技术领域
[0001] 本
发明涉及一种粉状碳料脱灰方法，特别地讲本发明涉及一种使用
流化床进行粉状碳料脱灰生产低灰碳料的方法，使用高温气体热载体，将低价值的碳料比如粉状半焦加工成高价值的高纯碳料。
背景技术
[0002] 本发明所述的粉状碳料，通常指含有较多灰分的碳料，包括粉
煤、半焦等。
[0003] 本发明所述的粉状碳料脱灰，指的是在一定条件下使含灰碳料中的灰分无机物与有机质相互分离，获得低灰碳料和高灰物料的过程。
[0004] 随着煤化工的工业化发展，粉煤干馏的工业化将直接生产大量的粉状半焦或粉状净洁煤，而
块煤制半焦或净洁煤过程也产生了大量的粉状半焦或粉状净洁煤，这些粉状半焦或粉状净洁煤具有碳含量较高、挥发份较低的优点，可以用作还原剂和
燃料，但是由于灰分含量较高，其用途被大大制约，本发明的目的是提供一种粉状碳料脱灰生产低灰碳料的方法，使用高温气体热载体，将低价值的碳料比如粉状半焦加工成高价值的高纯碳料。
[0005] 本发明的构想是：使用高温气体热载体，使用流化床脱灰器完成粉状碳料脱灰，在灰冷却部分来自脱灰器的熔融灰被冷却后排出灰冷却部分，在降温部分R1C，脱灰气固物流降低
温度至其灰分熔点以下的温度成为降温物流，降温物流在分离部分进行气固分离得到的碳料和气体，降温后脱灰碳料返回脱灰段流化床循环加工，通过灵活调节脱灰段温度和循环加工时间，适应不同碳料种类和脱灰率的要求，将低价值的碳料比如粉状半焦加工成高价值的高纯碳料。
[0006] 本发明所述粉煤的循环流化床
热解方法未见报道。
[0007] 本发明的第一目的在于提出一种使用
串联式两段流化床的粉状碳料脱灰生产低灰碳料的方法。
[0008] 本发明的第二目的在于提出一种使用串联式两段流化床的粉状半焦脱灰生产低灰碳料的方法。
发明内容
[0009] 本发明一种粉状碳料脱灰方法，其特征在于：
[0010] ①原料粉状碳料F11加入系统并流向脱灰部分R1A；
[0011] 在使用流化床的脱灰部分R1A，高温气体热载体F15作为流化气体使用，使碳粒加热、旋转、碰撞、碰撞后粘结或分离，并向上移动穿过流化床床层作为脱灰气固物流F17进入降温部分R1C；在脱灰流化床床层内，碳料F131被加热到其灰分熔点以上的温度，碳粒中的灰分向碳粒表面移动，碳粒表面的熔融灰的一部分飞离碳粒
接触脱灰炉炉内壁后沿内壁下流形成灰液F18进入灰冷却部分R1B；在碳粒碰撞过程中，部分碳粒通过表面的灰分粘结在一起制造大颗粒，部分碳粒通过表面的灰分粘结在一起然后分离为富灰颗粒和贫灰颗粒；
[0012] ②在灰冷却部分R1B，来自脱灰部分R1A的熔融灰被冷却后排出灰冷却部分R1B；
[0013] ③在降温部分R1C，脱灰气固物流F17被冷却至其灰分熔点以下的温度成为降温物流F19进入分离部分S1；
[0014] ④在分离部分S1，物流F19进行气固分离得到的碳料F13和气体F20分别离开分离部分S1。
[0015] 本发明通常使用循环流化床脱灰方式，其特征在于：④在分离部分S1，通过返料循环管131，至少一部分碳料F13返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内。
[0016] 为了保证脱灰效率，本发明特征在于：①在脱灰部分R1A，在脱灰流化床床层内，碳料F131被加热到其灰分熔融温度以上的温度；③在降温部分R1C，脱灰气固物流F17进入降温流化床床层内，与原料粉状碳料F11及根据需要使用的冷气体混合降低温度至固体颗粒灰分
变形温度以下的温度成为降温物流F19进入分离部分S1。
