for separating coke from the pyrolysis gas, a horizontal screw for feeding coke into the activation furnace, a cyclone installed behind the activation furnace for separating vapors from activated carbon, an activated carbon cooling device connected to a hopper for packaging activated carbon.
7. Установка по и.6, характеризующаяся тем, что печи карбонизации и активации содержат вал с лопатками, обеспечивающими равномерное перемешивание и перемещение сырья вверх, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью вращения. 7. Installation according to item 6, characterized in that the carbonization and activation furnaces contain a shaft with blades that ensure uniform mixing and upward movement of the raw material, located inside the housing and rotatable.
8. Установка по и.6, характеризующаяся тем, что наружные поверхности печи карбонизации и печи активации выполнены с пластинчатым оребрением в виде многозаходной спирали, направленной сверху вниз. 8. Installation according to item 6, characterized in that the outer surfaces of the carbonization furnace and activation furnace are made with plate fins in the form of a multi-pass spiral directed from top to bottom.
9. Установка по и.8, характеризующаяся тем, что внутренние поверхности печи карбонизации и печи активации покрыты вертикально расположенными пластинами, имеющими разрывы по радиусу корпуса печи карбонизации и печи активации для прохода лопаток вертикального вала. 9. Installation according to item 8, characterized in that the internal surfaces of the carbonization furnace and the activation furnace are covered with vertically located plates that have gaps along the radius of the body of the carbonization furnace and the activation furnace for the passage of the blades of the vertical shaft.
10. Установка по и.6, характеризующаяся тем, что циклон отделения кокса от пиролизного газа соединен с горелкой сжигания пиролизного газа. 10. Installation according to item 6, characterized in that the cyclone for separating coke from pyrolysis gas is connected to a burner for burning pyrolysis gas.
11. Установка по и.6, характеризующаяся тем, что дополнительно содержит пароперегреватель, установленный непосредственно над печью активации в одном корпусе. 11. Installation according to item 6, characterized in that it additionally contains a superheater installed directly above the activation furnace in one housing.
10 10
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2023/050201 2022-08-31 2023-08-29 Method and apparatus for producing activated carbon WO2024049330A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2022123296 2022-08-31
RU2022123296A RU2785170C1 (en) 2022-08-31 Method and installation for production of activated carbon from waste of grain-processing and forestry industry

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024049330A1 true WO2024049330A1 (en) 2024-03-07

Family

ID=90098451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2023/050201 WO2024049330A1 (en) 2022-08-31 2023-08-29 Method and apparatus for producing activated carbon

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024049330A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030221363A1 (en) * 2002-05-21 2003-12-04 Reed Thomas B. Process and apparatus for making a densified torrefied fuel
RU92861U1 (en) * 2009-12-14 2010-04-10 Игорь Георгиевич Соловьев INSTALLATION FOR PRODUCING WOODEN ACTIVE COAL
RU2490207C2 (en) * 2010-10-28 2013-08-20 Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method of obtaining activated coal
RU2721696C1 (en) * 2020-03-03 2020-05-21 Юрий Федорович Юрченко Pyrolysis coke processing method to produce activated carbon by steam and gas activation
RU2749665C1 (en) * 2020-10-16 2021-06-16 Юрий Фёдорович Юрченко Method for production and catalytic cracking of synthesis gas in vertical continuous gasification reactor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030221363A1 (en) * 2002-05-21 2003-12-04 Reed Thomas B. Process and apparatus for making a densified torrefied fuel
RU92861U1 (en) * 2009-12-14 2010-04-10 Игорь Георгиевич Соловьев INSTALLATION FOR PRODUCING WOODEN ACTIVE COAL
RU2490207C2 (en) * 2010-10-28 2013-08-20 Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method of obtaining activated coal
RU2721696C1 (en) * 2020-03-03 2020-05-21 Юрий Федорович Юрченко Pyrolysis coke processing method to produce activated carbon by steam and gas activation
RU2749665C1 (en) * 2020-10-16 2021-06-16 Юрий Фёдорович Юрченко Method for production and catalytic cracking of synthesis gas in vertical continuous gasification reactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9994774B2 (en) Method of and system for grinding pyrolysis of particulate carbonaceous feedstock
CA2979019C (en) Biomass treatment process and apparatus
US20120042567A1 (en) Method and system for the torrefaction of lignocellulosic material
WO2013029410A1 (en) Processing technique of pulverized lignite
EP2710098B1 (en) Method of cooling a torrefied material
US9557105B2 (en) Method and arrangement for torrefaction with controlled addition of cooling liquid to the torrefied material
CN107365601A (en) A kind of Biomass Gasification ＆ Power Generation method using agriculture and forestry organic waste material
CN110616099A (en) Device and method for preparing biomass fuel by using crop straws
RU2785170C1 (en) Method and installation for production of activated carbon from waste of grain-processing and forestry industry
WO2024049330A1 (en) Method and apparatus for producing activated carbon
CN210885970U (en) Equipment for preparing biomass fuel by utilizing crop straws
WO2015005807A1 (en) Method of biomasses conversion into renewable fuel and a machine for biomasses conversion into renewable fuel
US20210054289A1 (en) Industrial complex for the production of charcoal
RU2321612C1 (en) Mode and installation for receiving activated carbon
RU2608599C2 (en) Device and method for production of charcoal
US2966400A (en) Lignite processing method
CN1013501B (en) Process for dry distillation of oil shale and its apparatus
CN113025354A (en) Self-heating type vertical axial flow roller ablation pyrolysis reaction device
CN201180150Y (en) Pelletizer for steel-smelting sewage sludge with drying method
RU2807761C1 (en) Automated installation for production of coal briquettes from biomass
KR102563241B1 (en) Energy saving type biochar production system using organic matter
RU2749389C1 (en) Method and installation for processing carbon-containing substances
CN110079346B (en) Biomass thermal cracking reactor of multi-chamber fluidized bed
WO2022153232A1 (en) A system for processing biomass and a method thereof
WO2023081997A1 (en) Method of biochar formation and machine for conversion of biomass to biochar

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23860975

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1