CN104891470B - 一种高温脱除煤粉灰分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温脱除煤粉灰分的方法，包括间壁回转窑、回转式中频炉、成品料仓等。原料煤粉首先进入间壁回转窑进行高温干馏，提出焦油后的焦粉1200℃热装进入回转式中频炉，用中频电加热焦粉到2800～3000℃保温一定时间，在此温度下焦粉中的灰分，或者以氧化物状态气化蒸发，或者与炭反应还原成为金属单质气化蒸发，通过真空泵抽出炉外，在金属收集器中冷凝收集。生产的高纯炭粉杂质含量低于0.02%，高纯炭粉进入成品料仓。生产的高纯炭粉有以下三方面的用途：1、作为高纯石墨粉生产航空航天石墨、电子级石墨等；2、作为家庭燃煤灶具的高纯燃料，环保无污染排放；3、代替柴油作为内燃机的动力燃料。

Description

一种高温脱除煤粉灰分的方法

技术领域

本发明属于煤炭清洁利用技术领域，涉及一种高温脱除煤粉灰分的工艺，具体涉及到回转式中频炉等关键设备。

背景技术

煤的内在灰分来源于原生矿物质和次生矿物质，煤经过燃烧后，矿物质在煤灰中以矿物质的氧化物的形态存在。原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%；次生矿物质，是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大。内在矿物质是以分子形态残留在煤中。内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分，内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去。煤的外在灰分一般较好处理，但是内在灰分处理比较困难。

查阅国内外文献报道，对煤的内在灰分处理，有多种方法：酸洗、碱洗、先酸后碱洗、先碱后酸洗，以及较高温度酸碱处理等，但是均不能彻底去除煤中的内在灰分。

例如，通过使用筛分及酸处理方法，探讨和分析了煤的除灰处理途径以及煤粉粒度对酸脱灰影响，并以无烟煤为例，通过盐酸、氢氟酸和高氯酸等混合酸的处理，使灰分含量从11.35％下降至0.30％。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温脱除煤粉灰分的方法，将煤炭提纯生产纯炭，实现煤炭的清洁利用绿色环保。成品炭中灰分含量不大于0.02%。

本发明的技术方案为，包括间壁回转窑、回转式中频炉和成品料仓。原料煤粉首先进入间壁回转窑进行高温干馏，提出焦油后的焦粉1200℃热装进入回转式中频炉，用中频电加热焦粉到2800～3000℃保温1～10小时，在此温度下焦粉中的灰分，或者以氧化物状态气化蒸发，或者与炭反应还原成为金属单质气化蒸发，通过真空泵抽出炉外，在金属收集器中冷凝收集。生产的高纯炭粉杂质含量低于0.02%，高纯炭粉进入成品料仓。

回转式中频炉与回转窑相似整体旋转，安装有进料管和出料管，筒体支撑在支架上，支架为止推滑动支架，支架为动力齿轮支架，在动力作用下回转式中频炉可以缓慢旋转。回转式中频炉的内部结构，内筒为石墨感应材料制作，内筒外侧有耐火和隔热材料制作的绝热筒，10为通电线圈与绝热筒有绝缘材料隔开，外壳为碳钢筒体，有一定的机械强度，起到支撑和保护内筒的作用，并做整体旋转。

回转式中频炉的生产原理是，来至于间壁回转窑的1200℃焦粉，通过加料管热装进入回转式中频炉中，通电线圈感应加热石墨内筒，内筒加热其中的焦粉达到2800～3000℃反应一定时间，使杂质灰分绝大部分蒸发。每间隔一定时间间歇进出料一次，进出料量是内筒中储存料量的1～99%。进料焦粉灰分含量10%左右，进料后在旋转的中频炉中与其它物料混合，炉中焦粉平均灰分含量约0.5%左右。出料成品灰分含量0.02%进入成品料仓。

焦粉灰分在中频炉中发生如下一系列反应并气化蒸发：

①还原-气化：

CaO（沸点2850℃）+ C = Ca（沸点1440℃）+ CO

Al₂O₃（沸点3500℃）+ 3 C = 2Al（沸点2057℃）+ 3CO

MgO（沸点3500℃）+ C =Mg（沸点1107℃）+ CO

②生产-分解：

SiO₂（沸点2230℃）+2 C = SiC（熔点2700℃）+2 CO

SiC（熔点2700℃） = Si（沸点2900℃）+ C 该反应温度2240℃

③直接气化：Cu = Cu（沸点3336℃）；

④化合-气化：如硼、钒、钼、硅可以发生以下反应除掉

2 B（沸点2550℃）+3 F₂ = 2BF₃（沸点-101℃）

2 B（沸点2550℃）+3 Cl₂ = 2BCl3（沸点12.5℃）

有些氧化物或金属，像铜（沸点3336℃）和硅（沸点2900℃）等，它们在材料中的分散度很大，在低于其沸点下即能气化排出。

本发明的第二种技术方案为，包括间壁回转窑、配料仓、回转式中频炉、循环料仓和成品料仓。煤粉首先进入间壁回转窑进行高温干馏，提出焦油后的焦粉1200℃热装进入配料仓，连续进入回转式中频炉，用中频电加热煤粉到2800～3000℃保温一定时间，在此温度下煤中所有灰分，或者以氧化物状态气化蒸发，或者与炭反应还原成为单质气化蒸发，通过真空泵抽出炉外，在金属收集器中冷凝收集。生产的高纯炭粉杂质含量达到0.02%，高温的高纯炭粉热装进入循环料仓，10～90%的高纯炭粉循环使用，90～10%的高纯炭粉出料冷却作为成品。利用该方法将煤炭提纯生产纯炭，实现煤炭的清洁利用绿色环保。产品炭中灰分含量不大于0.02%。

