Спосіб одержання термічно розширеного графіту і пристрій для його здійснення

1 Спосіб одержання термічно розширеного графггу, який включає подачу порошку окисненого графггу в зону термічного удару, формування двофазного потоку в середовищі газу, наступне винесення із зони нагріву розширеного графггу та його охолодження, який відрізняється тим, що в камеру згоряння дозовано подають горючу суміш, в якій створюють вібраційне горіння, в зону якого безперервно шнеком подають порошок окисненого графггу, формують двофазний потік продуктів згоряння і спучених часточок з дисперсним режимом течи, додатково перемішують на виході зони прокалювання, охолоджують до температури нижче 100° С 2 Пристрій для одержання термічно розширеного графггу, що містить послідовно розташовані камеру підготовки робочої суміші, розподільну решггку, камеру спучування, камеру прокалювання, який відрізняється тим, що він додатково містить циліндричну камеру згоряння, виконану з нержавіючої сталі, об'єднану з конусоподібною камерою спучування, які розташовані з утворенням СПІВВІСНОІ порожнини в термоізолюючому корпусі, виконаному за межею вихідного отвору камери прокалювання і Група винаходів належить до засобів для одержання високоякісного термічне розширеного графггу (ТРГ) і може бути використана в екології при очищенні територій від забруднюючих речовин на поверхні води та грунту, наприклад, нафтових, за допомогою сорбенту на основі термічно розширеного графггу, експресне одержаного безпосередньо в зоні забруднення з малими витратами енергоносіїв Відомо спосіб одержання вуглецевої суміші високої реакційної здатності, яка може бути вико з'єднаного з камерою підготовки робочої суміші, камерою згоряння, камерою спучування, камерою прокалювання вертикальними ребрами, розподільна решггка виконана з клапанами, камера згоряння містить шнекові засоби для неперервної подачі напівпродукту в зону термоудару та систему підпалення, камера прокалювання має завихрювач, при цьому довжина камери згоряння, камери прокалювання, діаметр камери згоряння, діаметр камери прокалювання задовольняють співвідношенню Де L\ - довжина камери згоряння, Di - діаметр камери згоряння, L-/ - довжина камери прокалювання, D-/ - діаметр камери прокалювання 3 Пристрі за п 2, який відрізняється тим, що шнек встановлено під кутом а, утвореним віссю пристрою і віссю направляючої трубки шнеку з довжиною частини, яка розташована в камері згорання 1/3 Di, з перерізом кінцевої частини трубки, паралельним осі корпусу 4 Пристрій за п 2, який відрізняється тим, що корпус має полум'ягасильні трубки, симетрично закріплені на вихідному отворі під кутом Є з утворенням конусу 5 Пристрій за п 2, який відрізняється тим, що вертикальні ребра розташовані по спіралі на ЗОВНІШНІХ поверхнях усіх камер ристана для збору з поверхні води нафти та нафтопродуктів, що включає дію термічного удару на попередньо оброблений кислотою графггового порошку шляхом резистивного нагріву Спосіб дозволяє одержати кінцевий продукт з 1000 - кратним розширенням графггу, при цьому 1г цього продукту приєднує до себе не менше 50г вуглецевих сполук [1] Недоліком відомого способу є значні витрати електроенергії, складність апаратурного оформлення, ненадійність в роботі Для резистивного на 00 о ю 45084 гріву необхідно мати потужне джерело електричного струму, нагрів здійснювати в спеціальному реакторі, який, як правило, має керамічний корпус, що ненадійний в роботі внаслідок крихкості кераміки Крім того, недоліком відомого способу є неоптимальні для використання при очищенні забруднених нафтопродуктами поверхонь значення насипної густини, ступеню розширення, поглинаючої здатності одержаного продукту внаслідок його легкості та парусності Відомо спосіб - прототип одержання ТРГ, який включає подачу порошку окисленого графіту в зону термічного удару, формування двофазного потоку в середовищі газу, наступне винесення із зони нагріву розширеного графггу та його охолодження [2] Згідно винаходу, в трубі нагрівача спочатку формують висхідний двохфазний потік, в якому уся