一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统，系统包括竖炉焙烧系统，炉顶气循环系统，加热系统和冷却气循环系统，其中，所述竖炉焙烧系统依次与炉顶气循环系统、加热系统连接，所述加热系统与竖炉焙烧系统、冷却气循环系统连接。应用该实用新型的技术方案，可以将炉顶气进行净化处理后部分循环利用，不仅降低了粉尘及有害气体的污染，而且提高了富氧空气利用率，焙烧气氛、温度与时间等工艺参数易于控制，钒的氧化效率高，有利于提高钒的转化率。
【专利说明】一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统【技术领域】
[0001]本实用新型涉及化学化工【技术领域】，具体涉及一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统。【背景技术】
[0002]钒是全球性的稀缺资源及重要战略金属，由于其具有很高的抗张强度、硬度、抗疲劳强度和较好的抗腐蚀性等性能，被广泛用于钢铁、有色冶金和化工等行业，其中85%以上用于钢铁工业。在钢中加入0.1%的钒，可提高钢强度10%~20%，减轻结构重量15%~25%，降低成本8%~10%。随着钢铁工业向优、精、特方向发展，高质量钒钢的应用将日益广泛，目前我国钢铁行业中钒的消费强度大约为50克/吨钢，远未达到欧美等发达国家98克/吨钢的平均水平。在第十二届(香港)亚洲铁合金会议上，专家预计全球钒的消费量在2010~2015年的复合年增长率为10.4%，最终达到11.5万吨，钒行业发展潜力很大。
[0003]世界上大约有65种类型的含钒矿物，工业钒产品的主要原料有钒钛磁铁矿、石煤、石油灰渣、废钒触媒和铝土矿等。我国的石煤资源极为丰富，探明储量为618.8亿吨，V2O5品位多在0.3%~1.0%，其中W(V2O5)≥0.5%的石煤中V2O5储量为7707.5万吨，是我国钒钛磁铁矿中V2O5储量的6.7倍。石煤是金属钒提取的重要资源，钒主要以低价态存在，尤其是以酸碱均难溶的三价钒化合物存在。目前，石煤提钒的方法较多采用原矿(或脱碳后的灰渣)焙烧一浸出一钒液净化一沉钒煅烧的方法。焙烧是石煤提钒过程中的关键步骤，焙烧效果直接影响钒浸出率，因而在一定程度上决定整个工艺流程的钒总回收率。
[0004]石煤焙烧既可脱除石煤中的碳，又可把低价态的钒尽可能氧化成高价态、与物料中的金属氧化物反应生成可溶于水、酸或碱的钒酸盐。在石煤焙烧过程中，影响焙烧效果的因素主要是添加剂种类及用量、焙烧炉型、焙烧温度、焙烧时间、焙烧气氛等。焙烧温度决定氧化反应和物相变化的可能性，焙烧时间决定氧化反应的进行和物相变化的程度，炉内气氛决定氧化反应和物相变化的效果。
[0005]现有文献报道和工业应用中，按添加剂分类，焙烧可分为钠化焙烧、钙化焙烧、氧化焙烧和复合添加剂焙烧，与之相关的专利有:(I) 一种石煤钠化焙烧提钒工艺(CN101363084A), (2) 一种石煤提钒焙烧工艺(CN101260459)，(3)石煤钒矿焙烧新型环保复合添加剂(CN101177738)等；按炉型分类，可分为平窑、立窑、回转窑、隧道窑、多膛炉、沸腾炉、流化床等，与之相关的专利有:(I)石煤提钒高转化焙烧立窑(CN202092446U)，
(2)一种用于石煤提钒的回转窑(N101762153A)，(3) 一种五氧化二钒氧化焙烧炉(CN201411379)。目前的石煤焙烧工艺，普遍存在钒转化率低、能效低、污染环境等缺点。
[0006]我国从20世纪70年代开始石煤提钒的工业生产，采用钠化焙烧法，工艺过程为:石煤预脱碳一加钠盐在750~850°C焙烧2~4h—水浸或酸浸一铵盐沉钒一偏钒酸铵煅烧得五氧化二钒产品。然而使用该方法，烟气中含大量有害气体，废水或废酸难处理，环境污染大；钒回收率较低，一般约为50%(低钠焙烧的回收率为30%~40%)；
[0007]近年来，石煤的空白焙烧-碱浸受到重视，工艺过程为:空白焙烧一常压或加压碱浸一净化一离子交换一铵盐沉钒一偏钒酸铵煅烧得五氧化二钒产品。然而该方法也有其限制，空白焙烧的温度区间窄:850°C ±30°C，温度低则无法打开含钒云母晶格，温度高导致硅质矿物易于烧结；碱浸提钒工艺原料适应性差，只适合处理碱性脉石(铁、钙、镁等)含量较高的石煤矿；
