專利名稱：一種高含碳量制漿黑液半焦制備方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制漿黑液堿回收技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種高含碳量制漿黑液半焦制備方法及其裝置。
背景技術(shù)：
制漿工業(yè)常用的黑液處理設(shè)備是堿回收鍋爐，由于堿回收鍋爐投資較大、規(guī)模效應(yīng)顯著，一些中小制漿企業(yè)并未配置，也往往成為制漿企業(yè)擴大產(chǎn)能的瓶頸。近30年來，國內(nèi)外一些公司和研究機構(gòu)試圖開發(fā)堿回收鍋爐替代技術(shù)，其中黑液氣化技術(shù)被認為是較有前景的替代方案。黑液氣化技術(shù)一般被劃分為低溫氣化和高溫氣化，前者多采用流化床工藝，運行溫度一般低于70(TC ；后者一般采用氣流床工藝，運行溫度一般高于900°C。美國專利US7842110給出了一套黑液低溫水蒸氣氣化的工藝。該工藝的核心是一臺鼓泡流化床，以過熱蒸汽作為流化介質(zhì)和氣化劑。濃縮的黑液被均勻地噴涂于床料上發(fā)生快速干燥和熱解，殘余的半焦被蒸汽流化并發(fā)生氣化反應(yīng)，固體物料在爐內(nèi)的停留時間一般需要約20小時。該技術(shù)的優(yōu)點之一是制漿化學(xué)品以固體形式回收確保了安全性。為了保證流化床順利運行，氣化爐溫度必須保持較低(大約610°C)以使黑液無機物不致熔融，氣化所需熱量由一種特殊設(shè)計的間接加熱裝置提供。噴入爐中的黑液發(fā)生快速干燥熱解是這種技術(shù)所采用的流化床達到成功運行的關(guān)鍵之處，然而較低的溫度梯度限制了傳熱速率，加上黑液的較高粘性使得操作存在較大難度。高溫氣化的典型工藝見于美國專利US6790M6。黑液連同一定量的空氣或氧氣被從爐頂噴入反應(yīng)器，產(chǎn)生的熱量足以維持900°C以上的高溫，產(chǎn)生的顆?；蛉廴谖飫t被分離后在反應(yīng)器的下部溶入水中形成綠液。相比上述低溫氣化技術(shù)，此種高溫氣化工藝在有機碳氣化速率上具有極大提高。高溫熔融物對反應(yīng)器襯里的腐蝕是該技術(shù)面臨的一大挑戰(zhàn)， 對耐火材料的要求較高。加拿大專利CA1193406給出了一種直接苛化法黑液處理工藝。以氧化鐵或二氧化鈦作為直接苛化劑，與黑液燃燒產(chǎn)物碳酸鈉進行脫二氧化碳反應(yīng)(即直接苛化反應(yīng))，生成固體狀態(tài)的鐵酸鈉或鈦酸鈉以及芒硝。這一方法的最大特點在于化學(xué)品不再以熔融態(tài)回收，并且運行溫度可以保持較高。該專利提供的裝置尚有待改進，且迄今為止未見鈦酸鹽直接苛化技術(shù)成功運行的報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是綜合現(xiàn)有技術(shù)的各種優(yōu)點，克服其缺點，提供一種高含碳量制漿黑液半焦制備方法及其裝置。本方法并不追求碳轉(zhuǎn)化率的最大化，而只希望達到將濃黑液干燥并部分燃燒制取高含碳量半焦之目的。此種黑液半焦是一種松脆的、具有較好流動性的固體混合物，并且與直接苛化劑鈦酸鹽進行初步混合。這種黑液半焦與鈦酸鹽的混合固體粉末將會適用于比較常見的氣化爐例如流化床，也可應(yīng)用于回轉(zhuǎn)窯氣化爐，在這些氣化爐中，由于鈦酸鹽的存在，黑液無機物在接近900°C的高溫下仍能保持固體狀態(tài)，從而消除了熔融物腐蝕作用，而這種作用是高溫氣化工藝面臨的技術(shù)難題。鈦酸鹽的另一重要作用是在上述這些氣化爐中直接將黑液無機物碳酸鈉脫除二氧化碳并形成另一種鈦酸鹽例如 4Na20 · 5Ti02，但在本發(fā)明中并不追求這一結(jié)果，而僅需要鈦酸鹽與黑液半焦初步混合并且利用余熱。