一種連續製備天然氣吸附劑的活化反應設備及其工藝的製作方法
2024-02-05 07:14:15 1
專利名稱：一種連續製備天然氣吸附劑的活化反應設備及其工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製備天然氣吸附劑的高溫活化設備及其工藝，尤其涉及吸附劑製備中可連續進行活化的工藝方法及設備，屬石油化工技術領域。
背景技術：
近年來開發的吸附天然氣技術越來越受到人們的重視。該技術是利用高比表面的吸附劑在中低壓下儲運天然氣，與目前常規採用的壓縮天然氣相比，儲存壓力低，所用設備投資小，而且操作安全性高；但如何製備出高性能的吸附劑且能滿足工業生產的要求，則是該技術急需解決的關鍵問題之一。目前，現有技術中已公開了一些關於天然氣吸附劑的製備方法，但基本上是處於實驗室階段。例如中國專利文獻公開了一種「富微孔炭質吸附劑及其製備方法」(申請號01141565.7)，它是以石油焦、木質素或核桃殼為原料，以氫氧化鉀為活化劑，採用先在低溫爐中(150～550℃)預活化，再在高溫爐(700--900℃)中進行活化反應，製備出了一種性能較好的天然氣吸附劑；但該製備技術缺乏規模化連續製備手段。同時，由於在活化過程中，需要防止石油焦與空氣接觸發生自燃，這就需要解決活化設備的密封問題；另一方面，由於使用KOH作為活化劑，具有強鹼特性，有強烈的腐蝕作用，要求設備還必須滿足高溫耐鹼腐蝕的需要，因而導致所用設備投資大，生產過程不易連續，難以滿足工業化生產的要求，在某種程度上限制了該技術的進一步推廣和應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種連續製備天然氣吸附劑的活化反應設備及其工藝方法，該設備及方法能夠充分保證產品在高溫活化中所要求的溫度、氣氛，滿足工業化連續生產的要求，實現複雜反應條件下規模化的連續製備和完全自動化；有效防止在涉及鹼性介質的反應過程中物料對設備造成的強腐蝕作用。
本發明的技術方案如下一種連續製備天然氣吸附劑的活化反應設備，其特徵在於，所述設備包括a.一個供原料進行活化反應的窯爐本體，該窯爐本體由預熱段、恆溫段和冷卻段三部分組成，在其冷卻段布置有一組換熱器；其爐牆內層是由耐高溫鹼腐蝕材料、耐火材料和保溫材料構成，b.一個用於加熱窯爐本體的燃燒系統，該燃燒系統包括設置在窯內恆溫段窯牆上的一組燃燒器，與燃燒器組相連的燃料管道及設置在其上的燃料控制閥，與換熱器和燃料管道相連的熱空氣管道及設置在其上的氣體調節閥；c.一個用於控制窯爐溫度的溫控系統，該系統以控制器為核心，其輸入端通過信號線與設置在爐內的熱電偶相連，其輸出端分別通過控制線路與所述的燃料控制閥和氣體控制閥相連；d.一個煙風系統，包括一個可在窯爐進出口形成氣幕密封的風機，一個通過風管與換熱器的進口相連的助燃風機和設置在窯爐前端與煙囪之間管道上的引風機；e.一個原料進給系統，該系統包括設置在爐前的推料機構，裝有儲料匣缽的移動式窯車以及供窯車運行的內外軌道。
上述活化反應設備中所述的一組換熱器採用至少一個不繡鋼換熱器布置在冷卻段窯牆壁面上。
所述的耐高溫鹼腐蝕材料布置在恆溫段的爐頂和爐牆的內層，所述的耐火材料布置在預熱段和冷卻段爐牆的內層，所述的保溫材料布置在預熱段、恆溫段和冷卻段爐牆的外層。
本發明中所述的煙風管道包括助燃風機的風管、氣幕風機的氣幕風管以及引風機的引風管可部分設置在爐牆內。
