一種使用串聯流化床的粉狀碳料降灰方法
【專利摘要】一種使用串聯流化床的粉狀碳料降灰方法，降灰段設置小流道下段流化床和大流道上段流化床，高溫流化氣體加熱粉狀碳料至其灰熔點以上的溫度進行灰炭分離，來自下段流化床的氣體在上段流化床降低流速，上段流化床內的大部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環；降灰段上部排出的氣固物流進入降溫段流化床底部中心區域向上流動被四周的低溫流化床介質冷卻降溫至其灰熔點以下的溫度成為降溫物流，降溫物流分離為氣體和降灰碳料，部分降灰碳料返回降灰段流化床循環加工，部分降灰碳料冷卻后返回降溫段流化床內用作循環冷碳料；通過靈活調節降灰流化床操作溫度和循環加工時間，適應不同碳料種類和降灰率的要求，生產高純碳料。
【專利說明】一種使用串聯流化床的粉狀碳料降灰方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種使用串聯流化床的粉狀碳料降灰方法，可以將低價值的碳料比如粉狀半焦加工成高價值的高純碳料。
【背景技術】
[0002]本發明所述的粉狀碳料，通常指含有較多灰分的碳料，包括粉煤、半焦等。
[0003]本發明所述的粉狀碳料降灰，指的是在一定條件下使含灰碳料中的灰分無機物與有機質相互分離，獲得低灰碳料和高灰物料的過程。
[0004]隨著煤化工的工業化發展，粉煤干餾的工業化將直接生產大量的粉狀半焦或粉狀凈潔煤，而塊煤制半焦或凈潔煤過程也產生了大量的粉狀半焦或粉狀凈潔煤，這些粉狀半焦或粉狀凈潔煤具有碳含量較高、揮發份較低的優點，可以用作還原劑和燃料，但是由于灰分含量較高，其用途被大大制約，本發明的目的是提供一種粉狀碳料降灰生產低灰碳料的方法，使用高溫氣體熱載體，將低價值的碳料比如粉狀半焦加工成高價值的高純碳料。
[0005]本發明一種使用串聯流化床的粉狀碳料降灰方法的構想是:降灰段設置小流道降灰段下段流化床和大流道降灰段上段流化床，高溫流化氣體加熱粉狀碳料至其灰熔點以上的溫度進行灰炭分離，來自降灰段下段流化床的氣體在降灰段上段流化床降低流速，降灰段上段流化床內的部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環；降灰段上部排出的氣固物流進入降溫段流化床底部中心區域向上流動被四周的低溫流化床介質冷卻降溫至其灰熔點以下的溫度成為降溫物流，降溫物流分離為氣體和降灰碳料，部分降灰碳料返回降灰段流化床循環加工，部分降灰碳料冷卻后返回降溫段流化床內用作循環冷碳料；通過靈活調節降灰流化床操作溫度和循環加工時間，適應不同碳料種類和降灰率的要求，生產高純碳料。
[0006]本發明所述粉煤的循環流化床熱解方法未見報道。
[0007]本發明的第一目的在于提出一種使用串聯流化床的粉狀碳料降灰方法，降灰段設置小流道下段流化床和大流道上段流化床。
[0008]本發明的第二目的在于提出一種使用串聯流化床的粉焦降灰方法，降灰段設置小流道下段流化床和大流道上段流化床。
【發明內容】
[0009]本發明一種使用串聯流化床的粉狀碳料降灰方法，其特征在于:
[0010]①原料粉狀碳料Fll加入系統并流向降灰段RlA ；
[0011]降灰段設置小流道降灰段下段流化床和大流道降灰段上段流化床，高溫流化氣體加熱粉狀碳料至其灰熔點以上的溫度進行灰炭分離，來自降灰段下段流化床的氣體在降灰段上段流化床降低流速，降灰段上段流化床內的部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環；
[0012]在降灰段流化床床層內，碳粒中的灰分向碳粒表面移動，碳粒表面的熔融灰的一部分離開碳粒接觸降灰爐爐內壁后沿內壁下流形成灰液F18進入灰冷卻段RlB ；
[0013]在降灰段下段流化床，高溫氣體熱載體F15作為流化氣體使用，使碳粒加熱、旋轉、碰撞、碰撞后粘結或分離，并向上移動穿過降灰段下段流化床區域進入降灰段上段流化床區域，離開降灰段頂部的氣固物流作為降灰氣固物流F17進入降溫段RlC ；
[0014]②在灰冷卻段R1B，來自降灰段RlA的灰液F18被冷卻后排出灰冷卻段RlB ；
[0015]③在降溫段R1C，降灰氣固物流F17進入降溫段流化床底部中心區域向上流動并被四周的低溫流化床介質JWW冷卻降溫至其灰熔點以下的溫度成為降溫物流F19離開降溫段流化床進入分離部分SI，低溫流化床介質Jffff包括流化氣體F12和被氣體F12流化的冷碳料F130L ；
[0016]④在分離部分SI，物流F19進行氣固分離得到的碳料F13和氣體F20分別離開分離部分SI ;部分碳料F13返回降灰段流化床循環加工，部分碳料F13返回降溫段流化床內用作循環冷碳料F130L。
[0017]通常降溫段RlC使用的冷碳料的溫度低于碳料F13的溫度，此時本發明其特征在于:
[0018]①原料粉狀碳料Fll加入降灰段RlA ；
[0019]降灰段上段流化床內的大部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環；
