Спосіб одержання розширеного графіту і пристрій для його здійснення

1 Спосіб одержання розширеного графіту, що включає вміщення окисленого графіту у вертикальну піч, де завдають тепловий удар 8001000°С для його розширення, який відрізняється тим, що спочатку окислений графіт вміщують у безпротягову камеру і доставляють до верхнього отвору печі, виконаної у вигляді безтягового Винахід відноситься до технології одержання розширеного графіту і призначений у першу чергу для запобігання забруднення навколишнього середовища нафтою, нафтопродуктами й іншими органічними речовинами, а також для інших цілей Відомий спосіб відділення гідрофобної рідини від забрудненої нею рідини (United States Patent № 5,788,865 С 02 F 1/28,1998 г) за допомогою розширеного графіту, що утворювався з графіту окисленого сірчаною кислотою Приклад 1 Піч ЯВЛЯЄ собою вертикально розташовану кварцову трубу Навколо труби розташований електричний нагрівач Всередину труби від основи подається повітря зі швидкістю 4 - 6м 3 за годину Попередньо окислений сірчаною кислотою графіт намочується водою, формується в кульки діаметром 18мм та масою 5г і подається у верхню частину труби У трубі кульки всихали, і окислений графіт, одержуючи тепловий удар, розширювався, перетворюючись у легкі пластівці Отриманий в такий спосіб розширений графіт разом із водяною парою і залишками продуктів випаровування та згорання сірчаної кислоти підхоплювався повітряним потоком та виносився до камери, де здійснювалося досушування та подальше розширення графіту, звільнення його від залишків сірчаної кислоти, змішаної з водяною нагрівача, під дією власної сили тяжіння графіт висипається через область температури розширення, одержуючи тепловий удар, розширюється і під дією газів, що утворилися при КИПІННІ І згоранні залишків сірчаної кислоти, виштовхується з нижнього отвору печі, де здійснюють відбір газів і збір розширеного графіту 2 Пристрій для одержання розширеного графіту, який містить послідовно з'єднані вузли завантаження і вертикальну піч, який відрізняється тим, що додатково містить безпротягову камеру, що рухається між пристроєм завантаження і верхньою частиною безтягової печі, яка в свою чергу додатково містить систему автоматичної підтримки температури теплового удару парою Недоліком цього способу є наявність на виході печі крім розширеного графіту потоку гарячого повітря, парив сірчаної кислоти і продуктів згорання (окислювання) сірки Все це погіршує властивості розширеного графіту та обмежує його застосування, оскільки вхідний (окислений) графіт містить до 15% сірчаної кислоти Приклад 2 3 метою усунення зазначеного недоліку розширення графіту здійснювалося в багатокамерній печі у висхідному потоці азоту Проходження одержуваного продукту через кілька камер печі з різними температурними режимами в середовищі азоту дозволяло зменшити окислювання продуктів згорання сірки і видаляти водяну пару Недоліком цього способу є складність пристрою і наявність у виробничому процесі великої КІЛЬКОСТІ азоту Відомий спосіб одержання терморозщепленого графіту і пристрій для його здійснення (SU №1664743 А1, С 01 В 31/04,1989), який забезпечує одержання розширеного графіту з насипною ЩІЛЬНІСТЮ Зкг/м3 і з рН водяної витяжки 6,5 - 6,7 у багатокамерній печі Зменшення рН відбувається завдяки невеликому вмісту кисню в потоці згорілого газу, який виносить розширений графіт із печі (О (О 47966 У якості прототипу вибрано пристрій, описаний у патенті на спосіб відділення гідрофобної рідини від рідини нею забрудненої (Приклад 1), що містить вертикальну піч із жароміцного матеріалу, в якій відбувається розширення графіту Окислений графіт, завантажується в піч зверху (United States Patent № 5,788,86 С 02 F 1/28,1998) Спосіб одержання розширеного графіту в прототипі полягає у внесенні попередньо намоченого окисленого графіту у вертикальну піч, де він послідовно висушується, одержуючи тепловий удар, розширюється І ВИНОСИТЬСЯ З ПЄЧІ ВИСХІДНИМ П Т К М ООО нагрітого газу Недоліком відомого пристрою є те, що зверху в піч, у якій є висхідний потік повітря, до того ж нагріту до температури розширення графіту, завантажити окислений графіт дуже важко через наявність у печі природної тяги В усіх відомих випадках для завантаження окислений графіт намочують водою, що робить його важчим і дозволяє йому потрапити в піч під дією сили тяжіння Однак наявність води, якою змочено окислений графіт, приводить до необхідності використання значної частини енергії на її випаровування, і тільки після цього починається процес розширення графіту При цьому висохлий графіт швидко виноситься з печі потоком висхідного повітря разом із водяною парою і продуктами згорання сірки Час розширення графіту в печі