本發明提供一種利用上述活化反應設備製備天然氣吸附劑的活化工藝，其特徵在於該工藝包括如下步驟1)首先啟動燃燒系統，利用設置在爐內恆溫段的一組燃燒器對窯爐進行預熱；2)通過推料機構將裝有儲料匣缽的移動式窯車連續不斷的推入窯爐的預熱段，在預熱段反應物料由常溫升至700℃--900℃，在此溫度下進行恆溫反應1.5--3小時；3)來自助燃風機的助燃空氣在換熱器內被加熱後與來自燃料管中的燃料氣混合，燃燒後的煙氣經引風機引入預熱段加熱物料，最終經煙囪排入大氣；4)預熱段的窯車在後面窯車的推頂下逐漸前行，經恆溫段進入冷卻段，窯內被窯車充滿，物料在冷卻段中與進入換熱器中的助燃空氣換熱後冷卻降溫，溫度降至80℃以下出爐；5)出爐後的窯車將成品卸下，空車通過轉向盤經窯外導軌返至推料機構前裝料，.如此反覆，實現天然氣吸附劑的活化工藝。
上述活化工藝中，窯車在窯內的行進速度為1.5-3m/h，運行時間為8-11小時。
本發明所提供的製備天然氣吸附劑的活化反應設備及其工藝具有以下優點及突出性效果整個活化反應過程連續性強，預活化反應和高溫活化反應在窯爐內一次完成，便於擴大生產規模，實現複雜反應條件下規模化的連續製備和完全自動化；能耗低，恆溫段產生的熱煙氣在排放前用來加熱預熱段的匣缽和物料，從而降低了排煙溫度，防止了熱量浪費；分系統獨立，穩定性好，能夠充分保證產品在高溫活化中所要求的溫度、氣氛以及冷卻和密封要求，不會由於分系統之間的耦合造成整個系統的不穩定。爐內鑲嵌耐高溫鹼腐蝕材料、耐火材料和保溫材料，能有效防止在涉及鹼性介質的反應過程中物料對設備造成的強腐蝕作用。
圖1為活化反應設備的整體結構示意圖。
圖2為反應窯爐主體的斷面圖。
圖3為反應窯爐內各段(預熱段、恆溫段、冷卻段)溫度分布示意圖。
圖1中標號所示部件如下圖中1-輸料設備，2-推料機構，3-窯車，4-窯爐本體，5-預熱段煙氣流向，6-氣幕風管道，7-換熱器，8-氣幕風機，9-窯車軌道，10-轉向盤，11-助燃風機，12-送風管道，13-熱風管，14-空氣控制閥，15-燃料管道，16-控制線路，17-燃燒器，18-熱電偶，19-控制器，20-控制線路，21-燃料控制閥，22-引風管道，23-引風機，24-煙囪，25-匣缽，26-耐火材料，27-保溫材料，28-高溫鹼腐蝕材料。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
本發明所述的天然氣吸附劑製備中採用的原料及其組分配比是以現有技術中公開的一種「富微孔炭質吸附劑及其製備方法」(申請號01141565.7)中的內容為基礎的。它以石油焦、木質素或核桃殼為原料，以氫氧化鉀為活化劑。
本發明所述的活化反應設備主要由以下五部分組成反應窯爐本體，燃燒系統，溫度控制系統，煙風系統和原料進給系統組成。(如圖1、圖2所示)。
(1)窯爐本體該窯爐本體4包括預熱段、恆溫段和冷卻段三部分，為提高熱利用率，在冷卻段設置有一組換熱器7，換熱器可採用不鏽鋼換熱器，鑲嵌於冷卻段的窯牆上；爐體內壁設有耐高溫鹼腐蝕材料28、耐火材料26和保溫材料27，以防遭爐內鹼性氣氛腐蝕，同時減低窯體的散熱。耐高溫鹼腐蝕材料28布置在恆溫段的爐頂和爐牆的內層，所述的耐火材料26布置在預熱段和冷卻段爐牆的內層，所述的保溫材料27布置在預熱段、恆溫段和冷卻段爐牆的外層。
(2)燃燒系統該燃燒系統包括設置在窯內恆溫段窯牆上的一組燃燒器17，與燃燒器相連的燃料管道15及設置在其上的燃料控制閥21，與換熱器和燃料管道相連的熱空氣管道13及設置在其上的氣體調節閥14；來自助燃風機11的助燃空氣被一組換熱器7加熱，通過調節氣體控制閥14和燃料控制閥21，控制熱空氣和燃料氣以適當的比例送入燃燒器17，用於加熱窯爐。燃燒器可根據實際情況採用多個。
