CN108776192A - 粉状活性焦性能评价装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种粉状活性焦性能评价装置。该装置包括配气系统、气体加热系统、给料系统、气流床反应系统及气固分离系统；配气系统用于配置参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的模拟气体；气体加热系统与配气系统相连，用于对模拟气体进行加热；给料系统用于提供参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的固态的反应料；气流床反应系统与气体加热系统的出口及给料系统的出口相连；气固分离系统与气流床反应系统的出口相连。采用本发明提供的上述装置能够对粉状活性焦的相关性能进行动态综合评价，为粉状活性焦的性能评价提供了系统且成熟的工艺。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域，具体而言，涉及一种粉状活性焦性能评价装置。
背景技术
目前，活性焦脱硫技术通常采用的是移动床方案，使用尺寸较大的定型活性焦或颗粒活性焦，该技术已在处理钢铁烧结机烟气方面得到推广应用。因此，针对定型活性焦或颗粒活性焦性能(脱硫、解析再生等)已经形成了较为完善的性能评价方法。
粉状活性焦粒径小(≤200μm)，相同质量的活性焦气固接触面积大，有利于快速吸附SO2。粉状活性焦脱硫技术在快速吸附含硫污染气方面具有一定的优势。然而，目前针对粉状活性焦制焦、脱硫、解析再生方面的研究处于起步阶段，对粉状活性焦的性能评价、尤其动态性能评价装置和方法不成熟。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种粉状活性焦性能评价装置，以解决现有技术中对于粉状活性焦的动态性能评价方式不够成熟、不够系统的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种粉状活性焦性能评价装置，其包括：配气系统，用于配置参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的模拟气体；气体加热系统，与配气系统相连，用于对模拟气体进行加热；给料系统，用于提供参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的固态的反应料；气流床反应系统，与气体加热系统的出口及给料系统的出口相连；以及气固分离系统，气固分离系统与气流床反应系统的出口相连。
进一步地，气流床反应系统中的反应器元件为管式反应器，管式反应器包括多个加热管段和多个光管段，且多个加热管段和多个光管段一一间隔设置连接。
进一步地，管式反应器为盘管反应器，盘管反应器包括多个直管段和用于连接相邻两个直管段的弯管段，其中直管段为加热管段，弯管段为光管段。
进一步地，配气系统包括：供气单元，包括NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置；气体混合器，分别与NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置相连通，气体混合器还设置有模拟气体出口，模拟气体出口与气体加热系统相连。
进一步地，气体加热系统包括壳体，壳体由上至下依次包括加热区和进气区，加热区的内部设置有第一惰性床料。
进一步地，给料系统的出口还与加热区相连，给料系统用于供应脱硫后的粉状活性焦，模拟气体为脱硫后的粉状活性焦的解析气，其中第一惰性床料的粒径为脱硫后的粉状活性焦粒径的2.5倍以上。
进一步地，气体加热系统还包括排渣装置，排渣装置与加热区相连，且排渣装置的出口延伸至壳体的外部。
进一步地，气固分离系统包括顺次连接的第一除尘装置及第二除尘装置，第一除尘装置与气流床反应系统的出口相连。
进一步地，第一除尘装置为旋风除尘器或惯性除尘器，第二除尘装置为陶瓷过滤器或金属烧结过滤器。
进一步地，气固分离系统设置有气相出口，粉状活性焦性能评价装置还包括冷却装置，冷却装置设置在气相出口所在的管路上。
进一步地，冷却装置设置有冷却气出口，粉状活性焦性能评价装置还包括气体净化系统，气体净化系统与冷却气出口相连。
进一步地，气体净化系统包括顺次连接的脱硫装置和脱硝装置，脱硫装置与冷却气出口相连。
进一步地，脱硫装置由上至下包括依次相连的第一供料仓、脱硫单元、第一排渣单元，第一供料仓用于提供第二惰性床料、定型活性炭、定型活性焦、颗粒活性炭、颗粒活性焦、粉状活性炭或粉状活性焦，脱硫单元与冷却气出口相连，第一排渣单元中设置有第一冷却盘管装置。