[0020]④在分離部分SI，物流F19進行氣固分離得到的碳料F13和氣體F20分別離開分離部分SI ;部分碳料F13返回降灰段流化床循環加工，部分碳料F13冷卻后返回降溫段流化床內用作循環冷碳料。
[0021]為了保證降灰效率，本發明特征在于:①在降灰段R1A，在降灰流化床床層內，碳料F131被加熱到其灰分熔融溫度以上的溫度；降灰段上段流化床內的大部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環；③在降溫段R1C，降灰氣固物流F17進入降溫段流化床底部中心區域向上流動并被四周的低溫流化床介質JWW冷卻降溫至其固體顆粒灰分變形溫度以下的溫度成為降溫物流F19進入分離部分SI。
[0022]為了提高降灰效率，本發明特征在于:①在降灰段R1A，在降灰流化床床層內，碳料F131被加熱到其灰分流動溫度以上的溫度；③在降溫段R1C，降灰氣固物流F17進入降溫段流化床底部中心區域向上流動并被四周的低溫流化床介質JWW冷卻降溫至固體顆粒灰分變形溫度以下的溫度成為降溫物流F19進入分離部分SI，降溫物流F19溫度比其固體顆粒中灰分變形溫度低至少30°C。
[0023]降溫物流F19進行兩級分離時，本發明特征在于:⑤在分離部分S2，物流F20進行氣固分離得到的碳料F22和氣體F21分別離開分離部分S2;通過返料循環管221，至少一部分碳料F22返回降灰段RlA的降灰流化床床層內形成碳料循環物流F221，其余碳料F22作為降灰碳料物流F222 ;分離部分S2的操作目標是分離出預期特征粒徑D2的粒子，特征粒徑D2小于特征粒徑D1，分離部分SI的操作目標是分離出預期特征粒徑Dl的粒子。
[0024]降溫物流F19進行三級分離時，本發明特征在于:⑤在分離部分S2，使用旋風分離器進行氣固分離；⑥在分離部分S3，物流F21進行氣固分離得到的碳料F32和氣體F31分別離開分離部分S3 ;通過返料循環管321，至少一部分碳料F32返回降灰段RlA的降灰流化床床層內形成碳料循環物流F321，其余碳料F32作為降灰碳料物流F222 ;分離部分S3的操作目標是分離出預期特征粒徑D3的粒子，特征粒徑D3小于特征粒徑D2 ;通常，在分離部分S3，物流F21通過由金屬間化合物非對稱膜過濾材料制作的過濾器的過濾面時，粒徑大于I微米顆粒物被攔截，氣體通過過濾面成為脫塵氣體；在過濾器的過濾面，部分被攔截的顆粒物構成濾餅，在過濾器的過濾面的再生過程濾餅脫離過濾面，過濾器的過濾面攔截的顆粒物作為濾出固體被收集。
[0025]本發明操作條件通常為:
[0026]①原料粉狀碳料Fll粒度分布范圍為0.001?6毫米；高溫氣體熱載體F15來自碳料氣化過程，高溫氣體熱載體F15的操作溫度為1350?2000°C ；
[0027]降灰段RlA操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、操作溫度為1250?1750°C、固體停留時間為10?1800秒；
[0028]②灰冷卻段RlB操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、灰渣溫度為40?200°C ；
[0029]③降溫段R1C，降溫物流F19操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、溫度為800?IlOO0C ;降溫物流F19溫度比其固體顆粒中灰分變形溫度低至少50°C ；
[0030]④分離部分SI操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、溫度為800?1100°C;分離部分Si使用旋風分離器進行氣固分離。
[0031]本發明操作條件一般為:
[0032]①原料粉狀碳料Fll為半焦；高溫氣體熱載體F15來自半焦氣化過程，操作溫度為1350 ?1800? ；
[0033]原料粉狀碳料Fll粒度分布范圍為0.001?6毫米；降灰段RlA操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、操作溫度為1350?1650°C、固體停留時間為30?1200秒；
[0034]②灰冷卻段RlB操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、灰渣溫度為40?200°C ；
[0035]③降溫段R1C，降溫物流F19操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、溫度為900?1000C ;降溫物流F19溫度比其固體顆中粒灰分變形溫度低至少100°C ；
[0036]④分離部分SI操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、溫度為900?1000°C。
[0037]本發明加工的原料粉狀碳料Fll為粉狀半焦或粉狀煤，粒度分布范圍通常為
0.001?6暈米、一般為0.001?3暈米。