дисперсна фаза - часточки спученого графггу розташована вздовж нагрггих стінок вузької труби потім формують потік з дисперсним режимом течи Недоліком відомого способу є неоптимальні значення насипної ваги, ступеню розширення, поглинаючої здатності одержаного ТРГ для його використання як сорбенту нафтопродуктів Крім того, недоліком відомого способу є недостатня продуктивність його одержання внаслідок необхідності визначення оптимального співвідношення швидкості дозування порошку окисленого графггу, витрат газової фази, обмеженням об'єму висхідного потоку внутрішнім діаметром трубчатого нагрівача, що знижує продуктивність одержання ТРГ Пристрій для одержання термічне розширеного графггу для здійснення цього способу містить елемент для вводу газу для формування двофазного потоку, горизонтальний трубопровід - охолоджувач для розширеного графіту Для термічного розширення окисленого графггу використовують вертикальний трубчатий нагрівач, який може бути виконано як СВЧ нагрівач, омічний нагрівач, нагрівач безпосереднього згоряння палива [2] Недоліком відомого пристрою є недостатня продуктивність одержання термічно розширеного графггу внаслідок співвідношення розмірів елементів конструкції та їх виконання для формування висхідного двохфазного потоку і наступного формування двофазного потоку продуктів згоряння і спучених часточок з дисперсним режимом течи Крім того, недоліком відомого пристрою є недостатньо висока ефективність його практичного використання Поглинаюча здатність препаратів сорбенту з часом знижується внаслідок сорбції різноманггних речовин з оточуючого середовища Конструкція пристрою не передбачає можливості одночасного з одержанням безпосереднього використання одержаного продукту як сорбенту при збережені найкращих в часі характеристик Відомо пристрій - прототип для одержання термічно розширеного графггу, що містить послідовно розташовані камеру з елементом для вводу газу, підрешггкову камеру, газорозподільну решггку, камеру спучування, камеру прокалювання [3] Необхідну для спучування напівпродукту температурну зону утворюють обігрівом та наступним наданням псевдорідкого стану шару інертного теплоносія в камері спучування за допомогою ви сокотемпературних продуктів згоряння природного газу, або шляхом електронагріву, формують висхідний потік часточок спученого графггу і продуктів згоряння, що обмежує продуктивність пристрою Недоліком відомого пристрою є недостатня продуктивність одержання ТРГ та недостатньо висока ефективність його практичного використання, яка крім сорбційних характеристик ще й визначається співвідношення КІЛЬКОСТІ сорбенту, що потрапляє в зону забруднення і КІЛЬКОСТІ розпорошеного внаслідок парусності частинок ТРГ Конструктивне виконання пристрою не дозволяє одержати ТРГ з оптимальними значеннями насипної густини, ступеня розширення, поглинаючої здатності при використані найкращих в часі характеристик сорбенту В основу винаходу поставлено задачу створити високопродуктивний спосіб одержання термічно розширеного графггу, який має оптимальні значення насипної ваги, ступені розширення, поглинаючої здатності при його використанні як сорбенту нафтопродуктів на твердих поверхнях та на воді та розробити пристрій з внутрішньою камерою згоряння, який дозволяє шляхом відмови від використання електроенергії для термічного розширення, одержати високоякісний термічно розширений графіт з високою ефективністю його практичного використання Поставлена задача досягається тим, що в способі одержання термічно розширеного графггу, який включає подачу порошку окисненого графггу в зону термічного удару, формування двофазного потоку в середовищі газу, наступне винесення із зони нагріву розширеного графггу та його охолодження, згідно винаходу що заявляється, в камеру згоряння дозовано подають горючу суміш, в якій створюють вібраційне горіння, в зону якого безперервно шнеком подають порошок окисненого графггу, формують двофазний потік продуктів згоряння і спучених часточок з дисперсним режимом течи, додатково перемішують на виході камери спучування