进一步地，脱硝装置由上至下包括依次相连的第二供料仓、脱硝单元、第二排渣单元，第二供料仓用于提供第三惰性床料、定型活性炭、定型活性焦、颗粒活性炭、颗粒活性焦、粉状活性炭或粉状活性焦，脱硝单元与脱硫单元相连，第二排渣单元中设置有第二冷却盘管装置。
进一步地，配气系统包括供气单元和气体混合器，供气单元包括NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置；气体混合器分别与NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置相连通，气体混合器还设置有模拟气体出口，模拟气体出口与气体加热系统相连；脱硝单元与脱硫单元通过脱硫气输送管道相连，且脱硫气输送管道还与NH3供气装置的供气口相连。
进一步地，当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦制焦性能时，模拟气体为制焦烟气的模拟气，固态的反应料为煤粉；当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦脱硫性能时，模拟气体为含硫烟气的模拟气，固态的反应料为粉状活性焦；当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦脱硝性能时，模拟气体为含硝烟气的模拟气，固态的反应料为粉状活性焦；当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦解析再生性能时，模拟气体为解析气的模拟气，固态的反应料为脱硫后的粉状活性焦；当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦制硫磺的性能时，模拟气体包括CO2、SO2及水蒸汽，固态的反应料为粉状活性焦。
进一步地，第一惰性床料为石英砂和/或陶瓷球。
进一步地，第二惰性床料和第三惰性床料均为石英砂和/或陶瓷球。
本发明提供了一种粉状活性焦性能评价装置，其包括配气系统、气体加热系统、给料系统、气流床反应系统及气固分离系统；配气系统用于配置参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的模拟气体；气体加热系统与配气系统相连，用于对模拟气体进行加热；给料系统用于提供参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的固态的反应料；气流床反应系统与气体加热系统的出口及给料系统的出口相连；气固分离系统与气流床反应系统的出口相连。
本发明提供的装置中，使用气流床反应系统作为模拟粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺的反应场所，能够使粉状活性焦在动态状态下进行反应。具体地，根据待评价性能类型，比如制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺性能，可以通过配气系统配置相应的参与反应的模拟气，然后将其加热后，和参与粉状活性焦相关的固体粉料一起加入至气流床反应系统中进行动态反应，产出的物料通过气固分离系统进行气固分离，得到相应产物。最终可以按照本领域惯常的评价方法对产物进行评价，以反映粉状活性焦的相关性能。
总之，采用本发明提供的上述装置能够对粉状活性焦的相关性能进行动态综合评价，为粉状活性焦的性能评价提供了系统且成熟的工艺。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一种实施例的粉状活性焦性能评价装置示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、配气系统；101、供气阀门；102、供气单元；103、气体混合器；2、气体加热系统；201、排渣装置；202、进气区；203、加热区；3、给料系统；4、气流床反应系统；401、加热管段；402、光管段；5、气固分离系统；501、第二除尘装置；502、第一除尘装置；6、冷却装置；7、气体净化系统；70、脱硫装置；702、第一冷却盘管装置；703、第一排渣单元；704、脱硫单元；705、第一供料仓；71、脱硝装置；712、第二冷却盘管装置；713、第二排渣单元；714、脱硝单元；715、第二供料仓；8、引风装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中对于粉状活性焦的动态性能评价方式不够成熟、不够