залежить від КІЛЬКОСТІ ВОДИ, ШВИДКОСТІ висхідного потоку і висоти печі А оскільки розмір печі завжди бажано мати невеликий, то розширений графіт буде виходити з печі вологий, міститиме залишки сірки і вимагатиме додаткового сушіння і подальшого розширення, що і здійснюється звичайно в багатокамерних печах Окрім того, наявність залишкової вологи та пари сірчаної кислоти призводить до погіршення кислотності (рН) одержуваного розширеного графіту Оскільки значна частина енергії печі витрачається не на розширення графіту, а на випаровування води, витрати енергії здійснюються неефективно До тих пір, поки вода не випарується, температура вміщеного в піч окисленого графіту не може піднятися вище 100°С Отже, для досягнення якісного теплового удару після випаровування води необхідно швидко підвищити температуру у печі до 600 - 800°С, що у існуючому пристрої досягається за рахунок надмірності джерела теплової енергії Оскільки надмірність джерела тепла не безкінечна, температура печі в момент завантаження знижується, а потім поступово піднімається до необхідної Це не дозволяє завдати окисленому графіту різкого теплового удару В основу винаходу поставлена задача створити спосіб та пристрій одержання розширеного графіту, зменшення витрат енергії на одержання розширеного графіту, поліпшення його якості і спрощення конструкції пристрою шляхом додаткового введення операції доставки окисленого графіту в піч через безпротягову камеру і використання безтягової печі з автоматичним регулюванням температури Цим і забезпечується підвищення якості одержуваного розширеного графіту і зменшення енерговитрат на його виробництво Поставлена задача вирішується таким чином В способі одержання розширеного графіту, який полягає у вміщенні окисленого графіту у вертикальну піч, де йому наноситься тепловий удар 800 - 1000°С для його розширення, ВІДПОВІДНО ДО винаходу окислений графіт спочатку вміщують у безпротягову камеру і доставляють у верхню частину безтягової печі Звідти ВІН ПІД ДІЄЮ власної сили тяжіння сиплеться через область температури розширення, одержуючи тепловий удар 800 1000°С, розширюється і під дією газів, що утворилися в результаті кипіння та горіння сірчаної кислоти, виштовхується з нижньої частини печі, де здійснюється відбір газів , що утворилися , і збір розширеного графіту Запропонована ПОСЛІДОВНІСТЬ ДІЙ забезпечує засипання в піч окисленого графіту без додавання води, таким чином вся теплова енергія печі йде на його розширення й енерговитрати при цьому зменшуються Відсутність вертикальної тяги дозволяє окисленому графіту проходити піч в режимі вільного падіння розширюючись до насипної ЩІЛЬНОСТІ 1,3 - 2кг/м , і висипатися з нижньої частини печі Пари сірчаної кислоти, що виділяються при цьому, і продукти її розпаду створюють у печі надлишковий тиск, що перешкоджає закупорюванню нижнього вихідного отвору печі розширеним графітом, і проникненню всередину печі кисню із повітря Останнє дозволяє зменшити кислотність одержуваного розширеного графіту без додаткового досушування його в багатокамерних печах В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для одержання розширеного графіту, в якому шляхом введення додаткової безпротягової камери і системи автоматичної підтримки температури печі забезпечується поліпшення якості одержуваного розширеного графіту і зменшення енерговитрат на його одержання Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для одержання розширеного графіту, який складається з послідовно з'єднаних вузлів завантаження окисленого графіту і вертикальної печі, ВІДПОВІДНО до винаходу додається безпротягова камера, яка рухається між пристроєм завантаження і верхньою частиною печі, роблячи саму піч безтяговою При цьому піч додатково забезпечена системою автоматичної підтримки температури теплового удару Доданням безпротягової камери вирішується відразу дві задачі Перша — дозволяє завантажувати в піч окислений графіт без додавання води для поважчання Друга - робить піч безтяговою Забезпечення можливості завантаження в піч не змоченого водою окисленого графіту призводить до підвищення ККД печі, оскільки виключається необхідність витрати енергії на випаровування води Тільки при наявності в системі такої безпротягової камери стає можливим створення теплового удару, спрямованого безпосередньо на розширення графіту Сполучення верхньої частини печі з безпротяговою камерою дозволяє зробити саму піч безтяговою Іншими словами в печі припиняється вертикальний рух повітря 3 одного боку при цьому створюються умови для безперешкодного вільного падіння окисленого графіту в печі 3 іншого боку 47966 ширеного графіту (див фіг 2) містить вузол заванвідсутність тяги виключає можливість потрапляння таження 