CN113145856A - 一种铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统及方法,该系统包括左右相连的一级分离器、二级分离器和储运系统;金属铁燃烧后生成的带有微米级α‑Fe2O3颗粒物和纳米级α‑Fe2O3与γ‑Fe2O3聚合体颗粒物的含尘烟气先通过一级分离器脱除微米级颗粒物,后经过二级分离器脱除纳米级颗粒物;收集到的微米级颗粒物被惰性气体输送至粉体还原炉还原后,惰性气体携带铁粉进入冷却段冷却至室温,后经过储运系统时铁粉被吸附至磁铁管表面存储,惰性气体循环至粉仓。输运铁粉时,惰性气体进入输运系统的同时打开加热系统和声波振动系统,加热使磁铁管消磁,声波振动系统使铁粉更易随惰性气体输送,有效防止输运过程中铁粉氧化。
Description
技术领域
本发明涉及金属铁燃烧,气固分离及清洁能源利用等领域,具体涉及一种铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统及方法。
背景技术
能源是人类社会必不可少的事物,为所有经济活动和财富创造提供基础。但是,化石碳氢燃料的燃烧会产生二氧化碳排放,从而导致气候变化。同时为了减缓全球气候变化,我们必须实现能源和运输系统的零碳排放,并向低碳或零碳社会过渡。
金属铁燃料正是符合这种要求的清洁能源,与氢能结合使用可以实现零碳排放。金属铁燃烧会产生金属氧化物,包括微米级α-Fe2O3颗粒物和纳米级α-Fe2O3α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物,其中,纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物难以被现有除尘设备捕捉,因纳米级铁氧化物的高使用价值,纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物的流失会造成巨大经济损失,且污染烟气,这是限制金属铁燃烧工程应用的关键问题。因此,高效回收纳米级α-Fe2O3α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物具有重要意义。
同时,金属铁可以从金属氧化物产品中还原生成,成为清洁的原始燃料而被循环利用。但微米级别的铁粉难以捕捉且极易在空气中氧化,故提出了一种还原后铁粉的储运方法。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供了一种铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统及方法,可对金属铁燃烧产物的中的纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物进行有效分离脱除,同时有效防止还原后的铁粉在储存和运输中被氧化。
为了达到上述目的,本发明所采取的技术方案如下:
一种铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统,所述系统包括左右相连的一级分离器1与二级分离器2,其中一级分离器1用于分离脱除微米级α-Fe2O3颗粒物,二级分离器2用于分离脱除纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物;所述一级分离器1内从上至下设置有吹灰装置4和滤袋5,一级分离器1底部出口设置卸灰阀9,卸灰阀9下部设置有微米颗粒物粉仓6;微米颗粒物粉仓6与惰性气体连通的管道上设置有第四阀门19;所述二级分离器2内部设置有磁场发生系统3,底部设置有纳米颗粒物粉仓10;微米颗粒物粉仓6下游依次连接粉体还原炉7、气体冷却段8、第一阀门11及储运系统13;第一阀门11与储运系统间设置有惰性气体进入支路,支路上设置有第二阀门12;所述储运系统从内至外分别为磁铁管14、加热装置15和声波振动装置16;磁铁管的下方设置有尾气检测装置17;储运系统13尾部与微米颗粒粉仓6间设有支路,支路上设置有第三阀门18。
所述二级分离器2装有磁场发生系统3,能够有效脱除纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物。
所述储运系统13内部为多个并联的磁铁管14,用以减小气体流通横截面,提高铁粉的吸附率。