系统的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种粉状活性焦性能评价装置，如图1所示，其包括配气系统1、气体加热系统2、给料系统3、气流床反应系统4、气固分离系统5；配气系统1用于配置参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的模拟气体；气体加热系统2与配气系统1相连，用于对模拟气体进行加热；给料系统3用于提供参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的固态的反应料；气流床反应系统4与气体加热系统2的出口及给料系统3的出口相连；气固分离系统5与气流床反应系统4的出口相连。
本发明提供的装置中，使用气流床反应系统4作为模拟粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺的反应场所，能够使粉状活性焦在动态状态下进行反应。具体地，根据待评价性能类型，比如制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺性能，可以通过配气系统1配置相应的参与反应的模拟气，然后将其加热后，和参与粉状活性焦相关的固体粉料一起加入至气流床反应系统4中进行动态反应，产出的物料通过气固分离系统5进行气固分离，得到相应产物。最终可以按照本领域惯常的评价方法对产物进行评价，以反映粉状活性焦的相关性能。
总之，采用本发明提供的上述装置能够对粉状活性焦的相关性能进行动态综合评价，为粉状活性焦的性能评价提供了系统且成熟的工艺。
在一种优选的实施例中，气流床反应系统4中的反应器元件为管式反应器，管式反应器包括多个加热管段401和多个光管段402，且多个加热管段和多个光管段402一一间隔设置连接。通过多个加热管段401，可以使粉状活性焦的相关反应温度更稳定，从而使评价更准确。优选地，如图1所示，管式反应器为盘管反应器，盘管反应器包括多个直管段和用于连接相邻两个直管段的弯管段，其中直管段为加热管段401，弯管段为光管段402。反应物料在进入管式反应器后，在管中一边流动一边反应，反应过程保持运动状态。
在一种优选的实施例中，配气系统1包括供气单元102和气体混合器103，供气单元102包括NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置；气体混合器103，分别与NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置相连通，气体混合器103还设置有模拟气体出口，模拟气体出口与气体加热系统2相连。具体操作过程中，可以根据不同的反应类型配置不同的模拟气，比如在粉状活性焦制焦性能评价中，可以配置模拟烟气，包括N2、O2、CO2、NO、SO2、水蒸汽；在粉状活性焦脱硫性能评价中，可以配置除尘脱硫后的烟气，包括N2、O2、CO2、NO、SO2、水蒸汽；在评价粉状活性焦脱硝性能时，可以配置粉状活性焦除尘脱硫后的烟气，包括CO2、NO、水蒸汽；在评价粉状活性焦还原SO2制硫磺性能时，可以配置粉状脱硫活性焦解析后的解析气，包括CO2、SO2、水蒸汽，等等。
优选地，供气单元102中，各供气管路上均设置有供气阀门101，用以控制通断。
上述气体加热系统2的目的是对配置好的模拟气进行加热处理，具体可以根据不同的性能评价反应类型调整具体的加热温度，这些都是本领域技术人员公知的温度。在一种优选的实施方式中，气体加热系统2包括壳体，壳体由上至下依次包括加热区203和进气区202，加热区203的内部设置有第一惰性床料。通过第一惰性床料对进入的模拟气进行加热，传热效率较高，有利于节约能耗。
更优选地，如图1所示，给料系统3的出口还与加热区203相连，给料系统3用于供应脱硫后的粉状活性焦，模拟气体为脱硫后的粉状活性焦的解析气，其中第一惰性床料的粒径为脱硫后的粉状活性焦粒径的2.5倍以上。这样的设置适用于对脱硫后的粉状活性焦进行解析再生的性能评价时，具体地：模拟解析气进入加热区203呈现出解析环境，脱硫后的粉状活性焦进入加热区203，在与温度较高的第一惰性床料进行热交换，同时完成解析反应。此处将第一惰性床料的粒径设置为脱硫后的粉状活性焦粒径的2.5倍以上的目的如下：粒径较大的第一惰性床料能够形成稳定的堆积孔隙，脱硫后的粉状活性焦进入后，完成传热和解析再生，反应过程中产出的解析气以及通入的解析气模拟气能够通过这些堆积孔隙排出，这有利于实现粉状再生活性焦与解析气的气固分离。
