CN110938474B - 煤样负载造纸黑液的方法、流化床炉以及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤样负载造纸黑液的方法、流化床炉以及***。方法包括按照以下顺序依次执行的步骤：S1、提供流化床炉、预负载造纸黑液的煤样以及造纸黑液；S2、将煤样输送至流化床炉内，通入流化气使煤样处于流化状态；S3、将造纸黑液喷入所述流化床炉内与煤样进行混合，混合时间达到预定时间以后完成煤样造纸黑液的负载。通过在流化床炉内对煤样进行造纸黑液的负载，由于煤样在流化床炉内处于流化状态，所以煤粉颗粒在不停的翻滚、运动，在这个过程中喷入造纸黑液有利于造纸黑液的均匀分布，而且在流化气的作用下煤粉颗粒不易结块，提高了煤样负载造纸黑液效率和质量。

Description

煤样负载造纸黑液的方法、流化床炉以及***

技术领域

本发明涉及煤气化领域，具体涉及一种煤样负载造纸黑液的方法、流化床炉以及***。

背景技术

碱法制浆排出的造纸黑液中含有大量的碱金属成分如碳酸钠，氢氧化钠，硫化钠，硫酸钠和钾盐等，而碱金属钠盐和钾盐可以有效地催化煤气化反应。此外，黑液中的有机物木质素，半纤维素等对气化也有一定的促进作用，同时有机物作为碳源参与气化，提高了煤气化产率。因此，利用碱性造纸黑液催化煤气化制取甲烷具有重要的社会和经济价值，不仅为煤催化气化提供高效、廉价的催化剂，又解决了造纸黑液污染严重、碱回收成本高的问题，实现了造纸黑液的能源化利用。

虽然造纸黑液用于煤气化催化具有较大的优势。但在采用常规浸渍法负载造纸黑液的过程中，因造纸黑液中含有大量的有机物和硅导致黏度增大，即使在加强搅拌的前提下，造纸黑液与煤样也达不到均匀的混合效果。在后续干燥过程中，随着水分挥发，煤颗粒之间发生粘结，烘干后的物料形成坚硬的大块，非常难破碎。所以必须边干燥，边翻动物料，防止颗粒之间结块。造纸黑液的物性给负载干燥操作带来一定难度。

因造纸黑液的负载\干燥存在瓶颈，限制了造纸黑液应用于煤催化气化技术的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤样负载造纸黑液的方法、流化床炉以及***，以解决煤样负载造纸黑液过程中容易发生结块的问题。

为实现上述目的，本发明首先提供了一种煤样负载造纸黑液的方法，包括按照以下顺序依次执行的步骤：

S1、提供流化床炉、预负载造纸黑液的煤样以及造纸黑液；

S2、将煤样输送至流化床炉内，通入流化气使煤样处于流化状态；

S3、将造纸黑液喷入所述流化床炉内与煤样进行混合，混合时间达到预定时间以后完成煤样造纸黑液的负载。

可选地，在所述S3中，所述造纸黑液以预定剪切速度喷入所述流化床炉内，以使所述造纸黑液中的高分子有机物因受机械挤压、扭曲发生断裂。

可选地，所述预定剪切速度≥10⁴s^-1。

可选地，所述流化气在通入所述流化床炉之前进行预热。

可选地，通入所述流化床炉内的流化气的温度范围为200-300℃，所述流化床炉在工作过程中的内部压力大于大气压。

可选地，所述预定时间为1-2小时。

可选地，在所述S1之前还包括步骤S0，

所述S0包括：对造纸黑液进行脱硅处理；

所述S1包括：提供流化床炉、预负载造纸黑液的煤样以及脱硅处理后的造纸黑液。

可选地，所述脱硅处理的方法为：向造纸黑液中通入二氧化碳，以将造纸黑液中的硅沉淀，然后将沉淀的硅排出。

本发明另一方面提供一种流化床炉，用于本发明的煤样负载造纸黑液的方法，该流化床炉包括炉体，所述炉体设置有煤样入口、排料口、进气口、排气口；所述炉体内的底部设置有布气结构，所述进气口通向所述布气结构；所述炉体的侧壁上设置有多个造纸黑液喷嘴，用于向所述炉体内喷入造纸黑液。