所述储运系统13外部设有分段加热装置15和声波振动装置16,用以对需要输运铁粉的磁铁管14进行加热并振动,磁铁消磁后磁铁管壁的铁粉随着振动器振动脱落,易于惰性气体输送铁粉。
所述储运系统13尾段设有尾气检测装置17,还原气体浓度通过尾气检测装置17进行监测,用以确保还原气体浓度为零时再进行输运过程。
所述的铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统的工作方法,含尘气体为金属铁燃烧后生成的带有微米级α-Fe2O3颗粒物和纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物的气体,所述含尘气体先通过一级分离器1脱除微米级α-Fe2O3颗粒物,后经过二级分离器2脱除纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物;纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物在磁力的作用下进入纳米颗粒物粉仓10,微米级α-Fe2O3颗粒物在吹灰装置4的作用下通过卸灰阀9进入微米颗粒物粉仓6;还原微米级α-Fe2O3颗粒物时,打开第一阀门11、第三阀门18和第四阀门19,关闭第二阀门12,通过第四阀门19向微米颗粒物粉仓通入惰性气体,将微米级α-Fe2O3颗粒物由微米颗粒物粉仓6输送至粉体还原炉7,微米级α-Fe2O3颗粒物与还原气体在粉体还原炉7充分反应后生成铁粉,铁粉经冷却段8冷却至室温后进入储运系统13,铁粉在磁力作用下吸附至磁铁管14的管壁进行储存;洁净的惰性气体通过第三阀门18进入微米颗粒物粉仓6循环输送微米级α-Fe2O3颗粒物;输运铁粉时,在尾气检测装置17检测磁铁管14内还原气体浓度为零情况下,通过加热装置15加热磁铁管14使磁铁消磁后,打开第二阀门12,关闭第一阀门11、第三阀门18和第四阀门19,通过第二阀门12通入惰性气体输运磁铁管14内的铁粉至燃烧室进行循环燃烧等应用场合。
所述纳米级粉仓10中收集到的纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物能够作为磁性材料,传感材料和催化材料被高效利用。
所述储运系统13在储存状态下,铁粉被吸附至磁铁管14内壁后,洁净的惰性气体通过第三阀门18循环回微米颗粒物粉仓6输送微米级α-Fe2O3颗粒物进入还原炉进行反应,提高惰性气体的利用率,节约成本。
所述磁铁管14在储存状态下为无氧环境,有效防止铁粉在储存过程中被氧化。
所述磁铁管14在输送状态下直接由惰性气体输送,过程中不会被氧化。
本发明具有如下优点:
1)本发明实现了对金属铁燃烧后的含尘气体中的纳米级α-Fe2O3颗粒物和γ-Fe2O3聚合体颗粒物的有效分离脱除,清洁高效。减小经济损失。
2)本发明实现了还原后的铁粉的稳定储存和运输,不会在过程中被氧化,提高能量利用率且减小经济成本。
3)本发明采用了多级分离的方法,最大程度分离微米级α-Fe2O3颗粒物和纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物。
附图说明
图1为一种铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统及方法示意图。
图1中:1、一级分离器;2、二级分离器;3、磁场发生系统;4、吹灰系统;5、滤袋;6、微米颗粒物粉仓;7、粉体还原炉;8、气体冷却段;9、卸灰阀;10、纳米颗粒物粉仓;11、第一阀门;12、第二阀门;13、储运系统;14、磁铁管;15、加热系统;16、声波振动系统;17、尾气检测装置;18、第三阀门;19、第四阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和工作原理作进一步的描述。
如图1所示,本发明一种铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统,所述系统包括左右相连的一级分离器1与二级分离器2,其中一级分离器1用于分离脱除微米级α-Fe2O3颗粒物,二级分离器2用于分离脱除纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物;所述一级分离器1内从上至下设置有吹灰装置4和滤袋5,一级分离器1底部出口设置卸灰阀9,卸灰阀9下部设置有微米颗粒物粉仓6;微米颗粒物粉仓6与惰性气体连通的管道上设置有第四阀门19;所述二级分离器2内部设置有磁场发生系统3,底部设置有纳米颗粒物粉仓10;微米颗粒物粉仓6下游依次连接粉体还原炉7、气体冷却段8、第一阀门11及储运系统13;第一阀门11与储运系统间设置有惰性气体进入支路,支路上设置有第二阀门12;所述储运系统从内至外分别为磁铁管14、加热装置15和声波振动装置16;磁铁管的下方设置有尾气检测装置17;储运系统13尾部与微米颗粒粉仓6间设有支路,支路上设置有第三阀门18。