进一步优选地，气体加热系统2还包括排渣装置201，排渣装置201与加热区203相连，且排渣装置201的出口延伸至壳体的外部。在解析反应结束后，粉状再生活性焦和第一惰性床料能够通过排渣装置201排出，然后可以利用振动分离装置对二者进行固固分离。由于粒径差距较大，二者分离较为彻底。分离得到的粉状再生活性焦送去评价再生性能。
利用气固分离系统5可以将反应产物进行气固分离，使用串联设置的多个除尘装置有利于提高除尘效果，考虑经济性和处理效果之间的平衡，在一种优选的实施例中，如图1所示，气固分离系统5包括顺次连接的第一除尘装置502及第二除尘装置501，第一除尘装置502与气流床反应系统4的出口相连。更优选地，第一除尘装置502为旋风除尘器或惯性除尘器，第二除尘装置501为陶瓷过滤器或金属烧结过滤器。
在一种优选的实施例中，气固分离系统5设置有气相出口，粉状活性焦性能评价装置还包括冷却装置6，冷却装置6设置在气相出口所在的管路上。冷却装置6可以对分离的气体产物进行冷却处理。
各反应过程中产出的气体产物中或多或少会携带以下含硫含硝物质，为了降低环境污染，在一种优选的实施例中，冷却装置6设置有冷却气出口，粉状活性焦性能评价装置还包括气体净化系统7，气体净化系统7与冷却气出口相连。更优选地，气体净化系统7包括顺次连接的脱硫装置70和脱硝装置71，脱硫装置70与冷却气出口相连。
为了提高脱硫效率，在一种优选的实施例中，脱硫装置70由上至下包括依次相连的第一供料仓705、脱硫单元704、第一排渣单元703，第一供料仓705用于提供第二惰性床料、定型活性炭、定型活性焦、颗粒活性炭、颗粒活性焦、粉状活性炭或粉状活性焦，脱硫单元704与冷却气出口相连，第一排渣单元703中设置有第一冷却盘管装置702。
为了提高脱硝效率，脱硝装置71由上至下包括依次相连的第二供料仓715、脱硝单元714、第二排渣单元713，第二供料仓715用于提供第三惰性床料、定型活性炭、定型活性焦、颗粒活性炭、颗粒活性焦、粉状活性炭或粉状活性焦，脱硝单元714与脱硫单元704相连，第二排渣单元713中设置有第二冷却盘管装置712。
更优选地，配气系统1包括供气单元102和气体混合器103，供气单元102包括NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置；气体混合器103分别与NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置相连通，气体混合器103还设置有模拟气体出口，模拟气体出口与气体加热系统2相连；脱硝单元714与脱硫单元704通过脱硫气输送管道相连，且脱硫气输送管道还与NH3供气装置的供气口相连。这样，配气系统1还可以为脱硝过程提供氨气，进一步改善脱硝效果。
在一种优选的实施例中，当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦制焦性能时，模拟气体为制焦烟气的模拟气，固态的反应料为煤粉；当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦脱硫性能时，模拟气体为含硫烟气的模拟气，固态的反应料为粉状活性焦；当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦脱硝性能时，模拟气体为含硝烟气的模拟气，固态的反应料为粉状活性焦；当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦解析再生性能时，模拟气体为解析气的模拟气，固态的反应料为脱硫后的粉状活性焦；当粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦制硫磺的性能时，模拟气体包括CO2、SO2及水蒸汽，固态的反应料为粉状活性焦。
在一种优选的实施例中，第一惰性床料为石英砂和/或陶瓷球。更优选地，第二惰性床料和第三惰性床料均为石英砂和/或陶瓷球。石英砂和陶瓷球不会与反应原料或产物发生反应，能避免影响反应过程，保证评价准确性。同时，石英砂具有较好的传热效果，堆积孔隙较为稳定，且成本相对较低。
优选地，上述装置还包括引风装置8，设置在脱硝装置71的气相出口管路上，用于引风。
在具体的操作过程中，气体加热系统2采用但不限制于电加热；气体加热系统2加热温度小于等于1200℃；气体加热系统2采用鼓泡流化床直接加热型式；气体加热系统2的第一惰性床料采用但不限制于石英砂。
优选地，气流床反应系统4的加热管段401采用电加热型式；气流床反应系统4的加热管段401温度小于等于1200℃；气流床反应系统4中的气体流速大于等于2m/s。
