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，同時相應(yīng)地降低了其中的氧含，對于強(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] 目前對原料煤進(jìn)行氧化處理時，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，難以有效地實現(xiàn)預(yù)氧化的預(yù)期效果。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實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] 為實現(xiàn)上述目的一個方面，本實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)本實用新型的氧化炭化系統(tǒng)，利用外熱式氧化爐用于對物料進(jìn)行氧化處理， 利用外熱式炭化爐對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分段夾套中輸入熱煙氣時，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個等，比如4個、6個或8個。
[0015] 根據(jù)本實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)置為一臺或多臺，從而可以同時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)本實用新型的氧化炭化系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施方式，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)本實用新型的氧化炭化系統(tǒng)的另一種實施方式，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，本實用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] (1)本實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降低氧化處理的效果，而且對于強(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)本實用新型還進(jìn)一步對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；改造后，天然氣消耗量降低為520方/小時。按 照2.3元/方天然氣價格計算，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 每小時節(jié)約氮?dú)庥昧?20方，按照每方成本0.23元計算，全年節(jié)約58萬元。
【附圖說明】
[0026] 圖1示出了本實用新型的氧化炭化系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行相應(yīng)說明，但本實用新型并不僅限于此。
[0028] 如圖1所示，在本實用新型的一個實施例中，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個分段夾套13組成，每個分 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]對應(yīng)于每個分段夾套13的底部均設(shè)有一臺所述燃燒器3,用于向所述每個分段夾 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，每臺燃燒器3也可以同時向多個分段 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，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，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] 在本實用新型的另一個實施例中，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)入磨煤單元以干燥原料煤。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，以實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0035] 以下結(jié)合實驗對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明，但本實用新型并不局限于此。
[0036] 實施例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] 對上述炭化物料進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1.
[0048] 對比例1
[0049] 與實施例1的區(qū)別在于其氧化劑為空氣，其余同實施例1.
[0050] 對其炭化物料進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1。
[0051 ] 實施例2
[0052]與實施例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，在第一筒體內(nèi)于290°C加熱4.5h以對上述粒料進(jìn)行氧化處理，然 后將氧化物料。其余同實施例1。
[0053]對其炭化物料進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1。
[0054] 對比例2
[0055]與實施例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 同實施例2。
[0056] 對其炭化物料進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1。
[0057] 表 1
【主權(quán)項】
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】C01B31/08GK205590304SQ201620268541
【公開日】2016年9月21日
【申請日】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