Спосіб одностадійного виробництва активованого біовугілля

Реферат: Спосіб одностадійного виробництва активованого біовугілля включає термообробку шару біомаси у вертикальному реакторі шахтного типу з подачею повітря дуття зі сторони, протилежної розпалюванню палива. При цьому масова частка вологи біомаси складає не менше 15 %, а температура термообробки біовугілля вуглекислим газом та водяною парою, яка утворюється з вологи палива, підтримується регулюванням кількості повітря дуття понад 800 °C. UA 113168 U (54) СПОСІБ ОДНОСТАДІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА АКТИВОВАНОГО БІОВУГІЛЛЯ UA 113168 U UA 113168 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу виробництва активованого біовугілля з біомаси і може бути використана в сільському і лісових господарствах, а також у галузях промисловості, що пов'язані з виробництвом адсорбенту із біомаси. Відомий спосіб виробництва коксу з кам'яного вугілля у вертикальному реакторі шахтного типу з внутрішнім обігрівом нагрітим інертним газом, у якому теплота передається безпосередньо від газу вугіллю [Н.В. Шишаков. Основы производства горючих газов. М.: Госэнергоиздат, 1948. - С. 38-40]. У відомому способі інертний газ попередньо нагрівається в рекуператорі. Необхідність підігріву інертного газу в рекуператорі суттєво збільшує енерговитрати на процес коксування. Найбільш близьким по технічній сутті до способу, що заявляється, є спосіб одержання деревинного вугілля у вертикальному апараті шахтного типу [патент України № 86710 від 12.05.2009 р.]. У цьому способі повітря подається знизу шахти реактора, а розпалювання палива - зверху. Як паливо використовують біомасу з максимальною товщиною часток 10 мм, а 3 2 питомі витрати повітря дуття становлять 10-100 м /(м год). Недоліком зазначеного способу є виробництво звичайного деревинного вугілля з низькими сорбційними властивостями. Цей спосіб слід розглядати як першу стадію виробництва активованого вугілля. На другій стадії проводять активацію деревинного вугілля перегрітою водяною парою з температурою понад 800 °C [ГОСТ 6217-74 Уголь активный древесный дробленый. Технические условия]. У цьому способі енерговитрати на виробництво і перегрів водяної пари для активації суттєво більші ніж окремо на виробництво деревинного вугілля. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити спосіб виробництва активованого біовугілля з біомаси шляхом суміщення в часі і просторі стадій виробництва і активації біовугілля в одному реакторі. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виробництва активованого вугілля, який включає термообробку шару палива у вертикальному реакторі шахтного типу з подачею повітря дуття зі сторони, протилежної розпалюванню палива, як паливо використовують біомасу з масовою часткою вологи не менше 15 %, а температура термообробки біовугілля вуглекислим газом та водяною парою, яка утворюється з вологи палива, підтримується регулюванням кількості повітря дуття понад 800 °C. Крім цього, згідно з корисною моделлю, вміст кисню в повітрі дуття становить від 21 до 40 % за об'ємом. Завдяки наявності в біомасі не менше 15 % вологи, при її термообробці утворюється достатня кількість пари для активації біовугілля. Для досягнення температури водяної пари понад 800 °C регулюється вміст кисню в повітрі дуття в межах 21-40 % за об'ємом. Заявлений спосіб здійснюється таким чином. У вертикальний реактор шахтного типу r висотою 340 мм завантажується 1,042 кг тріски верби з максимальною вологістю W =47,5 %. 3 2. Знизу подається повітря дуття з питомою витратою 66,3 м /(м год.), при цьому шар тріски розпалюють зверху. Виникає фронт горіння летких речовин палива, який переміщується зверху вниз назустріч повітрю, а за фронтом горіння залишається розпечене біовугілля. Під час руху фронту горіння шар тріски послідовно проходить стадії нагрівання, сушіння, карбонізації і активації. До складу летких речовин входять горючі гази (Н 2, CO, CH4), пари смол, вуглекислий газ і водяна пара. При згорянні частини горючих газів, пари смол і вуглецю температура у фронті встановлюється на рівні 800-1000 °C, під дією якої відбувається перегрівання парогазів. Ця температура визначається процесами горіння та теплообміну між біомасою й газами. Підтримання температурного фронту в межах 800-1000 °C здійснюється за рахунок регулювання вмісту кисню в повітрі дуття, а також інтенсивністю дуття. Відбувається процес відновлення вуглекислого газу, а перегріта водяна пара взаємодіє з розпеченим вуглецем за реакціями водяного газу: СО2+С=2СО; Н2O+С=СО+Н2; 2Н2O+С=СO2+2Н2. Внаслідок цих реакцій відбувається обгорання вуглецю, а в тілі вуглецю виникає розгалужена внутрішня поверхня, яка і визначає його сорбційні властивості. Через 1 годину 48 хвилин фронт горіння досягає рівня колосникової решітки реактора і процес зупиняється. Вихід активованого біовугілля склав 0,071 кг, або 13 % від сухої маси тріски. Сорбційні 2 властивості активованого біовугілля: питома внутрішня поверхня - 402 м /г; адсорбційна активність по йоду - 32,17 %. r Для прикладу, при термічній переробці верби з вологістю W =9,6 % і питомих витратах 3 2. повітря 55,8 м /(м год.) вихід біовугілля на суху масу палива становить 20,6 %. Сорбційні 2 властивості біовугілля: питома внутрішня поверхня - 69 м /г; адсорбційна активність по йоду 18,73 %. 1 UA 113168 U Порівняльний аналіз результатів експериментальних досліджень сорбційних властивостей сухої і вологої біомаси засвідчив про наявність у заявленому способі активації біовугілля відмінних ознак новизни. 5 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб одностадійного виробництва активованого біовугілля, що включає термообробку шару біомаси у вертикальному реакторі шахтного типу з подачею повітря дуття зі сторони, протилежної розпалюванню палива, який відрізняється тим, що масова частка вологи біомаси складає не менше 15 %, а температура термообробки біовугілля вуглекислим газом та водяною парою, яка утворюється з вологи палива, підтримується регулюванням кількості повітря дуття понад 800 °C. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вміст кисню в повітрі дуття регулюється від 21 до 40 % за об'ємом. 15 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2