气体净化系统7采用但不限制于移动床气体净化装置、化学法气体净化装置。脱硫装置70采用但不限制于电加热型式；脱硝装置71采用但不限制于电加热型式。
以下通过实施例进一步说明本发明装置用于评价粉状活性焦相关性能时的流程：
实施例1
评价粉状活性焦的气流床制焦过程如下：
(1)基本条件设定
配气系统1配置模拟烟气，烟气成分主要包括N2、O2、CO2、NO、SO2、水蒸汽；
气体加热系统2采用电加热，加热温度为1100℃，采用石英砂作为第一惰性床料，粒径为1mm；
给料系统3采用微量给料器定量输送煤粉，煤粉平均粒度为75～80μm；
气流床反应系统4采用分段加热的管式反应器结构，加热管段401采用电加热方式，加热温度可采用单一加热方式，也可采用阶梯式加热方式(即各加热管段温度不同)，本实施例采用单一加热方式，温度为850～1000℃；
气流床反应系统4内模拟烟气流速3.5～5.0m/s；
气固分离系统5的第二除尘装置501采用水冷旋风除尘器，预除尘同时实现对气体及粉焦的降温，第一除尘装置502采用耐高温的陶瓷过滤器。
(2)煤粉制焦过程
启动气体加热系统2、气流床反应系统4的加热管段401，将温度升至相应的设定温度；
配气系统1根据烟气成分及比例，配置模拟烟气；进入气体加热系统2，模拟烟气加热至1000～1100℃后，进入气流床反应系统4，待气流床反应系统4内模拟烟气流动及温度稳定后，给料系统3开始稳定送入煤粉，煤粉在模拟烟气环境下发生碳化、活化的成焦反应，形成具有一定孔隙结构的粉状活性焦，最终由气固分离系统5收集。
气流床反应系统4不同位置处的粉焦可采用等速取样法进行收集。收集后的粉状活性焦样品统一由专业机构进行物化分析。
实施例2
评价粉状活性焦的气流床脱硫过程如下：
(1)基本条件设定
配气系统1配置模拟除尘脱硫后的烟气，烟气成分主要包括N2、O2、CO2、NO、SO2、水蒸汽；
气体加热系统2采用电加热，加热温度为110℃，采用石英砂作为第一惰性床料，粒径为1mm；
给料系统3采用微量给料器定量输送粉状活性焦，焦粉平均粒度为75～80μm；
气流床反应系统4的加热管段401采用电加热方式，加热温度可采用单一加热方式，温度为65～80℃；
气流床反应系统4内模拟烟气流速4.0～6.0m/s；
气固分离系统5的第二除尘装置501采用旋风除尘器，第一除尘装置502采用陶瓷过滤器。
(2)粉状活性焦脱硫过程
启动气体加热系统2，将温度升至设定温度；
配气系统1根据烟气成分及比例，配置模拟烟气；进入气体加热系统2，模拟烟气加热至100～110℃后，进入气流床反应系统4，待气流床反应系统4内模拟烟气流动及温度稳定后，给料系统3开始稳定送入粉状活性焦，并在气流床反应系统4内完成脱硫反应，最终由气固分离系统5收集。
气流床反应系统4不同位置处的脱硫后粉焦可采用等速取样法进行收集。收集后的粉状活性焦样品统一由专业机构对物化、及吸附SO2量进行分析。
(3)粉状活性焦循环脱硫过程
完成第(2)步的粉状活性焦被收集后，再加入给料系统3，循环第(2)步，测定粉状活性焦多次循环后的脱硫能力。
实施例3
评价粉状活性焦在气流床状态下脱硝过程如下：
(1)基本条件设定
配气系统1配置模拟粉状活性焦除尘脱硫后的烟气，成分主要包括CO2、NO、水蒸汽，同时喷入NH3；
气体加热系统2采用电加热，加热温度为110℃，采用石英砂作为第一惰性床料，粒径为1mm；
给料系统3采用微量给料器定量输送粉状活性焦，焦粉平均粒度为75～80μm；
气流床反应系统4的加热管段401采用电加热方式，加热温度可采用单一加热方式，温度为60～110℃；
气流床反应系统4内模拟烟气流速3.5～5.0m/s；
气固分离系统5的第二除尘装置501采用水冷旋风除尘器，第一除尘装置502采用耐高温陶瓷过滤器。
(2)粉状活性焦脱硝过程
启动气体加热系统2，将温度升至设定温度；
配气系统1根据解析气成分及比例，配置模拟解析气；进入气体加热系统2，模拟烟气加热至110℃后，进入气流床反应系统4，待气流床反应系统4内模拟烟气流动及温度稳定后，给料系统3开始稳定送入粉状活性焦，并在反应器内完成脱硝(4NO+4NH3+O2＝4N2+6H2O)反应，焦粉最终由气固分离系统5收集。
(3)粉状活性焦循环脱硝过程
完成第(2)步的粉状活性焦被收集后，再加入给料系统3，循环第(2)步，测定粉状活性焦多次循环后的脱硝能力。
实施例4
评价粉状活性焦在气流床状态下SO2还原制硫磺过程如下：
(1)基本条件设定
配气系统1配置模拟粉状活性焦解析后的解析气，解析气成分主要包括CO2、SO2、水蒸汽；
气体加热系统2采用电加热，加热温度为800℃，采用石英砂作为第一惰性床料，粒径为1mm；