в зоні прокалювання, охолоджують до температури нижче 100°С Поставлена задача досягається також пристроєм для одержання термічне розширеного графггу, що містить послідовно розташовані камеру підготовки робочої суміші, розподільну решітку, камеру спучування, камеру прокалювання, який відрізняється тим, що він додатково містить циліндричну камеру згоряння, виконану з нержавіючої сталі, об'єднану з конусоподібною камерою спучування, які розташовані з утворенням СПІВВІСНОІ порожнини в термоізолюючому корпусі, виконаному за межею вихідного отвору камери прокалювання і з'єднаного з камерою підготовки робочої суміші, камерою згоряння, камерою вспучування, камерою прокалювання вертикальними ребрами, розподільна решггка виконана з клапанами, камера згоряння містить шнекові засоби для неперервної подачі напівпродукту в зону термоудару та систему підпалення, камера прокалювання має завихрювач, при цьому довжина камери згоряння, камери прокалювання, діаметр камери згоряння, діаметр камери прокалювання задовольняють співвідношенню 45084 дозволяє уникнути необхідності утворення висхідL2 ного потоку з кільцевим режимом течи, який забезЩ печується певним співвідношенням типу газу, його - довжина камери згоряння, витрат, типу інертного середовища, розмірами, які Di - діаметр камери згоряння, обмежені розмірами елементів для нагріву, що L-/ - довжина камери прокалювання, знижує продуктивність одержання ТРГ ЗапропоноD-/ - діаметр камери прокалювання ваний пристрій дозволяє здійснювати безперервну При цьому, для більш ефективного викорисподачу окисленого графггу в камеру згоряння, що тання ресурсу роботи пристрою, шнек, встановледозволяє значно підвищити продуктивність одерно під кутом а, утвореним віссю пристрою і віссю жання ТРГ з оптимальними властивостями для йонаправляючої трубки шнеку з довжиною частини, го практичного застосування яка розташована в камері згорання 1/3 D\ з переріРозташування шнеку під кутом, а, утвореним зом кінцевої частини трубки паралельним осі корвіссю пристрою і віссю направляючої трубки шнеку пусу, а корпус має полум'ягасильні трубки симетз довжиною частини, яка розташована в камері рично закріплені на вихідному отворі під кутом 0 з згорання 1/3 Di з перерізом кінцевої частини трубутворенням конусу та вертикальні ребра розташоки паралельним осі корпусу полегшує процес вивані по спіралі на ЗОВНІШНІХ поверхнях усіх камер ходу часточок напівпродукту, які починають спучуПри утворенні вібраційного горіння в камері ватись на КІНЦІ шнеку за рахунок додаткового визгоряння запропонованого пристрою утворюються смоктування їх при ЗМІНІ тиску в камері згоряння і співпадаючи за часом зміни тиску від 0,1 до 7атм ежекторного ефекту Полум'ягасильні трубки, сита температури від 700 до 1100°С Це призводить метрично закріплені на вихідному отворі під кутом до підвищення ступеню спучування та пористості з утворенням конусу забезпечують повне згоряння часточок графггу, так як ефективність теплоперепалива при всіх режимах роботи пристрою запобідачі в умовах тиску на кожну частинку більша, крім гаючи проникненню полум'я в зону очищення до того під час стиснення в кожній частинці виниканафтової плями Вертикальні ребра розташовані ють макро- та мікро напруги, які під час різкого по спіралі на ЗОВНІШНІХ поверхнях усіх камер зазменшення зовнішнього тиску сприяють додаткобезпечують ефективне охолодження одержаного вому розширенню частинок графггу з одночасною ТРГта підвищення його леофільності частковою релаксацією напруги Збільшена порисЗапропоноване співвідношення розмірів камер тість утворює умови для більшого доступу молезгоряння і камери прокалювання визначено на оскул конденсованих та газових фаз в просторову нові вивчення експериментальне перевірених структуру розширеного графггу При горінні палива конструкцій з врахуванням необхідності пом'якта при періодичній дії тиску активуються продукти шення коливань тиску в камері згоряння при оптизгоряння, реформується структура графггу та відмальному режимі пульсуючого горіння Так, при І_і бувається впровадження