[0038]本發明的系統工作方式之一為間歇加料、間歇排出產品:高溫氣體熱載體F15連續進入，氣體F20連續排出；原料粉狀碳料Fll間歇加入，降灰碳料產品間歇排出，原料粉狀碳料Fll加入系統進行一段時間降灰加工后轉化為降灰碳料產品排出；每次加入的原料粉狀碳料Fll量為系統固體儲藏量的10?60%，每次排出系統的降灰碳料產品量為系統固體儲藏量的10?60%。
[0039]本發明的系統工作方式之一為連續加料、連續排出產品:降灰碳料產品排出質量流率與降灰段RlA的碳料F131量質量流率之比值，通常為I?30重量％、一般為5?10
重量％。
[0040]本發明高溫氣體熱載體F15，可以是來自粉煤氣化過程氣化爐的煤氣，可以是來自粉焦氣化過程氣化爐的煤氣，可以是燃料燃燒煙氣，燃料選自煤或燃氣或油。
[0041]為了回收分離部分的排出氣的熱能，低溫狀態的原料粉狀碳料R)1與降溫物流F19的分離部分的排出氣接觸加熱升溫后作為原料粉狀碳料Fll使用。
[0042]根據需要，本發明設置大顆粒碳料粉碎步驟:④在分離部分SI，一部分碳料F13降溫后作為物料F132進入粉碎系統轉變為粉碎物流FF132，粉碎物流FF132返回降灰段RlA的流化床床層內。
[0043]本發明的操作目標通常為:原料粉狀碳料Fll轉化為降灰碳料產品，降灰率大于50%,降灰碳料產品灰分含量低于7重量％。
[0044]本發明的操作目標一般為:原料粉狀碳料Fll轉化為降灰碳料產品，降灰率大于70%,降灰碳料產品灰分含量低于4重量％。
[0045]本發明的操作目標優選為:原料粉狀碳料Fll轉化為降灰碳料產品，降灰率大于85%,降灰碳料產品灰分含量低于2重量％。
[0046]本發明降灰段RlA流化床、灰冷卻段RlB冷卻室、降溫段RlC流化床，可以組合為一體化設備，降溫段RlC流化床位于降灰段RlA流化床之上，灰冷卻段RlB冷卻室位于降灰段RlA流化床之下；通常，降灰段RlA流化床、灰冷卻段RlB冷卻室、降溫段RlC流化床，組合為一體化設備，設備中心軸線重疊。
[0047]本發明降溫段RlC使用的流化氣體F12，可以是任意一路合適的氣體，可以是來自粉煤氣化過程氣化爐的煤氣，可以是來自粉焦氣化過程氣化爐的煤氣，可以是燃料燃燒煙氣，燃料選自煤或燃氣或油。當然，可以將降溫物流F19的分離過程或后利用過程形成的氣體的一部分返回降溫段RlC作為流化氣體F12循環使用，根據需要，循環回路可以設置壓縮機、分離罐、過濾器等設備，由于壓縮機入口溫度不能太高，通常該循環氣進入壓縮機前需要降低溫度，離開壓縮機后進入降溫段RlC之前需要升溫，壓縮后的循環氣可以與降溫物流F19的分離過程或后利用過程形成的氣體換熱。
[0048]為了提高降灰效率，本發明可以在降灰段RlA流化床空間內布置聚集灰液的內件，降灰段RlA流化床空間內布置的聚集灰液的內件可以是多根豎管。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0049]附圖1是本發明的基本方案的流程示意圖，附圖1中主要設備有:降灰段RlA流化床、灰冷卻段RlB冷卻室、降溫段RlC流化床一體化設備R1ABC，降灰段設置小流道降灰段下段流化床和大流道降灰段上段流化床，分離部分S1、返料循環管131 ;與降灰段RlA相關的管道:粉狀碳料F131輸入管11、氣化劑F15輸入管13、灰液F18排出管18 ;與灰冷卻段RlB相關的管道:冷卻水FWll輸入管Wl1、冷卻水FWl2排出管W12、灰渣排出閥V1、灰渣F14排出管14 ;與降溫段RlC相關的管道:原料粉狀碳料Fll輸入管11、冷氣體F12輸入管12、循環冷碳料F130L輸入管130L、降溫物流F19排出管19 ;與分離部分SI相關的管道:進料管
19、氣相物流F20排出管20、固相物流F13排出管13 ;分離部分SI，通常選用旋風分離器；物流F13可以分為三路:一路通過管道130、通過冷卻器E降溫后、通過返料循環管130L返回降溫段RlC的低溫流化床區域用作循環冷碳料F130L，一路通過返料循環管13返回降灰段RlA的降灰流化床床層內，一路作為物流F132經管道132排出。
[0050]附圖2表不降溫物流F19的氣固分尚部分為三級分尚。在分尚部分SI,物流F19進行氣固分離得到的碳料F13和氣體F20分別離開分離部分SI，分離部分SI可以使用慣性器比如分離罐或旋風分離器，物流F13可以分為兩路:一路通過返料循環管13返回降灰段RlA的降灰流化床床層內，一路作為物流F132經管道132排出；在分離部分S2，物流F20進行氣固分離得到的碳料F22和氣體F21分別離開分離部分S2，分離部分SI通常使用旋風分離器，物流F22可以分為兩路:一路通過返料循環管221返回降灰段RlA的降灰流化床床層內，一路作為物流F222經管道222排出；在分離部分S3，物流F21進行氣固分離得到的碳料F32和氣體F31分別離開分離部分S3，分離部分S3可以使用金屬間化合物非對稱膜過濾材料制作的過濾器的過濾面時，使粒徑大于I微米顆粒物被攔截，物流F32可以分為兩路:一路通過返料循環管321返回降灰段RlA的降灰流化床床層內，一路作為物流F322經管道322排出。