[0017] 为了提高脱灰效率，本发明特征在于：①在脱灰部分R1A，在脱灰流化床床层内，碳料F131被加热到其灰分流动温度以上的温度；③在降温部分R1C，脱灰气固物流F17进入降温流化床，与原料粉状碳料F11及根据需要使用的冷气体混合降低温度至固体颗粒灰分变形温度以下的温度成为降温物流F19进入分离部分S1，降温物流F19温度比其固体颗粒中灰分变形温度低至少30℃。
[0018] 降温物流F19进行两级分离时，本发明特征在于：⑤在分离部分S2，物流F20进行气固分离得到的碳料F22和气体F21分别离开分离部分S2；通过返料循环管221，至少一部分碳料F22返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内形成碳料循环物流F221，其余碳料F22作为脱灰碳料物流F222；分离部分S2的操作目标是分离出预期特征粒径D2的粒子，特征粒径D2小于特征粒径D1，分离部分S1的操作目标是分离出预期特征粒径D1的粒子。
[0019] 降温物流F19进行三级分离时，本发明特征在于：⑤在分离部分S2，使用旋
风分离器进行气固分离；⑥在分离部分S3，物流F21进行气固分离得到的碳料F32和气体F31分别离开分离部分S3；通过返料循环管321，至少一部分碳料F32返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内形成碳料循环物流F321，其余碳料F32作为脱灰碳料物流F222；分离部分S3的操作目标是分离出预期特征粒径D3的粒子，特征粒径D3小于特征粒径D2；通常，在分离部分S3，物流F21通过由金属间化合物非对称
膜过滤材料制作的
过滤器的过滤面时，粒径大于1微米颗粒物被拦截，气体通过过滤面成为脱尘气体；在过滤器的过滤面，部分被拦截的颗粒物构成
滤饼，在过滤器的过滤面的再生过程滤饼脱离过滤面，过滤器的过滤面拦截的颗粒物作为滤出固体被收集。
[0020] 本发明操作条件通常为：
[0021] ①原料粉状碳料F11粒度分布范围为0.001～6毫米；高温气体热载体F15来自碳料
气化过程，高温气体热载体F15的操作温度为1350～2000℃；
[0022] 脱灰部分R1A操作条件：操作压
力为常压～15MPa、操作温度为1250～1750℃、固体
停留时间为10～1200秒；
[0023] ②灰冷却部分R1B操作条件：操作压力为常压～15MPa、灰渣温度为40～200℃；
[0024] ③降温部分R1C，降温物流F19操作条件：操作压力为常压～15MPa、温度为800～1100℃；降温物流F19温度比其固体颗粒中灰分变形温度低至少50℃；
[0025] ④分离部分S1操作条件：操作压力为常压～15MPa、温度为800～1100℃；分离部分S1使用旋风分离器进行气固分离。
[0026] 本发明操作条件一般为：
[0027] ①原料粉状碳料F11为半焦；高温气体热载体F15来自半焦气化过程，操作温度为1350～1800℃；
[0028] 原料粉状碳料F11粒度分布范围为0.001～6毫米；脱灰部分R1A操作条件：操作压力为常压～8MPa、操作温度为1350～1650℃、固体停留时间为30～600秒；
[0029] ②灰冷却部分R1B操作条件：操作压力为常压～8MPa、灰渣温度为40～200℃；
[0030] ③降温部分R1C，降温物流F19操作条件：操作压力为常压～8MPa、温度为900～1000℃；降温物流F19温度比其固体颗中粒灰分变形温度低至少100℃；
[0031] ④分离部分S1操作条件：操作压力为常压～8MPa、温度为900～1000℃，。
[0032] 本发明加工的原料粉状碳料F11为粉状半焦或粉状煤，粒度分布范围通常为0.001～6毫米、一般为0.001～3毫米。
