一種功能性氣化生產系統的製作方法

2023-10-10 12:14:34

本發明涉及化工生產領域，具體的說是一種功能性氣化生產系統。

背景技術：

爐窯是用耐火材料製作的用於煅燒物料或燒成製品的設備，一般用在生產水泥、石灰、焙燒、煅燒礦石和塊狀物料等領域。石灰石在爐窯內煅燒生產生石灰，傳統的生產工藝是將石灰石和燃料裝入石灰窯的窯膛，首先預熱到850℃開始分解，之後到1200℃完成煅燒，最後再經過冷卻，卸出石灰窯外，即煅燒過程可分為預熱帶、煅燒帶和冷卻帶。

現有應用比較普遍的石灰窯為豎窯，豎窯的利用係數在50%以下，耗能高、生產效率低。因此出現了一些生產效率高的豎窯，如蓄熱式雙膛石灰窯，採用兩個爐膛交替工作煅燒石灰石，其中一個豎窯工作時，另一個豎窯利用與工作豎窯連通的通道引入熱量對窯體內的物料進行預熱，從一定程度上提高了生產效率，但是其能耗並未降低，而且還增大了佔地面積。

另一方面，以石灰石和碳基燃料為原料的電石生產主要在電石爐設備內進行，電石爐的容量很小，爐型是開放式的，副產品co在爐面上燃燒，生成co2白白的浪費，使電石行業稱為一個高耗能、高汙染的行業。

技術實現要素：

本發明需要解決的技術問題是提供一種節約能源、熱效率高的功能性氣化生產系統。

為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：

一種功能性氣化生產系統，包括迴轉式功能性氣化窯、後處理單元，所述迴轉式功能性氣化窯的窯尾端設置物料入口，迴轉式功能性氣化窯的窯頭端設置物料出口，迴轉式功能性氣化窯的窯頭端設置燃燒裝置，或者迴轉式功能性氣化窯的窯頭端連接單設的燃燒室，迴轉式功能性氣化窯的窯尾端設置氣化氣體出口，氣化氣體出口連接後處理單元；所述燃燒裝置或燃燒室內以含碳物料和氧氣為燃料進行燃燒，燃燒產生的包括氫氣和一氧化碳的高溫煙氣，高溫煙氣在迴轉式功能性氣化窯內加熱物料進行煅燒、還原、液化或焙燒反應。

本發明的進一步改進在於：所述後處理單元包括連接在氣化氣體出口的旋風分離器，旋風分離器的氣體出口連接餘熱發電單元、變換裝置、以及氣體分離裝置，旋風分離器的固料出口收集灰渣備用。

本發明的進一步改進在於：所述旋風分離器與餘熱發電單元設置間壁預熱分解窯，間壁預熱分解窯包括耐材內筒和耐材外筒，耐材內筒內部形成中心窯膛，耐材內筒與耐材外筒之間形成間壁通道；間壁預熱分解窯的窯尾端的間壁通道設置物料入口和氣體收集口，間壁預熱分解窯的窯頭端的間壁通道設置物料出口；間壁預熱分解窯的窯頭端的中心窯膛連接旋風分離器的氣體出口，間壁預熱分解窯的窯尾端的耐材內筒連接餘熱發電單元。

本發明的進一步改進在於：所述迴轉式功能性氣化窯為迴轉窯結構。

本發明的進一步改進在於：所述迴轉式功能性氣化窯為具有同軸套裝的耐材內筒與耐材外筒形成的間壁迴轉窯。

本發明的進一步改進在於：所述燃燒裝置和燃燒器內含碳物料由壓縮氣體或超臨界氣體通過管道從原料地運輸到生產系統，或者通過車輛從原料地運輸到生產系統，在車輛的儲料罐內充入壓縮氣體或超臨界氣體作為燃料的載體和保護氣。

本發明的進一步改進在於：所述運輸燃料的管道外側套裝保護氣管道，保護氣管道內的氣體與運輸燃料的管道內的氣體相同；所述壓縮氣體為惰性氣體、二氧化碳、氮氣、空氣、燃氣和煙氣或其不同種類任意比例混合物；所述超臨界氣體為超臨界二氧化碳或超臨界氮氣，或者所述超臨界氣體中加入添加劑；所述含碳燃料為煤粉、或楓能源、或其他碳基燃料的一種或多種混合，楓能源為灰分含量小於0.01%（wt）的炭粉。

本發明的進一步改進在於：當所述後處理單元中通過分離裝置收集的氣體包含二氧化碳和氫氣，設立淺海平臺，在淺海平臺將二氧化碳裝船，然後運輸到深海，進行填埋封存；或者利用超臨界二氧化碳氣流輸送金屬氫化物；或者將二氧化碳作為運輸燃料或氫氣的管道外圍的保護氣。

本發明在採用上述技術方案後，具有如下技術進步的效果：

本發明利用超臨界氣體輸送含碳燃料，例如將顆粒細粉的煤粉從煤礦的坑口直接進入超臨界輸送管網，並將燃料與氧氣按照設定配比燃燒，為化工生產提供熱量的同時，同時實現由含碳燃料氣化獲得一氧化碳與氫氣的多功能氣化制氫過程，對參與供熱的後氣化氣體進一步利用，作為預熱發電或預熱分解，最後氣體進一步獲得氣體副產品。利用本發明的結構不僅可以進行物料的煅燒，還能實現有色金屬、黑色金屬的還原、液化過程，實現對液態物料的氣化過程。