парів продуктів згоряння 2/3D2/D1L2 в камері кту, тобто до люфілізацм одержаного продукту В згоряння неможливо забезпечити режим горіння, результаті такої комплексної дії виникає енергетипри якому часточки спученого графггу набувають чний стан графггу, який забезпечує підвищення йомаксимальної леофільності, що призведе до погірго поглинаючої здатності по відношенню до нафтошення показників поглинаючої властивості одерпродуктів на різних поверхнях та на воді Завдяки жаного продукту цьому при використанні одержаного за запропонованим способом ТРГ як сорбенту відбувається Спосіб одержання ТРГ здійснюється шляхом миттєве приєднання до нього молекул нафтопростворення зони термічного удару безпосереднім дуктів Запропонований спосіб дозволяє одержати згорянням паливної суміші в камері згоряння під сорбент з оптимальними показниками розширендією на часточки графггу тиску від 0,1 до 7атм, фоня, високою поглинаючою здатністю, при його вирмування двофазного дисперсного потоку продуккористанні як сорбенту нафтопродуктів на твердих тів згоряння і спучених часточок, додаткового пеповерхнях та на воді ремішування на виході зони нагріву та охолодження одержаного термічно розширеного графггу не Створення пристрою для одержання термічне вище 100°С розширеного графггу шляхом введення клапанної Порівняно з відомими способами спосіб, що решггки, камери згоряння нафтопродуктів виконазаявляється, дозволяє одержати ТРГ з оптимальної з нержавіючої сталі, завихрювача, корпусу, заними значеннями насипної густини, ступеня розпропонованим співвідношенням розмірів дозволяє ширення, поглинаючої здатності одночасно утворити високотемпературний потік Приклад 1 В камеру підготовки робочої суміші спучених люфілізованих часточок графггу і продукподають паливо, яке змішуючись з повітрям дозотів згоряння з забезпеченням рівномірного перемівано поступає в камеру згоряння, в якій створюють шування, охолодження та з можливістю саморегувібраційне горіння Після досягнення протягом 10 лювання процесу пульсуючого горіння і можливос15 с стабільного режиму роботи пристрою з устаті безперервної подачі напівпродукту Запропононовленням температури 700 - 1100°С, включають вана сукупність ознак забезпечує можливість одесистему безперервної шнекової подачі напівпродуржання оптимальної швидкості, об'єму потоку часкту Окислений порошок графггу, марки ГСМ - 1 з точок спученого графггу та часу знаходження часнасипною вагою 100кг/м3 подають в зону згоряння точок графіту в високотемпературній зоні На відпаливної суміші При виході з шнеку напівпродукт міну від відомих рішень запропоноване рішення нагрівається до 350°С і частково спучується Час 45084 8 дно винаходу, що заявляється (залежність 1) Пристрій містить послідовно розташовані камеру підготовки горючої суміші для термообробки 1, з трубопроводом 2 і капсулем 3 для подачі в неї палива, розподільну решітку 4, яка має систему клапанів 5, циліндричну камеру згоряння з нержавіючої сталі 6 з системою запалювання 7 з шнековим засобом для подачі напівпродукту 8, встановленим під кутом а, утвореним віссю пристрою і віссю направляючої трубки, об'єднану з конусоподібною камерою спучування 9, камеру прокалювання 10, з завихрювачем 11, встановленим на виході камери спучування 9 Камери розташовані з утворенням СПІВВІСНОІ порожнини 12 горизонтально в термоізолюючому корпусі 13 виконаному за межі вихідного отвору 14 камери прокалювання 10 і з'єднаного з камерою проколювання 10, камерою спучування 9, камерою згоряння 6 вертикальними ребрами 15 розташованими по спіралі на ЗОВНІШНІХ поверхнях усіх камер Полум'ягасильні трубки 16, закріпленими на виході камери прокалювання Приклад 2 Окислений порошок графггу, марки 10 під кутом Э з утворенням конусу 3 ГСМ - 1 з насипною вагою 500кг/м подають в зону Пристрій працює наступним чином згоряння паливної суміші При виході з шнеку наВ камеру підготовки робочої суміші через трупівпродукт нагрівається до 350°С і частково спучубопровід 2 і капсуль 3 подають паливо, яке змішується Часточки спученого графггу разом з продукючись з