CN108160679A - 一种煤气化废渣高效分级制备高纯灰和高纯碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤气化废渣高效分级制备高纯灰和高纯碳的方法，是以煤气化废渣为原料，采用两级旋液分离装置，将煤气化废渣分级制备出高纯碳和高纯灰。本发明简单有效地实现了气化废渣中高含碳组分和灰分的分离，分离效率高，工艺流程简单，生产成本低，整个生产过程无废弃物产生。
Description
技术领域
本发明属于煤气化废渣资源化利用领域，具体涉及一种煤气化废渣高效分级制备高纯灰和高纯碳的方法。
背景技术
我国是一个“富煤、贫油、少气”的国家。目前，煤炭占我国一次能源消费总量的70%。煤制甲醇、煤制油、煤制烯烃等以煤气化为龙头的新型煤化工产业，是煤炭清洁利用的重要手段，而气化主流技术流化床气化工艺和气流床气化工艺在煤气化过程中会产生大量的气化废渣。目前大量气化废渣没有被有效利用，不仅要占用大量土地储存，而且其渗滤液会对土壤和水系造成污染。煤气化废渣的资源化利用成为煤化工产业亟需解决的关键课题。
煤气化灰渣的资源化回收利用既能提高废渣的经济价值，又能解决废渣储存带来的环境问题。据检索发现，专利文献CN 104759249A提出将煤气化废渣回收可溶性钾，并得到活性残渣的方法；专利文献CN 103991898A提出将煤气化废渣中的碱金属催化剂和稀有金属Ga同时回收的方法；专利文献CN 102980195A提出将气化废渣与煤泥按一定比例均匀掺混，然后加入白泥浆，在流化床锅炉内燃烧得以回收利用；专利文献CN 105441131A提出采用组合循环流化床将煤气化废渣氧化脱碳制灰分并联产蒸汽的方法。
上述现有的气化废渣资源化利用技术工艺复杂、设备投资高、能耗高，且废渣利用率低、有废弃物产生，不能将气化废渣完全利用；另外，由于气化废渣中含有大量多孔超细的高含碳组分和硅酸盐玻璃质灰分，平均含碳量在20%左右，不能直接用做建筑材料，又因为其水分一般在50%以上，不适宜直接做燃料燃烧，如果将其中的灰分与碳有效分离，就能进行分级利用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是为了将气化废渣中的高纯灰和高纯碳高效分离，实现气化废渣资源化回收利用，获得高纯灰分可直接用于制备建筑材料，获得高纯碳的含碳量高、吸附性好、热值高，可以用于制备活性炭、用于土壤改良、污水处理、燃烧发电等领域。
实现上述发明目的所采用的技术方案是：一种煤气化废渣高效分级制备高纯灰和高纯碳的方法，其特征在于，由以下步骤来实现：
（1）将气化废渣原料倾倒入原料池中，边加入废渣原料与水，其比值为4:1，边通过搅拌机械在原料池内搅拌混合液，得到浓度为10-30%的气化废渣浆液；
（2）采用渣浆泵将浆液抽取，并通过管路注入到分离器一中；
（3）经分离器一旋液分离后，较高密度灰分从分离器一的底端排出，进入脱水装置一；较低密度灰分与高含碳的混合组分从分离器一的顶端排出，通过管道进入分离器二中继续分离；
（4）较低密度灰分与高含碳的混合组分经分离器二分离后，较低密度灰分从分离器二的底端排出，也进入脱水装置一，高纯碳组分从分离器二的顶端排出；
（5）从分离器一和分离器二底端排出的灰分经脱水装置一脱水后，得到烧失量小于4%的高纯灰，高纯碳组分从分离器二的顶端排出后经脱水装置二脱水后，得到含碳50-80%的高纯碳，脱除的水返回原料池回收利用。
进一步，所述分离器一和分离器二为两级旋液分离装置，但分离器一分离出的灰分密度大于分离器二分离出的灰分密度。
进一步，所述较高密度灰分为密度大于1.8g/cm3的灰分，较低密度灰分为密度在1.1-1.8g/cm3之间的灰分。