[0051]附圖3是本發明應用于粉焦原料降灰的一種應用方案流程圖，與附圖1所示方案相比，低溫狀態的原料粉狀碳料H)1與降溫物流F19的分離部分的排出氣F20混合通過流化床RO完成加熱升溫后作為物流F02經過管道02進入分離器SO進行氣固分離得到的碳料F04和氣體R)3，分離部分SO通常使用旋風分離器；碳料F04作為原料粉狀碳料Fll使用。
[0052]附圖4是本發明應用于粉煤原料降灰的一種應用方案流程圖，與附圖3所示方案相比，碳料F04分為兩路:一路通過返料循環管041作為循環料H)41返回流化床RO循環加熱進行干餾脫揮發份，一路作為原料粉狀碳料Fll使用。
【具體實施方式】
[0053]以下詳細描述本發明。
[0054]本發明所述的壓力，指的是絕對壓力。
[0055]以下結合附圖詳細描述本發明技術方案。附圖是為了說明本發明而繪制的，但不能限定本發明的應用范圍。
[0056]附圖1是本發明的基本方案的流程示意圖，作為本發明的基本方案固相物流F13作為降灰碳料排出系統，為了提高降灰效率，通常物流F13分為兩路:一路通過返料循環管13返回降灰段RlA的降灰流化床床層內，一路作為物流F132經管道132排出。可以對F19或F130進行冷卻獲得循環冷碳料F130L，優選方案是對F130進行冷卻獲得循環冷碳料F130L。降灰段RlA碳料的加入口，可以位于小流道降灰段下段流化床和或大流道降灰段上段流化床。
[0057]附圖2表示降溫物流F19的氣固分離部分為三級分離。分離部分S3可以使用金屬間化合物非對稱膜過濾材料制作的過濾器。本發明含固體粉塵和或含焦油氣的高溫氣體，其中的部分粉塵顆粒直徑小于5微米以，操作溫度介于500?900°C，氣體過濾過程要求濾出直徑大于I微米的顆粒，在此條件下，傳統過濾材料無法長期高效工作。成都易態科技有限公司的Al系金屬間化合物非對稱膜過濾材料比如FeAl系金屬間化合物非對稱膜過濾材料，具有優異的耐高溫氧化、易密封、加工性好等特性，特別是在高溫等苛刻環境下，有著傳統過濾材料不可替代的優勢，適用于高溫含硫氣體的凈化、鐵合金高溫爐氣凈化回收、高爐、轉爐煤氣回收利用、煤轉化、電石工業、生物制氣工業、油頁巖工業等工藝中的氣固分離凈化。本發明的分離部分S3，基于高溫加壓(或常壓)條件下含固體粉塵、含微量焦油氣的煤氣中焦油處于氣相狀態，使用Al系金屬間化合物非對稱膜過濾材料濾出直徑大于I微米甚至濾出直徑大于0.3微米的顆粒，得到脫出固體的煤氣。為了充分發揮濾芯功能，通常要求進入過濾器的原料氣為氣固混相物流、不希望出現氣、油、固三相物流，同時可能需要降低進料溫度以保證濾芯壽命。
[0058]當降溫物流F19的氣固分離部分為二級分離時，分離部分S2可以使用金屬間化合物非對稱膜過濾材料制作的過濾器。特別情況下比如原料粉狀碳料Fll粒度小于100微米時，分離部分Si也可以使用金屬間化合物非對稱膜過濾材料制作的過濾器。
[0059]附圖3是本發明應用于粉焦原料降灰的一種應用方案流程圖，分離部分S0，特別情況下比如原料粉狀碳料FOl粒度小于100微米時，分離部分SO也可以使用金屬間化合物非對稱膜過濾材料制作的過濾器。
[0060]附圖4是本發明應用于粉煤原料降灰的一種應用方案流程圖，分離部分S0，特別情況下比如原料粉狀碳料FOl粒度小于100微米時，分離部分SO也可以使用金屬間化合物非對稱膜過濾材料制作的過濾器。
[0061]本發明一種使用串聯流化床的粉狀碳料降灰方法，其特征在于:
[0062]①原料粉狀碳料Fll加入系統并流向降灰段RlA ；
[0063]降灰段設置小流道降灰段下段流化床和大流道降灰段上段流化床，高溫流化氣體加熱粉狀碳料至其灰熔點以上的溫度進行灰炭分離，來自降灰段下段流化床的氣體在降灰段上段流化床降低流速，降灰段上段流化床內的部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環；
[0064]在降灰段流化床床層內，碳粒中的灰分向碳粒表面移動，碳粒表面的熔融灰的一部分離開碳粒接觸降灰爐爐內壁后沿內壁下流形成灰液F18進入灰冷卻段RlB ；
[0065]在降灰段下段流化床，高溫氣體熱載體F15作為流化氣體使用，使碳粒加熱、旋轉、碰撞、碰撞后粘結或分離，并向上移動穿過降灰段下段流化床區域進入降灰段上段流化床區域，離開降灰段頂部的氣固物流作為降灰氣固物流F17進入降溫段RlC ；
[0066]②在灰冷卻段R1B，來自降灰段RlA的灰液F18被冷卻后排出灰冷卻段RlB ；
[0067]③在降溫段R1C，降灰氣固物流F17進入降溫段流化床底部中心區域向上流動并被四周的低溫流化床介質JWW冷卻降溫至其灰熔點以下的溫度成為降溫物流F19離開降溫段流化床進入分離部分SI，低溫流化床介質Jffff包括流化氣體F12和被氣體F12流化的冷碳料F130L ；
[0068]④在分離部分SI，物流F19進行氣固分離得到的碳料F13和氣體F20分別離開分離部分SI ;部分碳料F13返回降灰段流化床循環加工，部分碳料F13返回降溫段流化床內用作循環冷碳料F130L。