повітрям дозовано поступає в виконану з тами згоряння паливної суміші утворюють високонержавіючої сталі камеру згоряння 6, іскровим температурний двофазний потік і за час знахорозрядом за допомогою системи запалювання 7 дження в високотемпературній зоні 0,4с встигають запалюють горючу суміш Розширюючись при гоповністю спучитись Розширюючись при горінні рінні продукти згоряння горючої суміші через камепродукти згоряння горючої суміші виходять зовні ру прокалювання Ю т а вихідний отвір 14, змішуюЗа рахунок цього в камері згоряння утворюється чись з повітрям, яке поступає з порожнини 12 вирозрядження та через систему клапанів засмоктуходять зовні За рахунок цього в камері згоряння 6 ється чергова порція горючої суміші В камері згоі камері спучування 9 утворюється розрядження та ряння утворюються співпадаючи за часом зміни через систему клапанів 5 засмоктується чергова тиску від 0,1 до 7атм та температури від 700 до порція горючої суміші Таким чином, в камері зго1100°С Дисперсний двофазний потік продуктів ряння 6 утворюють пульсуюче горіння Після досязгоряння і спучених часточок, додатково перемішугнення протягом 10 - 15с стабільного режиму робоють на виході зони нагріву камери спучування і ти пристрою з установленням температури 700 охолоджують в атмосфері повггря після прохо1100°С, включають систему безперервної шнекодження крізь камеру прокалювання Одержаний вої подачі напівпродукту 8 В камері згоряння утво3 ТРГ має насипну густину 8,0кг/м , ступень розширюються співпадаючи за часом зміни тиску від 0,1 рення 60, для нафти з в'язкістю 16Мпа*с - сорбційдо 7атм та температури з 700 до 1100°С В зону ну ємність 18кг/кг, температуру 93°С, час сорбції горіння безперервно подають окислений порошок становить 70с Продуктивність одержаного ТРГ графггу, який при виході з шнеку встигає нагрггись 3 становить 11,5кг/год при витраті палива 1м /кг до 350°С і частково спучитись Часточки спученого графггу разом з продуктами згоряння паливної суВ таблиці 1 наведені основні показники одерміші утворюють двофазний потік При горінні нафжаного ТРГ способом що заявляється і відомим топродуктів і при періодичній дії тиску активуються способом [2] продукти згоряння, реформується структура графіту та відбувається впровадження парів паливних Таблиця 1 продуктів в графгговий каркас В результаті такого Основні Одержаного Одержаного впливу тиску виникає енергетична напруга кристапоказники способом, що ЗГІДНО ВІДОМОГО лічної структури, що призводить до підвищення реодержаного заявляється способу акційної здатності та ліпофільності спучених часТРГ точок графггу Дисперсний двофазний потік продуНасипна 1,5-8 1,7-1,9 ктів згоряння і спучених часточок поступає з камегустина кг/м3 ри згоряння 6 в конусоподібну камеру спучування Ступінь 9, прискорюється і додатково перемішується зави60 - 300 25-150 розширення хрювачем 11 на виході камери спучування В потоВитрати ці газу - носія створюються рівні умови для кожної 1 м3/кг Електронагрів палива з часточок, що забезпечує необхідну ступінь спучуваності та однорідності Двофазний потік часточок На фіг 1, зображено пристрій для здійснення розширеного графггу охолоджують до температузапропонованого способу На фіг 2 зображено зари менше 100°С в камері прокалювання 9 і в поролежність сорбційної ємності продукту від його нажнині 12, утвореної продовженням корпусу за межі сипної густини для ТРГ одержаного відомими способами (залежності 2, 3) і для ТРГ одержаного згіточки спученого графггу разом з продуктами згоряння паливної суміші утворюють високотемпературний двофазний потік і за час знаходження в високотемпературній зоні 0,4с встигають повністю спучитись Розширюючись при горінні продукти згоряння горючої суміші виходять зовні За рахунок цього в камері згоряння утворюється розрядження та через систему клапанів засмоктується чергова порція горючої суміші В камері згоряння утворюються співпадаючи за часом зміни тиску від 0,1 до 7атм та температури від 700 до 1100°С Дисперсний двофазний потік продуктів згоряння і спучених часточок, додатково перемішують