(3)溫控系統該系統以控制器19為核心，其輸入端通過信號線與設置在爐內的熱電偶18(數支)相連，其輸出端分別通過控制線路20、16與所述的燃料控制閥21和氣體控制閥14相連；該溫控系統以爐溫作為輸入信號，輸出信號經控制線路16開啟或關閉調節閥門14以調節與換熱器連接的熱風管13中的熱風量，經控制線路20開啟或關閉設在燃料管道15上的調節閥門21調節與燃燒器相連的燃料管道15中的燃料量，以保證預熱段、恆溫段和冷卻段的溫度(見圖3)要求，同時保證燃料和空氣的合理配比，以提高燃燒效率。
(4)煙風系統該系統包括一個可在窯爐進出口形成氣幕密封的風機8，一個通過風管12與換熱器的進口相連的助燃風機11和設置在窯爐前端與煙囪24之間管道22上的引風機23。氣幕風機8產生的空氣經與窯爐進出口相連的氣幕風管道6送至反應窯爐進出口處形成氣幕密封，以防漏入空氣使吸附劑自燃或影響爐溫；助燃風機11的空氣經與換熱器連接的空氣管道12送入換熱器7，空氣升溫後再經過與換熱器連接的熱風管13送入燃燒系統，與燃料氣在燃燒器17前混合後進入燃燒器燃燒。燃燒後的煙氣流經預熱段，並對預熱段加熱(見圖1反應窯內左向箭頭5)，然後經引風管道22、引風機23和煙囪24排入大氣。煙風系統中的管道包括助燃風機的風管12、13、氣幕風機的氣幕風管6以及引風機的引風管22應部分設置在爐牆內，這樣可進一步提高熱利用率。
(5)原料進給系統該系統包括設置在爐前的推料機構2，裝有儲料匣缽25的移動式窯車3以及供窯車運行的內外軌道9。運行時，將石油焦與KOH按照一定比例混和好後，通過輸料設備1送入放置在窯車3上的儲料匣缽25中。
上述活化反應設備的運行方法如下將石油焦與KOH按照一定比例混和好後，通過輸料設備1將其送入推料機構2後面的窯車3上的儲料匣缽25中。將匣缽25頂蓋放置好，使用推料機構2將裝載匣缽的窯車3送入反應窯爐預熱段中。推料機構2依次將窯車推入預熱段，窯車行進速度為1.5～3m/h。在此過程中，窯車不斷被頂入窯內，窯內被窯車充滿(見圖1)。預熱段的窯車由於後面窯車的推頂逐漸前行進入恆溫段，每臺窯車經過恆溫段的時間為1.5～3小時，窯車上匣缽內的物料即完成了活化反應過程。窯車繼續前行進入冷卻段，在冷卻段匣缽25及窯車3由換熱器7吸收熱量而冷卻。而來自助燃風機11的助燃空氣被換熱器7加熱。熱空氣和燃料以適當的比例(由控制器19和氣體控制閥14及燃料控制閥21控制)送入燃燒器17。燃燒後的煙氣經引風機23引入預熱段加熱物料，最終煙氣由與窯爐前端相連接的引風管道22引出，經引風機23和煙囪24排入大氣。車載成品出窯後將成品卸下，空車通過轉向盤10、經窯外導軌9返至推料機構2前裝料。
窯爐溫度則由恆溫段的溫度(由熱電偶18提供)作為一次信號送入控制器19，由控制器19輸出信號經控制線路20和調節閥21調節燃料量；同時經控制線路16和調節閥門14調節熱風量進行控制。
窯車3上放置的匣缽裝好料後，經推料機構2推入窯爐的預熱段，在預熱段中，物料、匣缽被從恆溫段抽取的熱煙氣加熱，由常溫逐漸升至700℃--900℃後進入恆溫段，物料在上述溫度下進行活化反應1.5--3小時，然後進入冷卻段，物料、匣缽等在冷卻段中與換熱器7進行熱交換後冷卻，當溫度降到80℃以下後出窯，以達到勞動保護的要求，物料在窯內歷時約8-11小時。
權利要求