[0033] 本发明的系统工作方式之一为间歇加料、间歇排出产品：高温气体热载体F15连续进入，气体F20连续排出；原料粉状碳料F11间歇加入，脱灰碳料产品间歇排出，原料粉状碳料F11加入系统进行一段时间脱灰加工后转化为脱灰碳料产品排出；每次加入的原料粉状碳料F11量为系统固体储藏量的10～60％，每次排出系统的脱灰碳料产品量为系统固体储藏量的10～60％。
[0034] 本发明的系统工作方式之一为连续加料、连续排出产品：脱灰碳料产品排出
质量流率与脱灰部分R1A的碳料F131量质量流率之比值，通常为1～30重量％、一般为5～10重量％。
[0035] 本发明高温气体热载体F15，可以是来自粉
煤气化过程气化炉的煤气，可以是来自粉焦气化过程气化炉的煤气，可以是燃料燃烧烟气，燃料选自煤或燃气或油。
[0036] 为了回收分离部分的排出气的
热能，低温状态的原料粉状碳料F01与降温物流F19的分离部分的排出气接触加热升温后作为原料粉状碳料F11使用。
[0037] 本发明脱灰部分R1A流化床、灰冷却部分R1B冷却室、降温部分R1C流化床，可以组合为一体化设备，降温部分R1C流化床位于脱灰部分R1A流化床之上，灰冷却部分R1B冷却室位于脱灰部分R1A流化床之下。
[0038] 根据需要，本发明设置大颗粒碳料
粉碎步骤：④在分离部分S1，一部分碳料F13降温后作为物料F132进入粉碎系统转变为粉碎物流FF132，粉碎物流FF132返回脱灰部分R1A的流化床床层内。
[0039] 本发明的操作目标通常为：原料粉状碳料F11转化为脱灰碳料产品，脱灰率大于50％，脱灰碳料产品灰分含量低于7重量％。
[0040] 本发明的操作目标一般为：原料粉状碳料F11转化为脱灰碳料产品，脱灰率大于70％，脱灰碳料产品灰分含量低于4重量％。
[0041] 本发明的操作目标优选为：原料粉状碳料F11转化为脱灰碳料产品，脱灰率大于85％，脱灰碳料产品灰分含量低于2重量％。
附图说明
[0042] 附图1是本发明的基本方案的流程示意图，附图1中主要设备有：脱灰部分R1A流化床、灰冷却部分R1B冷却室、降温部分R1C流化床一体化设备R1ABC，分离部分S1、返料循环管131；与脱灰部分R1A相关的管道：粉状碳料F131输入管11、气化剂F15输入管13、灰液F18排出管18；与灰冷却部分R1B相关的管道：
冷却水FW11输入管W11、冷却水FW12排出管W12、灰渣排出
阀V1、灰渣F14排出管14；与降温部分R1C相关的管道：原料粉状碳料F11输入管11、冷气体F12输入管12、降温物流F19排出管19；与分离部分S1相关的管道：进料管19、气相物流F20排出管20、固相物流F13排出管13；分离部分S1，通常选用旋风分离器；物流F13可以分为两路：一路通过返料循环管13返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内，一路作为物流F132经管道132排出。
[0043] 附图2表示降温物流F19的气固分离部分为三级分离。在分离部分S1，物流F19进行气固分离得到的碳料F13和气体F20分别离开分离部分S1，分离部分S1可以使用惯性器比如分离罐或旋风分离器，物流F13可以分为两路：一路通过返料循环管13返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内，一路作为物流F132经管道132排出；在分离部分S2，物流F20进行气固分离得到的碳料F22和气体F21分别离开分离部分S2，分离部分S1通常使用旋风分离器，物流F22可以分为两路：一路通过返料循环管221返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内，一路作为物流F222经管道222排出；在分离部分S3，物流F21进行气固分离得到的碳料F32和气体F31分别离开分离部分S3，分离部分S3可以使用金属间化合物非对称膜过滤材料制作的过滤器的过滤面时，使粒径大于1微米颗粒物被拦截，物流F32可以分为两路：一路通过返料循环管321返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内，一路作为物流F322经管道322排出。
