一种高剪切双液分选煤气化细渣的装置及方法 |
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| 申请号 | CN202310536453.5 | 申请日 | 2023-05-12 | 公开(公告)号 | CN116474960A | 公开(公告)日 | 2023-07-25 |
| 申请人 | 太原理工大学; | 发明人 | 赵银冬; 董连平; 罗云湘; 马静; 王艳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 煤 气化 细渣分选技术领域，公开了一种高剪切双液分选 煤气化 细渣的装置及方法，一种高剪切双液分选煤气化细渣的装置，包括依次通过管道连接的搅拌桶、第一 泵 体、射流器、煤气化细渣旋流双液分选柱、第二泵体、浓缩机、第二泵体、 压滤机 、 蒸发 装置、循环 冷凝器 、疏 水 液体储存箱和第四泵体；本发明在射流器中选择性地使煤气化细渣中的炭进入油相，同时会形成粒度大、强度较高的精矿团聚体，然后再采用旋流分级的方法将油层与水层分离，煤气化细渣旋流双液分选柱中设有筛网，使双液中的团聚体不断 破碎 且循环，以达到降低产品灰分的目的，分选工艺简化的同时可以分选煤气化细渣中的炭，达到煤气化细渣高效分选的目的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高剪切双液分选煤气化细渣的装置，其特征在于：包括依次通过管道连接的搅拌桶、第一泵体、射流器、煤气化细渣旋流双液分选柱、第二泵体、浓缩机、压滤机、蒸发装置、循环冷凝器、疏水液体储存箱和第四泵体； |
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| 说明书全文 | 一种高剪切双液分选煤气化细渣的装置及方法技术领域背景技术[0002] 煤气化工艺是现代煤化工的前段支柱产业，是煤炭清洁、高效利用的主要途径，煤气化工艺是让煤在氧气不足的情况下进行部分氧化，使煤中的有机物转化为H2、CO和CH4，等可燃气体，以煤在高温下制取合成气，以合成气为原料制甲醇、合成油、天然气等产品，同时副产蒸汽、焦油、灰渣等副产品。煤气化细渣的产量巨大，目前多通过填埋方式进行处理，不但造成资源浪费、占用大量土地，而且其中Pb，Be，As和Se发生了明显的富集，含有重金属的渗滤液渗漏也会造成土壤和水体污染，采用经济环保高效的方式处理煤气化细渣，减轻其对环境污染的同时回收其中的能量、实现固废资源化利用，是目前亟待解决的问题。 [0003] 煤气化渣资源化利用一方面利用其残炭，另一方面利用其无机矿物质(灰)，但二者的利用相互制约。气化渣残炭与无机矿物质(灰)的分离是其大宗与高附加值利用的必要环节。煤气化渣活性低，分散不好。重选法矿物密度差小，可对0.125mm粒级的煤气化渣有较好的炭‑灰分离效果，但对细粒级的分选效果较差。并且其孔隙发达，比表面大表面氧化，疏水性差。浮选法导致药剂消耗量大，经济性差；且分离后产品脱水困难。 [0004] 因此，寻找既能高效分离细粒气化渣中的炭与灰，又能同时脱除炭产品中水分的新方法成为当务之急。 发明内容[0005] 鉴于此，本发明的目的在于，提供一种高剪切双液分选煤气化细渣的装置及方法，以解决上述背景技术中所指出的问题。 [0006] 为了达到上述发明目的，进而采取的技术方案如下： [0008] 所述搅拌桶的顶部和侧面分别开设有第一入料口和第一出料口，搅拌桶的顶部设有搅拌电机，搅拌桶的出料口与第一泵体的进料口连接，第一泵体的出料口与射流器的矿浆入口连接，射流器的第二出料口与煤气化细渣旋流双液分选柱的第二进料口连通，煤气化细渣旋流双液分选柱的顶部设有溢流口，底部设有底流口，溢流口通过第二泵体与浓缩机入口相连，浓缩机出口通过第三泵体与压滤机入口相连，压滤机出口与蒸发装置入口相连，蒸发装置的一端连有卸料装置，蒸发装置出口与循环冷凝器入口相连，循环冷凝器出口与疏水液体储存箱入口相连，疏水液体储存箱出口通过第四泵体与射流器的疏水液体入口相连。 [0009] 作为本发明的进一步改进，所述煤气化细渣旋流双液分选柱包括筒体，筒体上部切向设置有入料管，筒体内部与筒体同轴心设置有溢流管，筒体下端通过连接法兰连接有锥体，在锥体下部中心开设有底流口，在筒体内部设有筛网，筛网的顶部通过上盖法兰与筒体连接，入料管伸入筛网内，所述溢流管包括内溢流管和外溢流套管，所述内溢流管通过上盖法兰固接于筒体的上端，外溢流套管密封地套装在内溢流管的外壁上，外溢流套管上连接有外溢流套管支架，外溢流套管支架通过丝杠与安装在筒体上的调节支架连接。煤气化细渣旋流双液分选柱内设置的筛网用于破碎煤气化细渣与疏水液体所形成的团聚体，煤气化细渣旋流双液分选柱的入料管伸入筛网。 [0010] 作为本发明的进一步改进，所述筒体下端的锥体内设置为反向复锥水跃结构，该反向复锥水跃结构的锥体设计呈正锥‑反锥‑正锥型，所述筛网的投影笼罩反向复锥水跃结构。 [0011] 作为本发明的进一步改进，所述煤气化细渣旋流双液分选柱中筛网的粒径为0.5‑10mm。 [0012] 作为本发明的进一步改进，所述搅拌电机的转速范围200‑900r/min，所述搅拌电机的输出端连接有搅拌桨，所述搅拌桨设于所述搅拌桶内。 [0013] 作为本发明的进一步改进，所述疏水液体储存箱的底部设有排水口。 [0014] 一种高剪切双液分选煤气化细渣的方法，包括以下步骤： [0015] a.煤气化细渣与水形成的矿浆由第一入料口进入搅拌桶中调浆； [0016] b.矿化调浆后的浆矿经第一泵体进入射流器，与此同时，射流器的疏水液体入口射流进入疏水液体，射流器内的浆矿和疏水液体形成油水双层； [0017] c.射流器中的油水双层进入煤气化细渣旋流双液分选柱分选； [0018] d.含精矿的油相进入煤气化细渣旋流双液分选柱顶部的溢流口，而含灰的水相进入底流口； [0019] e.含精矿的油相进入浓缩机，浓缩后的团聚体进入压滤机处理； [0020] f.经压滤机处理后的产品进入蒸发装置，蒸发处理后进入卸料装置进行包装处理； [0021] g.蒸发产生的油水混合气体经循环冷凝器冷凝后进入疏水液体储存箱，在疏水液体储存箱中抽取水相，而油相循环使用。 [0023] 作为本发明的进一步改进，所述疏水液体的用量为煤气化细渣重量的30％以上。 [0024] 作为本发明的进一步改进，所述射流器为疏水液体与矿浆的第一个反应装置，射流器的射流量可调节，通过射流器向煤气化细渣旋流双液分选柱注入油水双相。 [0025] 作为本发明的进一步改进，所述浓缩机的工作原理是团聚体在油相中的沉降。 [0026] 作为本发明的进一步改进，所述蒸发装置是间接加热。 [0027] 作为本发明的进一步改进，本发明适用于烧失量为10‑40％的煤气化细渣分选，然后对得到的旋流器溢流可以分离出烧失量70％‑90％的精矿，用来直接燃烧。也可以得到烧失量8‑2％的尾矿，可以满足铺路和不同建筑材料的需求。 [0028] 作为本发明的进一步改进，可以通过各种活性剂与疏水液体的不同配比来调节精矿的烧失量。 [0029] 作为本发明的进一步改进，可以使用分散剂来增强此方法中煤气化细渣的炭提取效果。 [0030] 本发明的有益效果是： [0031] (1)本发明选取了兖州、新疆、宁夏、阳泉、榆林的煤气化细渣进行试验，结果显示皆达到煤气化细渣炭‑灰高效分选的目的。 [0032] (2)本发明分离出烧失量70％‑90％的精矿，用来直接燃烧。也可以得到烧失量8‑2％的尾矿，可以满足铺路和不同建筑材料的需求。 [0033] (3)本发明利用可再生的植物油作为疏水液体，绿色环保，有利于可持续发展。本发明巧妙利用废弃地沟油作为疏水液体，从同样是固废物的煤气化细渣中提炭降灰，废废结合，方法简单、成本低、易控制、而且处理效果好，为煤气化渣和废机油的综合利用提供技术保障，促进我国煤气化工业的进一步发展。 [0034] (4)本发明先采用高剪切双液分选煤气化细渣中的炭，形成油水双层的同时也会形成粒度大、强度较高的精矿絮团，然后再采用旋流分选的方法将含精矿的油相进入旋流器溢流口，而含灰的水相进入旋流器底流口，从而实现煤气化细渣中的炭‑灰分离，分选工艺简化的同时可以分选煤气化细渣中的炭，达到煤气化细渣炭‑灰高效分选的目的。