进一步，所述的脱水装置是板框压滤机。
该工艺的有益效果是：
1.采用两级旋液分离装置，一级分离器分离出较高密度灰分，二级分离器分离出较低密度灰分，可最大限度的分离出废渣中灰分，从而得到高纯碳和高纯灰，分离效率高，便于分级利用；
2.可充分利用废渣中水分，且实现了水分回收利用，无污水外排；
3.工艺流程简单，生产成本低。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图中：1.原料池 2.渣浆泵 3.分离器一 4.脱水装置一 5.分离器二 6.脱水装置二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
实施例一：
图1给出了本发明的工艺流程示意图，本实施例中，以某甲醇生产厂德士古水煤浆气化炉所产的细渣为原料，所述原料的细渣中含水60%，含碳31.4%，干基含碳56%，将细渣加入原料池1中，并添加自来水，经搅拌机充分搅拌后，得到浓度20%的浆液；采用渣浆泵2将浆液注入旋液分离器一3中，原料经入口管沿切向进入分离器一3,进入时，浆液入口速度大于 5m/s，向下作螺旋形运动，浆液在分离器一3腔内急剧旋转，产生强烈的涡流，并分为溢流和底流两部分，分别由上侧的溢流管和底部的底流管排出。在旋液分离器一3内部，同时存在着向下运动的外螺旋液流和向上运动的内螺旋液流，灰分密度为1.8g/cm3的组分，由于受到较大的离心力作用，向旋液分离器一3壁面运动并随外旋流从旋液分离器底部排出形成底流；灰分密度为1.1-1.8g/cm3的组分则由于所受的离心力较小，来不及沉降就随内旋流从溢流管排出形成溢流，旋液分离器一3的底流为高密度灰分，溢流为高纯碳和低密度灰分的混合物，底流从底部排出进入脱水装置一4中。经分离器一3分离后，高密度灰分（大于1.8g/cm3）从分离器底端排出，较低密度灰分（1.1-1.8 g/cm3）与高含碳组分从顶端排出后进入分离器二5中继续分离，经分离器二5分离后，较低密度灰分从分离器底端排出，也进入脱水装置一4中，高纯碳组分从顶端排出，进入脱水装置二6中。所述分离器一3、分离器二5为两级旋液分离装置，从分离器一3和分离器二5底端排出的灰分经脱水装置一4脱水后，得到烧失量为2.8%的高纯灰，所得高纯灰水分为31%，脱除的水返回原料池1回收利用。旋液分离器二的底流为低密度灰分，溢流为高纯碳。高纯碳组分从分离器二的顶端排出后经脱水装置二6的脱水后，脱除的水返回原料池1回收利用，得到干基含碳79.5%的高纯碳，所得高纯碳水分为29%，比表面积420 m2/kg。
所述分离器一3和分离器二5设置的不同之处。
入料管直径Di与旋液分离器直径D呈一定比例，旋液分离器一3入料管直径取Di=（0.23～0.26）D，旋液分离器二5入料管直径取Di=（0.2～0.23）D。
锥体角度：旋液分离器一3锥角取20～45°，旋液分离器二5锥角取10～15°。
溢流管直径Do：根据筒体直径确定溢流管直径，旋液分离器一3溢流管直径取Do=（0.3～0.4）D，旋液分离器二5溢流管直径取Do=（0.2～0.3）D。
溢流管插入深度：溢流管插入深度是溢流管插入到旋液分离器内部的长度，也是溢流管底部到旋液分离器顶盖的距离，旋液分离器一3溢流管插入深度h=（0.5-0.7）D，旋液分离器二5溢流管插入深度h=（0.3-0.5）D。
底流口直径d：根据旋液分离器直径确定底流口直径，旋液分离器一3底流口直径d=（0.15～0.19）D，旋液分离器二5底流口直径d=（0.19～0.25）D。
