活性焦製備裝置及方法與流程
2024-02-24 05:46:15
本發明涉及煤化工領域，具體而言，涉及一種活性焦製備裝置及方法。
背景技術：
活性焦煙氣淨化技術方面適用範圍廣、煙氣處理量大，活性焦的脫硫效率可達90％、脫硝效率可達80％，在資源回收和節水方面優點突出。活性焦煙氣淨化技術適用於燃煤工業鍋爐及化工、冶金、鋼鐵等行業焙燒產生的各種廢氣處理和燃煤電站鍋爐煙氣治理。
目前通常採用固定床或移動床製備活性焦，單臺裝備產量低且連續性生產能力差，且生產能耗較高。此外，活性焦製備過程中會產生較多的焦油，如果溫度控制不當會經常造成焦油堵塞，嚴重時需要停爐檢修。
基於以上原因，有必要提供一種成本較低、連續運行能力強且不易發生焦油堵塞的製備活性焦的工藝。
技術實現要素：
本發明的主要目的在於提供一種活性焦製備裝置及方法，以解決現有技術中製備活性焦存在的成本高、連續運行能力差且易發生焦油堵塞的問題。
為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種活性焦製備裝置，其包括：低溫熱解爐，低溫熱解爐上設置有煤料進口、第一熱煙氣進口及熱半焦出口；循環流化床裝置，循環流化床裝置上設置有熱半焦進口、第二熱煙氣進口及活性焦出口，熱半焦進口與熱半焦出口連通。
進一步地，循環流化床裝置包括：循環流化床本體，循環流化床本體上設置有熱半焦進口、第二熱煙氣進口及混合物出口；第一氣固分離裝置，第一氣固分離裝置上設置有第一混合物進口和第一氣相出口，第一混合物進口與混合物出口連通；以及第二氣固分離裝置，第二氣固分離裝置上設置有第二混合物進口和活性焦出口，第二混合物進口與第一氣相出口連通。
進一步地，第一氣固分離裝置上還設置有第一固相出口，循環流化床本體上還設置有返料進口，返料進口與第一固相出口連通。
進一步地，循環流化床裝置還包括：返料器，返料器設置在返料進口與第一固相出口之間的管路上。
進一步地，低溫熱解爐為鼓泡流化床。
進一步地，低溫熱解爐上還設置有第一熱解氣出口，第二氣固分離裝置上還設置有第二熱解氣出口，裝置還包括：熱解氣處理裝置，熱解氣處理裝置分別與第一熱解氣出口和第二熱解氣出口連通。
進一步地，循環流化床本體上還設置有燃料氣進口，燃料氣進口分別與第一熱解氣出口和第二熱解氣出口連通。
進一步地，裝置還包括：冷焦器，冷焦器與活性焦出口連通。
進一步地，冷焦器上設置有冷焦出口，裝置還包括活性焦收集裝置，活性焦收集裝置與冷焦出口連通。
進一步地，裝置還包括：換熱器，換熱器上設置有高溫煙氣進口和低溫煙氣出口，低溫煙氣出口與第一熱煙氣進口連通。
根據本發明的另一方面，還提供了一種製備活性焦的方法，其包括以下步驟：將制焦煤在低溫熱解爐中進行低溫熱解，得到熱半焦；將熱半焦在循環流化床裝置中進行高溫熱解，得到活性焦。
進一步地，低溫熱解步驟中，熱解溫度為400～600℃；高溫熱解步驟中，熱解溫度為800～950℃。
進一步地，制焦煤的粒徑為0.5～8mm。
應用本發明的技術方案，提供了一種活性焦製備裝置，其包括低溫熱解爐和循環流化床裝置，低溫熱解爐上設置有煤料進口、第一熱煙氣進口及熱半焦出口；循環流化床裝置上設置有熱半焦進口、第二熱煙氣進口及活性焦出口，熱半焦進口與熱半焦出口相連通。