可选地，多个所述造纸黑液喷嘴在所述炉体的侧壁上上下分层布置，每一层所设置的造纸黑液喷嘴均匀分布，相邻层的造纸黑液喷嘴相互错开。

本发明进一步提供一种煤样负载造纸黑液的***，包括：预热装置、进料装置、造纸黑液输送装置以及本发明提供的流化床炉；

所述进气口、排气口均与所述预热装置连通，以使所述预热装置能够循环持续地向所述炉体内输送预热的流化气；

所述进料装置与所述煤样入口连通，以向所述炉体内输送煤样；

所述造纸黑液输送装置与所述多个造纸黑液喷嘴连通，以通过所述多个造纸黑液喷嘴向所述炉体内喷入造纸黑液。

通过在流化床炉内对煤样进行造纸黑液的负载，由于煤样在流化床炉内处于流化状态，所以煤粉颗粒在不停的翻滚、运动，在这个过程中喷入造纸黑液有利于造纸黑液的均匀分布，而且在流化气的作用下煤粉颗粒不易结块，提高了煤样负载造纸黑液效率和质量。

附图说明

图1是本发明一实施方式中煤样负载造纸黑液的方法的流程示意图；

图2是本发明另一实施方式中煤样负载造纸黑液的方法的流程示意图；

图3是本发明一实施方式中，煤样负载造纸黑液的***应用的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心思想在于通过降低造纸黑液的粘度的方式减小煤样在造纸黑液负载过程中发生结块的问题，以及通过增加煤样的活动程度来提高煤样负载造纸黑液均匀性，从而减少本领域技术人员在对煤样进行造纸黑液负载过程中的问题。

参阅图1，本实施方式提供一种煤样负载造纸黑液的方法，包括按照以下顺序依次执行的步骤：

S1、提供流化床炉、预负载造纸黑液的煤样以及造纸黑液；

S2、将煤样输送至流化床炉内，通入流化气使煤样处于流化状态；

S3、将造纸黑液喷入流化床炉内与煤样进行混合，混合时间达到预定时间以后完成煤样造纸黑液的负载，将负载造纸黑液的煤样从流化床炉内排出。

这里的“预定时间”可根据通入煤样的量来确定，煤样的量越大，则该预定时间越长，在本实施方式中，预定时间的范围为1-2小时。流化床炉采用气控、移动床排料方式，控制煤样在炉内的停留时间为1-2小时，煤样负载造纸黑液后，从流化床炉底部排出。在本实施方式中，造纸黑液与煤样的质量比为0.3-1.5。

上述方法在流化床炉内对煤样进行造纸黑液的负载，由于煤样在流化床炉内处于流化状态，所以煤粉颗粒在不停的翻滚、运动，在这个过程中喷入造纸黑液有利于造纸黑液的均匀分布，而且在流化气的作用下煤粉颗粒不易结块，提高了煤样负载造纸黑液效率和质量。

在S3中，造纸黑液以预定剪切速度喷入流化床炉内，以使造纸黑液中的高分子有机物因受机械挤压、扭曲发生断裂，从而达到降低造纸黑液粘度的目的。

在本实施方式中，预定剪切速度≥10⁴s^-1，该剪切速度可通过泵体和喷头的组合来实现，对于泵体和喷头本身不予具体介绍，本领域技术人员在得知该速度要求的前提下能够选择出泵体和喷头来实现该预定剪切速度的喷射。

由于煤样和造纸黑液中含有水分，为了实现干燥，流化气在通入流化床炉之前进行预热。预热后的流化气能够加快流化床炉内水分的蒸发，并将部分水分从流化床炉内带出去，达到干燥煤样的目的，通过这种方式不仅实现了煤样负载造纸黑液，还达到了干燥煤样的目的。

由于负载造纸黑液的煤样水分含量较低，煤样不易结块，能实现顺利输送，煤样直接输送至煤催化气化反应炉中进行反应，负载造纸黑液的煤样因含水量不高，不需要经过干燥，就可以直接进料到气化炉中进行反应，具体可参阅图3。

