一种提高细粒级低阶煤可浮性的装置与方法 |
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| 申请号 | CN202110725022.4 | 申请日 | 2021-06-29 | 公开(公告)号 | CN113355113A | 公开(公告)日 | 2021-09-07 |
| 申请人 | 中国矿业大学; | 发明人 | 桂夏辉; 张鹏德; 盛华麟; 王云琳; 方小霞; 肖安妮; 康雪妍; 夏阳超; 高向东; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种提高细粒级低阶 煤 可浮性的装置与方法，适用于低阶煤浮选领域。包括 热解 发生器和反应装置，反应装置包括 侧壁 设有夹层空间的筒体，筒体底部设有热解气通入口和出料口，筒体顶部分别设有进料口和轻组分分离口，筒体侧壁内设有冷却夹层，筒体内的中部设有搅拌 叶片 ，底部设有刮料板，搅拌 叶轮 上方交叠设有多道从侧壁指向圆心并且倾斜向下设置的 振动筛 板，热解气通入口与热解发生器连接，热解发生器通过流量控制 阀 连接有惰性气体储气罐。其通过极性焦油分子在细粒级低阶煤表面聚合提高浮选效率，同时可以将热解大分子有效利用，有效减少热解轻组分在分离提纯过程中产生的焦化 废 水 面临处理成本高、污染重的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种提高细粒级低阶煤可浮性的装置，其特征在于：它包括热解发生器(3)和反应装置(13)，其中反应装置(13)包括侧壁设有夹层空间的筒体，筒体底部设有热解气通入口(4)和出料口(5)，筒体顶部分别设有进料口(8)和轻组分分离口(10)，筒体侧壁内设有冷却夹层(7)，冷却夹层(7)的上方设有冷却液出口(11)，下方设有冷却液进入口(6)，筒体顶部还设有搅拌器(9)，搅拌器(9)的驱动轴从筒体的圆心处垂直进入直至筒体底部，其中在筒体内的中部设有搅拌叶片，驱动轴最下方的端部设有刮料板，筒体内位于搅拌叶轮上方交叠设有多道从侧壁指向圆心并且倾斜向下设置的振动筛板(12)，其中热解气通入口(4)设置在筒体底部圆心处，出料口(5)设置在筒体底部一侧，由搅拌器(9)驱动轴端部设置的刮料板旋转刮料辅助排料，热解气通入口(4)通过管路与热解发生器(3)的输出端连接，热解发生器(3)的输入端通过流量控制阀(2)连接有惰性气体储气罐(1)。 |
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| 说明书全文 | 一种提高细粒级低阶煤可浮性的装置与方法技术领域背景技术[0002] 随着我国优质煤炭资源的逐步减少，具有丰富储量的低阶煤资源正成为开发利用的重点，其中低阶煤浮选是研究的重点之一。由于低阶煤表面含有大量含氧官能团，致使其疏水性弱，天然可浮性差，浮选效率低。因此，急需寻求新方法来强化低阶煤泥浮选。 [0003] 现有的提高低阶煤浮选效率的方法与手段目前依然以实验室研究为主，在工业实践中的应用鲜有报道。随着机械化采煤比例的提高和重介质选煤的快速发展，我国煤泥呈现出微细化、高灰分、连生体含量大等特点，煤泥难选问题进一步凸显。 [0004] 热解产生的会使得低阶煤、生物质等原料中含氧官能团分解，生成焦油和气体，生成的焦油在与煤颗粒表面相结合，并在在煤粒表层形成一层疏水界面，进而提高浮选效率，同时也能提高药剂的利用效率的方法，对解决能源危机意义深远。 发明内容[0005] 发明目的：针对现有技术的不足之处，提供一种关于煤、生物质、塑料等物质热解过程中氢气、甲烷等轻组分与焦油分子有效分离并实现焦油分子在低阶煤表面再聚合改变其表面疏水性的提高细粒级低阶煤可浮性的装置与方法，实现了焦油类有害物质的合理利用，同时通过在低阶煤表面形成部分疏水界面、黏附大量极性疏水分子在煤表面形成较强作用的疏水层，提高低阶煤表面的疏水性，降低浮选药耗，为低阶煤高效浮选探索一种新方法。 [0006] 技术方案：为实现上述技术目的，本发明的一种提高细粒级低阶煤可浮性的装置，包括热解发生器和反应装置，其中反应装置包括侧壁设有夹层空间的筒体，筒体底部设有热解气通入口和出料口，筒体顶部分别设有进料口和轻组分分离口，筒体的侧壁为夹层结构，侧壁内设有冷却夹层，冷却夹层的上方设有冷却液出口，下方设有冷却液进入口，筒体顶部还设有搅拌器，搅拌器的驱动轴从筒体的圆心处垂直进入直至筒体底部，其中在筒体内的中部设有搅拌叶片，驱动轴最下方的端部设有刮料板，筒体内位于搅拌叶轮上方交叠设有多道从侧壁指向圆心并且倾斜向下设置的的振动筛板，其中热解气通入口设置在筒体底部圆心处，出料口设置在筒体底部一侧，由搅拌器驱动轴端部设置的刮料板旋转刮料辅助排料，热解气通入口通过管路与热解发生器的输出端连接，热解发生器的输入端通过流量控制阀连接有惰性气体储气罐。 [0007] 所述振动筛板为带有微孔的筛板，仅可以使得气体分子通过，用于保证气体与原煤颗粒充分接触；振动筛板与筒体连接边为与筒体匹配的圆弧形结构，其余三边为直角边，每片振动筛板分别设置在筒体内的不同水平高度并连续变换角度设置，筒体内的多片振动筛板在俯视时的除了留出驱动轴的空间外覆盖整个筒体的内截面。 [0008] 所述振动筛板至少五片，并等角度间距在连续布置在筒体内的不同水平上形成连续的螺旋降低结构；或者至少五片的振动筛板在不同水平高度下交错设置，以增加煤颗粒在振动筛板上的时间；振动筛板的倾角与水平面呈25°‑60°夹角。 [0009] 所述搅拌器的搅拌轴上设置的搅拌叶片呈三角形，分层安装在360°水平面上，均匀分布在装置主体高度的1/6‑5/6之间，叶片数量4‑8个，用于打散黏附结团的热解原料，刮料板为矩形结构，底面与反应器底部相距1‑2mm,用于将沉落在底部的物料刮送至打开的出料口。 [0010] 所述冷却夹层内为螺旋盘管结构，螺旋盘管的上端口与冷却液出口连接，下端口与冷却液进入口连接，冷却液从冷却液进入口给入冷却夹层内的螺旋盘管结构并从冷却液出口流出并吸冷循环进入冷却液进入口，从而保证筒体内形成释冷均匀的低温环境。 [0011] 一种提高细粒级低阶煤可浮性的装置的工作方法，其步骤为： [0012] a首先向热解发生器中装入热解原料，然后打开储气罐，由流量控制阀控制气体流量和惰性气体组分从而在热解发生器中形成惰性气氛； [0013] b热解原料在热解发生器在惰性气氛中环境中进行热解，热解原料中的小分子物质以气态形式通过管路由反应装置底部的热解气通入口通入反应装置，并形成自下而上气流； [0015] d通过进料口向反应装置中给入细粒级低阶煤；细粒级低阶煤在自重的作用下通过倾斜的多快振动筛板的阻碍作用缓慢落下，从而增加表面改性反应时间，并由热解气流作用在振动筛板附近形成一个局部的悬浮层，上升的热解气气流中的焦油分子会在上升过程中由于冷却夹层传导形成的局部低温环境在低阶煤表面发生大分子再聚合，从而改变低阶煤表面疏水性，而热解气中不会发生聚合的C3H6、C2H6、CH4、H2、CO组分会由轻组分分离口流出进行进一步分离与提纯； [0016] e经过焦油分子在表面聚合改性后的低阶煤颗粒在落到反应装置底层的过程中会通过搅拌叶片实现聚团组分打散；整个改性周期为60‑900s，结束后打开出料口并利用刮料板旋转刮料辅助出料，表面经过改性后的细粒级低阶煤用于浮选提质。 [0017] 所述热解发生器包括常用的各类热解炉，热解原料为低阶煤、生物质、塑料等物质单组分或多组分的混合物；热解原料包括低阶煤、生物质、废塑料、城市污泥中一种或者多种混合产物。 [0018] 所述热解气通入口上设有用于设定气体流量与流速的气体流量控制阀。 [0019] 所述振动筛板开启时可以通过超声/机械振动联合的方式调节振动频率清除振动筛板表面的物质，避免过多煤粉由于焦油黏附至振动筛板表面，筛板倾斜角度可调节控制下料速度，倾角与水平面成25°‑60°，水平分布在反应装置的筒体内壁，上面一层落下的物料会由下一层筛板承载继续下料，同时发生表面改性作用。 [0020] 不发生聚合的小分子物质：C3H8、C2H4、C2H6、CH4、H2、CO上升至轻组分分离口，分离口具有粉尘过滤层，避免细小固体颗粒被气流携带影响后续分离与提纯. [0021] 有益效果： [0023] 2)通过本装置及方法，焦油类大分子可以通过堵塞低阶煤表面孔隙形成疏水面与极性分子在低阶煤表面黏附的双重作用形成低阶煤表面的疏水界面改善低阶煤表面亲水特性； [0025] 图1为本发明的提高细粒级低阶煤可浮性的方法流程示意图； [0026] 图2为本发明提高细粒级低阶煤可浮性的装置结构示意图； [0027] 图3为震动筛板在筒体内的俯视图； 具体实施方式[0028] 下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明： [0029] 