附图说明 [0036] 图1为本发明的流程示意图； [0037] 图2为本发明煤气化细渣旋流双液分选柱的结构示意图； [0038] 图3为本发明煤气化细渣旋流双液分选柱的第二视角结构示意图。 [0039] 图中：1、搅拌桶；2、搅拌电机；3、第一入料口；4、第一出料口；5、第一泵体；6、射流器；7、矿浆入口；8、疏水液体入口；9、第二出料口；10、煤气化细渣旋流双液分选柱；11、第二进料口；12、溢流口；13、底流口；14、第二泵体；15、浓缩机；16、浓缩机入口；17、浓缩机出口；18、第三泵体；19、压滤机；20、压滤机入口；21、压滤机出口；22、蒸发装置；23、蒸发装置入口；24、蒸发装置出口；25、卸料装置；26、冷凝器；27、循环冷凝器入口；28、循环冷凝器出口； 29、疏水液体储存箱；30、疏水液体储存箱入口；31、排水口；32、疏水液体储存箱出口；33、第四泵体；34、筒体；35、入料管；36、连接法兰；37、锥体；38、筛网；39、上盖法兰；40、内溢流管； 41、外溢流套管；42、外溢流套管支架；43、丝杠；44、调节支架；45、反向复锥水跃结构。 具体实施方式[0040] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 [0041] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。 [0042] 实施例1 [0043] 一种高剪切双液分选煤气化细渣的装置，包括依次通过管道连接的搅拌桶1、第一泵体5、射流器6、煤气化细渣旋流双液分选柱10、第二泵体14、浓缩机15、压滤机19、蒸发装置22、循环冷凝器26、疏水液体储存箱29和第四泵体33； [0044] 所述搅拌桶1的顶部和侧面分别开设有第一入料口3和第一出料口4，搅拌桶1的顶部设有搅拌电机2，搅拌桶1的出料口与第一泵体5的进料口连接，第一泵体5的出料口与射流器6的矿浆入口7连接，射流器6的第二出料口9与煤气化细渣旋流双液分选柱10的第二进料口11连通，煤气化细渣旋流双液分选柱10的顶部设有溢流口12，底部设有底流口13，溢流口12通过第二泵体14与浓缩机入口16相连，浓缩机出口17通过第三泵体18与压滤机入口20相连，压滤机出口21与蒸发装置入口23相连，蒸发装置22的一端连有卸料装置25，蒸发装置出口24与循环冷凝器入口27相连，循环冷凝器出口28与疏水液体储存箱入口30相连，疏水液体储存箱出口32通过第四泵体33与射流器6的疏水液体入口8相连。 [0045] 所述煤气化细渣旋流双液分选柱10包括筒体34，筒体34上部切向设置有入料管35，筒体34内部与筒体34同轴心设置有溢流管，筒体34下端通过连接法兰36连接有锥体37，在锥体37下部中心开设有底流口13，在筒体34内部设有筛网38，筛网38的顶部通过上盖法兰39与筒体34连接，入料管35伸入筛网38内，所述溢流管包括内溢流管40和外溢流套管41，所述内溢流管40通过上盖法兰39固接于筒体的上端，外溢流套管41密封地套装在内溢流管 40的外壁上，外溢流套管41上连接有外溢流套管支架42，外溢流套管支架42通过丝杠43与安装在筒体34上的调节支架44连接。煤气化细渣旋流双液分选柱10内设置的筛网38用于破碎煤气化细渣与疏水液体所形成的团聚体，煤气化细渣旋流双液分选柱10的入料管35伸入筛网38。 [0046] 所述筒体34下端的锥体37内设置为反向复锥水跃结构45，该反向复锥水跃结构45的锥体37设计呈正锥‑反锥‑正锥型，所述筛网38的投影笼罩反向复锥水跃结构45。 [0047] 所述煤气化细渣旋流双液分选柱10中筛网38的粒径为0.5‑10mm。 [0048] 所述搅拌电机2的转速范围200‑900r/min，所述搅拌电机2的输出端连接有搅拌桨，所述搅拌桨设于所述搅拌桶1内。 [0049] 所述疏水液体储存箱29的底部设有排水口31。 [0050] 实施例2 [0051] 一种高剪切双液分选煤气化细渣的方法，包括以下步骤： [0052] a.