专利名称：煤酸反应脱硫去灰装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于化工设备领域，确切地说是超净煤生产线上的煤酸反应脱硫去灰装置。
背景技术：
通过国内外文献查新，目前还尚无工业化规模同等原理的超净煤生产成套装置，在对用氢氟酸和氟硅酸去灰的相关研究和探讨多年来在学术界一直未停止。从实验室到小试装置，有一定数量的文章和研究成果发表，其中大连理工大学学报第33卷1期刊登一篇文章《用含氟酸脱灰制取超纯煤》和太原理工大学学报第31卷4期刊登一篇文章《酸洗脱灰对原煤样品性能的影响研究》，它们所涉及的基本原理与本申请中工业成套装置的主工艺工作原理很相近，但未涉及到实际生产中具体采用的设备的设计问题。澳大利亚人罗伯特和麦士维在小试验中发明了《氟酸洗煤装置》，以下简称罗麦装置，该罗麦装置是将超声波装置和管式反应器集合在一个大的环形封闭水箱内，超声波装置不直接与煤酸混合液接触，而是通过水传递媒介对煤酸混合液进行作用，管式反应器的出口接在一隔栅式重矿分离器上，通过实验室内的小试验该装置在设计中已存在有以下问题，难以用于工业化生产。首先，超声波被水和塑料吸收损失量过大；煤在酸液中的比重比罗麦二人计算估计的大，因此，煤酸混合液在管式反应器中的分层没有达到预测计算的目的，由此导致重矿分离器基本失效，处理后灰分残留量是2.78％，其中硫化铁残留量是85％，钙镁残留量是70％。环形水箱内所有机构难易维修或更换，一旦有故障，将导致长时间停产。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服上述现有技术中存在的问题，而提供一种煤酸反应脱硫去灰装置，以满足工业化生产，达到脱硫去灰净化煤的效果。
本目的以下列技术方案来实现该煤酸反应脱硫去灰装置，它包括有超声波反应器、管式反应器、压力泵及重矿分离器，所述的超声波反应器是一个超声波反应罐。在超声波反应罐的罐体上通过管道连接有加热搅拌反应槽，其中超声波反应罐的出料口通过管道与加热搅拌反应槽的进料口相接，在搅拌反应槽的出口连接压力泵，压力泵的另一端与管式反应器相接，所述的重矿分离器由两级分离器连接构成，管式反应器与一级重矿分离器通过管道相接，一级分离器的下端出料口通过管道与二级重矿分离器的入料口相接，在二级分离器与加热搅拌反应槽之间还设置有反应液回流管。所述的超声波反应罐主要由反应罐本体，罐体内侧一周均匀地设置装有超声波的安装板，罐内中间位置设有搅拌器，罐体上设有进料口、出料口所构成，沿超声波反应罐内壁，且在装有超声波的安装板相互之间可以设有护板。所述的管式反应器为螺旋管式结构。所述的加热搅拌反应槽是由长方形的箱体，箱体内设有蛇形加热管，加热管的两端侧分别设有搅拌器所构成，其中加热管和搅拌器分别固定在箱体的顶盖或箱底上。所述一级重矿分离器是由一个锥形体外壳，外壳内横向设有物料导管，导管上设有物料悬浮槽，物料导管从物料悬浮槽中间穿过，在导管与悬浮槽的底部分别设有下料缝隙所构成；二级重矿分离器是由一个锥形体分离罐，在锥形体分离罐内壁设有导流槽构成，在其分离罐的一侧设有反应液回流口，其下端设有重矿出口。
本实用新型与现有技术比较具有以下优点该设计中使得超声波直接作用于煤酸混合液，解决了超声波的衰减问题；反应过程增设了加热搅拌反应设施，加长了煤酸反应时间，对去灰分中钙、镁成分效果显著；设计了特殊结构的两级重矿分离器，使脱出的酸液没有浪费，降低了生产成本。总而言之，本装置首次将氟酸洗煤方法用于工业化生产中，可在2吨/小时的规模下连续产出低灰分的超净煤，超净煤的灰分含量是1.51％、硫化铁残留量5％、钙镁残留量是20％，热值大于7800大卡。
