一種煙氣內(nèi)循環(huán)的氧化炭化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種煙氣內(nèi)循環(huán)的氧化炭化系統(tǒng)，包括外熱式氧化爐、外熱式炭化爐、燃燒設(shè)備和第一煙氣循環(huán)設(shè)備；本實(shí)用新型將空氣與含有大量二氧化碳和水蒸氣的煙氣混合得到氧化劑，同時(shí)相應(yīng)地降低了其中的氧含，對(duì)于強(qiáng)度較大的成型粒料，可以取得更好的氧化效果，進(jìn)而可以提高炭化效果。
【專利說明】
一種煙氣內(nèi)循環(huán)的氧化炭化系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于煤基活性炭生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及一種煤基活性炭生產(chǎn)中煙氣內(nèi)循 環(huán)的氧化炭化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在傳統(tǒng)的煤基活性炭生產(chǎn)工藝中，原料煤在成型、造粒后依次經(jīng)炭化、活化工藝處 理，制備活性炭。目前，先進(jìn)的活性炭生產(chǎn)工藝中往往還包括氧化工藝，即在炭化處理前，首 先進(jìn)彳丁氧化處理。
[0003] 在炭化前對(duì)炭材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)难趸幚?，可以提高活性炭的吸附性能和產(chǎn)率。煤 氧化后再經(jīng)炭化，煤的微晶結(jié)構(gòu)有很大改變。隨著氧化程度的加深，炭化產(chǎn)物微晶的層間距 增大，微晶層片平均尺寸減小，石墨化程度下降。氧化不僅可以將煤的大分子側(cè)鏈和官能團(tuán) 氧化成為含氧基團(tuán)并提前脫落，初始孔隙率提高，有利于炭化反應(yīng)的進(jìn)行，還使煤分子的芳 香核部分破壞，微晶層面發(fā)生扭曲或變形，為活化氣體的進(jìn)一步刻蝕產(chǎn)生新的孔隙奠定了 基礎(chǔ)。
[0004] 目前對(duì)原料煤進(jìn)行氧化處理時(shí)，空氣由于容易獲取、成本低，常被用作氧化處理的 氧化劑。例如CN203866039U公開了一種用于煤基活性炭制備的氧炭化預(yù)處理系統(tǒng)，包括外 熱式氧化爐、外熱式炭化爐、冷卻爐；外熱式氧化爐的煙氣出口與煙氣凈化系統(tǒng)連接，外熱 式炭化爐的炭化尾氣出口與所述焚燒爐連接，焚燒爐的高溫?zé)煔鉃樗鐾鉄崾窖趸癄t和外 熱式炭化爐分別供熱；外熱式炭化爐的煙氣出口經(jīng)換熱器與所述煙氣凈化系統(tǒng)連接，所述 換熱器的高溫空氣出口與所述外熱式氧化爐和焚燒爐分別連接，以提供氧化反應(yīng)所需氧 氣。
[0005] CN102153079A本實(shí)用新型公開了一種氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法及系統(tǒng)， 首先將煤粉壓塊制成的成型料送入外熱式氧化爐與氧化空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧化料;之 后將氧化料送入外熱式炭化爐進(jìn)行炭化處理生成炭化料;然后將炭化料經(jīng)過冷卻和活化處 理后制成的活性炭制品。在活性炭的預(yù)處理工序中，采用氧化工藝和炭化工藝兩道工序，其 中利用熱空氣作為氧化工藝的氧化劑對(duì)成型料表面進(jìn)行氧化，使活性炭制品的吸附性能和 廣品得率得到提尚。
[0006] 另外，對(duì)于高強(qiáng)度活性炭的需要越來越大，而高強(qiáng)度活性炭的制備離不開高強(qiáng)度 的煤炭成型粒料。然而，對(duì)于高強(qiáng)度的煤炭成型粒料，研究認(rèn)為，直接以空氣等作為氧化劑 卻并非最佳選擇，難以有效地實(shí)現(xiàn)預(yù)氧化的預(yù)期效果。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種煙氣內(nèi)循環(huán)的氧化炭化系統(tǒng)，以提高成型粒料的 氧化炭化效果。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提供的煙氣內(nèi)循環(huán)的氧化炭化系統(tǒng)采用以 下技術(shù)方案：
[0009] -種煙氣內(nèi)循環(huán)的氧化炭化系統(tǒng)，包括：