為達到上述目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案本發(fā)明高含碳量制漿黑液半焦制備方法包括以下步驟1)固形物含量在以上的濃黑液由空氣或富氧氣體作為霧化和氣化介質(zhì)，經(jīng)霧化燒嘴從頂部噴入已經(jīng)預(yù)熱的氣化爐爐膛中，控制霧化燒嘴的噴灑角以使黑液不會噴到爐壁上，所述氣化爐可內(nèi)襯耐火材料；黑液可以為硫酸鹽黑液，也可以為燒堿法黑液，后者制漿原料多為麥草，這種黑液采用傳統(tǒng)堿爐回收相比前者較為困難；所述空氣或富氧氣體預(yù)熱溫度范圍350士50°C，黑液預(yù)熱溫度范圍100士5°C，爐膛預(yù)熱及運行溫度780士20°C ；2)黑液噴入熱的爐膛旋即熱解氣化，包括蒸發(fā)、脫揮發(fā)份、部分燃燒，所述揮發(fā)份主要包括可燃氣體如氫氣、甲烷、一氧化碳、其它少量低碳烴類，以及二氧化碳和焦油，發(fā)生燃燒的物質(zhì)以所述揮發(fā)份為主，由于通入空氣或氧氣量較少，黑液熱解氣化的有機固體產(chǎn)物燃燒份額很少，成為高含碳量的半焦產(chǎn)物，以有機碳和鈉鹽為主要組分，所述半焦落到位于氣化爐爐膛底部的爐排上形成墊層，墊層通過爐排進入卸料倉中；3)墊層通過爐排連續(xù)輸出進入卸料倉中以控制墊層高度，墊層溫度以700士50°C 為宜，以免滲出熔融物；4)直接苛化劑在爐排下部輸入到卸料倉中與半焦混合，達到混合、半焦冷卻、自身溫度提高三重目的，直接苛化劑可以為二氧化鈦或三鈦酸鈉。直接苛化劑的輸入量以生成 4Na20 · 5Ti02為化學(xué)計量依據(jù)。本發(fā)明還可以包括以下步驟5)氣化爐中產(chǎn)生的氣體穿過爐排下行并從卸料倉處被引出進入分離器以分離攜帶的固體顆粒；分離器分離出來的固體與卸料倉中的爐排上的物料合并輸出；氣體由引風(fēng)機抽出系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)上述方法的氣化裝置。主體為圓筒形氣化爐，內(nèi)襯耐火材料，其特征在于氣化爐封頭采用球冠結(jié)構(gòu)，同樣內(nèi)襯耐火材料，燒嘴安裝于氣化爐軸向頂端，控制燒嘴的噴灑角以使黑液不會噴到氣化爐爐壁上；氣化爐下部設(shè)有爐排，爐排之下為卸料倉，爐排上的物料可進行卸料倉中，卸料倉中可安裝機械攪拌結(jié)構(gòu)；直接苛化劑進口位于卸料倉的壁面處；氣化爐底部出口聯(lián)接輸送帶。本發(fā)明裝置可做進一步改進如下卸料倉壁面上設(shè)有氣體出口，氣體出口通過管道連通旋風(fēng)分離器分離，旋風(fēng)分離器的的固體顆粒出口通過下料腿聯(lián)接與爐排同一輸送
市ο本發(fā)明的主要特點是爐內(nèi)不存在熔融相，由于溫度較低、停留時間較短，所以碳轉(zhuǎn)化率不高，產(chǎn)生的半焦、氣體連同混入的直接苛化劑將被輸送到下游設(shè)備繼續(xù)處理，直接苛化劑在此很少發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只為達到初步混合、余熱利用之目的。


圖1為實現(xiàn)本發(fā)明裝置簡圖
附圖標記說明空氣進入管道1，黑液進入管道2，燒嘴3，氣化爐4，墊層5，爐排6， 螺旋進料器7，卸料倉8，下料腿9，螺旋輸送機10，出氣管道11，出氣管道12，旋風(fēng)分離器 13，引風(fēng)機14。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細的說明為實現(xiàn)本發(fā)明所述的技術(shù)方案，采用如圖1所示的氣化裝置。