CN107325844B - 一种功能性气化生产系统 - Google Patents

Abstract

一种功能性气化生产系统，包括回转式功能性气化窑、后处理单元，回转式功能性气化窑的窑尾端设置物料入口，回转式功能性气化窑的窑头端设置物料出口，回转式功能性气化窑的窑头端设置燃烧装置或者连接单设的燃烧室，回转式功能性气化窑的窑尾端设置气化气体出口，气化气体出口连接后处理单元；燃烧装置或燃烧室内以含碳物料和氧气为燃料进行燃烧，燃烧产生的包括氢气和一氧化碳的高温烟气，高温烟气在回转式功能性气化窑内加热物料进行煅烧、还原、液化或焙烧反应。本发明利用超临界气体输送含碳燃料，为化工生产提供热量的同时，同时实现由含碳燃料气化获得一氧化碳与氢气的多功能气化制氢过程，参与供热的后气化气体进行余热发电或预热分解。

Description

一种功能性气化生产系统

技术领域

本发明涉及化工生产领域，具体的说是一种功能性气化生产系统。

背景技术

炉窑是用耐火材料制作的用于煅烧物料或烧成制品的设备，一般用在生产水泥、石灰、焙烧、煅烧矿石和块状物料等领域。石灰石在炉窑内煅烧生产生石灰，传统的生产工艺是将石灰石和燃料装入石灰窑的窑膛，首先预热到850℃开始分解，之后到1200℃完成煅烧，最后再经过冷却，卸出石灰窑外，即煅烧过程可分为预热带、煅烧带和冷却带。

现有应用比较普遍的石灰窑为竖窑，竖窑的利用系数在50%以下，耗能高、生产效率低。因此出现了一些生产效率高的竖窑，如蓄热式双膛石灰窑，采用两个炉膛交替工作煅烧石灰石，其中一个竖窑工作时，另一个竖窑利用与工作竖窑连通的通道引入热量对窑体内的物料进行预热，从一定程度上提高了生产效率，但是其能耗并未降低，而且还增大了占地面积。

另一方面，以石灰石和碳基燃料为原料的电石生产主要在电石炉设备内进行，电石炉的容量很小，炉型是开放式的，副产品CO在炉面上燃烧，生成CO₂白白的浪费，使电石行业称为一个高耗能、高污染的行业。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种节约能源、热效率高的功能性气化生产系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种功能性气化生产系统，包括回转式功能性气化窑、后处理单元，所述回转式功能性气化窑的窑尾端设置物料入口，回转式功能性气化窑的窑头端设置物料出口，回转式功能性气化窑的窑头端设置燃烧装置，或者回转式功能性气化窑的窑头端连接单设的燃烧室，回转式功能性气化窑的窑尾端设置气化气体出口，气化气体出口连接后处理单元；所述燃烧装置或燃烧室内以含碳物料和氧气为燃料进行燃烧，燃烧产生的包括氢气和一氧化碳的高温烟气，高温烟气在回转式功能性气化窑内加热物料进行煅烧、还原、液化或焙烧反应。

本发明的进一步改进在于：所述后处理单元包括连接在气化气体出口的旋风分离器，旋风分离器的气体出口连接余热发电单元、变换装置、以及气体分离装置，旋风分离器的固料出口收集灰渣备用。

本发明的进一步改进在于：所述旋风分离器与余热发电单元设置间壁预热分解窑，间壁预热分解窑包括耐材内筒和耐材外筒，耐材内筒内部形成中心窑膛，耐材内筒与耐材外筒之间形成间壁通道；间壁预热分解窑的窑尾端的间壁通道设置物料入口和气体收集口，间壁预热分解窑的窑头端的间壁通道设置物料出口；间壁预热分解窑的窑头端的中心窑膛连接旋风分离器的气体出口，间壁预热分解窑的窑尾端的耐材内筒连接余热发电单元。

本发明的进一步改进在于：所述回转式功能性气化窑为回转窑结构。

本发明的进一步改进在于：所述回转式功能性气化窑为具有同轴套装的耐材内筒与耐材外筒形成的间壁回转窑。

本发明的进一步改进在于：所述燃烧装置和燃烧器内含碳物料由压缩气体或超临界气体通过管道从原料地运输到生产系统，或者通过车辆从原料地运输到生产系统，在车辆的储料罐内充入压缩气体或超临界气体作为燃料的载体和保护气。

本发明的进一步改进在于：所述运输燃料的管道外侧套装保护气管道，保护气管道内的气体与运输燃料的管道内的气体相同；所述压缩气体为惰性气体、二氧化碳、氮气、空气、燃气和烟气或其不同种类任意比例混合物；所述超临界气体为超临界二氧化碳或超临界氮气，或者所述超临界气体中加入添加剂；所述含碳燃料为煤粉、或枫能源、或其他碳基燃料的一种或多种混合，枫能源为灰分含量小于0.01%（wt）的炭粉。