本发明一种高温脱除煤粉灰分方法的第三种技术方案为，回转式中频炉操作温度2000～3000℃，在其前段增加低温回转式中频炉操作温度1000～2000℃，煤粉从低温回转式中频炉热装直接进入回转式中频炉。分段收集不同沸点的金属蒸汽，在低沸点金属收集器中收集钙、镁、铁等低沸点金属，在金属收集器中收集硅、铝等高沸点金属。在生产高纯炭的同时，副产高沸点和低沸点的金属混合物，作为提纯金属的原料，提高煤粉的附加值降低提纯的生产成本。

成品在进入成品料仓时需要冷却到常温，在此使用氮气作为冷却介质，加热后的氮气预热进料原料，将热量回收减少生产的能耗。

进料原料也可以是：普通石墨粉、石油焦、低灰无烟煤、普通烟煤等，生产过程中根据原料灰分含量的不同，调节进出料量占中频炉内储存料量的比例，使得回转式中频炉内物料平均灰分含量不高于0.5%。

该套装置可以自动化生产，生产的高纯碳粉有以下方面的用途：1、作为高纯石墨粉生产航空航天石墨、电子级石墨等；2、作为家庭燃煤灶具的高纯燃料，环保无污染排放；3、代替柴油作为内燃机的动力燃料。

附图说明

图1为一种高温脱除煤粉灰分的方法的流程示意图；

图2为一种高温脱除煤粉灰分的方法的第二实施例；

图3为一种高温脱除煤粉灰分的方法的第三实施例；

图4为回转式中频炉结构示意图；

图5为回转式中频炉横截面示意图。

其中：1—间壁回转窑、2—回转式中频炉、3—成品料仓、4—加料管、5—动力此轮支架、6—止推滑动支架、7—出料管、8—石墨内筒、9—绝热筒、10—线圈、11—外壳、12—配料仓、13—循环料仓、14—金属收集器、15—真空泵、16—低温回转式中频炉、17—低沸点金属收集器、18—真空泵。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明一种高温脱除煤粉灰分的方法如图1所示，包括间壁回转窑1、回转式中频炉2和成品料仓3。原料煤粉首先进入间壁回转窑1进行高温干馏，提出焦油后的焦粉1200℃热装进入回转式中频炉2，用中频电加热焦粉到2800～3000℃保温一定时间，在此温度下焦粉中的灰分，或者以氧化物状态气化蒸发，或者与炭反应还原成为金属单质气化蒸发，通过真空泵15抽出炉外，在金属收集器14中冷凝收集。生产的高纯炭粉杂质含量低于0.02%，高纯炭粉进入成品料仓3。回转式中频炉2的生产原理是，来至于间壁回转窑的1200℃焦粉，通过加料管热装进入回转式中频炉中，通电线圈感应加热石墨内筒，内筒加热其中的焦粉达到2800～3000℃反应5min，使杂质灰分绝大部分蒸发。每5min间歇进出料一次，进出料量是内筒中储存料量的1～99%。进料焦粉灰分含量10%左右，进料后在旋转的中频炉中与其它物料混合，炉中焦粉平均灰分含量约0.5%左右。出料成品灰分含量0.02%进入成品料仓。

实施例2

本发明一种高温脱除煤粉灰分的方法如图2所示，包括间壁回转窑1、配料仓12、回转式中频炉2、循环料仓13和成品料仓3。煤粉首先进入间壁回转窑进行高温干馏，提出焦油后的焦粉1200℃热装进入配料仓，连续进入回转式中频炉，用电中频加热煤粉到2800～3000℃保温5小时，在此温度下煤中所有灰分，或者以氧化物状态气化蒸发，或者与炭反应还原成为单质气化蒸发，通过真空泵15抽出炉外，在金属收集器14中冷凝收集。高温的高纯炭粉热装进入循环料仓，10～90%的高纯炭粉循环使用，90～%的高纯炭粉出料冷却作为成品。利用该方法将煤炭提纯生产纯炭，实现煤炭的清洁利用绿色环保。产品炭中灰分含量不大于0.02%。其余与实施1相同。

实施例3

本发明第三种高温脱除煤粉灰分的方法如图3所示，回转式中频炉2操作温度2000～3000℃，在其前段增加低温回转式中频炉16操作温度1000～2000℃，煤粉从低温回转式中频炉16热装直接进入回转式中频炉2。分段收集不同沸点的金属蒸汽，在低沸点金属收集器17中收集钙、镁、铁等低沸点金属，在金属收集器（14）中收集硅、铝等高沸点金属。其余与实施1相同。

