一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置及方法 |
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| 申请号 | CN202311380768.1 | 申请日 | 2023-10-24 | 公开(公告)号 | CN117299375B | 公开(公告)日 | 2024-03-08 |
| 申请人 | 西安科技大学; | 发明人 | 周安宁; 陈恒; 韩瑞; 屈进州; 张宁宁; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种超声 空化 协同油团聚分选 煤 气化 细渣的装置及方法，该装置包括壳体、圆柱筒筛网和搅拌部件，以及震板、 超 声波 换能器 和 超声波 发生器，超声波换能器和超声波发生器连接，圆柱筒筛网将壳体内部划分为内腔和外腔，壳体的顶部设置有矿浆入口管和延伸至内腔的输油管，壳体的一侧面上部设置有与外腔连通的进 水 管，壳体的相对侧面上设置有与外腔连通的底 流管 和与内腔连通的溢流管，底流管上设置有排放 阀 ；该方法包括以下步骤：一、 煤气化 细渣 浆液 和乳化 植物 油 的制备；二、煤气化细渣浆液的输送分选。本发明将超声空化、油团聚分选和粒径分选集成耦合，充分解离炭、灰组分，提高了分选 精度 和效率，降低了分选成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置，其特征在于：包括壳体(6)、设置在壳体(6)内的圆柱筒筛网(5)和设置在壳体(6)上且伸入圆柱筒筛网(5)内的搅拌部件，以及设置在壳体(6)内下部的震板(16)、多个设置在震板(16)底部的超声波换能器(8)和设置在壳体(6)底部内的超声波发生器(10)；多个所述超声波换能器(8)和超声波发生器(10)连接； |
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| 说明书全文 | 一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置及方法技术领域背景技术[0002] 在煤气化过程中会产生大量的煤气化渣，煤气化渣的处理方法仍以堆积和填埋为主。由于煤气化渣中含有大量的残炭以及Pb，Be，As和Se等重金属，在占用土地资源的同时又易产生二次污染。因此，寻求煤气化渣规模化利用渠道，已成为煤化工可持续发展的关键。根据煤气化渣的结构特点，分析其潜在的利用价值主要集中在两个方面：一是经过高温激冷工艺形成的多孔残炭，有望制备成炭基功能材料。二是经过高温活化后的复合氧化物，有望用于建筑材料领域。但是，煤气化渣中的炭、灰组分并非单一成分，常常是互相包裹夹杂的复合物，最终导致其无法满足上述应用要求。因此，实现煤气化渣炭、灰分离，是其资源化利用的前提。 [0003] 在现有技术中，关于煤气化渣炭、灰分离的方法主要有浮选法和重选法两种。浮选法是通过添加药剂，强化煤气化渣颗粒的表面性质，最终实现炭、灰颗粒的分离富集，但由于煤气化渣孔隙结构发达，往往会遇到药剂消耗量大的问题。重选法则是利用颗粒之间的密度差异，在重力场中实现炭、灰分离。但煤气化渣粒径分布范围广，并且主导粒径又多集中在0.1mm以下，使得重力场对于颗粒的粘滞阻力大大减弱，炭、灰之间难以产生足够的位移差。此外，现有的分选方法多是围绕机械破碎展开，该方法难以使炭、灰组分完全解离，反而会进一步加剧煤气化渣的细粒级效应，增加分选难度。因此，现如今亟需一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置及方法，将超声空化、油团聚分选和粒径分选集成耦合，通过超声空化效应充分解离煤气化细渣中的炭、灰组分，根据炭、灰组分的亲疏水性差异，利用植物油对炭组分进行富集，再通过筒筛网将炭、灰组分分离，提高了分选精度和效率，降低了分选成本。 发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置，其设计合理，将超声空化、油团聚分选和粒径分选集成耦合，通过超声空化效应充分解离煤气化细渣中的炭、灰组分，根据炭、灰组分的亲疏水性差异，利用植物油对炭组分进行富集，再通过筒筛网将炭、灰组分分离，提高了分选精度和效率，降低了分选成本。