本发明的进一步改进在于：当所述后处理单元中通过分离装置收集的气体包含二氧化碳和氢气，设立浅海平台，在浅海平台将二氧化碳装船，然后运输到深海，进行填埋封存；或者利用超临界二氧化碳气流输送金属氢化物；或者将二氧化碳作为运输燃料或氢气的管道外围的保护气。

本发明在采用上述技术方案后，具有如下技术进步的效果：

本发明利用超临界气体输送含碳燃料，例如将颗粒细粉的煤粉从煤矿的坑口直接进入超临界输送管网，并将燃料与氧气按照设定配比燃烧，为化工生产提供热量的同时，同时实现由含碳燃料气化获得一氧化碳与氢气的多功能气化制氢过程，对参与供热的后气化气体进一步利用，作为预热发电或预热分解，最后气体进一步获得气体副产品。利用本发明的结构不仅可以进行物料的煅烧，还能实现有色金属、黑色金属的还原、液化过程，实现对液态物料的气化过程。

本发明还提供一种利用超临界流体作为载体的运输方式，例如煤粉、金属氢化物等粉料，又如氢气、氧气、乙炔等气体，均可以用超临界气体作为载体通过管道和槽车运输，其中气体尤其是氢气的运输需要外加保护气，参与生产后的物质，例如金属氢化物还可以被运送到近海，参与海水淡化及制备氢气的过程，氢气和金属氧化物被重新运输参与生产，暂时不用的超临界气体被打入深海储存备用，利用超临界气体特有的流体特性，还便于计量和计算热值，并能实现均匀布料。

附图说明

图1是本发明一种实施例的示意图；

图2是本发明另一种实施例的示意图；

图3是本发明再一种实施例的示意图。

图中各标号表示为：1、回转式功能性气化窑，2、旋风分离器，3、余热发电单元，4、变换装置，5、气体分离装置、6、间壁预热分解窑，7、净化单元。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

一种功能性气化生产系统，如图3所示，作为石灰生产系统，包括回转式功能性气化窑1和后处理单元。所述回转式功能性气化窑1为间壁回转窑，具有同轴套装的耐材内筒与耐材外筒，耐材内筒形成中心窑膛，耐材内筒与耐材外筒回见形成间壁通道。所述后处理单元包括依次连接在间壁回转窑窑尾端的旋风分离器2、余热发电单元3、变换装置4、气体分离装置5。

所述间壁回转窑的窑尾端设置物料入口和气体收集口，窑头端设置物料出口。间壁回转窑的窑头端设置燃烧装置，窑尾端设置气化气体出口。燃烧装置以煤粉和氧气为燃料，其中煤粉由超临界二氧化碳输送，直接配设从煤矿坑口到燃烧器的超临界输送管网，实现煤粉从原料地到燃烧室的直接输送。氧气和煤粉燃烧气化产生一氧化碳和氢气的高温燃气，高温燃气通过耐材内筒加热间壁通道内的石灰石粉，在物料出口收集到石灰，同时在气体收集口收集到二氧化碳气体。

所述气化气体连接到旋风分离器2，在旋风分离器2的固料出口收集到灰渣等，作为生产水泥的原料使用；从旋风分离器2的气体出口排出的气体进入余热发电单元3进行发电；发电后的气体通过变换装置4，从氢气和一氧化碳转化为氢气与二氧化碳，将两者通过气体分离装置5进行分离，分离后的氢气收集备用，分离后的二氧化碳与间壁回转窑收集到的二氧化碳则通过管道输送方式运输到浅海预设的平台，在浅海平台装船，之后运输到深海填埋封存。

实施例2

本实施例如图2所示的一种冶金生产系统，包括回转式功能性气化窑和后处理单元。所述回转式功能性气化窑1为回转窑，后处理单元与实施例1相同。

回转窑的窑头端设置燃烧装置，回转窑的窑尾端的反应气体出口连接到后处理单元。燃烧装置以枫能源和富氧气体为燃料，枫能源为灰分含量小于0.01%（wt）的炭粉，枫能源采用罐车从原料地输送到生产系统的燃烧装置，罐车运输时，使用二氧化碳填充罐体作为保护气。回转窑的窑尾端设置物料入口，窑头端设置物料出口，在物料入口投入铁矿石，物料出口收集到被还原的铁。

本实施例还可用于锰矿石、硅石等的还原性生产。

实施例3

本实施例如图1所示，为一种电石生产系统，包括回转式功能性气化窑和后处理单元，所述回转式功能性气化窑1为回转窑，后处理单元包括旋风分离器2、间壁预热分解窑6、余热发电单元3、变换装置4、气体分离装置5。

所述回转窑的物料入口、物料出口、燃烧装置、反应气体出口与实施例2基本相同。物料入口投入物料的来源为间壁预热分解窑获得的石灰粉和煤粉。燃烧装置燃烧产生的高温燃气，使石灰粉与煤粉反应生产电石，电石从物料出口流出。