锥比：锥比是底流口直径和溢流口直径之比，是设计旋液分离器的主要参数，也是操作调整分级指标的重要因素，旋液分离器一3锥比取0.35～0.55，旋液分离器二5锥比取0.55～0.65。
入料压力：入料压力是旋液分离器工作的重要参数。提高入料压力，可以增大料浆流速，物料所受离心力增大，可以提高分级效率和底流浓度。旋液分离器一3入料压力取0.05～0.1MPa操作，旋液分离器二5入料压力取0.1～0.3MPa操作。
浓度：当旋液分离器尺寸和压力一定时，入料浓度对溢流粒度及分级效率有重要影响。入料浓度高，流体的粘滞阻力增加，分级粒度变粗，分级效率降低。对气化废渣分级时，入料浓度以10%～30%为宜。
实施例二：
如图1所示，本实施例以某甲醇产厂德士古水煤浆气化炉所产粗渣为原料，粗渣含水58%，湿基含碳14.7%，干基含碳35%。将粗渣加入原料池1，并添加自来水，充分搅拌得到浓度25%的浆液。采用渣浆泵2将浆液注入分离器一3中。经分离器一3分离后，高密度灰分（大于1.8g/cm3）从分离器一3底端排出，进入脱水装置一4中脱水处理，较低密度灰分（1.1-1.8g/cm3）与高含碳组分从顶端排出后进入分离器二5中继续分离。经分离器二5分离后，较低密度灰分从分离器底端排出，进入脱水装置一4中，高纯碳组分从顶端排出进入脱水装置二6。从分离器一和分离器二底端排出的灰分经脱水装置一4的脱水后，得到烧失量为1.9%的高纯灰，所得高纯灰水分为28%，脱除的水返回原料池1回收利用。高纯碳组分从分离器二的顶端排出后经脱水装置二6的脱水后，脱除的水返回原料池1回收利用，得到干基含碳65%的高纯碳，所得高纯碳水分为26.5%，比表面积398 m2/kg。
所述分离器一3和分离器二5的设置与实施例一所给出的数值相同。
本发明通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种煤气化废渣高效分级制备高纯灰和高纯碳的方法，其特征在于，由以下步骤来实现：
（1）将气化废渣原料倾倒入原料池（1）中，边加入废渣原料与水，比值为4:1，边通过搅拌机械在原料池（1）内搅拌混合液，得到浓度为10-30%的气化废渣浆液；
（2）采用渣浆泵（2）将浆液抽取，并通过管路注入到分离器一（3）中；
（3）经分离器一（3）旋液分离后，较高密度灰分从分离器一（3）的底端排出，进入脱水装置一（4）；较低密度灰分与高含碳的混合组分从分离器一（3）的顶端排出，通过管道进入分离器二（5）中继续分离；
（4）较低密度灰分与高含碳的混合组分经分离器二（5）分离后，较低密度灰分从分离器二（5）的底端排出，也进入脱水装置一（4），高纯碳组分从分离器二（5）的顶端排出；
（5）从分离器一（3）和分离器二（5）底端排出的灰分经脱水装置一（4）脱水后，得到烧失量小于4%的高纯灰，高纯碳组分从分离器二（5）的顶端排出后经脱水装置二（6）脱水后，得到含碳50-80%的高纯碳，脱除的水返回原料池（1）回收利用。
2.根据权利要求1所述的煤气化废渣高效分级制备高纯灰和高纯碳的方法，其特征在于，所述分离器一（3）和分离器二（5）为两级旋液分离装置，但分离器一（3）分离出的灰分密度大于分离器二（5）分离出的灰分密度。
3.根据权利要求2所述的煤气化废渣高效分级制备高纯灰和高纯碳的方法，其特征在于，所述较高密度灰分为密度大于1.8g/cm3成分的灰分，较低密度灰分为密度在1.1-1.8g/cm3之间的灰分。
4.根据权利要求1所述的煤气化废渣高效分级制备高纯灰和高纯碳的方法，其特征在于，所述的脱水装置一（4）和脱水装置二（6）是板框压滤机。
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