Claims (7)

1.一种高温脱除煤粉灰分的方法，包括间壁回转窑（1）、回转式中频炉（2）和成品料仓（3）；原料煤粉首先进入间壁回转窑（1）进行高温干馏，提出焦油后的焦粉1200℃热装进入回转式中频炉（2），用中频电加热焦粉到2800～3000℃保温1～10小时，在此温度下焦粉中的灰分，或者以氧化物状态气化蒸发，或者与炭反应还原成为金属单质气化蒸发，通过真空泵抽出炉外，在金属收集器中冷凝收集；生产的高纯炭粉杂质含量低于0.02%，高纯炭粉进入成品料仓（3）。

2.根据权利要求1所述高温脱除煤粉灰分的方法，其特征是：所述回转式中频炉（2）与回转窑相似整体旋转，安装有进料管（4）和出料管（7），筒体支撑在止推滑动支架（5）和动力齿轮支架（6），在动力作用下回转式中频炉（2）可以任意角度旋转或翻滚或摇摆或震动；所述回转式中频炉（2）的石墨内筒（8）为石墨感应材料制作，内筒外侧有耐火和隔热材料制作的绝热筒（9），（10）为通电线圈与绝热筒（9）有绝缘材料隔开，外壳（11）为碳钢筒体，有一定的机械强度，起到支撑和保护内筒的作用，并可做整体旋转或翻滚或摇摆或震动；回转式中频炉炉膛进出料管、金属收集器等处均是合适真空条件或是合适的惰性气体条件，所述惰性气体为氩气。

3.根据权利要求1所述高温脱除煤粉灰分的方法，其特征是：所述回转式中频炉（2）的生产原理是，来自于间壁回转窑的1200℃焦粉，通过加料管热装进入回转式中频炉中，通电线圈感应加热石墨内筒，内筒加热其中的焦粉达到2800～3000℃反应一定时间，使杂质灰分绝大部分蒸发；每间隔一定时间间歇进出料一次，进出料量是内筒中储存料量的1～99%；进料焦粉灰分含量10%，进料后在旋转的中频炉中与其它物料混合，炉中焦粉平均灰分含量0.5%；出料成品灰分含量0.02%进入成品料仓；焦粉灰分在中频炉中发生如下一系列反应并气化蒸发：

①还原-气化：

CaO+ C = Ca+ CO

Al₂O₃+ 3 C = 2Al+ 3CO

MgO+ C =Mg+ CO；

②生产-分解：

SiO₂+2 C = SiC+2 CO

SiC = Si+ C 该反应温度2240℃；

③直接气化：Cu = Cu

④化合-气化：硼、钒、钼、硅通过发生以下反应除掉

2 B+3 F₂ = 2BF₃

2 B+3 Cl₂ = 2BCl3；

铜和硅在材料中的分散度很大，在低于其沸点下即能气化排出。

4.根据权利要求1所述高温脱除煤粉灰分的方法，其特征是：包括间壁回转窑（1）、配料仓（12）、回转式中频炉（2）、循环料仓（13）和成品料仓（3），煤粉首先进入间壁回转窑进行高温干馏，提出焦油后的焦粉1200℃热装进入配料仓，连续进入回转式中频炉，用电中频加热煤粉到2800～3000℃保温一定时间，在此温度下煤中所有灰分，或者以氧化物状态气化蒸发，或者与炭反应还原成为单质气化蒸发，通过真空泵（15）抽出炉外，在金属收集器（14）中冷凝收集；生产的高纯炭粉杂质含量达到0.02%，高温的高纯炭粉热装进入循环料仓，1～99%的高纯炭粉循环使用，99～1%的高纯炭粉出料冷却作为成品；利用该方法将煤炭提纯生产纯炭，实现煤炭的清洁利用绿色环保；产品炭中灰分含量不大于0.02%。

5.根据权利要求1所述高温脱除煤粉灰分的方法，其特征是：所述回转式中频炉（2）操作温度2000～3000℃，在其前段增加低温回转式中频炉（16）操作温度1000～2000℃，煤粉从低温回转式中频炉（16）热装直接进入回转式中频炉（2）；分段收集不同沸点的金属蒸汽，在低沸点金属收集器（17）中主要收集钙、镁、铁等低沸点金属，在金属收集器（14）中主要收集硅、铝等高沸点金属；在生产高纯炭的同时，副产高沸点和低沸点的金属混合物，作为提纯金属的原料，提高煤粉的附加值降低提纯的生产成本。

6.根据权利要求3、4、5任一项所述脱除煤粉灰分的方法，其特征是：成品在进入成品料仓（3）时需要冷却到常温，在此使用氮气作为冷却介质，加热后的氮气预热进料原料，将热量回收减少生产的能耗。

7.根据权利要求1所述高温脱除煤粉灰分的方法，其特征是：所述进料原料为普通石墨粉、石油焦、低灰无烟煤或普通烟煤，生产过程中根据原料灰分含量的不同，调节进出料量占中频炉内储存料量的比例，使得回转式中频炉内物料平均灰分含量不高于0.5%。