图1为本实用新型整体内部构造及其连接结构示意图。
图2为超声波反应罐的俯视图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型的整体结构连接及其每部分的内部构造作进一步详细说明如图1所示，该煤酸反应脱硫去灰装置主要由超声波反应罐1、加热搅拌反应槽2、压力泵3、管式反应器4及重矿分离器5以次通过管道连接组成。其中超声波反应罐是由反应罐本体8、罐体内侧一周均匀地设置装有超声波的安装板9、其中心位置设置有搅拌器10、罐体上设有进料口20和出料口21构成，在超声波的安装板9相互之间设有物料护板19。所述的加热搅拌反应槽2是由一个长方形的箱体11、沿着长的方向在箱体内安装有蛇形加热管12，加热管的两端侧分别安装一台搅拌器13构成。加热管和搅拌器分别固定在箱体上，在箱体顶盖上还设有SIF4的出口22，蛇形管上箭头所指的是加热气体的进口和出口。所述管式反应器4是一种螺旋管式结构。所述的重矿分离器由两级分离器构成，其中一级重矿分离器5主要由一个锥形体外壳14，在外壳内横向设有物料导管15，导管上设有物料悬浮槽16，导管从悬浮槽中间穿过所构成。在物料导管和物料悬浮槽的底部分别开设有下料条缝17，物料导管的上部开设有溢流孔23，导管的两端固定在锥形体外壳上，悬浮槽的底部由两根支柱在外壳内固定支撑，外壳的上端装置有SIF4回收管24。二级重矿分离器6是由锥形体分离罐本体，分离罐内壁设有旋转式导流槽18构成。一级重矿分离器的下端出料口与二级重矿分离器上端侧的进料口串接。在二级重矿分离器的分离罐一侧设置有反应液回流出口(分上液位出口和下液位出口)，它通过管道与加热搅拌反应槽顶部的反应液回收口相接，使反应液回收后继续再使用不至于浪费。
该装置在安装时，使超声波反应罐1安装位置高于加热搅拌反应槽2，物料在位差下从超声波反应罐自然流入搅拌反应槽。管式反应器架空安装，物料经耐酸泵(压力泵)从反应槽出口送入管式反应器。一级重矿分离器与管式反应器出口水平安装，物料经管式反应器自然流入一级重矿分离器。二级重矿分离器连接在一级重矿分离器的下料口上，但其位置高于加热搅拌反应槽，使得回收反应液自然回流至反应槽内。
该装置的工作原理及过程首先将酸由20％浓度的氢氟酸和20％浓度的氟硅酸各半构成，煤酸按1∶3的比例经搅拌混合后送入超声波反应罐中，在28KHz大功率超声波的连续作用及搅拌器10和护板9的协助下，煤酸得到了加速反应，反应后的煤酸混合液送入加热搅拌反应槽(由外界向蛇形加热管送热气体)将混合液加温至70℃，由于加热搅拌反应槽长度较长，被反应煤平均在槽内滞留时间约为5分钟。使得煤酸得到了充分的反应，其中二氟化硅被转化为四氟化硅气体从出口22排出回收、二氧化硫被转化为硫化铁沉淀外，其他均混合进入酸液之中。然后，由压力泵将混合酸液送入管式反应器。由于管式反应器盘旋在上空，总长度是反应槽长度的50倍，煤酸混合液在管中滞留的平均时间为15分钟，这时，煤酸得到了完全充分的反应，煤中灰经化学反应得到了重组。可在后续的固液分离环节中与煤分离被除去。由于充分反应后的煤比重较轻(约为0.9)，而硫化铁比重较大(约为1.5)，经很长的管式反应器过程，混合物液实现了分层，重矿在下，净煤在上，然后进入两级重矿分离器，第一级重矿分离器采用了物料悬浮槽和物料导管，物料悬浮槽内充满液体，提供物料浮力，从而保持管式反应器中流动的混合液动态形态不变。