给料系统3采用微量给料器定量输送粉状活性焦，焦粉平均粒度为75～80μm；
气流床反应系统4的加热管段401采用电加热方式，加热温度可采用单一加热方式，温度为700～800℃；
气流床反应系统4内模拟烟气流速3.5～5.0m/s；
气固分离系统5的第二除尘装置501采用水冷旋风除尘器，第一除尘装置502采用耐高温陶瓷过滤器。
(2)粉状活性焦制硫磺过程
启动气体加热系统2，将温度升至设定温度；
配气系统1根据解析气成分及比例，配置模拟解析气；进入气体加热系统2，模拟烟气加热至700～800℃后，进入气流床反应系统4，待气流床反应系统4内模拟烟气流动及温度稳定后，给料系统3开始稳定送入粉状活性焦，并在反应器内完成SO2还原制硫磺(C+SO2＝CO2+S)反应，焦粉最终由气固分离系统5收集。
(3)粉状活性焦循环制硫磺过程
完成第(2)步的粉状活性焦被收集后，再加入给料系统3，循环第(2)步，测定粉状活性焦多次循环后的还原制硫磺能力。
实施例5
评价脱硫后粉状活性焦在气体加热系统2内的解析再生过程如下：
(1)基本条件设定
配气系统1配置模拟粉状活性焦解析后的解析气，采用解析气作为气体加热系统2的流化气，解析气成分主要包括CO2、SO2、水蒸汽；
气体加热系统2采用电加热，加热温度为400～500℃，采用石英砂作为第一惰性床料，粒径为1mm；
气体加热系统2表观气速为0.3m/s；
给料系统3采用微量给料器定量输送脱硫后的粉状活性焦，脱硫后的粉状活性焦平均粒度为75～80μm；
(2)粉状活性焦解析再生过程
启动气体加热系统2，将温度升至设定温度；
配气系统1根据解析气成分及比例，配置模拟解析气；进入气体加热系统2，模拟解析气加热至400～500℃后，待气体流动及温度稳定后，给料系统3开始稳定送入脱硫后的粉状活性焦，并在气体加热系统2的加热区203中与高温的第一惰性床料内完成传热，并发生解析反应(C+2H2SO4＝CO2+2H2O+2SO2)。关闭配气系统，石英砂与粉状再生活性焦混合物经排渣装置201后被收集。可采用振动筛实现混合物的分离，分离出的粉状活性焦进行物化分析。
实施例6
评价模拟烟气或模拟解析气中SO2在脱硫装置70内的净化过程如下：
(1)基本条件设定
配气系统1配置模拟粉状活性焦脱硫后的尾部烟气，成分主要包括N2、O2、CO2、NO、SO2、水蒸汽；
气体加热系统2采用电加热，加热温度为65～120℃，采用石英砂作为第一惰性床料，粒径为1mm；
脱硫装置70采用移动床型式，并进行电加热，加热温度为65～120℃；
第一供料仓705储存定型活性焦(柱状，直径6mm，高度10mm)作为第二惰性床料，床料向下移动速度为0.1m/s；
(2)移动床定型活性焦脱硫过程
启动气体加热系统2，将温度升至设定温度；
配气系统1根据烟气成分及比例，配置模拟烟气；途径气体加热系统2、气流床反应系统4、气固分离系统5后进入脱硫装置70，并完成脱硫。
定型活性焦经过第一供料仓705进入脱硫反应区，完成脱硫后经第一冷却盘管装置702冷却后排出。
实施例7
评价模拟烟气或模拟解析气中NO在脱硝装置71内的净化过程如下：
(1)基本条件设定
配气系统1配置模拟粉状活性焦脱硫后的尾部烟气，成分主要包括N2、O2、CO2、NO、SO2、水蒸汽；
气体加热系统2采用电加热，加热温度为65～120℃，采用石英砂作为第一惰性床料，粒径为1mm；
脱硝装置71采用移动床型式，并进行电加热，加热温度为65～120℃；
第二供料仓715储存定型活性焦(柱状，直径6mm，高度10mm)作为第三惰性床料，床料向下移动速度为0.1m/s；
(2)移动床定型活性焦脱硝过程
启动气体加热系统2，将温度升至设定温度；
配气系统1根据烟气成分及比例，配置模拟烟气；途径气体加热系统2、气流床反应系统4、气固分离系统5、脱硫装置70后在喷入一定NH3后进入脱硝装置71，并完成脱硝。
定型活性焦经过第二供料仓715进入脱硝反应区，完成脱硝后经第二冷却盘管装置712后排出。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1)本发明适用于粉状活性焦综合性能动态评价，包括煤粉成焦、脱硫、解析再生、SO2资源化等过程在气流床状态下的性能评价。
2)本发明粉状活性焦综合性能包括单煤种成焦、配煤成焦、粉状活性焦的SO2吸附量-时间关系、SO2吸附量-循环次数关系、脱硫循环次数-磨损关系、SO2吸附量-解析再生次数关系、SO2还原制硫磺、活性焦协同脱硝等，以及煤粉成焦、脱硫、解析再生、SO2资源化等过程的动力学机理。
3)优选地，本发明气体加热系统采用固体热载体加热方案，能够保证对模拟气的直接加热，实现对模拟气的快速加热。