[0010] 所述外熱式氧化爐，用于對(duì)物料進(jìn)行氧化處理，包括第一筒體和設(shè)置在所述第一 筒體外的第一外熱夾套，所述第一外熱夾套用于為所述第一筒體內(nèi)物料的氧化處理提供所 需熱量；
[0011] 所述外熱式炭化爐，用于對(duì)來自所述外熱式氧化爐的物料進(jìn)行炭化處理，包括第 二筒體和設(shè)置在所述第二筒體外的第二外熱夾套，所述第二外熱夾套用于為所述第二筒體 內(nèi)物料的炭化處理提供所需熱量；
[0012] 燃燒設(shè)備，用于向所述第一外熱夾套和第二外熱夾套內(nèi)輸入熱煙氣;和
[0013] 第一煙氣循環(huán)設(shè)備，用于將來自所述第一外熱夾套和/或第二外熱夾套的部分煙 氣與適量的空氣混合后作為氧化處理的氧化劑送入第一筒體。
[0014] 根據(jù)本實(shí)用新型的氧化炭化系統(tǒng)，利用外熱式氧化爐用于對(duì)物料進(jìn)行氧化處理， 利用外熱式炭化爐對(duì)來自所述外熱式氧化爐的物料進(jìn)行炭化處理，所述外熱式氧化爐和外 熱式炭化爐均為本領(lǐng)域所熟知，例如分別可以是CN203866039U或CN102153079A中外熱式氧 化爐和外熱式炭化爐，利用外熱夾套為筒體內(nèi)的反應(yīng)供熱。優(yōu)選地，所述外熱式氧化爐和外 熱式炭化爐均為外熱式回轉(zhuǎn)窯。更優(yōu)選地，所述第一外熱夾套和第二外熱夾套分別包括沿 其軸向設(shè)置的多個(gè)相互隔離的分段夾套，所述分段夾套上分別設(shè)有煙氣入口和煙氣出口， 從而可以分別向每個(gè)分段夾套中輸入熱煙氣時(shí)，以更好地調(diào)節(jié)氧化處理或炭化處理的溫 度。所述外熱式氧化爐和外熱式炭化爐的分段夾套的數(shù)量可以根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整，例 如可以分別是3至10個(gè)等，比如4個(gè)、6個(gè)或8個(gè)。
[0015] 根據(jù)本實(shí)用新型的氧化炭化系統(tǒng)，燃燒設(shè)備產(chǎn)生的熱煙氣被送入外熱式氧化爐和 外熱式炭化爐，在本實(shí)用新型中，所述煙氣為天然氣燃燒后產(chǎn)生的尾氣。所述燃燒設(shè)備可以 是本領(lǐng)域常用的燃燒器或熱風(fēng)爐等，為本領(lǐng)域所熟知，這里不再贅述。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 理解，所述燃燒設(shè)備可以根據(jù)需要設(shè)置為一臺(tái)或多臺(tái)，從而可以同時(shí)或分別向所述外熱式 氧化爐和外熱式炭化爐提供熱煙氣。
[0016] 根據(jù)本實(shí)用新型的氧化炭化系統(tǒng)，利用第一煙氣循環(huán)設(shè)備將煙氣與空氣的混合氣 體作為氧化處理的氧化劑送入第一筒體，其中，所述煙氣為燃料燃燒后所得，例如天然氣在 燃燒設(shè)備中進(jìn)行空氣燃燒或富氧燃燒所得，其中含有較多的二氧化碳和水蒸氣。所述煙氣 與空氣混合既可以調(diào)節(jié)煙氣成分，又可以調(diào)節(jié)煙氣溫度；另外，由于所述煙氣可以來自第一 外熱夾套和/或第二外熱夾套，本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，氧化處理和炭化處理所需的溫度并不 相同，從而來自第一外熱夾套和第二外熱夾套的煙氣溫度也不同，因此同樣可以利用來自 第一外熱夾套與第二外熱夾套的煙氣量之比調(diào)節(jié)溫度。當(dāng)然，還可以其它的方式對(duì)混合氣 體的溫度繼續(xù)調(diào)節(jié)，例如進(jìn)一步設(shè)置換熱器。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述第一煙氣循環(huán)設(shè)備 可以是本領(lǐng)域常用的適于高溫?zé)煔廨斔偷脑O(shè)備，例如循環(huán)風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)等，為本領(lǐng)域所熟 知，這里不再贅述。
[0017] 根據(jù)本實(shí)用新型的氧化炭化系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述氧化炭化系統(tǒng)還包 括：
[0018] 第二煙氣循環(huán)設(shè)備，用于將來自所述第一外熱夾套的部分煙氣循環(huán)至所述第一外 熱夾套內(nèi)；和
[0019] 第三煙氣循環(huán)設(shè)備，用于將來自所述第二外熱夾套的部分煙氣循環(huán)至所述第二外 熱夾套內(nèi)。