在本实施方式中，通入流化床炉内的流化气的温度范围为200-300℃，例如：220℃、240℃、260℃等。流化床炉在工作过程中的内部压力大于大气压，该压力为微正压即可，煤样和造纸黑液在正压的环境中能够更加充分的融合负载。具体需要加热的温度和前文中负载的预定时间有一定的关系，为了达到干燥的目的，若加热的温度越高，则可以适当减少预定时间，若加热的温度较低，则可以适当增加预定时间。

为了进一步减小煤粉颗粒结块，可以对于所采用的造纸黑液进行脱硅处理。具体地，参阅图2，在S1之前还包括步骤S0：对造纸黑液进行脱硅处理；S1包括：提供流化床炉、预负载造纸黑液的煤样以及脱硅处理后的造纸黑液。脱硅后的造纸黑液的粘度大大降低，减小了煤样结块的几率，而且硅对煤气化反应不发生作用，因此不影响煤气化产率。

造纸黑液脱硅的方式有很多，本实施方式提供一种较为方便的脱硅方法，即：向造纸黑液中通入二氧化碳，以将造纸黑液中的硅沉淀，然后将沉淀的硅排出。这种脱硅的方法成本低，操作简单，易于实施。

在本实施方式中，所采用的流化气可以为热水蒸气、热空气、热烟气或者纯的氮气、二氧化碳、含氧气氛等，含氧气氛或热空气会对煤样有部分的预氧化功能，但不影响负载效果。

本实施方式进一步提供一种流化床炉，用于本实施方式中煤样负载造纸黑液的方法，该流化床炉包括炉体，炉体设置有煤样入口、排料口、进气口、排气口；炉体内的底部设置有布气结构，进气口通向布气结构；炉体的侧壁上设置有多个造纸黑液喷嘴，用于向炉体内喷入造纸黑液。

较佳地，多个造纸黑液喷嘴在炉体的侧壁上上下分层布置，每一层所设置的造纸黑液喷嘴均匀分布，相邻层的造纸黑液喷嘴相互错开。这种布置方式有利于造纸黑液在炉体内的均匀分布。

参阅图3，本实施方式还提供一种煤样负载造纸黑液的***，包括：预热装置、进料装置、造纸黑液输送装置以及本实施方式提供的流化床炉；进气口、排气口均与预热装置连通，以使预热装置能够循环持续地向炉体内输送预热的流化气；进料装置与煤样入口连通，以向炉体内输送煤样；造纸黑液输送装置与多个造纸黑液喷嘴连通，以通过多个造纸黑液喷嘴向炉体内喷入造纸黑液。

该***可先对造纸黑液进行二氧化碳脱硅处理以降低造纸黒液的粘度，然后通过以高速剪切的喷射形式进一步降低粘度，实现造纸黑液在煤样上的有效负载，并进行同步干燥处理，有效防止因煤样结块影响工艺运行的问题。

下面提供2个实施例，用于详细说明本发明实施例提供的上述对造纸黑液进行降粘处理，并采用流化床形式负载，可实现造纸黑液有效均匀负载，防止煤样结块。

实施例1

造纸黑液负载之前采用脱硅处理过程如下：

量取造纸黑液1L置于敞口的容器中，引入一条二氧化碳管线，在管线出口加装多孔喷头实现布气均匀。控制二氧化碳体积流量为60mL/min.，通气时间保持30min.，可在通二氧化碳的同时进行搅拌。气洗结束后，静置30min.，确保生成的硅胶沉淀有效沉积下来，采用过滤装置分离出脱硅黑液，作为负载煤样的催化剂原料。

将脱硅处理的造纸黑液经喷头以雾化形式喷入流化床炉内(造纸黒液剪切速度在10²S^-1～5.0×10²S^-1)，保持造纸黒液在流化床炉内停留预定时间，对流化状态的煤样进行造纸黑液的负载，煤样负载造纸黑液经干燥后，采用筛分法测定负载造纸黑液煤样的粒径分布。

实施例2

造纸黑液脱硅处理后，以高速剪切的形式喷入流化床进一步降低粘度，再进行造纸黑液负载，主要过程如下：

造纸黑液脱硅处理操作如实施例1，将脱硅后的造纸黑液通过黑液喷嘴以高速剪切的形式喷入流化床炉内，造纸黑液剪切速度为5.0×10⁴S^-1，保持造纸黒液在流化床炉内停留和实施例1相同的时间，对流化状态的煤样进行造纸黑液负载，经负载造纸黑液的煤样干燥后，采用筛分法测定煤样的粒径分布。