煤气化细渣与水形成的矿浆由第一入料口3进入搅拌桶1中调浆； [0053] b.矿化调浆后的浆矿经第一泵体5进入射流器6，与此同时，射流器6的疏水液体入口8射流进入疏水液体，射流器6内的浆矿和疏水液体形成油水双层； [0054] c.射流器6中的油水双层进入煤气化细渣旋流双液分选柱10分选； [0055] d.含精矿的油相进入煤气化细渣旋流双液分选柱10顶部的溢流口12，而含灰的水相进入底流口13； [0056] e.含精矿的油相进入浓缩机15，浓缩后的团聚体进入压滤机19处理； [0057] f.经压滤机19处理后的产品进入蒸发装置22，蒸发处理后进入卸料装置25进行包装处理； [0058] g.蒸发产生的油水混合气体经循环冷凝器26冷凝后进入疏水液体储存箱29，在疏水液体储存箱29中抽取水相，而油相循环使用。 [0059] 所述疏水液体由烷烃、木质素、石脑油、石油石脑油、石油醚、煤油、柴油燃料、燃料油、植物油和地沟油中的至少两种混合而成。 [0060] 所述疏水液体的用量为煤气化细渣重量的30％以上。 [0061] 所述射流器6为疏水液体与矿浆的第一个反应装置，射流器6的射流量可调节，通过射流器6向煤气化细渣旋流双液分选柱10注入油水双相。 [0062] 所述浓缩机15的工作原理是团聚体在油相中的沉降。 [0063] 所述蒸发装置22是间接加热。 [0064] 本发明适用于烧失量为10‑40％的煤气化细渣分选，然后对得到的旋流器溢流可以分离出烧失量70％‑90％的精矿，用来直接燃烧。也可以得到烧失量8‑2％的尾矿，可以满足铺路和不同建筑材料的需求。 [0065] 可以通过各种活性剂与疏水液体的不同配比来调节精矿的烧失量。 [0066] 可以使用分散剂来增强此方法中煤气化细渣的炭提取效果。 [0067] 本发明在射流器6中选择性地使煤气化细渣中的炭进入油相，同时会形成粒度大、强度较高的精矿团聚体，然后再采用旋流分级的方法将油层与水层分离，煤气化细渣旋流双液分选柱10中设有筛网38，使双液中的团聚体不断破碎且循环，以达到降低产品灰分的目的，分选工艺简化的同时可以分选煤气化细渣中的炭，达到煤气化细渣高效分选的目的。 [0068] 实施例3(神宁炉煤气化细渣间断试验) [0070] 步骤2：将50kg神宁炉煤气化细渣通过入料口输入如图1所示的系统，煤气化细渣与水形成的矿浆进入搅拌桶1(搅拌速度400r/min)中调浆，形成50g/L的矿浆；调浆后的浆矿经电机泵进入射流器6中处理5min，在矿浆注入反应釜的同时往反应釜中通过射流器6射流疏水性液体(煤油30L)，形成油水双层，油水界面是一层不稳定的乳液，与此同时会形成团聚体，大多数在油水界面； [0071] 步骤3：射流器6内的混合物进入煤气化细渣旋流双液分选柱10分选5min；油水双层在筒体34内形成旋转在离心力的作用下，各种颗粒被甩向器壁的时候，经过筛网38，完成团聚体的破碎，与此同时，基本完成按油水密度分层。颗粒床层沿筒体34的器壁旋转向下运动，经过锥体37上半段后遇到反向复锥水跃结构45，床层及液流产生水跃。利用水跃处的旋滚流增大床层颗粒间相对剪切速度，加大煤气化细渣在水相的解离。此时水中高密度灰转移到颗粒床层最底部，同时通过空间位置置换，低密度炭颗粒上浮到颗粒床层的最顶部，完成析离分层。反向复锥水跃结构45后段产生的向心旋转上升流的速度分布规律是自上而下梯度减小，水层高密度颗粒由于靠近器壁流速很低不能进入上升流直接从底流口13随水相排出筒体34外，从而加大了油水分离的程度。上层颗粒随水跃产生的向心旋转上升流在重力场和离心力场构成的复合力场中进行干扰沉降，上层低密度炭颗粒由于密度小而受到较小的重力与离心力，且上层液流流速较大，从而用这种方法分离出来的炭被吸引到油水界面，或萃取，或形成团聚体，然后与原来的油层混合。此过程中形成的团聚体还有大量的水分，这是因为团聚体封闭水滴于碳‑碳颗粒的连接桥之间，团聚体随着油水双层运动，反复经过内置筛网38，不断破碎团块，团聚体不断释放内部的水分，破碎后的团聚体一部分变成小团聚体，另一部分溶于油相，此过程是精矿降灰过程。 [0072] 步骤4：溢流口12的含精矿的经第二泵体14进入浓缩机15，浓缩后的团聚体进入压滤机19压滤，处理后的团聚体进入蒸发装置22处理，蒸发后的精矿进入卸料装置25；蒸发形成的油气体(其中含有少量水蒸气)进入循环冷凝器26冷凝，生成的液体进入疏水液体储存箱(透明玻璃仪器)，因为使用的是密度比水小的轻油，长时间使用后疏水液体储存箱底部会有水集聚，当水积聚较多时这时候需要在排水口放水。 [0073] 步骤5：从底流口13取出尾矿，压滤烘干，结果如表1所示： [0074] 表1实施例3的测试结果 [0075]原样烧失量 精矿烧失量 尾矿烧失量 可燃体回收率 21.62％ 70.93％ 2.58％ 91.39％ [0076] 需要强调的是，本发明申请通过高剪切双液分选煤气化细渣的工艺，尾矿烧失量降到5％以下，达到道路铺路用粉煤灰(烧失量≤10.0％)的标准，且精矿的烧失量提高到70.93％，可以直接燃烧。 [0077] 实施例4(GSP煤气化细渣间断试验) [0078] 步骤1：筛分试验：采用小筛分或者激光粒度分析仪分析煤气化渣的粒度组成，然后采用马弗炉分析煤气化细渣的烧失量； [0079] 步骤2：将50kgGSP煤气化细渣通过入料口输入如图1所示的系统，煤气化细渣与水形成的矿浆进入搅拌桶1(搅拌速度400r/min)中调浆，形成50g/L的矿浆；调浆后的浆矿经电机泵进入射流器6中处理5min，在矿浆注入反应釜的同时往反应釜中通过射流器6射流疏水性液体(煤油30L)，形成油水双层，油水界面是一层不稳定的乳液，与此同时会形成团聚体，大多数在油水界面； [0080] 步骤3：完成高剪切双液过程的煤气化细渣进入煤气化细渣旋流双液分选柱10分选5min； [0081] 步骤4：溢流口12的含精矿经过浓缩压滤冷凝回收疏水液体，并从卸料口取出精矿； [0082] 步骤5：从底流口13取出尾矿，压滤烘干，结果如表2所示： [0083] 表2实施例4的测试结果 [0084] 原样烧失量 精矿烧失量 尾矿烧失量 可燃体回收率37.74％ 79.47％ 6.94％ 89.42％ [0085] 需要强调的是，本发明申请通过高剪切双液分选煤气化细渣的工艺，尾矿烧失量降到10％以下，达到道路铺路用粉煤灰(烧失量≤10.0％)的标准，且精矿的烧失量提高到79.47％，可以直接燃烧。 [0086] 实施例5(神宁炉煤气化细渣小规模连续试验) [0087] 步骤1：筛分试验：采用小筛分或者激光粒度分析仪分析煤气化渣的粒度组成，然后采用马弗炉分析煤气化细渣的烧失量； [0088] 步骤2：以3kg/min神宁炉煤气化细渣连续通过入料口输入如图1所示的系统，煤气化细渣与水形成的矿浆进入搅拌桶1(搅拌速度400r/min)中调浆，形成250g/L的矿浆；调浆后的浆矿经电机泵进入射流器6中处理5min，在矿浆注入反应釜的同时往反应釜中通过射流器6射流疏水性液体(煤油1.8L/min)，形成油水双层，油水界面是一层不稳定的乳液，与此同时会形成团聚体，大多数在油水界面。 [0089] 步骤3：完成高剪切双液过程的煤气化细渣进入煤气化细渣旋流双液分选柱10分选； [0090] 步骤4：溢流口12的含精矿经过浓缩压滤冷凝回收疏水液体，并从卸料口持续取出精矿； [0091] 步骤5：从底流口13取出尾矿，压滤烘干，整个装置运行30min，结果如表3所示： [0092] 表3实施例5的测试结果 [0093]原样烧失量 精矿烧失量 尾矿烧失量 可燃体回收率 21.62％ 74.62％ 2.88％ 90.16％ [0094] 需要强调的是，本发明申请通过高剪切双液分选煤气化细渣的工艺，尾矿烧失量降到5％以下，达到道路铺路用粉煤灰(烧失量≤10.0％)的标准，且精矿的烧失量提高到74.62％，可以直接燃烧。 [0095] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进、部件拆分或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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