[0020] 根據(jù)本實(shí)用新型的氧化炭化系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式，所述氧化炭化系統(tǒng)還可以包 括輸送機(jī)、除塵器、引風(fēng)機(jī)、焚燒爐和余熱鍋爐，其中，所述輸送機(jī)用于將來自所述第一筒體 的氧化物料送入所述第二筒體內(nèi)，為本領(lǐng)域所熟知，例如可以是鏈斗輸送機(jī)。
[0021] 所述除塵器和引風(fēng)機(jī)用于共同處理第一筒體內(nèi)的氧化尾氣，其中，所述除塵器用 于對(duì)來自所述第一筒體內(nèi)的氧化尾氣進(jìn)行除塵，為本領(lǐng)域所熟知，例如可以是布袋除塵器 等;所述引風(fēng)機(jī)用于從所述第一筒體內(nèi)引出氧化尾氣，從而可使除塵后的煙氣進(jìn)入其他單 元加以利用。
[0022] 所述焚燒爐和余熱鍋爐用于共同處理第二筒體內(nèi)的炭化尾氣，用于焚燒來自所述 第二筒體內(nèi)的炭化尾氣，得到焚燒尾氣;所述余熱鍋爐用于回收所述焚燒尾氣中的熱量。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] (1)本實(shí)用新型將空氣與含有大量二氧化碳和水蒸氣的煙氣混合得到氧化劑，同 時(shí)相應(yīng)地降低了其中的氧含量，與單純的空氣或氮?dú)馀c氧氣的混合氣作為氧化劑相比，二 氧化碳等氣體的引入不僅并未阻礙氧化反應(yīng)的進(jìn)行，實(shí)用新型人還意外發(fā)現(xiàn)，大量還原性 的水蒸氣及二氧化碳的引入不僅不會(huì)降低氧化處理的效果，而且對(duì)于強(qiáng)度較大的成型粒 料，反而可以取得更好的預(yù)氧化效果，進(jìn)而可以相應(yīng)提高炭化效果；
[0025] (2)本實(shí)用新型還進(jìn)一步對(duì)離開氧化爐和炭化爐的外熱夾套的煙氣進(jìn)行部分循環(huán) 利用，相比于直接排放，起到了非常好的節(jié)能減排的效果。例如在改造前(直接排放），氧、炭 化裝置天然氣加熱消耗量約為1〇〇〇方/小時(shí)；改造后，天然氣消耗量降低為520方/小時(shí)。按 照2.3元/方天然氣價(jià)格計(jì)算，僅天然氣每天節(jié)約資金1104元，全年節(jié)約資金883萬元。同時(shí) 每小時(shí)節(jié)約氮?dú)庥昧?20方，按照每方成本0.23元計(jì)算，全年節(jié)約58萬元。
【附圖說明】
[0026] 圖1示出了本實(shí)用新型的氧化炭化系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行相應(yīng)說明，但本實(shí)用新型并不僅限于此。
[0028] 如圖1所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化炭化系統(tǒng)包括外熱式氧化 爐、外熱式炭化爐、燃燒器3、第一循環(huán)風(fēng)機(jī)4、第二循環(huán)風(fēng)機(jī)5和第三循環(huán)風(fēng)機(jī)6。所述外熱式 氧化爐和外熱式炭化爐均為外熱式回轉(zhuǎn)窯。
[0029] 其中，所述外熱式氧化爐用于對(duì)物料進(jìn)行氧化處理，包括第一筒體11和設(shè)置在所 述第一筒體11外的第一外熱夾套12,所述第一外熱夾套12用于為所述第一筒體11內(nèi)物料的 氧化處理提供所需熱量;所述第一外熱夾套12由沿軸向設(shè)置的6個(gè)分段夾套13組成，每個(gè)分 段夾套13上均設(shè)有煙氣進(jìn)口和煙氣出口（圖中未示出）。
[0030] 所述外熱式炭化爐用于對(duì)來自所述外熱式氧化爐的物料進(jìn)行炭化處理，包括第二 筒體21和設(shè)置在所述第二筒體21外的第二外熱夾套22,所述第二外熱夾套22用于為所述第 二筒體21內(nèi)物料的炭化處理提供所需熱量;所述第二外熱夾套22的結(jié)構(gòu)設(shè)置同第一外熱夾 套12。
[0031]對(duì)應(yīng)于每個(gè)分段夾套13的底部均設(shè)有一臺(tái)所述燃燒器3,用于向所述每個(gè)分段夾 套13內(nèi)提供熱煙氣。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，每臺(tái)燃燒器3也可以同時(shí)向多個(gè)分段 夾套13內(nèi)提供熱煙氣，以減少燃燒器3的數(shù)量。
