一种铁氧化产物分离、还原、还原产物储运的系统及方法

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。

技术实现要素：

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。