实施例3

造纸黑液不经脱硅处理，采用流化床进行负载干燥的对照处理过程如下：

将未经脱硅处理的造纸黑液经喷头以雾化形式喷入流化床炉内(造纸黒液剪切速度在10²S^-1～5.0×10²S^-1)，保持和实施例1、2相同的停留时间，经干燥后，采用筛分法测定煤样的粒径分布。

各实施例的粒径分布如表1.1所示。

表1.1

通过上述各实施例粒径测定结果可以看出，未进行脱硅处理的造纸黒液以雾化形式在流化床炉中对煤样进行负载时，会使煤样结块进而颗粒粒径增大，将造纸黒液中的硅脱除后再进行负载会减轻煤样颗粒结块现象，而对造纸黑液脱硅处理并以高速剪切的形式在流化床中对煤样进行负载干燥，虽然对煤样有一定的机械破碎冲击，但整体上既能保证造纸黑液的均匀负载，还能有效防止煤样结块。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种煤样负载造纸黑液的方法，其特征在于，包括按照以下顺序依次执行的步骤：

S1、提供流化床炉、预负载造纸黑液的煤样以及造纸黑液；

S2、将煤样输送至流化床炉内，通入流化气使煤样处于流化状态；

S3、将造纸黑液喷入所述流化床炉内与煤样进行混合，混合时间达到预定时间以后完成煤样造纸黑液的负载；

所述流化气在通入所述流化床炉之前进行预热；

所述流化床炉在工作过程中的内部压力大于大气压。

2.根据权利要求1所述的煤样负载造纸黑液的方法，其特征在于，在所述S3中，所述造纸黑液以预定剪切速度喷入所述流化床炉内，以使所述造纸黑液中的高分子有机物因受机械挤压、扭曲发生断裂。

3.根据权利要求2所述的煤样负载造纸黑液的方法，其特征在于，所述预定剪切速度≥10⁴s^-1。

4.根据权利要求1所述的煤样负载造纸黑液的方法，其特征在于，通入所述流化床炉内的流化气的温度范围为200-300℃。

5.根据权利要求1所述的煤样负载造纸黑液的方法，其特征在于，所述预定时间为1-2小时。

6.根据权利要求1所述的煤样负载造纸黑液的方法，其特征在于，在所述S1之前还包括步骤S0，

所述S0包括：对造纸黑液进行脱硅处理；

所述S1包括：提供流化床炉、预负载造纸黑液的煤样以及脱硅处理后的造纸黑液。

7.根据权利要求6所述的煤样负载造纸黑液的方法，其特征在于，所述脱硅处理的方法为：向造纸黑液中通入二氧化碳，以将造纸黑液中的硅沉淀，然后将沉淀的硅排出。

8.一种流化床炉，用于如权利要求1-7任意一项煤样负载造纸黑液的方法，其特征在于，包括炉体，所述炉体设置有煤样入口、排料口、进气口、排气口；

所述炉体内的底部设置有布气结构，所述进气口通向所述布气结构；

所述炉体的侧壁上设置有多个造纸黑液喷嘴，用于向所述炉体内喷入造纸黑液。

9.根据权利要求8所述的流化床炉，其特征在于，多个所述造纸黑液喷嘴在所述炉体的侧壁上上下分层布置，每一层所设置的造纸黑液喷嘴均匀分布，相邻层的造纸黑液喷嘴相互错开。

10.一种煤样负载造纸黑液的***，其特征在于包括：预热装置、进料装置、造纸黑液输送装置以及如权利要求8或9所述的流化床炉；

所述进气口、排气口均与所述预热装置连通，以使所述预热装置能够循环持续地向所述炉体内输送预热的流化气；

所述进料装置与所述煤样入口连通，以向所述炉体内输送煤样；

所述造纸黑液输送装置与所述多个造纸黑液喷嘴连通，以通过所述多个造纸黑液喷嘴向所述炉体内喷入造纸黑液。

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