CN1223401C - 一种连续制备天然气吸附剂的活化反应设备及其工艺 - Google Patents
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Abstract
一种连续制备天然气吸附剂的活化反应设备及其工艺，属石油化工技术领域。本发明主要由反应窑炉本体，燃烧系统、温控系统、烟风系统和原料进给系统五部分组成，所述的窑炉本体包括预热段、恒温段和冷却段；反应物料通过推料机构将装有储料匣鉢的移动式窑车连续不断的推入窑炉的预热段，在预热段由常温升至700℃-900℃，在此温度下进行恒温反应，然后在冷却段降温至80℃以下出炉。整个活化反应过程连续性强，预活化反应和高温活化反应在窑炉内一次完成，实现复杂反应条件下规模化的连续制备和完全自动化；能耗低，同时能有效防止在涉及碱性介质的反应过程中物料对设备造成的强腐蚀作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备天然气吸附剂的高温活化设备及其工艺，尤其涉及吸附剂制备中可连续进行活化的工艺方法及设备，属石油化工技术领域。
背景技术
近年来开发的吸附天然气技术越来越受到人们的重视。该技术是利用高比表面的吸附剂在中低压下储运天然气，与目前常规采用的压缩天然气相比，储存压力低，所用设备投资小，而且操作安全性高；但如何制备出高性能的吸附剂且能满足工业生产的要求，则是该技术急需解决的关键问题之一。目前，现有技术中已公开了一些关于天然气吸附剂的制备方法，但基本上是处于实验室阶段。例如中国专利文献公开了一种“富微孔炭质吸附剂及其制备方法”(申请号：01141565.7)，它是以石油焦、木质素或核桃壳为原料，以氢氧化钾为活化剂，采用先在低温炉中(150～550℃)预活化，再在高温炉(700--900℃)中进行活化反应，制备出了一种性能较好的天然气吸附剂；但该制备技术缺乏规模化连续制备手段。同时，由于在活化过程中，需要防止石油焦与空气接触发生自燃，这就需要解决活化设备的密封问题；另一方面，由于使用KOH作为活化剂，具有强碱特性，有强烈的腐蚀作用，要求设备还必须满足高温耐碱腐蚀的需要，因而导致所用设备投资大，生产过程不易连续，难以满足工业化生产的要求，在某种程度上限制了该技术的进一步推广和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续制备天然气吸附剂的活化反应设备及其工艺方法，该设备及方法能够充分保证产品在高温活化中所要求的温度、气氛，满足工业化连续生产的要求，实现复杂反应条件下规模化的连续制备和完全自动化；有效防止在涉及碱性介质的反应过程中物料对设备造成的强腐蚀作用。
本发明的技术方案如下：
一种连续制备天然气吸附剂的活化反应设备，其特征在于，所述设备包括：
a.一个供原料进行活化反应的窑炉本体，该窑炉本体由预热段、恒温段和冷却段三部分组成，在其冷却段布置有一组换热器；其炉墙内层是由耐高温碱腐蚀材料、耐火材料和保温材料构成，
b.一个用于加热窑炉本体的燃烧系统，该燃烧系统包括设置在窑内恒温段窑墙上的一组燃烧器，与燃烧器组相连的燃料管道及设置在其上的燃料控制阀，与换热器和燃料管道相连的热风管及设置在其上的空气控制阀；
c.一个用于控制窑炉温度的温控系统，该系统以控制器为核心，其输入端通过信号线与设置在炉内的热电偶相连，其输出端分别通过控制线路与所述的燃料控制阀和气体控制阀相连；
d.一个烟风系统，包括一个可在窑炉进出口形成气幕密封的风机，一个通过风管与换热器的进口相连的助燃风机和设置在窑炉前端与烟囱之间管道上的引风机；
