CN102580707B - 简易换热型活性焦净化再生处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简易换热型活性焦净化再生处理系统及方法，系统包括再生装置、预热装置、加热装置和冷却装置；再生装置包括一再生塔；预热装置包括一干燥塔；加热装置包括一加热器、第一风机，用于对所述再生塔加热段中的活性焦进行加热；冷却装置包括第二风机、一常温空气输入管路、一热空气输出管路，用于将换热后的热空气送入所述干燥塔中对活性焦进行预热。处理方法为(a)预热：活性焦进入干燥塔进行预热；(b)加热：活性焦在加热段升温；(c)再生：活性焦在再生段被再生；(d)冷却：再生后的活性焦进入冷却段进行冷却，换热后的空气预热干燥塔中活性焦。本发明适用于对活性焦进行还原再生。

Description

简易换热型活性焦净化再生处理系统及方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种对用于脱硫脱硝的活性焦(活性碳)进行净化再生的处理系统和处理方法。

背景技术

活性焦(或称活性碳)烟气脱硫脱硝技术属于干式回收法工艺，是以煤制成的活性焦作脱除剂，在活性焦催化作用下，SO₂和O₂及H₂O发生反应，最后以H₂SO₄形式附着在活性焦孔隙中，占据着活性中心，导致活性焦对SO₂的吸附能力逐渐减弱；同时，NO与O₂及NH₃反应生成N₂，NO₂与NH₃反应生成N₂，从而达到脱除烟气中SO₂和NOx的目的。活性焦是影响脱硫脱硝性能及效率的关键材料，在脱硫脱硝净化装置中，吸附能力下降的活性焦，必须对其进行再生，使脱除剂上的硫酸铵热分解，同时进行硫酸的热分解，恢复性能后再投入使用。

目前普遍采用的移动床加热再生方法，再生温度在400℃左右并保持一段时间，在加热情况下，活性焦所吸附的H₂SO₄与C(活性焦)反应被还原为SO₂，同时硫酸铵受热分解成氮气、水、二氧化硫，活性焦恢复吸附性能，可循环使用。活性焦的加热再生反应相当于对活性焦进行再次活化。

专利号ZL 02112580.5，授权公告号CN1132677C，名称为活性焦移动解吸装置的中国发明专利，活性焦移动解吸装置是一种对已吸附二氧化硫的活性焦进行再生复原的装置，该装置自上而下由进口储仓、进口阀门、进口过渡仓、加热仓、反应仓、冷却仓、出口过渡仓、出口阀门顺序相连而成，在出口过渡仓以上各部分的外壁之间，均设有隔热材料将上、下各部分的外壁彼此隔离，在加热仓中，设有加温热交换器，在冷却仓中设有冷却热交换器，加温热交换器下部与冷却热交换器的上部之间由加热器连通，加温热交换器的上部与冷却热交换器的下部之间由循环泵连通，在反应仓中以及加热仓的上部均设有排气管，该排气管与抽气泵相连。实际上仔细分析可知再生装置主要分为加热段、反应段和冷却段。其中，加热段和冷却段均设有管式换热器，加热/冷却气体通过管壁与活性焦进行换热，冷却段出口高温气体经电加热器加热后送入加热段加热活性焦，使其达到再生所需温度；加热段出口气体通过循环泵导入冷却段入口冷却活性焦。通过管壁进行传热，活性焦在反应段再生，再生出的含高浓度的二氧化硫的气体通过再生风机抽出。该装置加热段被活性焦冷却后的气体用于冷却段活性焦的冷却，经冷却段活性焦加热的气体被送入电加热器继续加热，加热后气体送入加热段加热活性焦，加热段所需外界提供的能量较多，能量利用率低。

专利申请号200910250891.5，申请公布号CN 101732948A，名称为三段式活性焦烟气净化再生一体化处理系统及方法，其冷却器的冷却介质输入通道直接与外部冷却介质输入设备相连通，冷却器的冷却介质输出通道与预热器的预热介质输入通道直接通过管路连通，热量传导效率低下，运行安全系数低。