[0044] 附图3是本发明应用于粉焦原料脱灰的一种应用方案
流程图，与附图1所示方案相比，低温状态的原料粉状碳料F01与降温物流F19的分离部分的排出气F20混合通过流化床RO完成加热升温后作为物流F02经过管道02进入分离器SO进行气固分离得到的碳料F04和气体F03，分离部分S0通常使用旋风分离器；碳料F04作为原料粉状碳料F11使用。
[0045] 附图4是本发明应用于粉煤原料脱灰的一种应用方案流程图，与附图3所示方案相比，碳料F04分为两路：一路通过返料循环管041作为循环料F041返回流化床R0循环加热进行干馏脱挥发份，一路作为原料粉状碳料F11使用。
具体实施方式
[0046] 以下详细描述本发明。
[0047] 本发明所述的压力，指的是绝对压力。
[0048] 以下结合附图详细描述本发明技术方案。附图是为了说明本发明而绘制的，但不能限定本发明的应用范围。
[0049] 附图1是本发明的基本方案的流程示意图，作为本发明的基本方案固相物流F13作为脱灰碳料排出系统，为了提高脱灰效率，通常物流F13分为两路：一路通过返料循环管13返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内，一路作为物流F132经管道132排出。
[0050] 附图2表示降温物流F19的气固分离部分为三级分离。分离部分S3可以使用金属间化合物非对称膜过滤材料制作的过滤器。本发明含固体粉尘和或含焦油气的高温气体，其中的部分粉尘颗粒直径小于5微米以，操作温度介于500～900℃，气体过滤过程要求滤出直径大于1微米的颗粒，在此条件下，传统过滤材料无法长期高效工作。成都易态科技有限公司的Al系金属间化合物非对称膜过滤材料比如FeAl系金属间化合物非对称膜过滤材料，具有优异的耐高温
氧化、易密封、加工性好等特性，特别是在高温等苛刻环境下，有着传统过滤材料不可替代的优势，适用于高温含硫气体的
净化、
铁合金高温炉气净化回收、
高炉、转炉煤气
回收利用、煤转化、电石工业、
生物制气工业、
油页岩工业等工艺中的气固分离净化。本发明的分离部分S3，基于高温加压(或常压)条件下含固体粉尘、含微量焦油气的煤气中焦油处于气相状态，使用Al系金属间化合物非对称膜过滤材料滤出直径大于1微米甚至滤出直径大于0.3微米的颗粒，得到脱出固体的煤气。为了充分发挥
滤芯功能，通常要求进入过滤器的原料气为气固混相物流、不希望出现气、油、固三相物流，同时可能需要降低进料温度以保证滤芯寿命。
[0051] 当降温物流F19的气固分离部分为二级分离时，分离部分S2可以使用金属间化合物非对称膜过滤材料制作的过滤器。特别情况下比如原料粉状碳料F11粒度小于100微米时，分离部分S1也可以使用金属间化合物非对称膜过滤材料制作的过滤器。
[0052] 附图3是本发明应用于粉焦原料脱灰的一种应用方案流程图，分离部分S0，特别情况下比如原料粉状碳料F01粒度小于100微米时，分离部分S0也可以使用金属间化合物非对称膜过滤材料制作的过滤器。
[0053] 附图4是本发明应用于粉煤原料脱灰的一种应用方案流程图，分离部分SO，特别情况下比如原料粉状碳料F01粒度小于100微米时，分离部分S0也可以使用金属间化合物非对称膜过滤材料制作的过滤器。