[0032]運(yùn)行時(shí)，利用燃燒器3燃燒天然氣，將得到的熱煙氣送入第一外熱夾套12和第二外 熱夾套22的分段夾套13內(nèi)，從而對(duì)第一筒體11和第二筒體22進(jìn)行加熱。加熱后離開第一外 熱夾套12的煙氣中的一部分經(jīng)第二循環(huán)風(fēng)機(jī)5循環(huán)至第一外熱夾套12中靠近氧化物料出口 的分段夾套13內(nèi)；當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在其他實(shí)施方式中也可以循環(huán)至第一外 熱夾套12的各分段夾套13內(nèi)。加熱后離開第二外熱夾套22的煙氣中的一部分經(jīng)第三循環(huán)風(fēng) 機(jī)6循環(huán)至第二外熱夾套22中靠近氧化物料進(jìn)口的分段夾套13內(nèi)；當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以理解，在其他實(shí)施方式中也可以循環(huán)至第二外熱夾套22的各分段夾套13內(nèi)。離開第一外 熱夾套12和第二外熱夾套22的剩余煙氣中的一部分與適量空氣混合，經(jīng)第一循環(huán)風(fēng)機(jī)4作 為氧化劑送入第一筒體內(nèi)。其余煙氣放空。
[0033]原料煤的壓塊粒料首先進(jìn)入第一筒體11內(nèi)，在氧化劑的氣氛下干燥、氧化，得到氧 化物料。氧化物料離開第一筒體11后進(jìn)入第二筒體21內(nèi)，進(jìn)行炭化處理，得到炭化物料。同 時(shí)，第一筒體11內(nèi)的氣體作為氧化尾氣離開第一筒體11;第二筒體21內(nèi)的氣體作為炭化尾 氣離開第二筒體21。
[0034] 在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化炭化系統(tǒng)還包括鏈斗輸送機(jī)、布袋除 塵器、引風(fēng)機(jī)、焚燒爐和余熱鍋爐（圖中未示出），其中，所述鏈斗輸送機(jī)用于將來自所述第 一筒體11的氧化物料送入所述第二筒體21內(nèi)。所述布袋除塵器用于對(duì)來自所述第一筒體11 內(nèi)的氧化尾氣進(jìn)行除塵，所述引風(fēng)機(jī)用于從所述第一筒體11內(nèi)引出氧化尾氣，使除塵后的 氧化尾氣進(jìn)入磨煤?jiǎn)卧愿稍镌厦?。所述焚燒爐用于焚燒來自所述第二筒體21內(nèi)的炭化 尾氣，得到焚燒尾氣;所述余熱鍋爐用于回收所述焚燒尾氣中的熱量，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
[0035] 以下結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型并不局限于此。
[0036] 實(shí)施例1
[0037]利用圖1所示的氧化炭化系統(tǒng)進(jìn)行物料的氧化炭化處理，其中，所述氧化劑中氧含 量為14vol%，二氧化碳含量為12vol%，水蒸氣含量為24vol%。
[0038] 將壓塊料破碎造粒，得到粒徑在6.7mm~8mm之間的粒料。
[0039]在第一筒體內(nèi)于230°C加熱3h以對(duì)上述粒料進(jìn)行氧化處理，然后將氧化物料送至 第二筒體內(nèi)，在溫度490°C下的流動(dòng)狀氮?dú)庵斜簾?h，得到炭化物料。
[0040]所述壓塊料通過如下方法制備：
[0041] (1)、將新疆哈密煤粉碎至平均粒徑為25μπι的粉煤，進(jìn)行篩分，其中，粒徑大于80μπι 的粉煤含量為2.5wt% ;粒徑大于40μπι的粉煤含量為18wt% ;
[0042] (2)、將（1)得到的粉煤送入壓塊成型設(shè)備的給料倉內(nèi)，并對(duì)所述給料倉內(nèi)的物料 進(jìn)行脫氣處理，使所述給料倉內(nèi)的負(fù)壓保持在2.5kPa~3kPa;
[0043] (3 )、使所述給料倉內(nèi)物料的溫度保持在70 °C~75 °C、水分含量調(diào)節(jié)為4wt~ 5wt% ；
[0044] (4)、將所述給料倉內(nèi)的物料通過螺旋強(qiáng)制給料機(jī)送入成型設(shè)備在進(jìn)行成型，以得 到壓塊料。
[0045] 檢測(cè)型煤強(qiáng)度，滾筒強(qiáng)度(GB/T 7702.3-2008)91.7%。
[0046] 所述新疆哈密煤來自新疆保利煤礦，其指標(biāo)為:水分5.17wt %，空氣干燥基灰分為 1.31wt%，干燥無灰基揮發(fā)分35.54wt%，粘結(jié)指數(shù)2,屬于無粘結(jié)性煤，焦渣特征3,可磨系 數(shù) 55 %。
[0047] 對(duì)上述炭化物料進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表1.