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置，其特征在于：包括壳体、设置在壳体内的圆柱筒筛网和设置在壳体上且伸入圆柱筒筛网内的搅拌部件，以及设置在壳体内下部的震板、多个设置在震板底部的超声波换能器和设置在壳体底部内的超声波发生器；多个所述超声波换能器和超声波发生器连接； [0006] 所述圆柱筒筛网将壳体内部划分为内腔和外腔，所述壳体的顶部设置有矿浆入口管和延伸至内腔的输油管； [0008] 所述壳体的一侧面上部设置有与外腔连通的进水管，所述壳体的相对侧面上设置有与外腔连通的底流管和与内腔连通的溢流管，所述进水管、溢流管和底流管的安装高度逐渐减少； [0009] 所述底流管上设置有排放阀。 [0010] 上述的一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置，其特征在于：所述矿浆入口管和输油管的顶部均伸出壳体的顶部，所述矿浆入口管的底部和壳体的顶部内相齐平，所述输油管的底部伸入内腔，所述输油管的底部设置有伞状喷头，所述输油管的底部低于搅拌叶的底部。 [0011] 上述的一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置，其特征在于：所述圆柱筒筛网的顶部和壳体的顶部内相连，所述圆柱筒筛网的顶部开口，所述溢流管的内端穿过圆柱筒筛网的侧壁且相齐平； [0012] 所述圆柱筒筛网的底部和震板之间设置有间隙，所述底流管位于圆柱筒筛网的底部和震板之间。 [0013] 上述的一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置，其特征在于：所述壳体外侧面上部设置有溢流槽，所述溢流槽的顶部高于壳体的顶部，所述溢流槽上设置有排料口； [0014] 所述壳体的顶部设置有供电机安装的保护箱。 [0015] 上述的一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置，其特征在于：所述矿浆入口管的顶部设置有料斗，所述圆柱筒筛网的孔径为13μm、22μm或者37μm。 [0016] 同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理、使用效果好的超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： [0017] 步骤一、煤气化细渣浆液和乳化植物油的制备： [0018] 步骤101、在制备箱中加入待分选的煤气化细渣，给待分选的煤气化细渣边加水润湿边搅拌，完成待分选的煤气化细渣的润湿；其中，加水的质量为待分选的煤气化细渣的质量的4～7倍； [0019] 步骤102、再加入分散剂和水调配成煤气化细渣浆液； [0020] 步骤103、将植物油和油乳化剂混合，得到乳化植物油； [0021] 步骤二、煤气化细渣浆液的输送分选： [0022] 步骤201、进水管和底流管关闭，将煤气化细渣浆液输送至矿浆入口管的顶部，并经过矿浆入口管进入壳体内，直至煤气化细渣浆液的体积为50％V～80％V；其中，V表示壳体内表面至震板顶面之间围设腔体的总体积，煤气化细渣浆液的高度低于溢流管的高度； [0023] 步骤202、通过超声波发生器设置输出功率和超声处理预定时间，超声波发生器驱动多个超声波换能器带动震板振动，对壳体内的煤气化细渣浆液超声处理，直至达到超声处理预定时间，以使粒径小于圆柱筒筛网的孔径的颗粒在重力和水流作用下来到外腔，粒径不小于圆柱筒筛网的孔径的颗粒被隔绝在内腔； [0024] 步骤203、操作电机工作，电机工作通过搅拌桨带动搅拌叶转动，同时，将乳化植物油通过输油管加入到内腔下部； [0025] 步骤204、超声联合搅拌对煤气化细渣浆液处理5min～10min，后关闭电机与超声波发生器，静待壳体内出现油水双层；其中，油水双层中上层为油团聚层； [0026] 步骤205、打开进水管，通过进水管给壳体内进水使壳体内液面上升，通过溢流管充分收集油团聚层，直至溢流管中流出水，停止进水管进水； [0027] 然后打开排放阀通过进水管给壳体内进水，通过底流管收集灰水，直至底流管流出清水，灰水收集完毕关闭进水管和排放阀。 [0028] 上述的方法，其特征在于：步骤102中煤气化细渣浆液中煤气化细渣、水和分散剂的质量比为10:：； [0029] 步骤103中植物油和油乳化剂的质量比为1：。 [0030] 上述的方法，其特征在于：步骤202中通过超声波发生器设置输出功率为额定功率的40％～100％，超声处理预定时间为30分钟～200分钟； [0031] 步骤203中电机的转速为1000r/min～1400r/min；植物油的加入体积为壳体内煤气化细渣浆液体积的2％～7％。 [0032] 本发明与现有技术相比具有以下优点： [0033] 1、本发明设置超声波发生器驱动多个所述超声波换能器带动震板振动，震板振动作用于煤气化细渣浆液，是为了依靠超声波产生的空化作用，使煤气化细渣中夹杂的灰分脱落，实现炭灰的解离，解离后的灰分通过圆柱筒筛网来到外腔。 [0034] 2、本发明设置圆柱筒筛网，是为了粒径大于圆柱筒筛网的孔径的炭颗粒被隔绝在内腔，粒径小于圆柱筒筛网的孔径的灰分在重力和水流作用下通过圆柱筒筛网来到外腔，可以防止炭颗粒在团聚过程夹杂灰分；另外，还能防止油团聚层在搅拌过程中沾附到壳体内侧壁上，便于油团聚层通过溢流管收集，降低精矿损失，提高分选效率。 [0035] 3、本发明设置电机工作通过搅拌桨带动搅拌叶转动，将植物油通过输油管加入到内腔下部，然后超声联合搅拌对煤气化细渣浆液处理，实现超声空化效应与油团聚分选技术进行协同分选，利用超声空化产生的微小气泡，在解离炭、灰组分形成复合结构的同时，又对油滴产生破碎效果，降低了油水两相的表面张力，使油滴与炭颗粒充分接触团聚，提高了分选精度和效率。 [0036] 4、本发明通过溢流管充分收集油团聚层，实现固定碳含量为50％～80％的精矿提取，通过底流管收集灰水提取到烧失量为3％～8％的尾矿，符合炭、灰组分资源化利用指标，本发明达到了高效分离煤气化细渣的目的。 [0037] 5、本发明适用于固定碳含量为10％～60％、粒径小于0.5mm的煤气化细渣，对于粒径较大的煤气化细渣，要先行剔除，避免损伤装置。 [0038] 6、本发明超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的方法步骤简单、实现方便且操作简便，确保高效分离煤气化细渣中炭和灰分。 [0039] 7、本发明超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的方法操作简便且使用效果好，首先煤气化细渣浆液和乳化植物油的制备，其次进行煤气化细渣浆液的输送分选，对超声空化技术、油团聚分选技术以及粒径分选技术进行耦合，将三者协调配套，形成统一整体，分选出符合利用条件的炭、灰产品。 [0040] 综上所述，本发明设计合理，将超声空化、油团聚分选和粒径分选集成耦合，通过超声空化效应充分解离煤气化细渣中的炭、灰组分，根据炭、灰组分的亲疏水性差异，利用植物油对炭组分进行富集，再通过筒筛网将炭、灰组分分离，提高了分选精度和效率，降低了分选成本。 附图说明[0042] 图1为本发明超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置的结构示意图。 [0043] 图2为本发明超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的方法的流程框图。 [0044] 附图标记说明: [0045] 1—矿浆入口管； 2—电机； 2‑1—搅拌桨； [0046] 2‑2—搅拌叶； 3—溢流槽； 4—溢流管； [0047] 5—圆柱筒筛网； 6—壳体； 7—底流管； [0048] 7‑1—排放阀； 8—超声波换能器； 9—外腔； [0049] 10—超声波发生器； 11—内腔； 12—伞状喷头； [0050] 13—进水管； 14—输油管； 15—电源线； [0051] 16—震板； 17—保护箱。 