CN102580705A - 热能综合利用型活性焦净化再生处理***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热能综合利用型活性焦净化再生处理***及方法，处理***包括再生装置、预热装置、加热装置和换热装置；再生装置包括一再生塔；预热装置包括一干燥塔；加热装置包括一热风炉、第一风机；换热装置包括第二风机、一常温空气输入管路、一热空气输出管路，用于将换热后的热空气送入所述干燥塔中对活性焦进行预热。方法包括(a)预热：活性焦在干燥塔预热；(b)加热：活性焦在高温导热介质作用下升温；(c)再生；(d)冷却：再生后的活性焦进入冷却段冷却。本发明适用于对活性焦进行还原再生。

Description

热能综合利用型活性焦净化再生处理***及方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种对用于脱硫脱硝的活性焦(活性碳)进行净化再生的处理***和处理方法。

背景技术

活性焦(或称活性碳)烟气脱硫脱硝技术属于干式回收法工艺，是以煤制成的活性焦作脱除剂，在活性焦催化作用下，SO₂和O₂及H₂O发生反应，最后以H₂SO₄形式附着在活性焦孔隙中，占据着活性中心，导致活性焦对SO₂的吸附能力逐渐减弱；同时，NO与O₂及NH₃反应生成N₂，NO₂与NH₃反应生成N₂，从而达到脱除烟气中SO₂和NOx的目的。活性焦是影响脱硫脱硝性能及效率的关键材料，在脱硫脱硝净化装置中，吸附能力下降的活性焦，必须对其进行再生，使脱除剂上的硫酸铵热分解，同时进行硫酸的热分解，恢复性能后再投入使用。

目前普遍采用的移动床加热再生方法，再生温度在400℃左右并保持一段时间，在加热情况下，活性焦所吸附的H₂SO₄与C(活性焦)反应被还原为SO₂，同时硫酸铵受热分解成氮气、水、二氧化硫，活性焦恢复吸附性能，可循环使用。活性焦的加热再生反应相当于对活性焦进行再次活化。

专利号ZL 02112580.5，授权公告号CN 1132677C，名称为活性焦移动解吸装置的中国发明专利，活性焦移动解吸装置是一种对已吸附二氧化硫的活性焦进行再生复原的装置，该装置自上而下由进口储仓、进口阀门、进口过渡仓、加热仓、反应仓、冷却仓、出口过渡仓、出口阀门顺序相连而成，在出口过渡仓以上各部分的外壁之间，均设有隔热材料将上、下各部分的外壁彼此隔离，在加热仓中，设有加温热交换器，在冷却仓中设有冷却热交换器，加温热交换器下部与冷却热交换器的上部之间由加热器连通，加温热交换器的上部与冷却热交换器的下部之间由循环泵连通，在反应仓中以及加热仓的上部均设有排气管，该排气管与抽气泵相连。实际上仔细分析可知再生装置主要分为加热段、反应段和冷却段。其中，加热段和冷却段均设有管式换热器，加热/冷却气体通过管壁与活性焦进行换热，冷却段出口高温气体经电加热器加热后送入加热段加热活性焦，使其达到再生所需温度；加热段出口气体通过循环泵导入冷却段入口冷却活性焦。通过管壁进行传热，活性焦在反应段再生，再生出的含高浓度的二氧化硫的气体通过再生风机抽出。该装置加热段被活性焦冷却后的气体用于冷却段活性焦的冷却，经冷却段活性焦加热的气体被送入电加热器继续加热，加热后气体送入加热段加热活性焦，加热段所需外界提供的能量较多，能量利用率低。

专利申请号200910250891.5，申请公布号CN 101732948A，名称为三段式活性焦烟气净化再生一体化处理***及方法，其冷却器的冷却介质输入通道直接与外部冷却介质输入设备相连通，冷却器的冷却介质输出通道与预热器的预热介质输入通道直接通过管路连通，热量传导效率低下，运行安全系数低。