4)优选地，本发明的气流床反应系统中采用分段加热反应器系统方案，能够真实地模拟工业装置不同位置处的温度分布。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，包括：
配气系统(1)，用于配置参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的模拟气体；
气体加热系统(2)，与所述配气系统(1)相连，用于对所述模拟气体进行加热；
给料系统(3)，用于提供参与粉状活性焦制焦、脱硫、脱硝、解析再生或制硫磺过程的固态的反应料；
气流床反应系统(4)，与所述气体加热系统(2)的出口及所述给料系统(3)的出口相连；以及
气固分离系统(5)，所述气固分离系统(5)与所述气流床反应系统(4)的出口相连。
2.根据权利要求1所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述气流床反应系统(4)中的反应器元件为管式反应器，所述管式反应器包括多个加热管段(401)和多个光管段(402)，且多个所述加热管段和多个所述光管段(402)一一间隔设置连接。
3.根据权利要求2所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述管式反应器为盘管反应器，所述盘管反应器包括多个直管段和用于连接相邻两个所述直管段的弯管段，其中所述直管段为所述加热管段(401)，所述弯管段为所述光管段(402)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述配气系统(1)包括：
供气单元(102)，包括NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置；
气体混合器(103)，分别与所述NH3供气装置、所述N2供气装置、所述O2供气装置、所述CO2供气装置、所述NO供气装置、所述SO2供气装置及所述水蒸汽供气装置相连通，所述气体混合器(103)还设置有模拟气体出口，所述模拟气体出口与所述气体加热系统(2)相连。
5.根据权利要求4所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述气体加热系统(2)包括壳体，所述壳体由上至下依次包括加热区(203)和进气区(202)，所述加热区(203)的内部设置有第一惰性床料。
6.根据权利要求5所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述给料系统(3)的出口还与所述加热区(203)相连，所述给料系统(3)用于供应脱硫后的粉状活性焦，所述模拟气体为所述脱硫后的粉状活性焦的解析气，其中所述第一惰性床料的粒径为所述脱硫后的粉状活性焦粒径的2.5倍以上。
7.根据权利要求6所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述气体加热系统(2)还包括排渣装置(201)，所述排渣装置(201)与所述加热区(203)相连，且所述排渣装置(201)的出口延伸至所述壳体的外部。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述气固分离系统(5)包括顺次连接的第一除尘装置(502)及第二除尘装置(501)，所述第一除尘装置(502)与所述气流床反应系统(4)的出口相连。
9.根据权利要求8所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述第一除尘装置(502)为旋风除尘器或惯性除尘器，所述第二除尘装置(501)为陶瓷过滤器或金属烧结过滤器。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述气固分离系统(5)设置有气相出口，所述粉状活性焦性能评价装置还包括冷却装置(6)，所述冷却装置(6)设置在所述气相出口所在的管路上。
11.根据权利要求10所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述冷却装置(6)设置有冷却气出口，所述粉状活性焦性能评价装置还包括气体净化系统(7)，所述气体净化系统(7)与所述冷却气出口相连。
12.根据权利要求11所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述气体净化系统(7)包括顺次连接的脱硫装置(70)和脱硝装置(71)，所述脱硫装置(70)与所述冷却气出口相连。