1.一種連續製備天然氣吸附劑的活化反應設備，其特徵在於，所述設備包括a.一個供原料進行活化反應的窯爐本體，該窯爐本體由預熱段、恆溫段和冷卻段三部分組成，在其冷卻段布置有一組換熱器(7)，其爐牆內層由耐高溫鹼腐蝕材料、耐火材料和保溫材料構成；b.一個用於加熱窯爐本體的燃燒系統，該燃燒系統包括設置在窯內恆溫段窯牆上的一組燃燒器(17)，與燃燒器相連的燃料管道(15)及設置在其上的燃料控制閥(21)，與換熱器和燃料管道相連的熱空氣管道(13)及設置在其上的氣體調節閥(14)；c.一個用於控制窯爐溫度的溫控系統，該系統以控制器(19)為核心，其輸入端通過信號線與設置在爐內的熱電偶(18)相連，其輸出端分別通過控制線路(16、20)與所述氣體控制閥(14)和燃料控制閥(21)相連；d.一個煙風系統，該系統包括一個可在窯爐進出口形成氣幕密封的風機(8)，一個通過風管(12)與換熱器的進口相連的助燃風機(11)和設置在窯爐前端與煙囪(24)之間管道(22)上的引風機(23)；e.一個原料進給系統，該系統包括設置在爐前的推料機構(2)，裝有儲料匣缽(25)的移動式窯車(3)以及供窯車運行的內外軌道(9)。
2.按照權利要求1所述的活化反應設備，其特徵在於所述的一組換熱器採用至少一個不繡鋼換熱器布置在冷卻段窯牆壁面上。
3.按照權利要求1所述的活化反應設備，其特徵在於所述的耐高溫鹼腐蝕材料(28)布置在恆溫段的爐頂和爐牆的內層，所述的耐火材料(26)布置在預熱段和冷卻段爐牆的內層，所述的保溫材料(27)布置在預熱段、恆溫段和冷卻段爐牆的外層。
4.按照權利要求1、2或3所述的活化反應設備，其特徵在於所述的煙風管道包括助燃風機的風管(12、13)、氣幕風機的氣幕風管(6)以及引風機的引風管(22)其部分設置在爐牆內。
5.一種利用如權利要求1所述反應設備製備天然氣吸附劑的活化工藝，其特徵在於該工藝包括如下步驟1)首先啟動燃燒系統，利用設置在爐內恆溫段的一組燃燒器對窯爐進行預熱；2)通過推料機構將裝有儲料匣缽的移動式窯車連續不斷的推入窯爐的預熱段，在預熱段反應物料由常溫升至700℃-900℃，在此溫度下進行恆溫反應1.5-3小時；3)來自助燃風機(11)的助燃空氣在換熱器(7)內被加熱後與來自燃料管道(15)中的燃料氣混合，燃燒後的煙氣經引風機(23)引入預熱段加熱物料，最終經煙囪排入大氣；4)預熱段的窯車在後面窯車的推頂下逐漸前行，經恆溫段進入冷卻段，窯內被窯車充滿，物料在冷卻段中與進入換熱器(7)中的助燃空氣換熱後冷卻降溫，溫度降至80℃以下出爐；5)出爐後的窯車將成品卸下，空車通過轉向盤(10)經窯外導軌(9)返至推料機構前裝料，如此反覆，實現天然氣吸附劑的活化過程。
6.按照權利要求5所述的活化工藝，其特徵在於窯車在窯內的行進速度為1.5～3m/h，運行8～11小時。
全文摘要
一種連續製備天然氣吸附劑的活化反應設備及其工藝，屬石油化工技術領域。本發明主要由反應窯爐本體，燃燒系統、溫控系統、煙風系統和原料進給系統五部分組成，所述的窯爐本體包括預熱段、恆溫段和冷卻段；反應物料通過推料機構將裝有儲料匣缽的移動式窯車連續不斷的推入窯爐的預熱段，在預熱段由常溫升至700℃－900℃，在此溫度下進行恆溫反應，然後在冷卻段降溫至80℃以下出爐。整個活化反應過程連續性強，預活化反應和高溫活化反應在窯爐內一次完成，實現複雜反應條件下規模化的連續製備和完全自動化；能耗低，同時能有效防止在涉及鹼性介質的反應過程中物料對設備造成的強腐蝕作用。
文檔編號B01J20/34GK1528512SQ20031010046
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月17日 優先權日2003年10月17日
發明者吳佔松, 郭亮, 馬潤田, 朱琳 申請人:清華大學