因此，煤酸混合液流经物料导管时，由于物料导管底部有条缝，所以大部分硫化铁等重矿形成杂物和少部分净煤被分离到物料悬浮槽内，而硫化铁和少量净煤经物料悬浮槽底部的缝被析出沉淀在一级重矿分离器底部，然后进入到二级重矿分离器，于此同时还有一部分四氟化硅气体从出口24排出回收。二级重矿分离器采用了旋流离心分离的原理，在圆锥形分离器内壁装有螺旋线导流槽。当物料在落差作用下进入二级重矿分离器后，按旋转方向沿导流槽向下运动，硫化铁因较重，只在中心方向旋转，然后沉淀到底部被排出。净煤和酸液较轻，贴近内壁旋转并被回流管逐步导回加热搅拌反应槽，至此，完成了去灰脱硫的全过程。
权利要求1.一种煤酸反应脱硫去灰装置，它包括有超声波反应器、管式反应器、压力泵及重矿分离器，其特征是所述的超声波反应器是一个超声波反应罐(1)，在超声波反应罐的罐体上通过管道连接有加热搅拌反应槽(2)，搅拌反应槽的出口与压力泵(3)相接，压力泵的另一端与管式反应器(4)相接，所述的重矿分离器由两级分离器连接构成，管式反应器(4)与一级重矿分离器(5)通过管道相接，一级分离器的下端出料口通过管道与二级重矿分离器(6)的入料口相接，所述的二级分离器(6)与加热搅拌反应槽(2)之间设置有反应液回流管(7)。
2.根据权利要求1所述的煤酸反应脱硫去灰装置，其特征是所述的超声波反应罐(1)主要由反应罐本体(8)，罐体内侧一周均匀地设置有装有超声波的安装板(9)，罐内中间位置设有搅拌器(10)，罐体上设有进料口(20)、出料口(21)所构成。
3.根据权利要求1所述的煤酸反应脱硫去灰装置，其特征是所述的管式反应器(4)为螺旋管式结构。
4.根据权利要求1所述的煤酸反应脱硫去灰装置，其特征是所述的加热搅拌反应槽(2)是由长方形的箱体(11)，箱体内设有蛇形加热管(12)，加热管的两端侧分别设有搅拌器(13)所构成，其中加热管和搅拌器分别固定在箱体(11)的顶盖或箱底上。
5.根据权利要求1所述的煤酸反应脱硫去灰装置，其特征是所述一级重矿分离器(5)是由一个锥形体外壳(14)，外壳内横向设有物料导管(15)，导管上设有物料悬浮槽(16)，物料导管从物料悬浮槽中间穿过，在导管与悬浮槽的底部分别设有下料缝隙(17)所构成。
6.根据权利要求1所述的煤酸反应脱硫去灰装置，其特征是所述的二级重矿分离器(6)是由一个锥形体分离罐，在锥形体分离罐内壁设有导流槽(18)构成，所述分离罐的一侧设有反应液回流口，其下端设有重矿出口。
7.根据权利要求2所述的煤酸反应脱硫去灰装置，其特征是沿超声波反应罐内壁，且在装有超声波的安装板(9)相互之间可以设有护板(19)。
专利摘要本实用新型涉及一种煤酸反应脱硫去灰装置，它是超净煤生产线上的部分生产设备。它主要由超声波反应罐1、在其出料口由管道连接有加热搅拌反应槽2、反应槽出口端装有压力泵3、泵的另一端连接有管式反应器4、管式反应器与重矿分离器相接构成。其中重矿分离器分一级重矿分离器5、二级重矿分离器6，二级重矿分离器与加热搅拌反应槽之间连接有反应液回流管。该装置是首次将氟酸洗煤方法用于工业化生产，可在2吨/小时的规模下连续产出低灰分的超净煤，该煤的灰分仅有1.51％，而热值大于7800大卡，是降低城市环境污染所采用的一种燃料。
文档编号C10L10/00GK2661313SQ0326274
公开日2004年12月8日 申请日期2003年9月9日 优先权日2003年9月9日
发明者魏大山 申请人:魏大山