1, безпротягову камеру 2, вертикальну в піч кисню із повітря Таким чином графіт розшибезтягову піч 3 і систему автоматичної підтримки рюється в інертному середовищі, створеному патемператури теплового удару 4 рами сірчаної кислоти, що розпадаються при виВузол завантаження являє собою конусоподісокій температурі Газів, що утворюються в бну посудину, що відчиняється зверху і має отвір процесі горіння, виявляється досить для створензнизу для засипання і висипання окисленого граня в печі надлишкового тиску, який виштовхує вже фіту ВІДПОВІДНО розширений графіт через нижній отвір печі Більш того, змінюючи висоту печі можна в деяких межах Рухлива безпротягова камера складається з регулювати ступінь розширення графіту і його киобойми (А) із симетрично розташованими входом і слотний залишок виходом (В і С) на верхній і нижній площинах Усередині обойми розташовується обертовий диск (D) Введення системи автоматичної підтримки з одним або кількома отворами (Е) (Можливий постійної температури теплового удару дозволяє також варіант ЛІНІЙНОГО переміщення графіту) одержувати розширений графіт однакової якості при безупинній роботі, виключити непродуктивні Вертикальна безтягова піч являє собою вертивитрати енергії в моменти, коли окислений графіт кально розташовану трубу з термостійкого мау піч не надходить, та виключити перегрівання теріалу, поверх якої розташовується електропечі, або іншими словами — підвищити ККД принагрівач (Ж) У верхньої найгарячішої частини строю при збереженні якості розширеного графіту труби встановлено датчик температури, а труба з нагрівачем теплоізольовані від зовнішнього сереУ такий спосіб досягається очікуваний технічдовища для підвищення ККД пристрою (на фіг не ний результат зменшення витрат енергії на одерзображено) (Можливий варіант виготовлення тружання розширеного графіту, поліпшення його якоби з термостійкого матеріалу, наприклад графіту, сті і спрощення конструкції пристрою для його що може нагріватися при проходженні по ньому виробництва електричного струму) Нижній отвір конічної посуЗапропонований винахід ілюструється кресдини (дозатора) з'єднано з верхнім (вхідним) отволенням (див фіг 1), на якому зображена ром обойми безпротягової камери, а нижній функціональна схема пристрою для здійснення (вихідний) отвір обойми з'єднано з верхнім входом запропонованого способу безпротягової печі Запропонований спосіб здійснюється в наступній ПОСЛІДОВНОСТІ Окислений графіт засиВихідний (окислений) графіт завантажується у пається у вузол завантаження 1 У момент підходу вузол завантаження 1 ЗВІДКІЛЯ ЛІД ДІЄЮ СИЛИ ТЯЖІНбезпротягової камери 2 під вузол завантаження НЯ потрапляє в безпротягову камеру 2, яка достаокислений графіт під дією власної ваги заповнює вляє його порціями до верхнього входу безтягової и Далі камера рухається до входу печі 3 і окислепечі 4 Падаючи униз він одержує тепловий удар, ний графіт також під дією власної ваги надходить розширюється і висипається з нижнього отвору до неї для одержання теплового удару Отримавпечі, де відокремлюється від газів, що виділяються ши тепловий удар, окислений графіт розшипри розширенні, та вже готовий до використання рюється і знову ж під дією власної ваги і газів, що за призначенням виділилися, рухається до нижньої частини печі При цьому зменшення витрат енергії на одерТеплова енергія, витрачена на розширення порції жання розширеного графіту, поліпшення його якографіту, відшкодовується в потрібному об'ємі сиссті і спрощення конструкції пристрою забезпечутемою автоматичної підтримки температури тепється за рахунок застосування безпротягової лового удару 4 рухливої камери, відсутності тяги в печі і наявності системи автоматичної підтримки температури тепВідсутність руху повітря в безпротяговій камелового удару Витрати енергії при цьому йдуть рі дозволяє окисленому графіту безперешкодно тільки на розширення графіту Саме розширення заповнити и в момент підходу камери під вузол відбувається в інертному середовищі без доступу завантаження Далі безпротягова камера пеповітря А система автоматичної" підтримки темреміщується доверхньої частини вертикальної ператури теплового удару забезпечує 1 1 печі Відсутність в печі тяги та руху повітря в кастабільність, раціональне використання енергії і мері дозволяють окисленому графіту безперешвиключає можливість перегрівання печі у разі кодно надходити в піч відсутності в ній графіту Запропонований пристрій для одержання роз 1 Вузол загрузки окисленого графту 2 3 Безпротягова камера Бєзтягова вертикальне піч і f 4 Система автоматичного гідтримання температури теплового удару Фіг. 1 47966 Г~7 В 1 (—I L 1-І 1 .1 Ъ NJ \ J N С \ 2. 1*1 \ v D E Фіг. 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71