发明内容

针对现有活性焦再生装置中加热段所需外界提供的能量较多，能量利用率低的问题，本发明的目的是提供一种可对活性焦先预热再加热、同时充分利用冷却段热量的一种换热型活性焦净化再生处理***及运行经济安全的处理方法，加热段为一个独立的加热体系，同时将加热段的部分能量与冷却段的能量引入到预热段进行再次利用，从而有效解决现有技术中能量使用率低的问题，实现了能量的有效利用，不但节能而且降低成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述处理***包括再生装置、预热装置、加热装置和换热装置；所述再生装置包括一再生塔，所述再生塔自上而下依次分为加热段、再生段和冷却段；所述预热装置包括一干燥塔，所述干燥塔设置在所述再生塔的上方并通过管路与所述再生塔连通，所述干燥塔中导热介质与活性焦直接接触对活性焦进行预热；所述加热装置包括一热风炉、第一风机，所述热风炉、第一风机通过管路与所述再生塔连接形成导热介质循环管路，用于对所述再生塔加热段中的活性焦进行加热；所述导热介质循环管路上还连接有一导热介质输出管路，所述导热介质输出管路连接到所述干燥塔上用于对干燥塔中的活性焦进行预热；所述换热装置包括第二风机、一常温空气输入管路、一热空气输出管路，所述常温空气输入管路及所述热空气输出管路分别连接在所述再生塔上，所述第二风机(15)设置在所述常温空气输入管路(A)上或所述热空气输出管路(B)上，用于将换热后的热空气送入所述干燥塔中对活性焦进行预热。

本专利装置对整个活性焦再生的流程进行细化，分为预热、加热、再生、冷却，将冷却阶段以及加热阶段的热量提供给预热阶段对活性焦进行预热，在预热阶段，活性焦与热空气以及热导热介质直接接触获得热量，使得活性焦的加热段、预热段与冷却段相互交叉形成一个可以相互控制和影响的***，这样预热后的活性焦已经具有一定的温度，在加热段能更快的被加热到再生温度。同时可以控制加热段的换热风机以及加热器的出风温度来控制加热效率。同样再生段也可以通过控制加热段的加热效率来进一步影响再生段的再生效率。本专利采用将冷却段的热量以及加热段的一部分热量一起提供给预热段来进行预热，这样整个***的可调节性、可控制性更强。采用热风炉提供热源，燃料的消耗量约比用蒸汽式或其他间接加热器减少一半左右，更为节约能源。第一阀门的设置可以调节混合室内燃烧气的温度。本专利中，第二风机主要用于牵引空气从常温空气输入管路流动到再生塔冷却段再流动到热空气输出管路，然后从干燥塔中排出，因此，第二风机可以安装在常温空气输入管路上也可以安装在热空气输出管路上。

进一步优选地，所述热风炉分为燃烧室和混合室，所述混合室分别与所述第一风机和所述再生塔加热段连通，且所述第一风机和混合室之间的管路上设有第一阀门。第一阀门的设置不仅可以调节混合室内燃烧气的温度，还可以调节干燥塔内活性焦的温度，因为干燥塔内温度过高会有二氧化硫气体。由于干燥塔的热量一部分来自于冷却段，另一部分来自于热风炉，通过调节第一阀门并和第二阀门相配合就可以有效的控制混合室内气体的温度以及干燥塔内活性焦的温度。

进一步优选地，所述常温空气输入管路的空气输入口一端设有控制常温空气流量的第四阀门，所述热空气输出管路上还连接有一用于将部分热空气与常温空气混合的热空气回流混合管路，所述热空气回流混合管路连接到常温空气输入管路上。所述导热介质输出管路上还设置有第二阀门。第二风机出口的热空气一部分由热空气输出管路送入干燥塔用于加热来自脱硫塔的活性焦，提高热量的利用率；第二风机出口的另一部分热空气经热空气回流混合管路与常温空气输入管路中的常温空气混合对活性焦进行冷却，通过第三阀门和第四阀门的开度控制进气温度，减少管路腐蚀并保护再生塔。

所述干燥塔与所述再生塔之间通过至少一个进口卸料器连接，所述进口卸料器为星形下料阀或蝶形下料阀，所述进口卸料器的连接管路上设有放空阀。所述干燥塔的顶端连接有一进料卸料器，所述再生塔冷却段的尾端连接有一出口卸料器，所述出口卸料器为星形下料阀或蝶形下料阀。