本发明所述二级分离器2装有磁场发生系统3,能够有效脱除纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物。
作为本发明的优选实施方式,所述储运系统13内部为多个并联的磁铁管14,用以减小气体流通横截面,提高铁粉的吸附率。
本发明所述储运系统13外部设有分段加热装置15和声波振动装置16,用以对需要输运铁粉的磁铁管14进行加热并振动,磁铁消磁后磁铁管壁的铁粉随着振动器振动脱落,易于惰性气体输送铁粉。
本发明所述储运系统13尾段设有尾气检测装置17,还原气体浓度通过尾气检测装置17进行监测,用以确保还原气体浓度为零时再进行输运过程。
本发明所述的铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统的工作方法,含尘气体为金属铁燃烧后生成的带有微米级α-Fe2O3颗粒物和纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物的气体,所述含尘气体先通过一级分离器1脱除微米级α-Fe2O3颗粒物,后经过二级分离器2脱除纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物;纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物在磁力的作用下进入纳米颗粒物粉仓10,微米级α-Fe2O3颗粒物在吹灰装置4的作用下通过卸灰阀9进入微米颗粒物粉仓6;还原微米级α-Fe2O3颗粒物时,打开第一阀门11、第三阀门18和第四阀门19,关闭第二阀门12,通过第四阀门19向微米颗粒物粉仓通入惰性气体,将微米级α-Fe2O3颗粒物由微米颗粒物粉仓6输送至粉体还原炉7,微米级α-Fe2O3颗粒物与还原气体在粉体还原炉7充分反应后生成铁粉,铁粉经冷却段8冷却至室温后进入储运系统13,铁粉在磁力作用下吸附至磁铁管14的管壁进行储存;洁净的惰性气体通过第三阀门18进入微米颗粒物粉仓6循环输送微米级α-Fe2O3颗粒物;输运铁粉时,在尾气检测装置17检测磁铁管14内还原气体浓度为零情况下,通过加热装置15加热磁铁管14使磁铁消磁后,打开第二阀门12,关闭第一阀门11、第三阀门18和第四阀门19,通过第二阀门12通入惰性气体输运磁铁管14内的铁粉至燃烧室进行循环燃烧等应用场合。
所述纳米级粉仓10中收集到的纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物能够作为磁性材料,传感材料和催化材料被高效利用。
本发明所述储运系统13在储存状态下,铁粉被吸附至磁铁管14内壁后,洁净的惰性气体通过第三阀门18循环回微米颗粒物粉仓6输送微米级α-Fe2O3颗粒物进入还原炉进行反应,提高惰性气体的利用率,节约成本。
本发明所述磁铁管14在储存状态下为无氧环境,有效防止铁粉在储存过程中被氧化。
本发明所述磁铁管14在输送状态下直接由惰性气体输送,过程中不会被氧化。
Claims (10)
1.一种铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统,其特征在于,所述系统包括左右相连的一级分离器(1)与二级分离器(2),其中一级分离器(1)用于分离脱除微米级α-Fe2O3颗粒物,二级分离器(2)用于分离脱除纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物;所述一级分离器(1)内从上至下设置有吹灰装置(4)和滤袋(5),一级分离器(1)底部出口设置卸灰阀(9),卸灰阀(9)下部设置有微米颗粒物粉仓(6);微米颗粒物粉仓(6)与惰性气体连通的管道上设置有第四阀门(19);所述二级分离器(2)内部设置有磁场发生系统(3),底部设置有纳米颗粒物粉仓(10);微米颗粒物粉仓(6)下游依次连接粉体还原炉(7)、气体冷却段(8)、第一阀门(11)及储运系统(13);第一阀门(11)与储运系统间设置有惰性气体进入支路,支路上设置有第二阀门(12);所述储运系统从内至外分别为磁铁管(14)、加热装置(15)和声波振动装置(16);磁铁管的下方设置有尾气检测装置(17);储运系统(13)尾部与微米颗粒粉仓(6)间设有支路,支路上设置有第三阀门(18)。