发明内容

针对现有活性焦再生装置中加热段所需外界提供的能量较多，能量利用率低的问题，本发明的目的是提供一种可对活性焦先预热再加热、同时充分利用冷却段热量的一种简易换热型活性焦净化再生处理系统及运行经济安全的处理方法，加热段为一个独立的加热体系，将冷却段的能量导入到预热段进行能量循环利用，从而有效解决现有技术中能量使用率低的问题，实现了能量的有效利用，不但节能而且降低成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述处理系统包括再生装置、预热装置、加热装置和冷却装置；所述再生装置包括一再生塔，所述再生塔自上而下依次分为加热段、再生段和冷却段；所述预热装置包括一干燥塔，所述干燥塔设置在所述再生塔的上方并通过管路与所述再生塔连通，所述干燥塔(2)中空气与活性焦直接接触对活性焦进行预热；所述加热装置包括一加热器、第一风机，所述加热器、第一风机通过管路与所述再生塔连接形成闭合循环回路，用于对所述再生塔加热段中的活性焦进行加热；所述冷却装置包括第二风机、一常温空气输入管路、一热空气输出管路，所述常温空气输入管路及所述热空气输出管路分别连接在所述再生塔上，所述第二风机(7)设置在所述常温空气输入管路(A)上或所述热空气输出管路(B)上，用于将换热后的热空气送入所述干燥塔中对活性焦进行预热。

本专利装置对整个活性焦再生的流程进行细化，分为预热、加热、再生、冷却，通过常温空气将冷却阶段的热量吸收后输入到预热阶段与活性焦直接接触进行预热，从而将使得活性焦的加热段、再生段成为两个独立的阶段，冷却段与加热段相互交叉形成一个独立阶段，这样预热后的活性焦已经具有一定的温度，在加热段能更快的被加热到再生温度，由于加热段与再生段成为两个独立阶段，这样可以控制加热段的换热风机以及加热器的出风温度来控制加热效率。这样再生段也可以通过控制加热段的加热效率来进一步影响再生段的再生效率。本专利中通过将常温空气导入到再生塔冷却段冷却活性焦，常温空气被加热后直接导入到干燥塔中与活性焦直接接触用于预热活性焦，由于冷却、预热采用的是常温空气，而且是一个近乎开放的运行体系，因此相对比较安全。显然本专利中，第二风机主要用于牵引空气从常温空气输入管路流动到再生塔冷却段再流动到热空气输出管路，然后从干燥塔中排出，因此，第二风机可以安装在常温空气输入管路上也可以安装在热空气输出管路上。

进一步优化地，所述常温空气输入管路的空气输入口一端设有控制常温空气流量的第二阀门，所述热空气输出管路上还连接有一用于将部分热空气与常温空气混合的热空气回流混合管路，所述热空气回流混合管路连接到常温空气输入管路上。第二风机出口的热空气一部分由热空气输出管路送入干燥塔用于加热来自脱硫塔的活性焦，提高热量的利用率；第二风机出口的另一部分热空气与常温空气输入管路中的常温空气混合对活性焦进行冷却，所述热空气回流混合管路上设有用于控制热空气回流量的第一阀门。通过第一阀门和第二阀门的开度控制进气温度，减少气体对管路及再生塔的腐蚀，保证系统的安全运行。