具体实施方式[0052] 如图1所示的一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的装置，包括壳体6、设置在壳体6内的圆柱筒筛网5和设置在壳体6上且伸入圆柱筒筛网5内的搅拌部件，以及设置在壳体6内下部的震板16、多个设置在震板16底部的超声波换能器8和设置在壳体6底部内的超声波发生器10；多个所述超声波换能器8和超声波发生器10连接； [0053] 所述圆柱筒筛网5将壳体6内部划分为内腔11和外腔9，所述壳体6的顶部设置有矿浆入口管1和延伸至内腔11的输油管14； [0054] 所述搅拌部件包括设置在壳体6顶部的电机2、与电机2输出轴传动连接且穿过壳体6顶部伸入内腔11的搅拌桨2‑1和设置在搅拌桨2‑1底部的搅拌叶2‑2； [0055] 所述壳体6的一侧面上部设置有与外腔9连通的进水管13，所述壳体6的相对侧面上设置有与外腔9连通的底流管7和与内腔11连通的溢流管4，所述进水管13、溢流管4和底流管7的安装高度逐渐减少； [0056] 所述底流管7上设置有排放阀7‑1。 [0057] 本实施例中，所述矿浆入口管1和输油管14的顶部均伸出壳体6的顶部，所述矿浆入口管1的底部和壳体6的顶部内相齐平，所述输油管14的底部伸入内腔11，所述输油管14的底部设置有伞状喷头12，所述输油管14的底部低于搅拌叶2‑2的底部。 [0058] 本实施例中，所述圆柱筒筛网5的顶部和壳体6的顶部内相连，所述圆柱筒筛网5的顶部开口，所述溢流管4的内端穿过圆柱筒筛网5的侧壁且相齐平； [0059] 所述圆柱筒筛网5的底部和震板16之间设置有间隙，所述底流管7位于圆柱筒筛网5的底部和震板16之间。 [0060] 本实施例中，所述壳体6外侧面上部设置有溢流槽3，所述溢流槽3的顶部高于壳体6的顶部，所述溢流槽3上设置有排料口； [0061] 所述壳体6的顶部设置有供电机2安装的保护箱17。 [0062] 本实施例中，所述矿浆入口管1的顶部设置有料斗，所述圆柱筒筛网5的孔径为13μm、22μm或者37μm，可根据煤气化渣的粒径特征选取合适孔径。 [0063] 本实施例中，设置溢流槽3避免煤气化细渣浆液输送时溢流收集。 [0066] 本实施例中，所述震板16的厚度为2.5mm尺寸为600mm×600mm的不锈钢震板，为保证震板16上各点的声波频率和声能密度相同，超声波换能器8需均匀排布在600mm×600mm的震板底部。 [0067] 本实施例中，所述超声波换能器8的数量为9个，呈三排三列等间距布设。 [0068] 本实施例中，所述超声波发生器10的电压为220v，频率为40kHz，额定功率为900w，可驱动9个频率为40kHz、功率为100w的换能器，超声波发生器10的电源线15穿过壳体6连接，所述超声波发生器10的控制面板裸露在壳体6外部，可调节调输出功率，调节范围为额定功率的40％‑100％。 [0069] 本实施例中，伞状喷头12的出口为多个直径为1mm的小孔。 [0070] 本实施例中，实际使用时，所述进水管13上设有进水阀，通过进水阀操作进水管13打开和关闭。 [0071] 如图2所示的一种超声空化协同油团聚分选煤气化细渣的方法，包括以下步骤： [0072] 步骤一、煤气化细渣浆液和乳化植物油的制备： [0073] 步骤101、在制备箱中加入待分选的煤气化细渣，给待分选的煤气化细渣边加水润湿边搅拌，完成待分选的煤气化细渣的润湿；其中，加水的质量为待分选的煤气化细渣的质量的4～7倍； [0074] 步骤102、再加入分散剂和水调配成煤气化细渣浆液； [0075] 步骤103、将植物油和油乳化剂混合，得到乳化植物油； [0076] 步骤二、煤气化细渣浆液的输送分选： [0077] 步骤201、进水管13和底流管7关闭，将煤气化细渣浆液输送至矿浆入口管1的顶部，并经过矿浆入口管1进入壳体6内，直至煤气化细渣浆液的体积为50％V～80％V；其中，V表示壳体6内表面至震板16顶面之间围设腔体的总体积，煤气化细渣浆液的高度低于溢流管4的高度； [0078] 步骤202、通过超声波发生器10设置输出功率和超声处理预定时间，超声波发生器10驱动多个超声波换能器8带动震板16振动，对壳体6内的煤气化细渣浆液超声处理，直至达到超声处理预定时间，以使粒径小于圆柱筒筛网5的孔径的颗粒在重力和水流作用下来到外腔9，粒径不小于圆柱筒筛网5的孔径的颗粒被隔绝在内腔11； [0079] 步骤203、操作电机2工作，电机2工作通过搅拌桨2‑1带动搅拌叶2‑2转动，同时，将乳化植物油通过输油管14加入到内腔11下部； [0080] 步骤204、超声联合搅拌对煤气化细渣浆液处理5min～10min，后关闭电机2与超声波发生器10，静待壳体6内出现油水双层；其中，油水双层中上层为油团聚层； [0081] 步骤205、打开进水管13，通过进水管13给壳体4内进水使壳体6内液面上升，通过溢流管4充分收集油团聚层，直至溢流管4中流出水，停止进水管13进水； [0082] 然后打开排放阀7‑1通过进水管13给壳体4内进水，通过底流管7收集灰水，直至底流管7流出清水，灰水收集完毕关闭进水管13和排放阀7‑1。 [0083] 本实施例中，设置圆柱筒筛网5，是为了粒径小于圆柱筒筛网5的孔径的煤气化渣颗粒在重力和水流作用下来到外腔9，粒径大于圆柱筒筛网5的孔径的颗粒被隔绝在内腔11；再加上灰分也就是尾矿的主要粒径就在37微米以下，而炭颗粒在团聚后肯定是要大于这个粒径，这样通过圆柱筒筛网5以使灰分来到外腔9，可以防止炭颗粒在团聚过程夹杂灰分； [0084] 另外，还能防止油团聚层在搅拌过程中沾附到壳体6内侧壁上，便于油团聚层通过溢流管4收集，降低精矿损失，提高分选效率。 [0085] 本实施例中，超声波发生器10驱动多个所述超声波换能器8带动震板16振动，震板16振动作用于煤气化细渣浆液，是为了依靠超声波产生的空化作用，使煤气化细渣中夹杂的灰分脱落，实现炭灰的解离，解离后的灰分通过圆柱筒筛网5来到外腔9。 [0086] 本实施例中，具体使用时，可采用废弃植物油作为捕收剂，沿用了“以废治废”的环保理念，降低了分选成本。或者可以替换为其它油类实现同样功能即可。 [0087] 本实施例中，具体使用时，分散剂可采用六偏磷酸钠分散剂，增加超声处理对于煤气化渣颗粒的破碎效果。 [0088] 本实施例中，具体使用时，油乳化剂采用曲拉通X‑100，进一步缩小油滴尺寸，增加分选效果。 [0090] 本实施例中，具体使用时，本发明还可以通过调节超声频率、输出功率、超声处理时间、搅拌电机转速以及筛网粒径来控制精矿的固定碳含量与尾矿的烧失量。 [0091] 本实施例中，本发明对超声空化技术、油团聚分选技术以及粒径分选技术进行耦合，将三者协调配套，形成统一整体，分选出符合利用条件的炭、灰产品。 [0092] 本实施例中，步骤102中煤气化细渣浆液中煤气化细渣、水和分散剂的质量比为10:80：0.1； [0093] 步骤103中植物油和油乳化剂的质量比为1：4％； [0094] 步骤202中通过超声波发生器10设置输出功率为额定功率的40％，超声处理预定时间为200分钟； [0095] 步骤203中电机2的转速为1000r/min；植物油的加入体积为壳体6内煤气化细渣浆液体积的2％； [0096] 步骤204中超声联合搅拌对煤气化细渣浆液处理5min。 [0097] 实施例3 [0098] 本实施例中，与实施例2不同的是，步骤102中煤气化细渣浆液中煤气化细渣、水和分散剂的质量比为10:110：1； [0099] 步骤103中植物油和油乳化剂的质量比为1：8％； [0100] 步骤202中通过超声波发生器10设置输出功率为额定功率的100％，超声处理预定时间为30分钟； [0101] 步骤203中电机2的转速为1400r/min；植物油的加入体积为壳体6内煤气化细渣浆液体积的7％； [0102] 步骤204中超声联合搅拌对煤气化细渣浆液处理10min。 [0103] 实施例4 [0104] 本实施例中，与实施例2不同的是，步骤102中煤气化细渣浆液中煤气化细渣、水和分散剂的质量比为10:95：0.5； [0105] 步骤103中植物油和油乳化剂的质量比为1：6％； [0106] 步骤202中通过超声波发生器10设置输出功率为额定功率的70％，超声处理预定时间为110分钟； [0107] 步骤203中电机2的转速为1200r/min；植物油的加入体积为壳体6内煤气化细渣浆液体积的5％； [0108] 步骤204中超声联合搅拌对煤气化细渣浆液处理8min。 [0109] 综上所述，本发明设计合理，将超声空化、油团聚分选和粒径分选集成耦合，通过超声空化效应充分解离煤气化细渣中的炭、灰组分，根据炭、灰组分的亲疏水性差异，利用植物油对炭组分进行富集，再通过筒筛网将炭、灰组分分离，提高了分选精度和效率，降低了分选成本。 |
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