[0054] 本发明一种粉状碳料脱灰方法，其特征在于：
[0055] ①原料粉状碳料F11加入系统并流向脱灰部分R1A；
[0056] 在使用流化床的脱灰部分R1A，高温气体热载体F15作为流化气体使用，使碳粒加热、旋转、碰撞、碰撞后粘结或分离，并向上移动穿过流化床床层作为脱灰气固物流F17进入降温部分R1C；在脱灰流化床床层内，碳料F131被加热到其灰分熔点以上的温度，碳粒中的灰分向碳粒表面移动，碳粒表面的熔融灰的一部分飞离碳粒接触脱灰炉炉内壁后沿内壁下流形成灰液F18进入灰冷却部分R1B；在碳粒碰撞过程中，部分碳粒通过表面的灰分粘结在一起制造大颗粒，部分碳粒通过表面的灰分粘结在一起然后分离为富灰颗粒和贫灰颗粒；
[0057] ②在灰冷却部分R1B，来自脱灰部分R1A的熔融灰被冷却后排出灰冷却部分R1B；
[0058] ③在降温部分R1C，脱灰气固物流F17被冷却至其灰分熔点以下的温度成为降温物流F19进入分离部分S1；
[0059] ④在分离部分S1，物流F19进行气固分离得到的碳料F13和气体F20分别离开分离部分S1。
[0060] 本发明通常使用循环流化床脱灰方式，其特征在于：④在分离部分S1，通过返料循环管131，至少一部分碳料F13返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内。
[0061] 为了保证脱灰效率，本发明特征在于：①在脱灰部分R1A，在脱灰流化床床层内，碳料F131被加热到其灰分熔融温度以上的温度；③在降温部分R1C，脱灰气固物流F17进入降温流化床床层内，与原料粉状碳料F11及根据需要使用的冷气体混合降低温度至固体颗粒灰分变形温度以下的温度成为降温物流F19进入分离部分S1。
[0062] 为了提高脱灰效率，本发明特征在于：①在脱灰部分R1A，在脱灰流化床床层内，碳料F131被加热到其灰分流动温度以上的温度；③在降温部分R1C，脱灰气固物流F17进入降温流化床，与原料粉状碳料F11及根据需要使用的冷气体混合降低温度至固体颗粒灰分变形温度以下的温度成为降温物流F19进入分离部分S1，降温物流F19温度比其固体颗粒中灰分变形温度低至少30℃。
[0063] 降温物流F19进行两级分离时，本发明特征在于：⑤在分离部分S2，物流F20进行气固分离得到的碳料F22和气体F21分别离开分离部分S2；通过返料循环管221，至少一部分碳料F22返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内形成碳料循环物流F221，其余碳料F22作为脱灰碳料物流F222；分离部分S2的操作目标是分离出预期特征粒径D2的粒子，特征粒径D2小于特征粒径D1，分离部分S1的操作目标是分离出预期特征粒径D1的粒子。
[0064] 降温物流F19进行三级分离时，本发明特征在于：⑤在分离部分S2，使用旋风分离器进行气固分离；⑥在分离部分S3，物流F21进行气固分离得到的碳料F32和气体F31分别离开分离部分S3；通过返料循环管321，至少一部分碳料F32返回脱灰部分R1A的脱灰流化床床层内形成碳料循环物流F321，其余碳料F32作为脱灰碳料物流F222；分离部分S3的操作目标是分离出预期特征粒径D3的粒子，特征粒径D3小于特征粒径D2；通常，在分离部分S3，物流F21通过由金属间化合物非对称膜过滤材料制作的过滤器的过滤面时，粒径大于1微米颗粒物被拦截，气体通过过滤面成为脱尘气体；在过滤器的过滤面，部分被拦截的颗粒物构成滤饼，在过滤器的过滤面的再生过程滤饼脱离过滤面，过滤器的过滤面拦截的颗粒物作为滤出固体被收集。
[0065] 本发明操作条件通常为：