[0069]通常降溫段RlC使用的冷碳料的溫度低于碳料F13的溫度，此時本發明其特征在于:
[0070]①原料粉狀碳料Fll加入降灰段RlA ；
[0071]降灰段上段流化床內的大部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環；
[0072]④在分離部分SI，物流F19進行氣固分離得到的碳料F13和氣體F20分別離開分離部分SI ;部分碳料F13返回降灰段流化床循環加工，部分碳料F13冷卻后返回降溫段流化床內用作循環冷碳料。
[0073]為了保證降灰效率，本發明特征在于:①在降灰段R1A，在降灰流化床床層內，碳料F131被加熱到其灰分熔融溫度以上的溫度；降灰段上段流化床內的大部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環；③在降溫段R1C，降灰氣固物流F17進入降溫段流化床底部中心區域向上流動并被四周的低溫流化床介質JWW冷卻降溫至其固體顆粒灰分變形溫度以下的溫度成為降溫物流F19進入分離部分SI。
[0074]為了提高降灰效率，本發明特征在于:①在降灰段R1A，在降灰流化床床層內，碳料F131被加熱到其灰分流動溫度以上的溫度；③在降溫段R1C，降灰氣固物流F17進入降溫段流化床底部中心區域向上流動并被四周的低溫流化床介質JWW冷卻降溫至固體顆粒灰分變形溫度以下的溫度成為降溫物流F19進入分離部分SI，降溫物流F19溫度比其固體顆粒中灰分變形溫度低至少30°C。
[0075]降溫物流F19進行兩級分離時，本發明特征在于:⑤在分離部分S2，物流F20進行氣固分離得到的碳料F22和氣體F21分別離開分離部分S2;通過返料循環管221，至少一部分碳料F22返回降灰段RlA的降灰流化床床層內形成碳料循環物流F221，其余碳料F22作為降灰碳料物流F222 ;分離部分S2的操作目標是分離出預期特征粒徑D2的粒子，特征粒徑D2小于特征粒徑D1，分離部分SI的操作目標是分離出預期特征粒徑Dl的粒子。
[0076]降溫物流F19進行三級分離時，本發明特征在于:⑤在分離部分S2，使用旋風分離器進行氣固分離；⑥在分離部分S3，物流F21進行氣固分離得到的碳料F32和氣體F31分別離開分離部分S3 ;通過返料循環管321，至少一部分碳料F32返回降灰段RlA的降灰流化床床層內形成碳料循環物流F321，其余碳料F32作為降灰碳料物流F222 ;分離部分S3的操作目標是分離出預期特征粒徑D3的粒子，特征粒徑D3小于特征粒徑D2 ;通常，在分離部分S3，物流F21通過由金屬間化合物非對稱膜過濾材料制作的過濾器的過濾面時，粒徑大于I微米顆粒物被攔截，氣體通過過濾面成為脫塵氣體；在過濾器的過濾面，部分被攔截的顆粒物構成濾餅，在過濾器的過濾面的再生過程濾餅脫離過濾面，過濾器的過濾面攔截的顆粒物作為濾出固體被收集。
[0077]本發明操作條件通常為:
[0078]①原料粉狀碳料Fll粒度分布范圍為0.001?6毫米；高溫氣體熱載體F15來自碳料氣化過程，高溫氣體熱載體F15的操作溫度為1350?2000°C ；
[0079]降灰段RlA操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、操作溫度為1250?1750°C、固體停留時間為10?1800秒；
[0080]②灰冷卻段RlB操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、灰渣溫度為40?200°C ；
[0081]③降溫段R1C，降溫物流F19操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、溫度為800?IlOO0C ;降溫物流F19溫度比其固體顆粒中灰分變形溫度低至少50°C ；
[0082]④分離部分SI操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、溫度為800?1100°C;分離部分Si使用旋風分離器進行氣固分離。
[0083]本發明操作條件一般為:
[0084]①原料粉狀碳料Fll為半焦；高溫氣體熱載體F15來自半焦氣化過程，操作溫度為1350 ?1800? ；
[0085]原料粉狀碳料Fll粒度分布范圍為0.001?6毫米；降灰段RlA操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、操作溫度為1350?1650°C、固體停留時間為30?1200秒；
[0086]②灰冷卻段RlB操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、灰渣溫度為40?200°C ；
[0087]③降溫段R1C，降溫物流F19操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、溫度為900?1000C ;降溫物流F19溫度比其固體顆中粒灰分變形溫度低至少100°C ；