进一步优化地，所述干燥塔与所述再生塔加热段之间通过至少一个进口卸料器连接，所述进口卸料器选用对活性焦磨损、剪切作用尽可能小的料阀，如星形、蝶形下料阀。

进一步优化地，所述干燥塔的顶端连接有一进料卸料器，所述再生塔冷却段的尾端连接有一出口卸料器，所述出口卸料器为星形下料阀或蝶形下料阀。

另外，本发明还提供了一种活性焦净化再生的处理方法，其包括如下步骤：

(a)活性焦预热：活性焦进入所述干燥塔中，由所述热空气输出管路送出的热空气与活性焦直接接触对活性焦进行预热；

(b)活性焦加热：所述活性焦在再生塔加热段中，在由所述加热装置送出的高温导热介质作用下逐步升温；

(c)活性焦再生：所述活性焦在再生塔再生段被再生，再生出的富含SO₂气体被再生风机抽走；

(d)活性焦冷却：再生后的活性焦进入所述再生塔冷却段进行冷却，冷却后的活性焦排出处理系统后循环使用，完成再生操作。

再生塔加热段的加热循环过程中导热介质为惰性气体，安全系数高，优选为氮气。活性焦在所述再生塔加热段被加热至300℃～450℃。

该方法中，活性焦加热、再生阶段独立，冷却以及预热阶段能量回收利用，再生还原反应充分，再生效率高。

本发明的有益效果：

一、活性焦再生效率高：本发明的再生装置中，活性焦通过与热空气直接接触预热后进入到再生塔进行加热，而且加热段可以独立控制加热效率、加热温度，加热气体由下而上流动，与从上而下移动的活性焦进行热能交换，加热气体由下而上温度逐步降低，而活性焦在由上而下移动过程中，其温度逐步升高，使进入再生塔再生段的活性焦温度达到再生要求，再生效率高。

二、能量充分回收：常温空气经管路输送至再生塔冷却段冷却活性焦，换热后的热空气一部分由热空气输出管路送入干燥塔用于加热来自脱硫塔的活性焦，提高热量的利用率；另一部分热空气经热空气回流混合管路与常温空气输入管路中的常温空气混合对活性焦进行冷却，通过阀门的开度控制进气温度，减少气体对管路的腐蚀，保证再生系统的安全运行。另外，利用空气作为冷却介质，操作费用低，节约用水，对环境无污染，设备使用寿命长，从而降低系统运行成本；

三、本发明中再生塔加热段、冷却段的循环流程中各自的构件均为常规、成熟设备，其操作简单，控制容易，维护方便。

四、本发明的处理方法中，活性焦与导热介质进行热交换，再生还原反应充分，再生效率高；换热装置与再生塔冷却段构成循环回路，常温空气不断送入再生塔，并由风机抽出换热的热空气来预热活性焦，空气循环速度快，能源利用率高。

附图说明

图1是本发明的实施例1的系统整体结构示意图；

图2是本发明的实施例2的系统整体结构示意图；

附图标号说明：

1-进料卸料器    2-干燥塔    3-进口卸料器    4-再生塔

5-第一风机      6-加热器    7-第二风机      8-出口卸料器

9-加热段        10-再生段   11-冷却段

12-第一阀门     13-第二阀门

A-常温空气输入管路    B-热空气输出管路    C-热空气回流混合管路

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：结合图1说明本实施例的简易换热型活性焦净化再生处理系统，处理系统包括再生装置、预热装置、加热装置和冷却装置；再生装置包括一再生塔4，再生塔4自上而下依次分为加热段9、再生段10和冷却段11；预热装置包括一干燥塔1，干燥塔1设置在再生塔3的上方并通过管路与再生塔3连通；加热装置包括一加热器6、第一风机5，加热器6、第一风机5通过管路与再生塔4连接形成闭合循环回路，用于对再生塔加热段9中的活性焦进行加热；冷却装置包括第二风机7、一常温空气输入管路A、一热空气输出管路B，常温空气输入管路A及热空气输出管路B分别连接在再生塔4上，第二风机7设置在热空气输出管路B上，热空气输出管路B通过第二风机7与干燥塔2管路连接，用于将换热后的热空气送入干燥塔2中对活性焦进行预热。当然，本实施例中第二风机7也可以设置在常温空气输入管路A上，效果实际上是一样的。

在再生塔加热段9中，活性焦与导热介质进行热交换，热交换的方式可以通过管式换热器传导能量，也可以直接进行接触交换，但是考虑到安全性以及导热介质的处理问题，优选通过管式换热器进行热交换。管式换热器换热是常规技术，本申请人已经公开的“专利号ZL 02112580.5名称为活性焦移动解吸装置”的中国发明专利中已经对活性焦加热、冷却采用管式换热的方式做了详细描述，在此不再赘述。在再生塔冷却段11，由常温空气对再生后的活性焦进行冷却，吸收了活性焦热量的热空气经热空气输出管路B进入干燥塔2中对活性焦进行预热，充分利用了活性焦冷却释放的热量。第一风机5和第二风机7的设置均起到加速导热介质循环的目的，提高了能量的转换效率。

