Реактор быстрой активации для производства активных углей

Полезная модель относится к области термохимических процессов и предназначена для быстрой физико-химической и каталитической активации углистых веществ и карбонизатов, прошедших стадию пиролиза. Реактор быстрой активации для производства активных углей состоит из корпуса с расположенной в нем топкой, снабженной горелкой с топливным бачком и воздухонаддувом. Корпус оборудован рядом вертикальных каналов, причем внутренние каналы предназначены для прохождения флюидной газовзвеси, а внешние каналы - для прохождения теплоносителя. Внутренние и внешние каналы размещены по принципу «труба в трубе», при этом в верхней части внутренних каналов, кроме первого и последнего, размещены катализаторы на твердом носителе в виде стержней. Корпус реактора и топка выполнены из жаропрочного бетона. Диаметр стержня катализатора составляет 1/6-1/10 диаметра внутреннего канала для прохождения флюидной газовзвеси, а длина стержня катализатора составляет 1/10-1/12 высоты внутреннего канала для прохождения флюидной газовзвеси. 1 илл.

Настоящая полезная модель относится к области термохимических процессов и предназначена для быстрой физико-химической и каталитической активации углистых веществ и карбонизатов, прошедших стадию пиролиза.

Известен, например, термический модуль для производства активированных углей, содержащий горизонтальную печь активации с возможностью ее вращения, снабженную футеровкой со сквозными каналами и коллектором вывода газов активации, размещенным на одном конце печи активации и соединенным с ним через устройство герметизации. С коллектором объединены устройства загрузки карбонизата, подачи перегретого пара, дожигания газов активации и подготовки перегретого пара. (RU 2235682, С1, 10.09.2004).

Известное техническое решение не реализует принцип быстрой активации для производства активированных углей, что не позволяет увеличить выход готового продукта.

В основе настоящей полезной модели лежит задача по созданию такой конструкции реактора быстрой активации, которая позволит повысить его эксергетический КПД, увеличить выход готового продукта и получить на выходе активные угли различного назначения в виде порошкообразного или зернистого продукта.

Технический результат заключается в ускорении реакции процессов внешнего и внутреннего тепло - и массопереноса, гетерогенно-каталитической химической реакции, протекающих в среде перегретого пара. Технический результат заключается также в регенерации топочных газов.

Технический результат достигается тем, что реактор быстрой активации для производства активных углей, состоит из корпуса с расположенной в нем топкой, снабженной горелкой с топливным бачком и воздухонаддувом, и оборудованного рядом вертикальных каналов, причем внутренние каналы, предназначенные для прохождения флюидной газовзвеси, и внешние каналы, предназначенные для прохождения теплоносителя, размещены по принципу «труба в трубе», при этом в верхней части внутренних каналов, кроме первого и последнего, размещены катализаторы на твердом носителе в виде стержней.

Технический результат достигается также тем, что корпус реактора и топка выполнены из жаропрочного бетона. На достижение технического результата влияет также диаметр и длина стержней катализатора.

Оборудование реактора топкой, снабженной горелкой с воздухонаддувом обеспечивает необходимый температурный режим процесса быстрой активации.

Оборудование корпуса реактора рядом вертикальных каналов, размещенных по принципу «труба в трубе», обеспечивает эффективное протекание процесса внешнего и внутреннего тепло - и массопереноса.

Размещение катализаторов в верхней части внутренних каналов ускоряет процесс гетерогенно-каталитической химической реакции, протекающей в среде перегретого водяного пара.

Выполнение корпуса реактора и топки из жаропрочного бетона способствует оптимальному протеканию процесса активации и способствует более эффективному использованию топлива с минимальными потерями.

Используемые в реакторе катализаторы с определенным диаметром и длиной стержней и размещение их в верхней части внутренних каналов являются оптимальными для данной конструкции и также способствуют эффективному проведению процесса ускоренной активации.

Размещать катализаторы в первом и последнем каналах нецелесообразно, так как они там не функционируют.

Экспериментально установлено, что расход пара, загрузка флюидной газовзвеси по твердому компоненту и диаметр каналов находятся в определенной зависимости, что является предметом «ноу-хау» и в заявочных материалах не раскрывается.

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично представлен реактор быстрой активации для производства активных углей.

Реактор быстрой активации для производства активных углей состоит из корпуса 1 с расположенной в нем топкой 2, снабженной горелкой 3 с топливным бачком и воздухонаддувом, и оборудованного рядом вертикальных каналов 4 и 5, причем внутренние каналы 4, предназначенные для прохождения флюидной газовзвеси, и внешние каналы 5, предназначенные для прохождения теплоносителя, размещены по принципу «труба в трубе», при этом в верхней части внутренних каналов 4, кроме первого и последнего, размещены катализаторы 6 на твердом носителе в виде стержней.

Корпус 1 реактора и топка 2 выполнены из жаропрочного бетона.

Диаметр стержней катализаторов 6 составляет 1/6-1/10 диаметра внутреннего канала 4 для прохождения флюидной газовзвеси.

Длина стержней катализаторов 6 составляет 1/10-1/12 высоты внутреннего канала 4 для прохождения флюидной газовзвеси.

Реактор быстрой активации работает следующим образом.

Для создания необходимого температурного режима (~400°С±50°С) в топке 2 корпуса 1 реактора включается горелка 3. Теплоноситель в виде нагретых дымовых газов движется по внешним каналам 5. По внутренним каналам 4 противотоком движется подготовленная флюидная газовзвесь, при этом твердая фаза газовзвеси представляет собой карбонизат или углистое вещество, предварительно прошедшее пиролиз. Таким образом, флюидная газовзвесь движется от входа к выходу, а теплоноситель от выхода к входу. Этим обеспечивается поддержание близких к изотермическим условий реакции активации. В процессе движения по внутренним каналам 4 флюидная газовзвесь взаимодействует с катализаторами 6, интенсифицируя, тем самым, процесс активации углей. На выходе получаем угли различного назначения порошкообразной или зернистой структуры.

Преимуществом настоящего реактора является, прежде всего, снижение в 2-2,5 раза температуры процесса активации за счет наличия катализаторов при сохранении прежней скорости процесса. При этом происходит экономия расхода топлива в 2 раза.

Значительно сокращается время процесса активации, которое составляет 10-15 сек.

В конечном итоге регенерируется тепло топочных газов, увеличивается выход готового продукта, что значительно повышает эксергетический КПД реактора.

В настоящее время изготовлен опытный образец реактора, который прошел испытания, подтвердил высокую надежность в эксплуатации и позволил решить все поставленные задачи.

1. Реактор быстрой активации для производства активных углей, характеризующийся тем, что он состоит из корпуса с расположенной в нем топкой, снабженной горелкой с топливным бачком и воздухонаддувом, и оборудованного рядом вертикальных каналов, причем внутренние каналы, предназначенные для прохождения флюидной газовзвеси, и внешние каналы, предназначенные для прохождения теплоносителя, размещены по принципу «труба в трубе», при этом в верхней части внутренних каналов, кроме первого и последнего, размещены катализаторы на твердом носителе в виде стержней.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что корпус реактора и топка выполнены из жаропрочного бетона.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что диаметр стержня катализатора составляет 1/6-1/10 диаметра внутреннего канала для прохождения флюидной газовзвеси.

4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что длина стержня катализатора составляет 1/10-1/12 высоты внутреннего канала для прохождения флюидной газовзвеси.