на виході зони нагріву і охолоджують в атмосфері повггря Одержаний ТРГ має насипну густину 1,5 кг/м3, ступінь розширення 300, для нафти з в'язкістю 16Мпа*с - сорбційну ємність бОкг/кг, температуру 93°С, час сорбції становить 55с Продуктивність одержаного ТРГ становить 11,5кг/год при витратах палива 1м3/кг 45084 вихідного отвору 14 повггрям, що проходить крізь порожнину 11 і додатково перемішується проходячи через вертикальні ребра 15 розташовані по спіралі на ЗОВНІШНІХ поверхнях усіх камер зі швидкістю, що обумовлена розмірами камер і порожнини При цьому, полумя'гасильні трубки 16, які закріплені на виході камери прокалюваня 9 з утворен 10 ням конусу, забезпечують крім техніки безпеки використання пристрою повне використання теплотворних можливостей палива для підвищення леофільності одержаного ТРГ В таблиці 2 наведено основні параметри пристрою, що заявляється згідно винаходу і основні параметри пристрою згідно відомого винаходу [1] Таблиця 2 № п/п 1 2 3 Згідно ВІДОМОГО 0,8 4 0,7 2,2 0,3-0,4 0,3 1 -200 Основні параметри пристрою 1 -750 1 -1400 Довжина горизонтальної ділянки, м Діаметр вихідного отвору, см Час знаходження часточок графіту в зоні термічного удару, с 4 ЩІЛЬНІСТЬ двофазного потоку 5 6 7 Швидкість двофазного потоку, см/с Об'ємна швидкість двофазного потоку, м^/с Витрати палива, м^/кг Температура на виході, °С Продуктивність, кг/год 8 9 Як видно з таблиці 2 порівняно з відомим способом - прототипом запропонований винахід забезпечує одержання дисперсного горизонтального двофазного потоку, який має значно вищі показники ЩІЛЬНОСТІ та об'ємної швидкості, що забезпечує високу продуктивність одержання термічне розширеного графіту В Таблиці 3 представлені значення швидкості "Ч Згідно винаходу, що заявляється Вид хсорбенту Нафтопродукт ^ч Декан ті = 0,8 МПас Масло =915 МПас Масло =245 МПас Нафта ті =16МПас ТРГ, отриманий відомим способом пристрою 1000 1,25 1 < 100 7,5-11,5 220 0,083 9 78 3,8 поглинання нафтопродуктів з поверхні води ( С) і поглинаючої властивості, як відношення маси поглинутого нафтопродукту (гпп) до маси використаного при цьому сорбенту (тс) для ТРГ, отриманого згідно винаходу що заявляється, для ТРГ, отриманого відомим способом порівняно з сорбентами, які найчастіше використовуються для очищення забруднених нафтою поверхонь ТРГ, отриманий способом, що заявляється Перліт пдрофобізований Таблиця З Базальтове волокно тс mn/mc тс mn/mc тс mn/mc тс mn/mc 3 50 3 55 3 44 4 7,7 1320 57 960 65 2100 5,0 1100 7,0 180 61 150 6,6 180 44 600 8,2 60 54 55 60 60 4,4 60 8,0 \ Як видно з таблиці утворені умови дії зміни тиску та температури призводять до підвищення сорбційних властивостей одержаного ТРГ Як видно з фіг 2 для всіх ВІДПОВІДНИХ значень насипної густини показники поглинаючої здатності одержаного ТРГ згідно запропонованому рішенню вищі за ВІДПОВІДНІ значення ТРГ одержаного відомими способами Запропонована група винаходів дозволяє одержувати необхідний для очищення забруднених нафтою поверхонь в зонах екологічного лиха великий об'єм термічно розширеного графггу і одночасно його використовувати як сорбент при одержанні найкращих в часі характеристик, дозволяє одержати високоякісний графіт з оптимальними показниками розширення, високою поглинаючою здатністю при безперервній подачі окисленого графггу без використання електроенергії для термічного розширення при економічному розході палива Таким чином, запропонований спосіб і пристрій для одержання термічно розширеного графіту забезпечують можливість продуктивного одержання термічно розширеного графіту з оптимальними показниками розширення, високою поглинаючою здатністю та ліофільністю по відношенню до нафтопродуктів на різних поверхнях і воді 11 45084 12 Література №23,1999 г 6 5 1 Патент Роем № 2128624, МПК С 01 В 31/04, С З АС СССР № 1761667 А, МПК С 01 В 31/04, Бюл 25 В 1/00, Бюл № 2, 1999 г № 34 1992 г 6 2 Патент Роем № 2134657, МПК С 01 В 31/04, Бюл ФІГ. 1 ДП "Український інститут промислової власності "(Укрпатент) Україна, 04119, Киів-119, вул сім'ї Хохлових, 15 (044) 456-20-90 6