本發明還提供一種利用超臨界流體作為載體的運輸方式，例如煤粉、金屬氫化物等粉料，又如氫氣、氧氣、乙炔等氣體，均可以用超臨界氣體作為載體通過管道和槽車運輸，其中氣體尤其是氫氣的運輸需要外加保護氣，參與生產後的物質，例如金屬氫化物還可以被運送到近海，參與海水淡化及製備氫氣的過程，氫氣和金屬氧化物被重新運輸參與生產，暫時不用的超臨界氣體被打入深海儲存備用，利用超臨界氣體特有的流體特性，還便於計量和計算熱值，並能實現均勻布料。

附圖說明

圖1是本發明一種實施例的示意圖；

圖2是本發明另一種實施例的示意圖；

圖3是本發明再一種實施例的示意圖。

圖中各標號表示為：1、迴轉式功能性氣化窯，2、旋風分離器，3、餘熱發電單元，4、變換裝置，5、氣體分離裝置、6、間壁預熱分解窯，7、淨化單元。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步詳細說明：

實施例1

一種功能性氣化生產系統，如圖1所示，作為石灰生產系統，包括迴轉式功能性氣化窯1和後處理單元。所述迴轉式功能性氣化窯1為間壁迴轉窯，具有同軸套裝的耐材內筒與耐材外筒，耐材內筒形成中心窯膛，耐材內筒與耐材外筒回見形成間壁通道。所述後處理單元包括依次連接在間壁迴轉窯窯尾端的旋風分離器2、餘熱發電單元3、變換裝置4、氣體分離裝置5。

所述間壁迴轉窯的窯尾端設置物料入口和氣體收集口，窯頭端設置物料出口。間壁迴轉窯的窯頭端設置燃燒裝置，窯尾端設置氣化氣體出口。燃燒裝置以煤粉和氧氣為燃料，其中煤粉由超臨界二氧化碳輸送，直接配設從煤礦坑口到燃燒器的超臨界輸送管網，實現煤粉從原料地到燃燒室的直接輸送。氧氣和煤粉燃燒氣化產生一氧化碳和氫氣的高溫燃氣，高溫燃氣通過耐材內筒加熱間壁通道內的石灰石粉，在物料出口收集到石灰，同時在氣體收集口收集到二氧化碳氣體。

所述氣化氣體連接到旋風分離器2，在旋風分離器2的固料出口收集到灰渣等，作為生產水泥的原料使用；從旋風分離器2的氣體出口排出的氣體進入餘熱發電單元3進行發電；發電後的氣體通過變換裝置4，從氫氣和一氧化碳轉化為氫氣與二氧化碳，將兩者通過氣體分離裝置5進行分離，分離後的氫氣收集備用，分離後的二氧化碳與間壁迴轉窯收集到的二氧化碳則通過管道輸送方式運輸到淺海預設的平臺，在淺海平臺裝船，之後運輸到深海填埋封存。

實施例2

本實施例如圖2所示的一種冶金生產系統，包括迴轉式功能性氣化窯和後處理單元。所述迴轉式功能性氣化窯1為迴轉窯，後處理單元與實施例1相同。

迴轉窯的窯頭端設置燃燒裝置，迴轉窯的窯尾端的反應氣體出口連接到後處理單元。燃燒裝置以楓能源和富氧氣體為燃料，楓能源為灰分含量小於0.01%（wt）的炭粉，楓能源採用罐車從原料地輸送到生產系統的燃燒裝置，罐車運輸時，使用二氧化碳填充罐體作為保護氣。迴轉窯的窯尾端設置物料入口，窯頭端設置物料出口，在物料入口投入鐵礦石，物料出口收集到被還原的鐵。

本實施例還可用於錳礦石、矽石等的還原性生產。

實施例3

本實施例如圖3所示，為一種電石生產系統，包括迴轉式功能性氣化窯和後處理單元，所述迴轉式功能性氣化窯1為迴轉窯，後處理單元包括旋風分離器2、間壁預熱分解窯6、餘熱發電單元3、變換裝置4、氣體分離裝置5。

所述迴轉窯的物料入口、物料出口、燃燒裝置、反應氣體出口與實施例2基本相同。物料入口投入物料的來源為間壁預熱分解窯獲得的石灰粉和煤粉。燃燒裝置燃燒產生的高溫燃氣，使石灰粉與煤粉反應生產電石，電石從物料出口流出。

所述高溫燃氣在旋風分離器2分離固料和氣體，旋風分離器2收集的氣體進入間壁預熱分解窯6。所述間壁預熱分解窯6包括同軸的耐材內筒和耐材外筒，耐材內筒內部形成中心窯膛，耐材內筒與耐材外筒之間形成間壁通道。間壁預熱分解窯6的窯尾端的間壁通道設置物料入口和氣體收集口，間壁預熱分解窯6的窯頭端的間壁通道設置物料出口。間壁預熱分解窯6的窯頭端的中心窯膛連接旋風分離器的氣體出口，間壁預熱分解窯6的窯尾端的耐材內筒連接餘熱發電單元。間壁預熱分解窯6的物料入口投入石灰石粉和煤粉，受中心窯膛內氣體的加熱作用，石灰石粉煅燒生產石灰和二氧化碳，煤粉焦化為焦炭，部分煤粉熱解產生一氧化碳和氫氣。石灰和焦炭從物料出口被收集輸送到迴轉窯的物料入口。二氧化碳以及煤粉熱解後的氣體被收集，並通過淨化單元7獲得純度高的二氧化碳。

加熱煅燒石灰石粉後的氣體被送入餘熱發電單元3二次利用發電，發電後的乏汽通過變換裝置4、氣體分離裝置5，分離出氫氣和二氧化碳。氣體分離裝置5收集的二氧化碳與間壁預熱分解窯6收集的超臨界二氧化碳用於輸送製備氫氣用的金屬氫化物，輸送管道外側套裝保護氣管道，保護氣也選用二氧化碳氣體。