[0008]传统的提钒工艺中多采用平窑、隧道窑和回转窑等炉型。目前用于石煤提钒焙烧的主体设备仍为平窑，其结构简单，投资省，能耗低，易操作，但焙烧条件不易控制，温度分布不均匀，焙烧料转化率差别大，占地面积较大，劳动条件较差。隧道窑具有焙烧温度、时间、气氛易控制等特点，但需要大块平地，建设投资较大，能耗高，需用天然气等优质燃料。回转窑的优点是结构简单，维护容易，生产能力大，窑内氧化气氛好，利用窑的转动使物料不断滚动，有利于焙烧进行，缺点是高温带过短，焙烧料在高温区停留时间短，能源利用率低。国内曾进行过用回转窑钠化焙烧含钒石煤的试验。影响石煤提钒企业大型化工业生产的原因，主要是焙烧设备的选择适当与否，同时也涉及到焙烧工艺的进一步改进。焙烧设备的选择需要根据石煤特点，结合当地实际情况综合考虑，最好是采用节能环保、便于控制、氧化效率高、占地少、投资少的燃烧设备。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种含钒石煤的焙烧系统，特别是一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统。
[0010]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0011]一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统，包括竖炉焙烧系统1，炉顶气循环系统4，加热系统2和冷却气循环系统3，所述竖炉焙烧系统I包括进料装置11，竖炉本体12和卸料装置13，其中进料装置11依次与竖炉本体12和卸料装置13连接，所述竖炉本体12依次与炉顶气循环系统4、加热系统2连接，所述加热系统2与竖炉本体12、冷却气循环系统3连接。
[0012]所述冷却气循环系统3包括水洗塔31、气液分离器32、压缩机33，其中所述竖炉本体12依次与水洗塔31、气液分离器32、压缩机33连接，所述压缩机33与竖炉本体12连接。
[0013]所述炉顶气循环系统4包括水洗塔41，气液分离器42、压缩机43、脱硫脱碳系统5，其中所述竖炉本体12的炉顶气出口依次与水洗塔41、气液分离器42、压缩机43、脱硫脱碳系统5、加热系统2连接。
[0014]所述脱硫脱碳系统5包括吸收塔51、闪蒸罐52、再生塔53、泵54，其中所述炉顶气循环系统4中的压缩机43的出口依次与吸收塔51、闪蒸罐52、再生塔53、泵54连接，所述泵54依次与吸收塔51、加热系统2连接。
[0015]应用本实用新型的有益效果:
[0016](I)反应气中氧气浓度的增大，加强了石煤中含钒物相的转化，有利于提高钒的转化率；
[0017](2)炉顶气进行净化处理后部分循环利用，不仅降低了粉尘及有害气体的污染，而且提闻了富氧空气利用率；
[0018](3)焙烧气氛、温度与时间等工艺参数容易控制。【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统的示意图
[0020]1、竖炉焙烧系统2、加热系统3、冷却气循环系统4、炉顶气循环系统
[0021]5、脱硫脱碳系统11、进料装置，12、竖炉本体13、卸料装置
[0022]31、水洗塔32、气液分尚器33、压缩机
[0023]41、水洗塔42、气液分离器43、压缩机
[0024]51、吸收塔52、闪蒸罐53、再生塔54、泵
【具体实施方式】
[0025]为更好的说明本实用新型，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0026]如图1所示，一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统包括竖炉焙烧系统1，炉顶气循环系统4，加热系统2和冷却气循环系统3，所述竖炉焙烧系统I包括进料装置11，竖炉本体12和卸料装置13，其中进料装置11依次与竖炉本体12和卸料装置13连接，所述竖炉本体12依次与炉顶气循环系统4、加热系统2连接，所述加热系统2与竖炉本体12、冷却气循环系统3连接。
[0027]所述冷却气循环系统3包括水洗塔31、气液分离器32、压缩机33，其中所述竖炉本体12依次与水洗塔31、气液分离器32、压缩机33连接，所述压缩机33与竖炉本体12连接。
[0028]所述炉顶气循环系统4包括水洗塔41，气液分离器42、压缩机43、脱硫脱碳系统5，其中所述竖炉本体12的炉顶气出口依次与水洗塔41、气液分离器42、压缩机43、脱硫脱碳系统5、加热系统2连接。
[0029]所述脱硫脱碳系统5包括吸收塔51、闪蒸罐52、再生塔53、泵54，其中所述炉顶气循环系统4中的压缩机43的出口依次与吸收塔51、闪蒸罐52、再生塔53、泵54连接，所述泵54依次与吸收塔51、加热系统2连接。
[0030]该系统运行的工艺步骤包括:
[0031](I)将石煤原矿与添加剂混合、破碎、细磨至-0.074mm( > 80%)得到生料粉，加入水和粘结剂混合均匀后在成球装置中造球，得到球径10-20_的生料球；
[0032](2)在100_120°C烘干生料球后由竖炉12顶部的进料装置11装入炉体；
[0033](3)含氧量40%?45%的反应气在加热系统2内加热至800-900°C后通入竖炉，在炉内氧化焙烧逆向运动的生料球3小时；
[0034](4)焙烧完成后的熟料，经竖炉下部的冷却段冷却至200°C以下，由底部的卸料装置13排出，经破碎后用于V2O5的浸出。