[0088]④分離部分SI操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、溫度為900?1000°C。
[0089]本發明加工的原料粉狀碳料Fll為粉狀半焦或粉狀煤，粒度分布范圍通常為
0.001?6暈米、一般為0.001?3暈米。
[0090]本發明的系統工作方式之一為間歇加料、間歇排出產品:高溫氣體熱載體F15連續進入，氣體F20連續排出；原料粉狀碳料Fll間歇加入，降灰碳料產品間歇排出，原料粉狀碳料Fll加入系統進行一段時間降灰加工后轉化為降灰碳料產品排出；每次加入的原料粉狀碳料Fll量為系統固體儲藏量的10?60%，每次排出系統的降灰碳料產品量為系統固體儲藏量的10?60%。
[0091]本發明的系統工作方式之一為連續加料、連續排出產品:降灰碳料產品排出質量流率與降灰段RlA的碳料F131量質量流率之比值，通常為I?30重量％、一般為5?10
重量％。
[0092]本發明高溫氣體熱載體F15，可以是來自粉煤氣化過程氣化爐的煤氣，可以是來自粉焦氣化過程氣化爐的煤氣，可以是燃料燃燒煙氣，燃料選自煤或燃氣或油。
[0093]為了回收分離部分的排出氣的熱能，低溫狀態的原料粉狀碳料R)1與降溫物流F19的分離部分的排出氣接觸加熱升溫后作為原料粉狀碳料Fll使用。
[0094]根據需要，本發明設置大顆粒碳料粉碎步驟:④在分離部分SI，一部分碳料F13降溫后作為物料F132進入粉碎系統轉變為粉碎物流FF132，粉碎物流FF132返回降灰段RlA的流化床床層內。
[0095]本發明的操作目標通常為:原料粉狀碳料Fll轉化為降灰碳料產品，降灰率大于50%,降灰碳料產品灰分含量低于7重量％。
[0096]本發明的操作目標一般為:原料粉狀碳料Fll轉化為降灰碳料產品，降灰率大于70%,降灰碳料產品灰分含量低于4重量％。
[0097]本發明的操作目標優選為:原料粉狀碳料Fll轉化為降灰碳料產品，降灰率大于85%,降灰碳料產品灰分含量低于2重量％。
[0098]本發明降灰段RlA流化床、灰冷卻段RlB冷卻室、降溫段RlC流化床，可以組合為一體化設備，降溫段RlC流化床位于降灰段RlA流化床之上，灰冷卻段RlB冷卻室位于降灰段RlA流化床之下；通常，降灰段RlA流化床、灰冷卻段RlB冷卻室、降溫段RlC流化床，組合為一體化設備，設備中心軸線重疊。
[0099]本發明降溫段RlC使用的流化氣體F12，可以是任意一路合適的氣體，可以是來自粉煤氣化過程氣化爐的煤氣，可以是來自粉焦氣化過程氣化爐的煤氣，可以是燃料燃燒煙氣，燃料選自煤或燃氣或油。當然，可以將降溫物流F19的分離過程或后利用過程形成的氣體的一部分返回降溫段RlC作為流化氣體F12循環使用，根據需要，循環回路可以設置壓縮機、分離罐、過濾器等設備，由于壓縮機入口溫度不能太高，通常該循環氣進入壓縮機前需要降低溫度，離開壓縮機后進入降溫段RlC之前需要升溫，壓縮后的循環氣可以與降溫物流F19的分離過程或后利用過程形成的氣體換熱。
[0100]為了提高降灰效率，本發明可以在降灰段RlA流化床空間內布置聚集灰液的內件，降灰段RlA流化床空間內布置的聚集灰液的內件可以是多根豎管。
【權利要求】
1.一種使用串聯流化床的粉狀碳料降灰方法，其特征在于: ①原料粉狀碳料Fll加入系統并流向降灰段RlA； 降灰段設置小流道降灰段下段流化床和大流道降灰段上段流化床，高溫流化氣體加熱粉狀碳料至其灰熔點以上的溫度進行灰炭分離，來自降灰段下段流化床的氣體在降灰段上段流化床降低流速，降灰段上段流化床內的部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環； 在降灰段流化床床層內，碳粒中的灰分向碳粒表面移動，碳粒表面的熔融灰的一部分離開碳粒接觸降灰爐爐內壁后沿內壁下流形成灰液F18進入灰冷卻段RlB ； 在降灰段下段流化床，高溫氣體熱載體F15作為流化氣體使用，使碳粒加熱、旋轉、碰撞、碰撞后粘結或分離，并向上移動穿過降灰段下段流化床區域進入降灰段上段流化床區域，離開降灰段頂部的氣固物流作為降灰氣固物流F17進入降溫段RlC ； ②在灰冷卻段R1B，來自降灰段RlA的灰液F18被冷卻后排出灰冷卻段RlB； ③在降溫段R1C，降灰氣固物流F17進入降溫段流化床底部中心區域向上流動并被四周的低溫流化床介質JWW冷卻降溫至其灰熔點以下的溫度成為降溫物流F19離開降溫段流化床進入分離部分SI，低溫流化床介質Jffff包括流化氣體F12和被氣體F12流化的冷碳料F130L ； ④在分離部分SI，物流F19進行氣固分離得到的碳料F13和氣體F20分別離開分離部分SI ;部分碳料F13返回降灰段流化床循環加工，部分碳料F13返回降溫段流化床內用作循環冷碳料F130L。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于: ①原料粉狀碳料Fll加入降灰段RlA ； 降灰段上段流化床內的大部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環； ④在分離部分SI，物流F19進行氣固分離得到的碳料F13和氣體F20分別離開分離部分SI ;部分碳料F13返回降灰段流化床循環加工，部分碳料F13冷卻后返回降溫段流化床內用作循環冷碳料。