利用本發明提供的活性焦製備裝置，能夠通過兩步法製備活性焦。第一步是在低溫熱解爐中對制焦煤進行低溫熱解和磨損，形成粒徑較小的熱半焦。第二步是在循環流化床裝置中對熱半焦進行深入熱解和磨損，形成活性焦產品。一方面，利用上述兩步法製備活性焦，能夠分離製備包含焦油的熱解氣與活性焦(含焦油的熱解氣在低溫熱解階段形成，活性焦在深入熱解階段形成)，從而有利於緩解因焦油析出帶來的易堵塞問題。另一方面，利用本發明的裝置能夠連續穩定地製備活性焦，且運行成本較低，非常適合工業化大規模應用。
附圖說明
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1示出了根據本發明的一種實施例的活性焦製備裝置示意圖。
其中，上述附圖包括以下附圖標記：
10、低溫熱解爐；101、煤料進口；102、第一熱煙氣進口；103、熱半焦出口；104、第一熱解氣出口；20、循環流化床裝置；201、熱半焦進口；202、第二熱煙氣進口；203、活性焦出口；21、循環流化床本體；211、混合物出口；212、返料進口；213、燃料氣進口；22、第一氣固分離裝置；221、第一混合物進口；222、第一氣相出口；223、第一固相出口；23、第二氣固分離裝置；231、第二混合物進口；232、第二熱解氣出口；24、返料器；30、熱解氣處理裝置；40、冷焦器；50、活性焦收集裝置；60、換熱器；70、煤料倉。
具體實施方式
需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
以下結合具體實施例對本申請作進一步詳細描述，這些實施例不能理解為限制本申請所要求保護的範圍。
正如背景技術部分所描述的，現有技術中製備活性焦時存在成本高、連續運行能力差且易發生焦油堵塞的問題。
為了解決上述問題，本發明提供了一種活性焦製備裝置，如圖1所示，其包括低溫熱解爐10和循環流化床裝置20，低溫熱解爐10上設置有煤料進口101、第一熱煙氣進口102及熱半焦出口103；循環流化床裝置20上設置有熱半焦進口201、第二熱煙氣進口202及活性焦出口203，熱半焦進口201與熱半焦出口103相連通。
利用本發明提供的活性焦製備裝置，能夠通過兩步法製備活性焦。第一步是在低溫熱解爐10中對制焦煤進行低溫熱解和磨損，形成粒徑較小的熱半焦。第二步是在循環流化床裝置20中對熱半焦進行深入熱解和磨損，形成活性焦產品。一方面，利用上述兩步法製備活性焦，能夠分離製備包含焦油的熱解氣與活性焦(含焦油的熱解氣在低溫熱解階段形成，活性焦在深入熱解階段形成)，從而有利於緩解因焦油析出帶來的易堵塞問題。另一方面，利用本發明的裝置能夠連續穩定地製備活性焦，且運行成本較低，非常適合工業化大規模應用。
此外，利用本發明提供的活性焦製備裝置兩步法製備活性焦，能夠通過對制焦煤的低溫熱解實現對熱解氣的回收，也有利於在低溫下處理熱解氣。而利用循環流化床裝置20對熱半焦進行深度熱解，能夠保證大粒徑的未完全焦化的半焦在床內循環反應，直至反應至完全焦化的粒徑範圍，使得本發明的裝置適用的制焦煤的粒徑範圍更加寬泛。
在一種優選的實施例中，循環流化床裝置20包括：循環流化床本體21，第一氣固分離裝置22及第二氣固分離裝置23，循環流化床本體21上設置有熱半焦進口201、第二熱煙氣進口202及混合物出口211；第一氣固分離裝置22上設置有第一混合物進口221和第一氣相出口222，第一混合物進口221與混合物出口211連通；第二氣固分離裝置23上設置有第二混合物進口231和活性焦出口203，第二混合物進口231與第一氣相出口222連通。