[0035](5)来自竖炉冷却段的冷却气，经过水洗塔31、气液分离器32和压缩机33后，返回竖炉冷却段循环使用。
[0036](6)从竖炉顶部排出的炉顶气依次经过水洗塔41降温除尘、气液分离器42脱除水、压缩机43加压和吸收塔脱51脱硫脱碳后，一部分与富氧空气混合后输送至加热系统2循环使用，另一部分作为加热系统2的助燃气体，加热系统的烟气可用于生产蒸汽及干燥生料球，蒸汽供再生塔53使用；[0037](7)吸收塔51中吸收了 H2S、CO2的富液，依次经过闪蒸罐52降压解吸、再生塔53高温解吸后变为贫液，由泵54送回吸收塔51循环使用。
[0038]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及进步:
[0039](I)反应气中氧气浓度的增大，加强了石煤中含钒物相的转化，有利于提高钒的转化率；含氧量30%-60%富氧空气在加热系统内加热至800-900°C后通入竖炉直接氧化石煤球团；由竖炉球团氧化焙烧理论和氧化动力学可知，助燃气体中氧含量越高，燃烧气体中的氧含量也就越高，氧分子的扩散吸附、传质能力越强，球团的氧化反应速率越大，完全氧化所需时间越短。由于石煤原矿中含有18%左右的炭质，石煤在入炉后，首先石煤中的碳在高温下与氧气反应生成CO和CO2并放出热量，如果炉内的氧分压不够，CO2会分解产生CO和02，使炉内的CO分压增加，导致炉内气氛呈还原气氛，不利于焙烧物料的氧化，因此，采用富氧焙烧强化石煤中低价钒的氧化，通过改善焙烧气氛提高钒的转化率；
[0040]石煤中常见的金属氧化物为钙、镁、铁、钠的氧化物，与五氧化二钒生成相应的钒酸盐，钒的逐步氧化及各种钒酸盐的生成温度均由600°C开始，700°C时激烈，到800°C在理论上趋于完全。因此，石煤焙烧的温度应该高于800°C，否则可溶性钒酸盐的生成在理论上不能趋向完全。
[0041](2)炉顶气进行净化处理后部分循环利用，不仅降低了粉尘及有害气体的污染，而且提闻了富氧空气利用率；
[0042](3)焙烧气氛、温度与时间等工艺参数容易控制。焙烧时间是决定焙烧成败的另一要素，石煤球团在竖炉内氧化2?4小时；焙烧分干燥-燃碳、氧化、烧成和冷却四个步骤。干燥-燃碳步骤是指入炉石煤遇热脱水，进入炉内的碳升温燃烧，产出CO和0)2气体的阶段。是从石煤入炉开始到600°C左右完成的阶段。在温度高于600°C的焙烧炉(窑)内，低价钒氧化物与氧反应生成高价钒氧化物，这一步骤为氧化步骤，它与干燥-燃碳步骤都是气-固反应，两步骤所需要的时间在Ih以上。烧成步骤是高价五氧化二钒与金属氧化物反应生成钒酸盐的过程，属于固-固反应，所需时间也在Ih以上。冷却步骤是烧成的熟料到出炉窑的时间，由于焙烧过程中有可能生成同时含有四价和五价钒的钒青铜，这种可溶性差的钒青铜与可溶性钒酸盐之间存在转变可逆性，即钒青铜在空气中氧化则可变为可溶性钒酸盐，可溶性钒酸盐缓慢冷却时则可能结晶脱氧变成钒青铜。因此冷却步骤的时间越短越好，即骤冷冷却能最大限度地抑制钒青铜的生成。通过上述分析可知，通常的焙烧时间不应低于2h。
[0043]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统，其特征在于，包括竖炉焙烧系统，炉顶气循环系统，加热系统和冷却气循环系统，所述竖炉焙烧系统包括进料装置，竖炉本体和卸料装置，其中进料装置依次与竖炉本体和卸料装置连接，所述竖炉本体依次与炉顶气循环系统、力口热系统连接，所述加热系统与竖炉本体、冷却气循环系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统，其特征在于，所述冷却气循环系统包括水洗塔、气液分离器、压缩机，其中所述竖炉本体依次与水洗塔、气液分离器、压缩机连接，所述压缩机与竖炉本体连接。
3.根据权利要求1所述的一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统，其特征在于，所述炉顶气循环系统包括水洗塔、气液分离器、压缩机、脱硫脱碳系统，其中所述竖炉本体的炉顶气气出口依次与水洗塔、气液分离器、压缩机、脱硫脱碳系统、加热系统连接。
4.根据权利要求3所述的一种含钒石煤竖炉富氧焙烧系统，其特征在于，所述脱硫脱碳系统包括吸收塔、闪蒸罐、再生塔、泵，其中所述炉顶气循环系统中压缩机的出口依次与吸收塔、闪蒸罐、再生塔、泵连接，所述泵依次与吸收塔、加热系统连接。
【文档编号】C22B1/02GK203487215SQ201320245702
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】吴道洪, 李志远, 杨娜 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司