e.一个原料进给系统，该系统包括设置在炉前的推料机构，装有储料匣钵的移动式窑车以及供窑车运行的窑车轨道。
上述活化反应设备中所述的一组换热器采用至少一个不锈钢换热器布置在冷却段窑墙壁面上。
所述的耐高温碱腐蚀材料布置在恒温段的炉顶和炉墙的内层，所述的耐火材料布置在预热段和冷却段炉墙的内层，所述的保温材料布置在预热段、恒温段和冷却段炉墙的外层。
本发明中所述的烟风管道包括助燃风机的送风管，热风管，气幕风机的气幕风管以及引风机的引风管可部分设置在炉墙内。
本发明提供一种利用上述活化反应设备制备天然气吸附剂的活化工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤：
1)首先启动燃烧系统，利用设置在炉内恒温段的一组燃烧器对窑炉进行预热；
2)通过推料机构将装有储料匣钵的移动式窑车连续不断的推入窑炉的预热段，在预热段反应物料由常温升至700℃--900℃，在此温度下进行恒温反应1.5--3小时；
3)来自助燃风机的助燃空气在换热器内被加热后与来自燃料管中的燃料气混合，燃烧后的烟气经引风机引入预热段加热物料，最终经烟囱排入大气；
4)预热段的窑车在后面窑车的推顶下逐渐前行，经恒温段进入冷却段，窑内被窑车充满，物料在冷却段中与进入换热器中的助燃空气换热后冷却降温，温度降至80℃以下出炉；
5)出炉后的窑车将成品卸下，空车通过转向盘经窑车轨道返至推料机构前装料，如此反复，实现天然气吸附剂的活化工艺。
上述活化工艺中，窑车在窑内的行进速度为1.5-3m/h，运行时间为8-11小时。
本发明所提供的制备天然气吸附剂的活化反应设备及其工艺具有以下优点及突出性效果：整个活化反应过程连续性强，预活化反应和高温活化反应在窑炉内一次完成，便于扩大生产规模，实现复杂反应条件下规模化的连续制备和完全自动化；能耗低，恒温段产生的热烟气在排放前用来加热预热段的匣钵和物料，从而降低了排烟温度，防止了热量浪费；分系统独立，稳定性好，能够充分保证产品在高温活化中所要求的温度、气氛以及冷却和密封要求，不会由于分系统之间的耦合造成整个系统的不稳定。炉内镶嵌耐高温碱腐蚀材料、耐火材料和保温材料，能有效防止在涉及碱性介质的反应过程中物料对设备造成的强腐蚀作用。
附图说明
图1为活化反应设备的整体结构示意图。
图2为反应窑炉主体的断面图。
图3为反应窑炉内各段(预热段、恒温段、冷却段)温度分布示意图。
图1中标号所示部件如下：
图中：1-输料设备，2-推料机构，3-窑车，4-窑炉本体，5-预热段烟气流向，6-气幕风管道，7-换热器，8-气幕风机，9-窑车轨道，10-转向盘，11-助燃风机，12-送风管，13-热风管，14-空气控制阀，15-燃料管道，16-控制线路，17-燃烧器，18-热电偶，19-控制器，20-控制线路，21-燃料控制阀，22-引风管道，23-引风机，24-烟囱，25-匣钵，26-耐火材料，27-保温材料，28-耐高温碱腐蚀材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明所述的天然气吸附剂制备中采用的原料及其组分配比是以现有技术中公开的一种“富微孔炭质吸附剂及其制备方法”(申请号：01141565.7)中的内容为基础的。它以石油焦、木质素或核桃壳为原料，以氢氧化钾为活化剂。
本发明所述的活化反应设备主要由以下五部分组成：反应窑炉本体，燃烧系统，温度控制系统，烟风系统和原料进给系统组成。(如图1、图2所示)。