這樣設置，經低溫熱解形成的熱半焦進入循環流化床本體21後，在熱煙氣的作用下深度熱解。產生的氣固混合物經第一氣固分離裝置22後，將粒徑較大的顆粒分離出來，經第二氣固分離裝置23將活性焦分離出來。
在一種優選的實施例中，第一氣固分離裝置22上還設置有第一固相出口223，循環流化床本體21上還設置有返料進口212，返料進口212與第一固相出口223連通。這樣，粒徑較大的熱半焦未完成完全焦化，被第一氣固分離裝置22分離出來返回循環流化床本體21進行進一步的熱解，直至反應至完全焦化的粒徑範圍，形成合格的活性焦。
在一種優選的實施例中，循環流化床裝置20還包括：返料器24，返料器24設置在返料進口212與第一固相出口223之間的管路上。利用返料器24能夠將未完成完全焦化的大顆粒熱半焦穩定地送回循環流化床本體21進行繼續反應。
在一種優選的實施例中，低溫熱解爐10為鼓泡流化床。利用鼓泡流化床作為低溫熱解爐10，能夠進一步強化制焦煤、半焦的熱交換、混合及磨損，大粒徑制焦煤有利於被磨損為小粒徑的煤或半焦，因此可以使用寬篩分大粒徑的制焦煤作為原料。同時，利用鼓泡流化床作為低溫熱解爐10，流化氣速低、床層阻力小，能夠降低系統能耗。此外，利用鼓泡流化床作為低溫熱解爐10，生成的熱解氣中焦油含量高、煙塵濃度低，可對其進行集中處理。
在一種優選的實施例中，低溫熱解爐10上還設置有第一熱解氣出口104，第二氣固分離裝置23上還設置有第二熱解氣出口232，裝置還包括：熱解氣處理裝置30，熱解氣處理裝置30分別與第一熱解氣出口104和第二熱解氣出口232連通。利用熱解氣處理裝置30，可以對兩部分反應產生的熱解氣進行集中處理。優選地，熱解氣處理裝置30可以為鍋爐。
在一種優選的實施例中，循環流化床本體21上還設置有燃料氣進口213，燃料氣進口213分別與第一熱解氣出口104和第二熱解氣出口232連通。這樣設置，能夠利用系統本身反應產生的熱解氣作為循環流化床本體21的燃料氣，參與熱半焦的深度熱解。
在一種優選的實施例中，裝置還包括：冷焦器40，冷焦器40與活性焦出口203連通。經過深度熱解形成的活性焦的溫度較高，利用冷焦器40可以進行有效降溫處理。更優選地，冷焦器40上設置有冷焦出口，裝置還包括：活性焦收集裝置50，活性焦收集裝置50與冷焦出口連通，用以收集活性焦。
在一種優選的實施例中，裝置還包括：換熱器60，換熱器60上設置有高溫煙氣進口和低溫煙氣出口，低溫煙氣出口與第一熱煙氣進口102連通。利用換熱器60能夠對高溫煙氣進行降溫，得到溫度適合的煙氣，以通入低溫熱解爐10中支持低溫熱解反應。
優選地，如圖1所示，上述裝置還包括煤料倉70，該煤料倉70與煤料進口101連通。
當然，本發明上述的裝置中還包括各種閥門，具體的閥門設計可以根據本發明上述的裝置連接關係進行布置，這是本領域技術人員都能能理解的，在此不再贅述。
根據本發明的另一方面，還提供了一種製備活性焦的方法，其包括以下步驟：將制焦煤進行在低溫熱解爐10中進行低溫熱解，得到熱半焦；將熱半焦在循環流化床裝置20中進行高溫熱解，得到活性焦。
利用本發明提供的活性焦製備方法，能夠通過兩步法製備活性焦。第一步是在低溫熱解爐10中對制焦煤進行低溫熱解和磨損，形成粒徑較小的熱半焦。第二步是在循環流化床裝置20中對熱半焦進行深入熱解和磨損，形成活性焦產品。一方面，利用上述兩步法製備活性焦，能夠分離製備包含焦油的熱解氣與活性焦(含焦油的熱解氣在低溫熱解階段形成，活性焦在深入熱解階段形成)，從而有利於緩解因焦油析出帶來的易堵塞問題。另一方面，利用本發明的裝置能夠連續穩定地製備活性焦，且運行成本較低，非常適合工業化大規模應用。
