一种液态高炉渣粒化制取焦油裂解催化剂的方法与装置与流程

本发明涉及能源回收利用领域，具体涉及一种液态高炉渣粒化制取焦油裂解催化剂的方法与装置。

背景技术：

高炉渣是钢铁生产过程的主要副产品，含热量丰富，每生产1吨生铁要副产0.3～0.6吨炉渣，每吨渣约含有（1.26～1.88）×10⁶kJ的显热。炉渣所含有的余热量高但其品味较低，目前，还没有找到有效的回收与利用途径。

水淬工艺是目前高炉渣处理应用最广泛的方式，水渣后续的使用路径成熟，但基本没有熔渣显热的回收，造成巨量的能源和水资源浪费。高炉渣的干式显热回收技术具有良好的前景，按照炉渣粒化方式，干式粒化法主要包括风淬法和离心粒化法。

无论是风淬或是离心粒化技术，其粒化方式较单一，能耗大，粒化不充分，粒化率通常在90%以下。且均采用空气作为换热介质，换热系数低，影响换热速率和气渣比，进而造成空压机设备大型化和工艺的经济性指标降低。此外，高炉渣干式粒化技术，前提之一是保证高炉渣在进行显热回收处理后，可作为一种资源继续使用，否则巨量的高炉渣堆积对企业是难以承受的。液态高炉渣是一种多元金属熔体，经干法粒化后形成的炉渣颗粒，除作为水泥行业的添加剂使用外，还可以用做生物质焦油降解的催化剂，对焦油的裂解具有一定的催化效果，但由于其主要活性成分氧化铁含量偏低，一定程度上降低了其催化活性。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种离心粒化、机械破碎、风淬和水冷相结合的粒化装置与方法，以期实现液态熔渣的高效粒化与迅速换热，从而保证产品粒化率90%以上，耗水量控制在100kg/吨渣以下，粒化产物可作为生物质焦油裂解的高效催化剂。为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

本发明提供一种液态高炉渣粒化制取焦油裂解催化剂的方法与装置，其特征在于，该粒化装置顶部开有液态液态高炉渣进口和高温空气出口，中部设有锥形粒化器；粒化装置内壁设有溢流式水冷壁，锥形粒化器与溢流式水冷壁之间设有喷洒装置，溢流式水冷壁下部开有粒化渣粒出口；所述锥形粒化器上部为锥形，下部为圆柱形，圆柱表面开有多个小孔，小孔下方装有多个破碎叶片，锥形粒化器底部开有高压空气进口；

所述锥形粒化器锥角α为30°~90°，锥形粒化器下部圆柱表面开有直径在2~4mm之间的小孔，开孔率为30%，小孔与破碎叶片间相互交错排列，破碎叶片与圆柱表面间夹角β为30°~60°。

本发明还提供了一种利用上述装置进行液态高炉渣粒化制取焦油裂解催化剂的方法，其特征在于它包括以下步骤：

（1）粒化前向液态高炉渣中添加质量分数10%~20%的铁矿粉；

（2）所述与铁矿粉混合后的液态高炉渣落到高速旋转的锥形粒化器表面，在离心力和重力的作用下沿锥面迅速延展形成薄膜向下流动；

（3）由锥形粒化器表面小孔射出的高压气流，将液态渣风淬成小颗粒液滴，向溢流式水冷壁面运动时与高速旋转的破碎叶片相碰撞，在机械力的冲击作用下被二次破碎成更小颗粒，同时被螺旋上升的气流进一步风淬粒化；

（4）所述粒化后的小颗粒渣落到溢流式水冷壁表面后，持续与水冷壁表面流动的水膜换热进一步冷却，并沿水冷壁下滑至底部出口；

（5）粒化产生的具有一定压力的高温空气与水蒸气的混合气体进入余热回收装置进行热回收。

进一步的，粒化过程中，可开启喷洒装置向粒化渣粒表面喷洒催化剂粉末。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

（1）将离心粒化、机械破碎、风淬和水冷方式结合，既实现液态熔渣的高效粒化与迅速换热，又能够保证产品粒化率90%以上，耗水量控制在100kg/吨渣以下；

（2）采用风淬与水冷相结合的冷却方式，加快高温粒化渣的液-固态相变，极大缩减了粒化渣的冷却所需空间，粒化装置结构紧凑，克服了传统离心粒化或风淬设备占地面积大的缺点，可满足高炉底部空间有限的要求；

（3）采用流动的水膜将粒化渣输送出粒化装置，避免了渣粒之间的相互粘结；

（4）粒化炉渣颗粒经水冷后表面多孔，可用作生物质等裂解焦油分解的催化剂，增加了显热回收后产品的附加值。

附图说明

图1是液态高炉渣粒化装置

图2 高炉渣用于生物质焦油降解催化性能评价

附图中：1液态高炉渣进口；2高温空气水蒸气出口；3 锥形粒化器；4溢流式水冷壁；5喷洒装置；6 粒化渣粒出口；7小孔；8破碎叶片；9高压空气进口。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明提供一种液态高炉渣粒化装置，该粒化装置顶部开有液态高炉渣进口1和高温空气水蒸气出口2，中部设有锥形粒化器3；粒化装置内壁设有溢流式水冷壁4，锥形粒化器3与溢流式水冷壁4之间设有喷洒装置5，溢流式水冷壁4下部开有粒化渣粒出口6；所述锥形粒化器3上部为锥形，下部为圆柱形，圆柱表面开有多个小孔7，并装有多个破碎叶片8，锥形粒化器底部开有高压空气进口9；

所述锥形粒化器3锥角为60°，锥形粒化器3下部圆柱表面开有直径在2mm的小孔7，开孔率为30%，小孔7与破碎叶片8间相互交错排列，破碎叶片8与圆柱表面夹角为45°。

本发明还提供了一种利用上述装置进行液态高炉渣粒化制取焦油裂解催化剂的方法，其特征在于它包括以下步骤：

（1）粒化前向液态高炉渣中添加质量分数20%的铁矿粉；

（2）所述与铁矿粉混合后的液态高炉渣落到高速旋转的锥形粒化器表面，在离心力和重力的作用下沿锥面迅速延展形成薄膜向下流动；

（3）由锥形粒化器表面小孔射出的高压气流，将液态渣风淬成小颗粒液滴，向溢流式水冷壁面运动时与高速旋转的破碎叶片相碰撞，在机械力的冲击作用下被二次破碎成更小颗粒，同时被螺旋上升的气流进一步风淬粒化；

（4）所述粒化后的小颗粒渣落到溢流式水冷壁表面后，持续与水冷壁表面流动的水膜换热进一步冷却，并沿水冷壁下滑至底部出口；

（5）粒化产生的具有一定压力的高温空气与水蒸气的混合气体进入余热回收装置进行热回收。

对粒化产物进行收集筛分后，粒化率达95%，粒化渣颗粒直径在2mm以下的达80%，介于2到4mm之间的占18%，渣纤维含量在2%左右。选取粒径在2mm以下的粒化渣作为生物质裂解的催化剂，在900℃下与生物质进行共裂解，裂解产物分布如图2所示：

可以看出，与生物质单独裂解相比，采用本方法制备的高炉渣颗粒作为裂解催化剂时，裂解产物中气体产率明显增加，焦油含量则急剧下降，表明高炉渣对焦油的降解转化效果明显，焦油大部分转化为气体。由实验结果还可以看出，采用本方法制备的高炉渣颗粒的催化活性，与常规催化剂煅烧白云石相近。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。