如图1和图2所示，本发明的提高细粒级低阶煤可浮性的装置，包括热解发生器3和反应装置13，其中反应装置13包括侧壁设有夹层空间的筒体，筒体底部设有热解气通入口4和出料口5，筒体顶部分别设有进料口8和轻组分分离口10，筒体的侧壁为夹层结构，侧壁内设有冷却夹层7，冷却夹层7的上方设有冷却液出口11，下方设有冷却液进入口6，筒体顶部还设有搅拌器9，搅拌器9的驱动轴从筒体的圆心处垂直进入直至筒体底部，其中在筒体内的中部设有搅拌叶片，驱动轴最下方的端部设有刮料板，所述搅拌器9的搅拌轴上设置的搅拌叶片呈三角形，分层安装在360°水平面上，均匀分布在装置主体高度的1/6‑5/6之间，叶片数量4‑8个，用于打散黏附结团的热解原料，刮料板为矩形结构，底面与反应器13底部相距1‑2mm,用于将沉落在底部的物料刮送至打开的出料口5；筒体内位于搅拌叶轮上方交叠设有多道从侧壁指向圆心并且倾斜向下设置的振动筛板12，其中热解气通入口4设置在筒体底部圆心处，出料口5设置在筒体底部一侧，由搅拌器9驱动轴端部设置的刮料板旋转刮料辅助排料，热解气通入口4通过管路与热解发生器3的输出端连接，热解发生器3的输入端通过流量控制阀2连接有惰性气体储气罐1。 [0030] 如图3所示，所述振动筛板12为带有微孔的筛板，仅可以使得气体分子通过，用于保证气体与原煤颗粒充分接触；振动筛板12与筒体连接边为与筒体匹配的圆弧形结构，其余三边为直角边，每片振动筛板12分别设置在筒体内的不同水平高度并连续变换角度设置，筒体内的多片振动筛板12在俯视时的除了留出驱动轴的空间外覆盖整个筒体的内截面；所述振动筛板12至少五片，振动筛板12等角度间距在连续布置在筒体内的不同水平上形成连续的螺旋分布结构；或者至少五片的振动筛板12在不同水平高度下交错设置，以增加煤颗粒在振动筛板12上的时间；所述振动筛板12的倾角与水平面呈25°‑60°夹角。 [0031] 所述冷却夹层7内为螺旋盘管结构，螺旋盘管的上端口与冷却液出口11连接，下端口与冷却液进入口6连接，冷却液从冷却液进入口6给入冷却夹层7内的螺旋盘管结构并从冷却液出口11流出并吸冷循环进入冷却液进入口6，从而保证筒体内形成释冷均匀的低温环境。 [0032] 一种使提高细粒级低阶煤可浮性的装置的工作方法，其步骤为： [0033] a首先向热解发生器3中装入热解原料，然后打开储气罐1，由流量控制阀2控制气体流量和惰性气体组分从而在热解发生器3中形成惰性气氛；热解发生器3包括常用的各类热解炉，热解原料为低阶煤、生物质、塑料等物质单组分或多组分的混合物；热解原料包括低阶煤、生物质、废塑料、城市污泥中一种或者多种混合产物； [0034] b热解原料在热解发生器3在惰性气氛中环境中进行热解，热解原料中的小分子物质以气态形式通过管路由反应装置13底部的热解气通入口4通入反应装置13，并形成自下而上气流；热解气通入口4上设有用于设定气体流量与流速的气体流量控制阀； [0035] c打开冷却液循环泵，冷却液由筒体的冷却夹层7底部的冷却液进入口6进入，由顶部的冷却液出口11流出，在冷却夹层7中形成循环，从而使反应装置13内部形成一个低温环境； [0036] d通过进料口8向反应装置13中给入细粒级低阶煤；细粒级低阶煤在自重的作用下通过倾斜的多快振动筛板12的阻碍作用缓慢落下，从而增加表面改性反应时间，并由热解气流作用在振动筛板12附近形成一个局部的悬浮层，上升的热解气气流中的焦油分子会在上升过程中由于冷却夹层7传导形成的局部低温环境在低阶煤表面发生大分子再聚合，从而改变低阶煤表面疏水性，而热解气中不会发生聚合的C3H6、C2H6、CH4、H2、CO组分会由轻组分分离口10流出进行进一步分离与提纯；述振动筛板12开启时可以通过超声/机械振动联合的方式调节振动频率清除振动筛板12表面的物质，避免过多煤粉由于焦油黏附至振动筛板12表面，筛板倾斜角度可调节控制下料速度，倾角与水平面成25°‑60°，水平分布在反应装置13的筒体内壁，上面一层落下的物料会由下一层筛板承载继续下料，同时发生表面改性作用； [0037] e经过焦油分子在表面聚合改性后的低阶煤颗粒在落到反应装置13底层的过程中会通过搅拌叶片实现聚团组分打散；整个改性周期为60‑900s，结束后打开出料口5并利用刮料板旋转刮料辅助出料，表面经过改性后的细粒级低阶煤用于浮选提质；不发生聚合的小分子物质：C3H8、C2H4、C2H6、CH4、H2、CO上升至轻组分分离口10，分离口具有粉尘过滤层，避免细小固体颗粒被气流携带影响后续分离与提纯。 |
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