13.根据权利要求12所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述脱硫装置(70)由上至下包括依次相连的第一供料仓(705)、脱硫单元(704)、第一排渣单元(703)，所述第一供料仓(705)用于提供第二惰性床料、定型活性炭、定型活性焦、颗粒活性炭、颗粒活性焦、粉状活性炭或粉状活性焦，所述脱硫单元(704)与所述冷却气出口相连，所述第一排渣单元(703)中设置有第一冷却盘管装置(702)。
14.根据权利要求13所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述脱硝装置(71)由上至下包括依次相连的第二供料仓(715)、脱硝单元(714)、第二排渣单元(713)，所述第二供料仓(715)用于提供第三惰性床料、定型活性炭、定型活性焦、颗粒活性炭、颗粒活性焦、粉状活性炭或粉状活性焦，所述脱硝单元(714)与所述脱硫单元(704)相连，所述第二排渣单元(713)中设置有第二冷却盘管装置(712)。
15.根据权利要求14所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述配气系统(1)包括供气单元(102)和气体混合器(103)，所述供气单元(102)包括NH3供气装置、N2供气装置、O2供气装置、CO2供气装置、NO供气装置、SO2供气装置及水蒸汽供气装置；所述气体混合器(103)分别与所述NH3供气装置、所述N2供气装置、所述O2供气装置、所述CO2供气装置、所述NO供气装置、所述SO2供气装置及所述水蒸汽供气装置相连通，所述气体混合器(103)还设置有模拟气体出口，所述模拟气体出口与所述气体加热系统(2)相连；
所述脱硝单元(714)与所述脱硫单元(704)通过脱硫气输送管道相连，且所述脱硫气输送管道还与所述NH3供气装置的供气口相连。
16.根据权利要求1所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，
当所述粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦制焦性能时，所述模拟气体为制焦烟气的模拟气，所述固态的反应料为煤粉；
当所述粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦脱硫性能时，所述模拟气体为含硫烟气的模拟气，所述固态的反应料为粉状活性焦；
当所述粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦脱硝性能时，所述模拟气体为含硝烟气的模拟气，所述固态的反应料为粉状活性焦；
当所述粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦解析再生性能时，所述模拟气体为解析气的模拟气，所述固态的反应料为脱硫后的粉状活性焦；
当所述粉状活性焦性能评价装置用于评价活性焦制硫磺的性能时，所述模拟气体包括CO2、SO2及水蒸汽，所述固态的反应料为粉状活性焦。
17.根据权利要求5所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述第一惰性床料为石英砂和/或陶瓷球。
18.根据权利要求14所述的粉状活性焦性能评价装置，其特征在于，所述第二惰性床料和所述第三惰性床料均为石英砂和/或陶瓷球。
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|---|---|---|---|---|
| CN111983131A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-11-24 | 中冶南方都市环保工程技术股份有限公司 | 一种脱硫脱硝活性焦再生效果快速评价方法 |
| CN111983131B (zh) * | 2020-06-30 | 2021-09-03 | 中冶南方都市环保工程技术股份有限公司 | 一种脱硫脱硝活性焦再生效果快速评价方法 |
| WO2024103524A1 (zh) * | 2022-11-16 | 2024-05-23 | 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 | 一种现场活性焦解析效果的评价方法 |
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