干燥塔2与再生塔加热段9之间通过至少一个进口卸料器3连接，进口卸料器3选用对活性焦磨损、剪切作用尽可能小的料阀，如星形卸料阀、蝶形卸料阀。进口卸料器3的连接管路上设置放空阀。干燥塔2的顶端连接有一进料卸料器1。在干燥塔2中，活性焦与热空气输出管路B送出的热空气直接接触进行能量转换，充分地利用了再生塔冷却段11释放的热量，使得活性焦在进入再生塔4之前进行了预热，活性焦的再生还原反应更为充分，具有节约能源的有益效果。

实施例1中活性焦再生解吸的工作过程如下：

来自脱硫塔的活性焦经进料卸料阀1进入到干燥塔2中，在干燥塔2中，活性焦被来自第二风机7送出的热空气预热，换热后空气排放于干燥塔2外。预热后的活性焦经一个或多个卸料器3进入到再生塔4的加热段9，在加热段9，活性焦被由第一风机5送出的导热介质加热，同时，被活性焦冷却的导热介质由第一风机5抽出送入加热器6进行加热并循环反复；加热后的活性焦自上向下穿过再生塔再生段10的流动过程中，被逐步加热到400℃左右发生再生反应，再生出的富含二氧化硫的气体被再生风机抽走；流入再生塔冷却段11的活性焦已得到再生且温度较高，需将其冷却才能排出，常温空气由常温空气输入管路A进入再生塔冷却段11对再生后的活性焦进行冷却，然后经第二风机7牵引送入干燥塔2中与活性焦换热，对其进行预热；经再生塔冷却段11冷却后的活性焦由出口卸料器8排出再生设备后循环使用，完成再生操作。

实施例2：

不同于实施例1之处在于：常温空气输入管路A的空气输入口一端设有控制常温空气流量的第二阀门13，热空气输出管路B上还连接有一用于将部分热空气与常温空气混合的热空气回流混合管路C，热空气回流混合管路C连接到常温空气输入管路A上。第二风机7出口的热空气一部分由热空气输出管路B送入干燥塔2用于加热来自脱硫塔的活性焦，提高热量的利用率；第二风机7出口的另一部分热空气经热空气回流混合管路C与常温空气输入管路A中的常温空气混合对活性焦进行冷却，通过第一阀门12和第二阀门13的开度控制进气温度，减少高温气体对管路和再生塔的腐蚀，保证再生系统的安全运行。

实施例2中活性焦再生解吸的工作过程如下：

来自脱硫塔的活性焦经进料卸料阀1进入到干燥塔2中，在干燥塔2中，活性焦与来自第二风机7送出的热空气直接接触预热，换热后空气排放于干燥塔2外。预热后的活性焦经一个或多个卸料器3进入到再生塔4的加热段9，在加热段9，活性焦被由第一风机5送出的导热介质加热，同时，被活性焦冷却的导热介质由第一风机5抽出送入加热器6进行加热并循环反复；加热后的活性焦自上向下穿过再生塔再生段10的流动过程中，被逐步加热到400℃左右发生再生反应，再生出的富含二氧化硫的气体被再生风机抽走；流入再生塔冷却段11的活性焦已得到再生且温度较高，需将其冷却才能排出，常温空气由常温空气输入管路A进入再生塔冷却段11，与第二风机7入口处的热空气混合后对再生后的活性焦进行冷却，通过调节第一阀门12和第二阀门13的开度控制混合气体的温度。第二风机7出口气体送入干燥塔2中与活性焦换热，对其进行预热；经再生塔冷却段11冷却后的活性焦由出口卸料器8排出再生设备后循环使用，完成再生操作。