[0048] 對(duì)比例1
[0049] 與實(shí)施例1的區(qū)別在于其氧化劑為空氣，其余同實(shí)施例1.
[0050] 對(duì)其炭化物料進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表1。
[0051 ] 實(shí)施例2
[0052]與實(shí)施例1的區(qū)別在于:其氧化劑中氧含量為8vol%，二氧化碳含量為18vol%，水 蒸氣含量為35vol % ;同時(shí)，在第一筒體內(nèi)于290°C加熱4.5h以對(duì)上述粒料進(jìn)行氧化處理，然 后將氧化物料。其余同實(shí)施例1。
[0053]對(duì)其炭化物料進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表1。
[0054] 對(duì)比例2
[0055]與實(shí)施例2的區(qū)別在于其氧化劑為氮?dú)馀c空氣的混合氣，其氧含量為8vol%，其余 同實(shí)施例2。
[0056] 對(duì)其炭化物料進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表1。
[0057] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煙氣內(nèi)循環(huán)的氧化炭化系統(tǒng)，包括： 外熱式氧化爐，用于對(duì)物料進(jìn)行氧化處理，包括第一筒體和設(shè)置在所述第一筒體外的 第一外熱夾套，所述第一外熱夾套用于為所述第一筒體內(nèi)物料的氧化處理提供所需熱量； 外熱式炭化爐，用于對(duì)來自所述外熱式氧化爐的物料進(jìn)行炭化處理，包括第二筒體和 設(shè)置在所述第二筒體外的第二外熱夾套，所述第二外熱夾套用于為所述第二筒體內(nèi)物料的 炭化處理提供所需熱量； 燃燒設(shè)備，用于向所述第一外熱夾套和第二外熱夾套內(nèi)輸入熱煙氣;和 第一煙氣循環(huán)設(shè)備，用于將來自所述第一外熱夾套和/或第二外熱夾套的部分煙氣與 適量的空氣混合后作為氧化處理的氧化劑送入第一筒體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化炭化系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化炭化系統(tǒng)還包括： 第二煙氣循環(huán)設(shè)備，用于將來自所述第一外熱夾套的部分煙氣循環(huán)至所述第一外熱夾 套內(nèi)；和 第三煙氣循環(huán)設(shè)備，用于將來自所述第二外熱夾套的部分煙氣循環(huán)至所述第二外熱夾 套內(nèi)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氧化炭化系統(tǒng)，其特征在于，所述外熱式氧化爐和外熱式 炭化爐均為外熱式回轉(zhuǎn)窯。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化炭化系統(tǒng)，其特征在于，所述第一外熱夾套和第二外熱夾 套分別包括沿其軸向設(shè)置的多個(gè)相互隔離的分段夾套，所述分段夾套上分別設(shè)有煙氣入口 和煙氣出口。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化炭化系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化炭化系統(tǒng)還包括： 輸送機(jī)，用于將來自所述第一筒體的氧化物料送入所述第二筒體內(nèi)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化炭化系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化炭化系統(tǒng)還包括： 除塵器，用于對(duì)來自所述第一筒體內(nèi)的氧化尾氣進(jìn)行除塵;和 引風(fēng)機(jī)，用于從所述第一筒體內(nèi)引出氧化尾氣。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化炭化系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化炭化系統(tǒng)還包括： 焚燒爐，用于焚燒來自所述第二筒體內(nèi)的炭化尾氣，得到焚燒尾氣;和 余熱鍋爐，用于回收所述焚燒尾氣中的熱量。
【文檔編號(hào)】C01B31/08GK205590304SQ201620268541
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】王洪強(qiáng), 韓曉林, 趙龍, 陳太廣, 漆濤, 張雁江, 魯宗虎, 趙榮善
【申請(qǐng)人】神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 神華新疆能源有限責(zé)任公司