此外，利用本發明提供的兩步法製備活性焦，能夠通過對制焦煤的低溫熱解實現對熱解氣的回收，也有利於在低溫下處理熱解氣。而利用循環流化床裝置20對熱半焦進行深度熱解，能夠保證大粒徑的未完全焦化的半焦在床內循環反應，直至反應至完全焦化的粒徑範圍，使得本發明的裝置適用的制焦煤的粒徑範圍更加寬泛。優選地，制焦煤的粒徑為0.5～8mm。
在一種優選的實施例中，低溫熱解步驟中，熱解溫度為400～600℃；高溫熱解步驟中，熱解溫度為800～950℃。具體地，為了提供上述低溫熱解步驟中的熱解溫度，可以通過調整低溫熱解爐10的運行溫度和進入的煙氣溫度進行調節，比如，可以設置低溫熱解爐10的運行溫度為350～550℃，進入低溫熱解爐10的煙氣溫度為600℃。同理，通過調整循環流化床本體21的運行溫度和進入的煙氣溫度來調節高溫熱解步驟中的熱解溫度。比如，可以設置循環流化床本體21的運行溫度為800～950℃，進入的煙氣溫度為1000℃。
以下通過實施例進一步說明本發明上述活性焦製備裝置及工藝的有益效果：
實施例1
如圖1所示，本發明的兩步法製備活性焦的裝置，以鍋爐燃燒煙氣為流化氣、煙煤製備活性焦為例介紹裝置的工作原理如下：
運行參數：煙氣溫度為1000℃；低溫熱解爐10運行溫度為500℃；循環流化床本體21的運行溫度為850℃；煤料倉70內煙煤粒徑為0.5～4mm；熱解氣處理裝置30為鍋爐，熱解氣用於燃燒產熱；第一氣固分離裝置22的分離粒徑大於150μm；第二氣固分離裝置23能夠分離出粒徑小於100μm的活性焦。
氣體流程：1000℃的煙氣進入換熱器60，降溫至600℃後以流化風形式進入低溫熱解爐10。煙煤在500～600℃的環境下進行低溫熱解，產出第一部分熱解氣。1000℃的煙氣以流化風的形式進入循環流化床本體21，半焦在850～900℃的環境下深度熱解，產出第二部分熱解氣，經第一氣固分離裝置22和第二氣固分離裝置23排出。兩部分熱解氣混合後，其中的一部分熱解氣進入循環流化床本體21燃燒，剩餘的熱解氣進入熱解氣處理裝置30燃燒。
固體顆粒物流程：存儲於煤料倉70的煙煤進入低溫熱解爐10，經過磨損及低溫熱解形成粒徑較小的熱半焦。熱半焦進入循環流化床本體21進行深度熱解，然後經第一氣固分離裝置22將大粒徑的未完全熱解的半焦分離下來並進入返料器24，進而重新返回循環流化床本體21，經深入熱解和磨損形成合格的活性焦。未被第一氣固分離裝置22分離下來的活性焦被第二氣固分離裝置23分離下來，進入冷焦器40。活性焦冷卻至常溫後進入活性焦收集裝置50。
從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果：
利用本發明提供的活性焦製備裝置，能夠通過兩步法製備活性焦。第一步是在低溫熱解爐中對制焦煤進行低溫熱解和磨損，形成粒徑較小的熱半焦。第二步是在循環流化床裝置中對熱半焦進行深入熱解和磨損，形成活性焦產品。一方面，利用上述兩步法製備活性焦，能夠分離製備包含焦油的熱解氣與活性焦(含焦油的熱解氣在低溫熱解階段形成，活性焦在深入熱解階段形成)，從而有利於緩解因焦油析出帶來的易堵塞問題。另一方面，利用本發明的裝置能夠連續穩定地製備活性焦，且運行成本較低，非常適合工業化大規模應用。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。