[0066] ①原料粉状碳料F11粒度分布范围为0.001～6毫米；高温气体热载体F15来自碳料气化过程，高温气体热载体F15的操作温度为1350～2000℃；
[0067] 脱灰部分R1A操作条件：操作压力为常压～15MPa、操作温度为1250～1750℃、固体停留时间为10～1200秒；
[0068] ②灰冷却部分R1B操作条件：操作压力为常压～15MPa、灰渣温度为40～200℃；
[0069] ③降温部分R1C，降温物流F19操作条件：操作压力为常压～15MPa、温度为800～1100℃；降温物流F19温度比其固体颗粒中灰分变形温度低至少50℃；
[0070] ④分离部分S1操作条件：操作压力为常压～15MPa、温度为800～1100℃；分离部分S1使用旋风分离器进行气固分离。
[0071] 本发明操作条件一般为：
[0072] ①原料粉状碳料F11为半焦；高温气体热载体F15来自半焦气化过程，操作温度为1350～1800℃；
[0073] 原料粉状碳料F11粒度分布范围为0.001～6毫米；脱灰部分R1A操作条件：操作压力为常压～8MPa、操作温度为1350～1650℃、固体停留时间为30～600秒；
[0074] ②灰冷却部分R1B操作条件：操作压力为常压～8MPa、灰渣温度为40～200℃；
[0075] ③降温部分R1C，降温物流F19操作条件：操作压力为常压～8MPa、温度为900～1000℃；降温物流F19温度比其固体颗中粒灰分变形温度低至少100℃；
[0076] ④分离部分S1操作条件：操作压力为常压～8MPa、温度为900～1000℃，。
[0077] 本发明加工的原料粉状碳料F11为粉状半焦或粉状煤，粒度分布范围通常为0.001～6毫米、一般为0.001～3毫米。
[0078] 本发明的系统工作方式之一为间歇加料、间歇排出产品：高温气体热载体F15连续进入，气体F20连续排出；原料粉状碳料F11间歇加入，脱灰碳料产品间歇排出，原料粉状碳料F11加入系统进行一段时间脱灰加工后转化为脱灰碳料产品排出；每次加入的原料粉状碳料F11量为系统固体储藏量的10～60％，每次排出系统的脱灰碳料产品量为系统固体储藏量的10～60％。
[0079] 本发明的系统工作方式之一为连续加料、连续排出产品：脱灰碳料产品排出质量流率与脱灰部分R1A的碳料F131质量流率之比值，通常为1～30重量％、一般为5～10重量％。
[0080] 本发明高温气体热载体F15，可以是来自粉煤气化过程气化炉的煤气，可以是来自粉焦气化过程气化炉的煤气，可以是燃料燃烧烟气，燃料选自煤或燃气或油。
[0081] 为了回收分离部分的排出气的热能，低温状态的原料粉状碳料F01与降温物流F19的分离部分的排出气接触加热升温后作为原料粉状碳料F11使用。
[0082] 本发明脱灰部分R1A流化床、灰冷却部分R1B冷却室、降温部分R1C流化床，可以组合为一体化设备，降温部分R1C流化床位于脱灰部分R1A流化床之上，灰冷却部分R1B冷却室位于脱灰部分R1A流化床之下。
[0083] 根据需要，本发明设置大颗粒碳料粉碎步骤：④在分离部分S1，一部分碳料F13降温后作为物料F132进入粉碎系统转变为粉碎物流FF132，粉碎物流FF132返回脱灰部分R1A的流化床床层内。
[0084] 本发明的操作目标通常为：原料粉状碳料F11转化为脱灰碳料产品，脱灰率大于50％，脱灰碳料产品灰分含量低于7重量％。
[0085] 本发明的操作目标一般为：原料粉状碳料F11转化为脱灰碳料产品，脱灰率大于70％，脱灰碳料产品灰分含量低于4重量％。
[0086] 本发明的操作目标优选为：原料粉状碳料F11转化为脱灰碳料产品，脱灰率大于85％，脱灰碳料产品灰分含量低于2重量％。