裝置的主體為一臺圓筒形的氣化爐4，其頂部中心線位置安裝有燒嘴3，空氣進入管道1和黑液進入管道2與燒嘴連通；霧化和氣化介質(zhì)空氣或富氧氣體攜帶黑液從燒嘴3噴入氣化爐4的爐膛中并發(fā)生干燥、脫揮發(fā)份、部分燃燒等一系列變化，產(chǎn)生的高含碳量半焦最終落在爐排6上方的所謂墊層5之上，燒嘴3噴灑角設(shè)計確保黑液液滴不會噴射于氣化爐4的爐膛內(nèi)壁上；所述的爐排6采用一種齒輥嚙合結(jié)構(gòu)，以一條主動齒輥帶動其它若干條從動齒輥，從動齒輥的數(shù)量根據(jù)齒輥外徑和爐膛內(nèi)徑?jīng)Q定，齒輥主體采用耐熱鑄鐵鑄造，軸承采用水冷結(jié)構(gòu)；通過調(diào)節(jié)齒輥的轉(zhuǎn)速控制墊層的高度，隨著齒輥的轉(zhuǎn)動一部分半焦落入卸料倉8 ；螺旋進料器7連接于卸料倉8的壁面，所述直接苛化劑也即二氧化鈦或三鈦酸鈉在此輸入與爐排6落下的熾熱半焦產(chǎn)物混合；卸料倉8中可安裝機械攪拌結(jié)構(gòu)，半焦產(chǎn)物與直接苛化劑的混合固體顆粒由螺旋輸送機10輸出反應(yīng)系統(tǒng)；氣化爐4中產(chǎn)生的氣體通過連接于爐排下方、卸料倉壁面處氣體出口的管道11進入旋風(fēng)分離器13，旋風(fēng)分離器13沉降顆粒通過下料腿9進入螺旋輸送機10與卸料倉8落下的物料一同輸出，氣體由引風(fēng)機14通過管道12引出反應(yīng)系統(tǒng)。所述氣化爐4爐壁鋼板、內(nèi)襯及爐排6均不需要采用特殊材料，爐壁可采用Q235 鋼板，內(nèi)襯可采用粘土質(zhì)耐火磚，齒輥爐排6主體可用耐熱鑄鐵，齒輥軸承可利用循環(huán)水降溫。燒嘴3的設(shè)計制造可參考水煤漿氣化，在構(gòu)型和材料選擇上國內(nèi)外已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗。實施例1一套處理量為120tds/d(噸固形物/天)硫酸鹽黑液氣化系統(tǒng)。黑液固形物含量62 %，固形物中碳含量32. 42 %，氫含量5. 89 %，氮含量0. 09 %，氧含量38. 91 %，硫含量 3. 17%，鈉含量16. 90%，其它合計2. 62%，固形物總計100%，均為質(zhì)量百分含量。絕干固形物低位熱值12. 31MJ/kg。輸入濃黑液質(zhì)量流率8065kg/h，溫度100°C;三鈦酸鈉(化學(xué)式 Na2O ·3 02)39631^Λ，溫度 100°C;空氣 4231Nm7h，溫度 350°C，理論空氣量 16305Nm7h，相當于氣化當量比0. 26。氣化爐平均運行溫度800°C，忽略爐體散熱損失。輸出半焦
h，絕干低位熱值12. 5MJ/kg，以固定碳占半焦質(zhì)量百分比計算，其數(shù)值一般在32-39%，可燃組分中90%以上為碳，其它主要為氫；水蒸氣3823kg/h，含蒸發(fā)水和燃燒產(chǎn)水；二氧化碳 1736kg/h ；氮氣 3894kg/h ；三鈦酸鈉 3963kg/h。輸入合計 17105kg/h，輸出合計 16:345kg/ h，質(zhì)量差為少量可燃氣體和焦油等成分。若以二氧化鈦為直接苛化劑則對應(yīng)的質(zhì)量流率為 1837kg/h0實施例2以純氧或富氧作為霧化和氣化介質(zhì)仍按上述實施例進行，需要將空氣替換為相應(yīng)的氧氣并按比例改變流量，在此不再重復(fù)。
實施例3一套處理量為120tds/d (噸固形物/天)麥草燒堿法黑液氣化系統(tǒng)。黑液固形物含量55%，固形物中碳含量31. 84%，氫含量5. 00%，氮含量0. 31 %，氧含量36. 67%,硫含量0. 18%，鈉含量17. 50%，其它合計8.5%，固形物總計100%，均為質(zhì)量百分含量。絕干固形物低位熱值11. 5MJ/kg。輸入濃黑液質(zhì)量流率9091kg/h，溫度10(TC ；三鈦酸鈉(化學(xué)式 Na2O · 3Ti02)4103kg/h，溫度 100°C ；空氣 5288Nm3/h，溫度 350°C，理論空氣量 1473INm3/ h，相當于氣化當量比0.36。氣化爐平均運行溫度800°C，忽略爐體散熱損失。輸出半焦 2810kg/h ；水蒸氣 4850kg/h ；二氧化碳 2173kg/h ；氮氣 4867kg/h ；三鈦酸鈉 4103kg/h。輸入合計l%40kg/h，輸出合計18803kg/h，質(zhì)量差為少量可燃氣體和焦油等成分。若以二氧化鈦為直接苛化劑則對應(yīng)的質(zhì)量流率為1902kg/h。