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于: ①在降灰段R1A，在降灰流化床床層內，碳料F131被加熱到其灰分熔融溫度以上的溫度；降灰段上段流化床內的大部分顆粒降落返回形成降灰段碳粒內循環； ③在降溫段R1C，降灰氣固物流F17進入降溫段流化床底部中心區域向上流動并被四周的低溫流化床介質JWW冷卻降溫至其固體顆粒灰分變形溫度以下的溫度成為降溫物流F19進入分尚部分SI。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于: ①在降灰段R1A，在降灰流化床床層內，碳料F131被加熱到其灰分流動溫度以上的溫度； ③在降溫段R1C，降灰氣固物流F17進入降溫段流化床底部中心區域向上流動并被四周的低溫流化床介質JWW冷卻降溫至固體顆粒灰分變形溫度以下的溫度成為降溫物流F19進入分離部分SI，降溫物流F19溫度比其固體顆粒中灰分變形溫度低至少30°C。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于: ⑤在分離部分S2，物流F20進行氣固分離得到的碳料F22和氣體F21分別離開分離部分S2 ;通過返料循環管221，至少一部分碳料F22返回降灰段RlA的降灰流化床床層內形成碳料循環物流F221，其余碳料F22作為降灰碳料物流F222 ;分離部分S2的操作目標是分離出預期特征粒徑D2的粒子，特征粒徑D2小于特征粒徑D1，分離部分SI的操作目標是分離出預期特征粒徑Dl的粒子。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于: ⑤在分離部分S2，使用旋風分離器進行氣固分離； ⑥在分離部分S3，物流F21進行氣固分離得到的碳料F32和氣體F31分別離開分離部分S3 ;通過返料循環管321，至少一部分碳料F32返回降灰段RlA的降灰流化床床層內形成碳料循環物流F321，其余碳料F32作為降灰碳料物流F222 ;分離部分S3的操作目標是分離出預期特征粒徑D3的粒子，特征粒徑D3小于特征粒徑D2。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于: ⑥在分離部分S3，物流F21通過由金屬間化合物非對稱膜過濾材料制作的過濾器的過濾面時，粒徑大于I微米顆粒物被攔截，氣體通過過濾面成為脫塵氣體；在過濾器的過濾面，部分被攔截的顆粒物構成濾餅，在過濾器的過濾面的再生過程濾餅脫離過濾面，過濾器的過濾面攔截的顆粒物作為濾出固體被收集。
8.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: ①原料粉狀碳料Fll粒度分布范圍為0.0Ol?6毫米；高溫氣體熱載體F15來自碳料氣化過程，高溫氣體熱載體F15的操作溫度為1350?2000°C ； 降灰段RlA操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、操作溫度為1250?1750°C、固體停留時間為10?1800秒； ②灰冷卻段RlB操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、灰渣溫度為40?200°C； ③降溫段R1C，降溫物流F19操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、溫度為800?IlOO0C ;降溫物流F19溫度比其固體顆粒中灰分變形溫度低至少50°C ； ④分離部分SI操作條件:操作壓力為常壓?15MPa、溫度為800?1100°C;分離部分SI使用旋風分離器進行氣固分離。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于: ①原料粉狀碳料Fll為半焦；高溫氣體熱載體F15來自半焦氣化過程，操作溫度為1350 ?1800? ； 原料粉狀碳料Fl I粒度分布范圍為0.001?6毫米；降灰段RlA操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、操作溫度為1350?1650°C、固體停留時間為30?1200秒； ②灰冷卻段RlB操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、灰渣溫度為40?200°C； ③降溫段R1C，降溫物流F19操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、溫度為900?1000°C；降溫物流F19溫度比其固體顆中粒灰分變形溫度低至少100°C ； ④分離部分SI操作條件:操作壓力為常壓?8MPa、溫度為900?1000°C。