(1)窑炉本体：该窑炉本体4包括预热段、恒温段和冷却段三部分，为提高热利用率，在冷却段设置有一组换热器7，换热器可采用不锈钢换热器，镶嵌于冷却段的窑墙上；炉体内壁设有耐高温碱腐蚀材料28、耐火材料26和保温材料27，以防遭炉内碱性气氛腐蚀，同时减低窑体的散热。耐高温碱腐蚀材料28布置在恒温段的炉顶和炉墙的内层，所述的耐火材料26布置在预热段和冷却段炉墙的内层，所述的保温材料27布置在预热段、恒温段和冷却段炉墙的外层。
(2)燃烧系统：该燃烧系统包括设置在窑内恒温段窑墙上的一组燃烧器17，与燃烧器相连的燃料管道15及设置在其上的燃料控制阀21，与换热器和燃料管道相连的热风管13及设置在其上的空气控制阀14；来自助燃风机11的助燃空气被一组换热器7加热，通过调节气体控制阀14和燃料控制阀21，控制热空气和燃料气以适当的比例送入燃烧器17，用于加热窑炉。燃烧器可根据实际情况采用多个。
(3)温控系统：该系统以控制器19为核心，其输入端通过信号线与设置在炉内的热电偶18(数支)相连，其输出端分别通过控制线路20、16与所述的燃料控制阀21和气体控制阀14相连；该温控系统以炉温作为输入信号，输出信号经控制线路16开启或关闭调节阀门14以调节与换热器连接的热风管13中的热风量，经控制线路20开启或关闭设在燃料管道15上的调节阀门21调节与燃烧器相连的燃料管道15中的燃料量，以保证预热段、恒温段和冷却段的温度(见图3)要求，同时保证燃料和空气的合理配比，以提高燃烧效率。
(4)烟风系统：该系统包括一个可在窑炉进出口形成气幕密封的风机8，一个通过送风管12与换热器的进口相连的助燃风机11和设置在窑炉前端与烟囱24之间管道22上的引风机23。气幕风机8产生的空气经与窑炉进出口相连的气幕风管道6送至反应窑炉进出口处形成气幕密封，以防漏入空气使吸附剂自燃或影响炉温；助燃风机11的空气经与换热器连接的送风管12送入换热器7，空气升温后再经过与换热器连接的热风管13送入燃烧系统，与燃料气在燃烧器17前混合后进入燃烧器燃烧。燃烧后的烟气流经预热段，并对预热段加热(见图1反应窑内左向箭头5)，然后经引风管道22、引风机23和烟囱24排入大气。烟风系统中的管道包括助燃风机的送风管12，热风管13、气幕风机的气幕风管6以及引风机的引风管22应部分设置在炉墙内，这样可进一步提高热利用率。
(5)原料进给系统：该系统包括设置在炉前的推料机构2，装有储料匣钵25的移动式窑车3以及供窑车运行的窑车轨道9。运行时，将石油焦与KOH按照一定比例混和好后，通过输料设备1送入放置在窑车3上的储料匣钵25中。
上述活化反应设备的运行方法如下：将石油焦与KOH按照一定比例混和好后，通过输料设备1将其送入推料机构2后面的窑车3上的储料匣钵25中。将匣钵25顶盖放置好，使用推料机构2将装载匣钵的窑车3送入反应窑炉预热段中。推料机构2依次将窑车推入预热段，窑车行进速度为1.5～3m/h。在此过程中，窑车不断被顶入窑内，窑内被窑车充满(见图1)。预热段的窑车由于后面窑车的推顶逐渐前行进入恒温段，每台窑车经过恒温段的时间为1.5～3小时，窑车上匣钵内的物料即完成了活化反应过程。窑车继续前行进入冷却段，在冷却段匣钵25及窑车3由换热器7吸收热量而冷却。而来自助燃风机11的助燃空气被换热器7加热。热空气和燃料以适当的比例(由控制器19和气体控制阀14及燃料控制阀21控制)送入燃烧器17。燃烧后的烟气经引风机23引入预热段加热物料，最终烟气由与窑炉前端相连接的引风管道22引出，经引风机23和烟囱24排入大气。车载成品出窑后将成品卸下，空车通过转向盘10、经窑车轨道9返至推料机构2前装料。
窑炉温度则由恒温段的温度(由热电偶18提供)作为一次信号送入控制器19，由控制器19输出信号经控制线路20和调节阀21调节燃料量；同时经控制线路16和调节阀门14调节热风量进行控制。