權(quán)利要求
1.一種高含碳量制漿黑液半焦制備方法，其特征在于包括以下步驟1)固形物含量在以上的濃黑液由空氣或富氧氣體作為霧化和氣化介質(zhì)，經(jīng)霧化燒嘴從頂部噴入已經(jīng)預(yù)熱的氣化爐爐膛中，空氣或富氧氣體預(yù)熱溫度范圍350士50°C，黑液預(yù)熱溫度范圍100士5°C，爐膛預(yù)熱及運行溫度780士20°C ；2)黑液噴入氣化爐爐膛經(jīng)熱解氣化后成為半焦產(chǎn)物，所述半焦落到位于氣化爐爐膛底部的爐排上形成墊層；3)墊層通過爐排連續(xù)輸出進入卸料倉中以控制墊層高度；4)直接苛化劑在爐排下部輸入到卸料倉中與半焦混合，并通過輸送機輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的高含碳量制漿黑液半焦制備方法，其特征在于還包括以下步驟5)氣化爐中產(chǎn)生的氣體穿過爐排下行并從卸料倉處被引出進入分離器以分離出攜帶的固體顆粒；分離器分離出來的固體與卸料倉中的爐排上的物料合并輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的高含碳量制漿黑液半焦制備方法，其特征在于步驟1)中控制霧化燒嘴的噴灑角以使黑液不會噴到氣化爐爐壁上。
4.如權(quán)利要求1所述的高含碳量制漿黑液半焦制備方法，其特征在于所述墊層溫度控制在 700士50°C。
5.如權(quán)利要求1所述的高含碳量制漿黑液半焦制備方法，其特征在于所述直接苛化劑為二氧化鈦或三鈦酸鈉。
6.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的氣化裝置，主體為圓筒形氣化爐，內(nèi)襯耐火材料，其特征在于氣化爐封頭采用球冠結(jié)構(gòu)，同樣內(nèi)襯耐火材料，燒嘴安裝于氣化爐軸向頂端，控制燒嘴的噴灑角以使黑液不會噴到氣化爐爐壁上；氣化爐下部設(shè)有爐排，爐排之下為卸料倉，爐排上的物料可進行卸料倉中；直接苛化劑進口位于卸料倉的壁面處；氣化爐底部出口聯(lián)接輸送機。
7.如權(quán)利要求6所述的氣化裝置，其特征在于卸料倉壁面上設(shè)有氣體出口，氣體出口通過管道連通旋風(fēng)分離器分離，旋風(fēng)分離器的的固體顆粒出口通過下料腿聯(lián)接于氣化爐底部同一輸送機。
8.如權(quán)利要求6所述的氣化裝置，其特征在于所述的爐排采用齒輥嚙合結(jié)構(gòu)，以一條主動齒輥帶動其它若干條從動齒輥。
9.如權(quán)利要求6所述的氣化裝置，其特征在于卸料倉中安裝機械攪拌結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高含碳量黑液半焦制備方法及裝置。固形物含量在54％以上的濃黑液由空氣或富氧氣體霧化燒嘴從頂部噴入已經(jīng)預(yù)熱的氣化爐爐膛中，黑液發(fā)生干燥和部分燃燒后形成的半焦降落在位于氣化爐底部的爐排上，并經(jīng)爐排落入卸料倉中，直接苛化劑輸入到卸料倉中與半焦混合。全部氣相產(chǎn)物從爐排下部引出進入旋風(fēng)分離器，在此分離下來的固體顆粒與前述半焦一同輸出反應(yīng)系統(tǒng)。本發(fā)明裝置主體為氣化爐，中低溫運行，約800℃，固態(tài)排渣，不需要特殊的耐火材料和鋼材，產(chǎn)生的高含碳量半焦可用于下一級氣化爐。本發(fā)明爐內(nèi)不存在熔融相，由于溫度較低、停留時間較短，所以碳轉(zhuǎn)化率不高，產(chǎn)生的半焦、氣體連同混入的直接苛化劑將被輸送到下游設(shè)備繼續(xù)處理。
文檔編號C01B3/32GK102337156SQ20111025706
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者吳創(chuàng)之, 周肇秋, 王貴金, 袁洪友, 陰秀麗 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所