另外，本发明还提供了一种活性焦净化再生的处理方法，其包括如下步骤：

(a)活性焦预热：活性焦进入所述干燥塔中，由所述热空气输出管路送出的热空气和所述导热介质输出管路送出的高温导热介质与活性焦直接接触进行预热；

(b)活性焦加热：所述活性焦在再生塔加热段中，在所述加热装置送出的高温导热介质作用下逐步升温；

(c)活性焦再生：所述活性焦在再生塔再生段被再生，再生出的富含SO₂气体被再生风机抽走；

(d)活性焦冷却：再生后的活性焦进入所述再生塔冷却段进行冷却，冷却后的活性焦排出处理***后循环使用，完成再生操作。

再生塔加热段循环过程中导热介质为空气燃烧气，即主要为氮气和二氧化碳混合气，安全系数高。活性焦在再生塔加热段被加热至300℃～450℃。

该方法中，活性焦加热、再生阶段独立，冷却以及预热阶段能量回收利用，再生还原反应充分，再生效率高。

本发明的有益效果：

一、活性焦再生效率高：本发明的再生装置中，活性焦被预热后进入到再生塔进行加热，而且加热段可以通过调节热风炉以及导热介质的阀门开度来独立控制加热效率、加热温度，加热气体由下而上流动，与从上而下移动的活性焦进行热能交换，加热气体由下而上温度逐步降低，而活性焦在由上而下移动过程中，其温度逐步升高，使进入再生塔再生段的活性焦温度达到再生要求，再生效率高。

二、能量充分回收：在换热装置中，常温空气经管路输送至再生塔冷却段冷却活性焦，换热后的热空气一部分由热空气输出管路送入干燥塔用于加热来自脱硫塔的活性焦，提高热量的利用率；另一部分热空气与常温空气输入管路中的常温空气混合对活性焦进行冷却，通过阀门的开度控制进气温度，减少管路腐蚀并保护再生塔。同时，在加热装置中，由再生塔加热段送出的部分高温燃烧气被输送至干燥塔也与活性焦直接接触对活性焦进行预热，增强了***中热能的回收利用。

三、本发明中加热装置中采用热风炉提供热源，其燃料的消耗量约比用蒸汽或其他间接加热器减少一半左右，且燃料可采用固体、气体、液体等，选择范围较广，加热热源灵活多样、操作简单。

四、本发明的再生塔加热段、冷却段的循环流程中各自的构件均为常规、成熟设备，其操作简单，控制容易，维护方便。

五、整个***流程简单，通过调节阀门易于控制设备，未用到换热器等大型装备，设备占地面积小，且降低了生产成本。

六、本发明的处理方法中，活性焦与导热介质进行热交换，热能传递效率高，活性焦再生还原反应充分，再生效率高；换热装置与加热装置的部分热能均通过管路输送至干燥塔中对活性焦进行预热，提高了***中热能的回收利用效率。

附图说明

图1是本发明的实施例1的***整体结构示意图；

图2是本发明的实施例2的***整体结构示意图；

附图标号说明：

1-进料卸料器    2-干燥塔      3-进口卸料器   4-再生塔

5-第一风机      6-第一阀门    7-第二阀门     8-热风炉

9-空气          10-燃料       11-加热段      12-再生段    13-冷却段

14-出口卸料器   15-第二风机   16-第三阀门    17-第四阀门

A-常温空气输入管路    B-热空气输出管路    C-热空气回流混合管路

D-导热介质循环管路    E-导热介质输出管路

a-燃烧室              b-混合室

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

结合图1说明本实施例的热能综合利用型活性焦净化再生处理***，所述处理***包括再生装置、预热装置、加热装置和换热装置；再生装置包括一再生塔4，再生塔4自上而下依次分为加热段11、再生段12和冷却段13；预热装置包括一干燥塔2，干燥塔2设置在再生塔4的上方并通过管路与再生塔4连通；加热装置包括一热风炉8、第一风机5，热风炉8和第一风机5通过管路与再生塔4连接形成导热介质循环管路D，用于对再生塔加热段11中的活性焦进行加热；导热介质循环管路D上还连接有一导热介质输出管路E，导热介质输出管路E连接到干燥塔2上用于对干燥塔2中的活性焦进行预热；换热装置包括第二风机15、一常温空气输入管路A、一热空气输出管路B，常温空气输入管路A及热空气输出管路B分别连接在再生塔4上，第二风机15设置在热空气输出管路B上，用于将换热后的热空气送入干燥塔2中对活性焦进行预热。当然，本实施例中第二风机15也可以设置在常温空气输入管路A上，效果实际上是一样的。

在再生塔加热段11中，活性焦与导热介质进行热交换，热交换的方式可以通过管式换热器传导能量，也可以直接进行接触交换，但是考虑到安全性以及导热介质的处理问题，优选通过管式换热器进行热交换。管式换热器换热是常规技术，本申请人已经公开的“专利号ZL 02112580.5名称为活性焦移动解吸装置”的中国发明专利中已经对活性焦加热、冷却采用管式换热的方式做了详细描述，在此不再赘述。在再生塔冷却段13，利用空气对再生后的活性焦进行冷却，吸收了活性焦热量的热空气经热空气输出管路B进入干燥塔2中对活性焦进行预热。