2.根据权利要求1的铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统,其特征在于,所述二级分离器(2)装有磁场发生系统(3),能够有效脱除纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物。
3.根据权利要求1的铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统,其特征在于,所述储运系统(13)内部为多个并联的磁铁管(14),用以减小气体流通横截面,提高铁粉的吸附率。
4.根据权利要求1的铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统,其特征在于,所述储运系统(13)外部设有分段加热装置(15)和声波振动装置(16),用以对需要输运铁粉的磁铁管(14)进行加热并振动,磁铁消磁后磁铁管壁的铁粉随着振动器振动脱落,易于惰性气体输送铁粉。
5.根据权利要求1的铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统,其特征在于,所述储运系统(13)尾段设有尾气检测装置(17),还原气体浓度通过尾气检测装置(17)进行监测,用以确保还原气体浓度为零时再进行输运过程。
6.权利要求1至5任一项所述的铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统的工作方法,其特征在于,含尘气体为金属铁燃烧后生成的带有微米级α-Fe2O3颗粒物和纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物的气体,所述含尘气体先通过一级分离器(1)脱除微米级α-Fe2O3颗粒物,后经过二级分离器(2)脱除纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物;纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物在磁力的作用下进入纳米颗粒物粉仓(10),微米级α-Fe2O3颗粒物在吹灰装置(4)的作用下通过卸灰阀(9)进入微米颗粒物粉仓(6);还原微米级α-Fe2O3颗粒物时,打开第一阀门(11)、第三阀门(18)和第四阀门(19),关闭第二阀门(12),通过第四阀门(19)向微米颗粒物粉仓通入惰性气体,将微米级α-Fe2O3颗粒物由微米颗粒物粉仓(6)输送至粉体还原炉(7),微米级α-Fe2O3颗粒物与还原气体在粉体还原炉(7)充分反应后生成铁粉,铁粉经冷却段(8)冷却至室温后进入储运系统(13),铁粉在磁力作用下吸附至磁铁管(14)的管壁进行储存;洁净的惰性气体通过第三阀门(18)进入微米颗粒物粉仓(6)循环输送微米级α-Fe2O3颗粒物;输运铁粉时,在尾气检测装置(17)检测磁铁管(14)内还原气体浓度为零情况下,通过加热装置(15)加热磁铁管(14)使磁铁消磁后,打开第二阀门(12),关闭第一阀门(11)、第三阀门(18)和第四阀门(19),通过第二阀门(12)通入惰性气体输运磁铁管(14)内的铁粉至燃烧室进行循环燃烧等应用场合。
7.根据权利要求6所述的工作方法,其特征在于,所述纳米级粉仓(10)中收集到的纳米级α-Fe2O3和γ-Fe2O3聚合体颗粒物能够作为磁性材料,传感材料和催化材料被高效利用。
8.根据权利要求6所述的工作方法,其特征在于,所述储运系统(13)在储存状态下,铁粉被吸附至磁铁管(14)内壁后,洁净的惰性气体通过第三阀门(18)循环回微米颗粒物粉仓(6)输送微米级α-Fe2O3颗粒物进入还原炉进行反应,提高惰性气体的利用率,节约成本。
9.根据权利要求6所述的工作方法,其特征在于,所述磁铁管(14)在储存状态下为无氧环境,有效防止铁粉在储存过程中被氧化。
10.根据权利要求6所述的工作方法,其特征在于,所述磁铁管(14)在输送状态下直接由惰性气体输送,过程中不会被氧化。
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