Спосіб отримання активованого вугілля і пристрій для його здійснення

Изобретение относится к области получения активированного угля из отходов, конкретно из костры льна, конопли, шелухи риса, соломы, опилок и т.д. Известен способ получения активированного угля ["Лесохимия и подсочка", 1970, №50 с. 14-16, перевод с болгарского], включающий карбонизацию гидролизованных растительных отходов лигнина до 450°С в течение 4-5 час с последующей активацией в течение 2-10 часов. Однако известный способ осуществляется в течение длительного периода времени, что влияет на производительность процесса и в нем получается низкий выход угля (до 19%). Длительная активация снижает удельную поверхность, что влияет на качество угля. Наиболее близким предлагаемому способу является способ по авт.св. СССР №1079172, при котором термическое разложение проводят в виде карбонизации растительных отходов до 140-400°С со скоростью 1040 град/мин, в интервале 400-600°С со скоростью 15-30 град/мин и с выдержкой при 500-600°С в течение 1030 мин, а активацию ведут при 800-1000°С в течение 9-30 мин. Недостатком указанного способа являются дополнительные затраты на органические кислоты, применяемые при подготовке исходного материала. Процесс достаточно длительный и сложный, Известен аппарат для активации углеродных волокнистых материалов [Авт.св.№1604737], содержащий средство для транспортирования материала, рабочую камеру с размещенными в ней электродвигателем и патрубками для ввода активированного агента и отвода газообразных продуктов. Недостатком установки является то, что нагревательный элемент находится в рабочей зоне, а аппарат не связан с камерой для пиролиза. Известна червячная машина для переработки полимерных материалов [Авт.св. №385734], которая конструктивно наиболее близка с предлагаемым устройством и выбрана в качестве прототипа. Устройство содержит цилиндрический ступенчатый корпус с переменным внутренним диаметром. В корпусе с возможностью осевого перемещения установлен ступенчатый червяк с переменным по зонам шагом и глубиной нарезки, имеющий конические переходы, соединяющие цилиндрические участки. Кроме того, конструктивные особенности червяка не обеспечивают оптимальный режим производства активированного угля. Малый шаг и глубина нарезки в зоне питания затрудняют подачу плохо сыпучих материалов, отсутствие камеры активации не обеспечивает непрерывность технологического процесса. В основу настоящего изобретения была положена задача создания такого способа получения активированного угля и устройства для его осуществления, в котором были бы созданы такие условия пиролиза и активации, что позволили бы значительно сохранить затраты на процесс при упрощенной конструкции устройства. Это достигается тем, что получение активированного угля из отходов путем пиролиза и активации осуществляют непрерывно в одной установке, при этом пиролиз проводят при сжатии, а активацию с последующим охлаждением. Для этого устройство, содержащее корпус, в котором установлен ступенчатый червяк с переменным по зонам шагом и глубиной нарезки и имеющий конические переходы, соединяющие цилиндрические участки, снабжено камерой для активации и камерой для охлаждения, а червяк выполнен с шагом и глубиной нарезки уменьшающимися в сторону выгрузки, причем на участке зоны сжатия глубина нарезки уменьшается так, что образует конические переходы между цилиндрическими участками меньшего и большего внутренних диаметров при постоянном наружном диаметре червяка. Благодаря такому конструктивному решению создаются оптимальные условия для пиролиза и проведения непрерывного производства дешевого активированного угля. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид устройства для получения активированного угля, его кратким описанием и примерами конкретного выполнения. Заявляемое устройство содержит червяк 1, установленный в корпусе 2, который состоит из камеры пиролиза 3 и камеры активации 4. В камере пиролиза установлены термопары 5 для контроля температурного режима, в камере для активации имеется форсунка 6 для подачи перегретого пара. Корпус покрыт теплоизоляционным кожухом 7, имеет загрузочное 8 и выпускное 9 отверстия, на выпускное отверстие установлена камера для охлаждения 10 со змеевиком 11. Устройство имеет привод 12. Кроме того, камера для пиролиза 3 делится относительно изменения конструкции червяка на зону питания А, зону предварительного сжатия и нагрева Б и зону высокого давления и пиролиза В. Червяк 1 выполнен ступенчатым с цилиндрическим участком малого внутреннего диаметра в зоне питания А с коническим переходом, соединяющим цилиндрический участок большого диаметра зоны предварительного сжатия Б и коническим переходом перед цилиндрическим участком наибольшего диаметра зоны пиролиза В. Червяк имеет постоянный по всей длине наружный диаметр и переменный по зонам шаг, уменьшающийся в сторону выгрузки. Получение активированного угля по предлагаемому способу заключается в следующем. Исходный материал, которым могут быть плохосыпучие измельченные целлюлозосодержащие растительные отходы первичной обработки льна, конопли, риса, хлопка, опилки, солома и т.д., непрерывно загружают в загрузочный бункер 8, из которого сырье поступает в зону питания А, на участок червяка с увеличенным шагом и глубиной нарезки, обеспечивающие большой загрузочный объем этой части камеры, где сырье подвергается предварительной сушке. Нагрев осуществляется через стенку корпуса 2. Вращаясь, червяк захватывает подсушенный материал и подает его в зону предварительного сжатия и нагрева Б, где материал частично сжимается за счет увеличения диаметра червяка и конического перехода и вследствие резко уменьшенного объема камеры обжигается. Затем за счет того же вращения червяка материал попадает в зону высокого давления В, которое создается на участке с максимальным диаметром и минимальным объемом камеры. Здесь происходит процесс пиролиза без доступа воздуха, последнее обеспечивается за счет уменьшения объема и запрессовки материала. Минимальная глубина нарезки на этом участке обеспечивает перемещение уже уменьшенного объема переработанного материала, т.е. древесного угля. С последнего витка червяка древесный уголь высыпается в камеру активации 4, в которую подается перегретый пар через форсунку 6. Активацию проводят кратковременно. После чего через выпускное отверстие 9 активированный уголь попадает в камеру охлаждения 10 со змеевиком 11, в который подается холодная вода для охлаждения активированного угля и прекращения процесса активации. При получении активированного угля из шелухи риса навеску очищенных рисовых отходов 400 г загружают в зону питания устройства для получения активированного угля, где она по мере вращения червяка подсушивается при t=100-110°С. В зоне обжига поддерживается постоянная температура t = 350400°С, здесь в течение 30-60 сек происходит процесс обжига рисовой шелухи. Затем получаемый древесный уголь активируют в камере активации при t = 800-850°С в течение 10-15 сек и охлаждают. Выход активированного угля составляет 27%. Полученный активированный уголь имеет следующие характеристики: Таким образом, за счет увеличенного объема загрузочного участка, который достигается увеличенным шагом и глубиной нарезки в зоне питания и резко уменьшенного объема, полученного за счет конических переходов в зоне сжатия исходного материала. Это увеличивает степень соприкосновения с греющими частями устройства, что значительно ускоряет процесс. При этом создаются оптимальные условия для проведения процесса пиролиза, т.к. ликвидируется доступ воздуха. В таких условиях процесс протекает очень быстро при температуре ниже, чем в других способах, а качество получаемого угля выше. Кроме того, наличие в установке камеры активации с камерой охлаждения обеспечивает непрерывность процесса, что значительно упрощает технологию, устраняя транспортировку, снижает таким образом, затраты на процесс. Патентуемое изобретение, предусматривающее использование отходов первичной обработки лубяных культур, риса, с/х культур (например: костра льна, конопли, шелуха риса, солома, опилки и т.д.), позволяет как показали испытания, получать дешевый экологически чистый продукт. Обеспечение оптимальных условий непрерывной технологии простым конструктивным решением, возможность использования дешевого сырья определяют широкую промышленную применимость. Изобретение может быть использовано на предприятиях, имеющих вторичные ресурсы в виде целлюлозосодержащие отходы.