所述高温燃气在旋风分离器2分离固料和气体，旋风分离器2收集的气体进入间壁预热分解窑6。所述间壁预热分解窑6包括同轴的耐材内筒和耐材外筒，耐材内筒内部形成中心窑膛，耐材内筒与耐材外筒之间形成间壁通道。间壁预热分解窑6的窑尾端的间壁通道设置物料入口和气体收集口，间壁预热分解窑6的窑头端的间壁通道设置物料出口。间壁预热分解窑6的窑头端的中心窑膛连接旋风分离器的气体出口，间壁预热分解窑6的窑尾端的耐材内筒连接余热发电单元。间壁预热分解窑6的物料入口投入石灰石粉和煤粉，受中心窑膛内气体的加热作用，石灰石粉煅烧生产石灰和二氧化碳，煤粉焦化为焦炭，部分煤粉热解产生一氧化碳和氢气。石灰和焦炭从物料出口被收集输送到回转窑的物料入口。二氧化碳以及煤粉热解后的气体被收集，并通过净化单元7获得纯度高的二氧化碳。

加热煅烧石灰石粉后的气体被送入余热发电单元3二次利用发电，发电后的乏汽通过变换装置4、气体分离装置5，分离出氢气和二氧化碳。气体分离装置5收集的二氧化碳与间壁预热分解窑6收集的超临界二氧化碳用于输送制备氢气用的金属氢化物，输送管道外侧套装保护气管道，保护气也选用二氧化碳气体。

Claims (6)

1.一种功能性气化生产系统，其特征在于：所述系统包括回转式功能性气化窑（1）、旋风分离器（2）、余热发电单元（3）、变换装置（4）、气体分离装置（5）、间壁预热分解窑（6）和净化单元（7），所述回转式功能性气化窑（1）包括窑头端和窑尾端；所述窑尾端设有物料入口和气化气体出口，所述窑头端设有燃烧装置或单设的燃烧室，窑头端一头的下部设有产品出口，所述物料入口与物料仓连接；所述间壁预热分解窑（6）设有物料入口、气体出口和产品出口，所述燃烧装置或燃烧室与燃料管路和氧气管路连接；所述回转式功能性气化窑（1）的气化气体出口通过旋风分离器（2）连接到间壁预热分解窑（6）入口，间壁预热分解窑（6）的气体出口通过余热发电单元（3）和变换装置（4）连接到气体分离装置（5），所述气体分离装置（5）设有氢气出口和CO₂出口，分离后的氢气和CO₂分别收集；所述间壁预热分解窑（6）的物料入口投入石灰石粉和煤粉，受中心窑膛内气体的加热作用，石灰石粉煅烧生产石灰和二氧化碳，煤粉焦化为焦炭，部分煤粉热解产生一氧化碳和氢气；石灰和焦炭从物料出口被收集输送到回转式功能性气化窑的物料入口；所述燃烧装置和燃烧器内含碳物料由压缩气体或超临界气体运输，所述超临界气体为超临界二氧化碳或超临界氮气。

2.根据权利要求1所述的功能性气化生产系统，其特征在于：所述系统设有间壁预热分解窑（6）和净化单元（7），所述间壁预热分解窑包括耐材内筒和耐材外筒，耐材内筒内部形成中心窑膛，耐材内筒与耐材外筒之间形成间壁通道；间壁预热分解窑设有进气口、出气口、物料入口和产品出口，所述物料入口与物料仓连接，所述产品出口与产品仓连接；所述旋风分离器（2）连接到间壁预热分解窑的进气口，所述间壁预热分解窑的出气口连接到余热发电单元（3）。

3.根据权利要求1所述的一种功能性气化生产系统，其特征在于：所述回转式功能性气化窑（1）为具有同轴套装的耐材内筒与耐材外筒形成的间壁回转窑。

4.根据权利要求1所述的一种功能性气化生产系统，其特征在于：所述燃烧装置和燃烧器内含碳物料由压缩气体或超临界气体通过管道从原料地运输到生产系统，或者通过车辆从原料地运输到生产系统，在车辆的储料罐内充入压缩气体或超临界气体作为燃料的载体和保护气。

5.根据权利要求4所述的一种功能性气化生产系统，其特征在于：运输燃料的管道外侧套装保护气管道，保护气管道内的气体与运输燃料的管道内的气体相同；所述压缩气体为惰性气体、二氧化碳、氮气、空气、燃气和烟气或其不同种类任意比例混合物；所述超临界气体为超临界二氧化碳或超临界氮气，或者所述超临界气体中加入添加剂；所述含碳物料为煤粉、或枫能源、或其他碳基燃料的一种或多种混合，枫能源为灰分含量小于0.01%（wt）的炭粉。

6.根据权利要求4所述的一种功能性气化生产系统，其特征在于：当后处理单元中通过气体分离装置（5）收集的气体包含二氧化碳和氢气时，设立浅海平台，在浅海平台将二氧化碳装船，然后运输到深海，进行填埋封存；或者利用超临界二氧化碳气流输送金属氢化物；或者将二氧化碳作为运输燃料或氢气的管道外围的保护气。

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