利用本发明的处理系统，采用以下方式对活性焦进行再生，具体处理方法如下：

(a)活性焦预热：来自脱硫塔的活性焦进入干燥塔2中，由换热装置的热空气输出管路B送出的热空气对其进行预热；

(b)活性焦加热：预热后的活性焦在再生塔加热段9中，在由加热装置送出的高温导热介质作用下逐步升温，换热后的导热介质由第一风机5抽出进入加热器6中循环加热；

(c)活性焦再生：活性焦在再生塔再生段10被再生，再生出的富含SO₂气体被再生风机抽走；

(d)活性焦冷却：再生后的活性焦进入再生塔冷却段11，常温空气由常温空气输入管路A送入再生塔冷却段11中冷却活性焦，换热后的空气经热空气输出管路B送入干燥塔2中预热的来自脱硫塔的活性焦，冷却后的活性焦排出处理系统后循环使用，完成再生操作。

其中，加热段9循环过程中导热介质为惰性气体，安全系数高，为氮气或氮气与氨气的混合气，优选为氮气。冷却段11循环过程中的导热介质为空气。活性焦在再生塔加热段9被加热至300℃～450℃。

本发明的活性焦再生处理系统及方法充分利用了废热，进而节约能源，其还可以使用在需要对某种物质在一定温度下进行反应或者裂解，以得到一种固相物质和一种气相物质的场合。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。

Claims (8)

1.一种简易换热型活性焦净化再生处理系统，其特征在于：所述处理系统包括再生装置、预热装置、加热装置和冷却装置；

所述再生装置包括一再生塔（4），所述再生塔（4）自上而下依次分为加热段（9）、再生段（10）和冷却段（11）；

所述预热装置包括一干燥塔（2），所述干燥塔（2）设置在所述再生塔（4）的上方并通过管路与所述再生塔（4）连通,所述干燥塔（2）中空气与活性焦直接接触对活性焦进行预热；

所述加热装置包括一加热器（6）、第一风机（5），所述加热器（6）、第一风机（5）通过管路与所述再生塔（4）连接形成闭合循环回路，用于对所述再生塔加热段（9）中的活性焦进行加热；

所述冷却装置包括第二风机（7）、一常温空气输入管路（A）、一热空气输出管路（B），所述常温空气输入管路（A）及所述热空气输出管路（B）分别连接在所述再生塔（4）的冷却段上，所述第二风机（7）设置在所述常温空气输入管路（A）上或所述热空气输出管路（B）上，用于将换热后的热空气送入所述干燥塔（2）中对活性焦进行预热。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述常温空气输入管路（A）的空气输入口一端设有控制常温空气流量的第二阀门（13），所述热空气输出管路（B）上还连接有一用于将部分热空气与常温空气混合的热空气回流混合管路（C），所述热空气回流混合管路（C）连接到常温空气输入管路（A）上。

3.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于：所述热空气回流混合管路（C）上设有用于控制热空气回流量的第一阀门（12）。

4.根据权利要求1至3任一权项所述的处理系统，其特征在于：所述干燥塔（2）与所述再生塔加热段（9）之间通过至少一个进口卸料器（3）连接，所述进口卸料器（3）为星形下料阀或蝶形下料阀。

5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于：所述干燥塔（2）的顶端连接有一进料卸料器（1），所述再生塔冷却段（11）的尾端连接有一出口卸料器（8），所述出口卸料器（8）为星形下料阀或蝶形下料阀。

6.一种采用如权利要求5所述的简易换热型活性焦净化再生处理系统进行活性焦再生的处理方法，其特征在于包括如下步骤：

（a）活性焦预热：活性焦进入所述干燥塔（2）中，由所述热空气输出管路（B）送出的热空气与活性焦直接接触对活性焦进行预热；

（b）活性焦加热：所述活性焦在再生塔加热段（9）中，在由所述加热装置送出的高温导热介质作用下逐步升温；

（c）活性焦再生：所述活性焦在再生塔再生段（10）被再生，再生出的富含SO₂气体被再生风机抽走；

（d）活性焦冷却：再生后的活性焦进入所述再生塔冷却段（11）进行冷却，冷却后的活性焦排出处理系统后循环使用，完成再生操作。

7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于：所述导热介质为氮气或氮气与氧气的混合气。

8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于：所述活性焦在所述加热段（9）中被加热至300℃～450℃。

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