其中，热风炉8分为燃烧室a和混合室b，在燃烧室a中空气9和燃料10充分接触燃烧，燃料10可采用固体、气体、液体等。燃烧后的高温导热介质进入混合室b中，混合室b的一端与再生塔加热段11连通，混合室b的另一端通过第一阀门6和第一风机5与再生塔加热段11连通，用于对再生塔加热段11中的活性焦进行加热。且第一风机5和混合室b之间的管路上设有用于控制热燃烧气回流量第一阀门6。常温空气输入管路A的空气输入口一端设有控制常温空气流量的第四阀门17，导热介质输出管路E上还设置有第二阀门7。通过阀门的开度控制管路内气体的温度，减少气体对管路的腐蚀，保护再生塔，并保证再生***的安全运行。

干燥塔2与再生塔加热段11之间通过至少一个进口卸料器3连接，进口卸料器3选用对活性焦磨损、剪切作用尽可能小的料阀，如星形卸料阀、蝶形卸料阀。进口卸料器3的连接管路上设置放空阀。干燥塔2的顶端连接有一进料卸料器1。在干燥塔2中，活性焦与热空气输出管路B送出的热空气进行能量转换，充分地利用了再生塔冷却段13释放的热量。此外，加热装置中的导热介质输出管路E将部分热导热介质从再生塔加热段11送出至干燥塔2中也对活性焦预热，使换热后气体的余热得以利用，节约了***热能；并且使得活性焦在进入再生塔4之前进行了预热，活性焦的再生还原反应更为充分。此外，第一风机5和第二风机15还起到了加速导热介质循环的目的，提高了能量的转换效率。

活性焦再生解吸的工作过程如下：

来自脱硫塔的活性焦经一个或多个卸料器1进入到干燥塔2中，干燥塔2中活性焦与来自第二风机15的热空气及第一风机5送出的高温燃烧气直接接触预热，换热后的气体排放于干燥塔2外；预热后的活性焦经一个或多个卸料器3进入到再生塔加热段11，在再生塔加热段11换热后的气体由第一风机5抽出，气体一部分用于预热干燥塔2中的活性焦，另一部分气体进入热风炉8的混合室b中与燃烧气体混合，混合后的气体进入再生塔加热段11对活性焦进行加热，通过第一阀门6、第二阀门7的开度调节控制燃烧混合气的温度；加热后的活性焦自上向下穿过再生段12的过程中，被逐步加热到400℃左右发生再生反应，再生出的富含二氧化硫气体被再生风机抽走；流入再生塔冷却段13的活性焦已得到再生且温度较高，需将其冷却才能排出，由常温空气输入管路A送入的常温空气和第二风机15出口的热空气通过第四阀门17的开度调节控制空气的流量，常温空气进入再生塔冷却段13对活性焦进行冷却，然后经过第二风机15牵引经热空气输出管路B送入干燥塔2中，与活性焦接触对其进行预热；冷却段13冷却后的活性焦经出口卸料器14排出再生设备后循环使用，完成再生操作。其中，阀门的设置调整了管路中气体的温度，减少了高温气体对管路的腐蚀，保护再生塔，保证再生***的安全运行。

实施例2：

结合图2说明本实施例的热能综合利用型活性焦净化再生处理***，不同于实施例1之处在于：换热装置包括第二风机15、一常温空气输入管路A、一热空气输出管路B，常温空气输入管路A及热空气输出管路B分别连接在再生塔4上，第二风机15设置在热空气输出管路B上，用于将换热后的热空气送入干燥塔2中对活性焦进行预热。常温空气输入管路A的空气输入口一端设有控制常温空气流量的第四阀门17，热空气输出管路B上还连接有一用于将部分热空气与常温空气混合的热空气回流混合管路C，热空气回流混合管路C连接到常温空气输入管路A上。

利用本发明的处理***，采用以下方式对活性焦进行再生，具体处理方法如下：

(a)活性焦预热：来自脱硫塔的活性焦进入干燥塔2中，由换热装置的热空气输出管路B送出的热空气和加热装置的导热介质输出管路E送出的高温燃烧气与活性焦直接接触进行预热；

(b)活性焦加热：活性焦进入再生塔加热段11中，加热炉8的燃烧室a中燃烧产生的高温燃烧气进入混合室b，并通过管路送入再生塔加热段11中，使得活性焦在高温燃烧气作用下逐步升温，换热后的燃烧气由第一风机5抽出，一部分气体进入混合室b中与高温燃烧气混合进行循环加热，另一部分气体经导热介质输出管路E送入干燥塔2中预热活性焦；