10.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 原料粉狀碳料Fll為粉狀半焦，粒度分布范圍為0.001?6毫米。
11.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 原料粉狀碳料Fll為粉狀半焦，粒度分布范圍為0.001?3毫米。
12.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 原料粉狀碳料Fll為粉狀煤，粒度分布范圍為0.001?6毫米。
13.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 原料粉狀碳料Fll為粉狀煤，粒度分布范圍為0.0Ol?3毫米。
14.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 系統工作方式為間歇加料、間歇排出產品:高溫氣體熱載體F15連續進入，氣體F20連續排出；原料粉狀碳料Fll間歇加入，降灰碳料產品間歇排出，原料粉狀碳料Fll加入系統進行一段時間降灰加工后轉化為降灰碳料產品排出。
15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于: 系統工作方式為間歇加料、間歇排出產品:每次加入的原料粉狀碳料Fll量為系統固體儲藏量的10?60%，每次排出系統的降灰碳料產品量為系統固體儲藏量的10?60%。
16.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 系統工作方式為連續加料、連續排出產品:降灰碳料產品排出質量流率為降灰段RlA的碳料F131質量流率的I?30%。
17.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 系統工作方式為連續加料、連續排出產品:降灰碳料產品排出質量流率為降灰段RlA的碳料F131質量流率的5?10%。
18.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 高溫氣體熱載體F15為來自粉煤氣化過程氣化爐的煤氣。
19.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 高溫氣體熱載體F15為來自粉焦氣化過程氣化爐的煤氣。
20.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 高溫氣體熱載體F15為燃料燃燒煙氣，燃料選自煤或燃氣或油。
21.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 低溫狀態的原料粉狀碳料FOl與降溫物流F19的分離部分的排出氣接觸加熱升溫后作為原料粉狀碳料Fl I使用。
22.根據權利要求5或6或7所述的方法，其特征在于: ④在分離部分SI，一部分碳料F13降溫后作為物料F132進入粉碎系統轉變為粉碎物流FF132，粉碎物流FF132返回降灰段RlA的流化床床層內。
23.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 原料粉狀碳料Fll轉化為降灰碳料產品，降灰率大于50%，降灰碳料產品灰分含量低于7重量％。
24.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 原料粉狀碳料Fll轉化為降灰碳料產品，降灰率大于70%，降灰碳料產品灰分含量低于4重量％。
25.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 原料粉狀碳料Fll轉化為降灰碳料產品，降灰率大于85%，降灰碳料產品灰分含量低于2重量％。
26.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 降灰段RlA流化床、灰冷卻段RlB冷卻室、降溫段RlC流化床，組合為一體化設備，降溫段RlC流化床位于降灰段RlA流化床之上，灰冷卻段RlB冷卻室位于降灰段RlA流化床之下。
27.根據權利要求26所述的方法，其特征在于: 降灰段RlA流化床、灰冷卻段RlB冷卻室、降溫段RlC流化床，組合為一體化設備，設備中心軸線重疊。
28.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 降灰段RlA流化床空間內布置聚集灰液的內件。
29.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的方法，其特征在于: 降灰段RlA流化床空間內布置的聚集灰液的內件為多根豎管。
【文檔編號】C10B49/10GK104232120SQ201310243013
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月10日 優先權日:2013年6月10日
【發明者】何巨堂, 張曉
申請人:何巨堂, 張曉