窑车3上放置的匣钵装好料后，经推料机构2推入窑炉的预热段，在预热段中，物料、匣钵被从恒温段抽取的热烟气加热，由常温逐渐升至700℃--900℃后进入恒温段，物料在上述温度下进行活化反应1.5--3小时，然后进入冷却段，物料、匣钵等在冷却段中与换热器7进行热交换后冷却，当温度降到80℃以下后出窑，以达到劳动保护的要求，物料在窑内历时约8-11小时。
Claims (6)
1.一种连续制备天然气吸附剂的活化反应设备，其特征在于，所述设备包括：
a.一个供原料进行活化反应的窑炉本体，该窑炉本体由预热段、恒温段和冷却段三部分组成，在其冷却段布置有一组换热器(7)，其炉墙内层由耐高温碱腐蚀材料、耐火材料和保温材料构成；
b.一个用于加热窑炉本体的燃烧系统，该燃烧系统包括设置在窑内恒温段窑墙上的一组燃烧器(17)，与燃烧器相连的燃料管道(15)及设置在其上的燃料控制阀(21)，与换热器和燃料管道相连的热风管(13)及设置在其上的空气控制阀(14)；
c.一个用于控制窑炉温度的温控系统，该系统以控制器(19)为核心，其输入端通过信号线与设置在炉内的热电偶(18)相连，其输出端分别通过控制线路(16、20)与所述空气控制阀(14)和燃料控制阀(21)相连；
d.一个烟风系统，该系统包括一个可在窑炉进出口形成气幕密封的气幕风机(8)，一个通过送风管道(12)与换热器的进口相连的助燃风机(11)和设置在窑炉前端与烟囱(24)之间引风管道(22)上的引风机(23)；
e.一个原料进给系统，该系统包括设置在炉前的推料机构(2)，装有储料匣钵(25)的移动式窑车(3)以及供窑车运行的窑车轨道(9)。
2.按照权利要求1所述的活化反应设备，其特征在于：所述的一组换热器采用至少一个不锈钢换热器布置在冷却段窑墙壁面上。
3.按照权利要求1所述的活化反应设备，其特征在于：所述的耐高温碱腐蚀材料(28)布置在恒温段的炉顶和炉墙的内层，所述的耐火材料(26)布置在预热段和冷却段炉墙的内层，所述的保温材料(27)布置在预热段、恒温段和冷却段炉墙的外层。
4.按照权利要求1、2或3所述的活化反应设备，其特征在于：所述的烟风管道包括助燃风机的送风管(12)，热风管(13)，气幕风机的气幕风管道(6)以及引风机的引风管道(22)其部分设置在炉墙内。
5.一种利用如权利要求1所述反应设备制备天然气吸附剂的活化工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤：
1)首先启动燃烧系统，利用设置在炉内恒温段的一组燃烧器对窑炉进行预热；
2)通过推料机构将装有储料匣钵的移动式窑车连续不断的推入窑炉的预热段，在预热段反应物料由常温升至700℃--900℃，在此温度下进行恒温反应1.5-3小时；
3)来自助燃风机(11)的助燃空气在换热器(7)内被加热后与来自燃料管道(15)中的燃料气混合，燃烧后的烟气经引风机(23)引入预热段加热物料，最终经烟囱排入大气；
4)预热段的窑车在后面窑车的推顶下逐渐前行，经恒温段进入冷却段，窑内被窑车充满，物料在冷却段中与进入换热器(7)中的助燃空气换热后冷却降温，温度降至80℃以下出炉；
5)出炉后的窑车将成品卸下，空车通过转向盘(10)经窑车轨道(9)返至推料机构前装料，如此反复，实现天然气吸附剂的活化过程。
6.按照权利要求5所述的活化工艺，其特征在于：窑车在窑内的行进速度为1.5～3m/h，运行8～11小时。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20051019 Termination date: 20131017 |