(c)活性焦再生：活性焦在再生塔再生段12被再生，再生出的富含SO₂气体被再生风机抽走；

(d)活性焦冷却：再生后的活性焦进入再生塔冷却段13中，常温空气输入管路A将常温空气送入冷却段13中冷却活性焦，换热后的空气由第二风机15抽出经热空气输出管路B用来预热干燥塔2中的来自脱硫塔的活性焦，冷却后的活性焦排出处理***后循环使用，完成再生操作。

其中，加热段11循环过程中导热介质为空气燃烧气体，即主要为氮气和二氧化碳混合气，不与活性焦发生化学反应，仅起到传导热能的作用，再生过程安全系数高。冷却段13循环过程中的导热介质为空气。活性焦在再生塔加热段11被加热至300℃～450℃。

本发明的活性焦再生处理***及方法充分利用了废热，进而节约能源，其还可以使用在需要对某种物质在一定温度下进行反应或者裂解，以得到一种固相物质和一种气相物质的场合。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。

Claims (8)

1.一种热能综合利用型活性焦净化再生处理***，其特征在于：所述处理***包括再生装置、预热装置、加热装置和换热装置；

所述再生装置包括一再生塔(4)，所述再生塔(4)自上而下依次分为加热段(11)、再生段(12)和冷却段(13)；

所述预热装置包括一干燥塔(2)，所述干燥塔(2)设置在所述再生塔(4)的上方并通过管路与所述再生塔(4)连通，所述干燥塔(2)中导热介质与活性焦直接接触对活性焦进行预热；

所述加热装置包括一热风炉(8)、第一风机(5)，所述热风炉(8)、第一风机(5)通过管路与所述再生塔(4)连接形成导热介质循环管路(D)，用于对所述再生塔加热段(11)中的活性焦进行加热；所述导热介质循环管路(D)上还连接有一导热介质输出管路(E)，所述导热介质输出管路(E)连接到所述干燥塔(2)上用于对干燥塔(2)中的活性焦进行预热；

所述换热装置包括第二风机(15)、一常温空气输入管路(A)、一热空气输出管路(B)，所述常温空气输入管路(A)及所述热空气输出管路(B)分别连接在所述再生塔(4)上，所述第二风机(15)设置在所述常温空气输入管路(A)上或所述热空气输出管路(B)上，用于将换热后的热空气送入所述干燥塔(2)中对活性焦进行预热。

2.根据权利要求1所述的处理***，其特征在于：所述热风炉(8)分为燃烧室(a)和混合室(b)，所述混合室(b)分别与所述第一风机(5)和所述再生塔加热段(11)连通，且所述第一风机(5)和混合室(b)之间的管路上设有第一阀门(6)。

3.根据权利要求2所述的处理***，其特征在于：所述常温空气输入管路(A)的空气输入口一端设有控制常温空气流量的第四阀门(17)，所述热空气输出管路(B)上还连接有一用于将部分热空气与常温空气混合的热空气回流混合管路(C)，所述热空气回流混合管路(C)连接到常温空气输入管路(A)上。

4.根据权利要求3所述的处理***，其特征在于：所述导热介质输出管路(E)上还设置有第二阀门(7)。

5.根据权利要求1至4任一权项所述的处理***，其特征在于：所述干燥塔(2)与所述再生塔之间通过至少一个进口卸料器(3)连接，所述进口卸料器(3)为星形下料阀或蝶形下料阀，所述进口卸料器(3)的连接管路上设有放空阀。

6.根据权利要求5所述的处理***，其特征在于：所述干燥塔(2)的顶端连接有一进料卸料器(1)，所述再生塔冷却段(13)的尾端连接有一出口卸料器(14)，所述出口卸料器(14)为星形下料阀或蝶形下料阀。

7.一种采用如权利要求6所述的热能综合利用型活性焦净化再生处理***进行活性焦再生的处理方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)活性焦预热：活性焦进入所述干燥塔(2)中，由所述热空气输出管路(B)送出的热空气和所述导热介质输出管路(E)送出的高温导热介质与活性焦直接接触对活性焦进行预热；

(b)活性焦加热：所述活性焦在再生塔加热段(11)中，在所述加热装置送出的高温导热介质作用下逐步升温；

(c)活性焦再生：所述活性焦在再生塔再生段(12)被再生，再生出的富含SO₂气体被再生风机抽走；

(d)活性焦冷却：再生后的活性焦进入所述再生塔冷却段(13)进行冷却，冷却后的活性焦排出处理***后循环使用，完成再生操作。

8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于：所述导热介质为空气燃烧气，活性焦在所述加热段(11)中被加热至300℃～450℃。

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