本实用新型属于煤气化废渣回收领域，特别涉及一种用于煤炭气化废渣高效分级的两段式旋液分级装置。
背景技术：
我国是一个“富煤、贫油、少气”的国家。目前，煤炭占我国一次能源消费总量的70％，煤制甲醇、煤制油、煤制烯烃等以煤气化为龙头的新型煤化工产业，是煤炭清洁利用的重要手段，煤气化过程中会产生大量的气化废渣，目前没有被有效利用，不仅要占用大量土地储存，而且其渗滤液会对土壤和水体造成污染，煤气化废渣的资源化利用成为煤化工产业亟需解决的关键问题。
煤气化废渣的资源化回收利用既能提高废渣的经济价值，又能解决废渣储存带来的环境问题，中国专利公开的一种煤化工气化渣的处理方法，公开号：CN 104759249A提出将煤气化废渣回收可溶性钾，并得到活性残渣的方法；CN 103991898A提出将煤气化废渣中的碱金属催化剂和稀有金属Ga同时回收的方法；CN102980195A提出将气化废渣与煤泥按一定比例均匀掺混，然后加入白泥浆，在流化床锅炉内燃烧得以回收利用；CN 105396518A提出一种煤气化废渣氧化脱碳的组合循环流化床反应器装置，可将煤气化废渣氧化脱碳制灰分并联产蒸汽。
上述的现有的气化废渣资源化利用技术工艺设备复杂、投资高、能耗高，且废渣利用率低、有废弃物产生，不能将气化废渣完全利用，研发煤气化废渣高效分级装置具有重要的工业应用前景，可以高效地实现气化废渣渣的资源化回收利用，所得高纯灰分可做建筑材料的原料，而高纯碳组分比表面积高、吸附性好、热值高，可以用于制备活性炭、用于土壤改良、污水处理、燃烧发电等领域；气化废渣中含有大量多孔超细的高含碳组分和硅酸盐玻璃质灰分，平均含碳量在20％左右，不能直接用作建筑材料；又因为其水分一般在50％以上，不适宜直接做燃料燃烧，而如果能将其中的灰分与碳有效分离，就能进行分级利用。
技术实现要素：
为了实现上述目的所解决的技术方案是：一种用于煤炭气化废渣高效分级的两段式旋液分级装置，包括所述的两段式旋液分级装置包括第一段旋液分级装置和与之组合连接的第二段旋液分级装置，所述的第一段旋液分级装置上部的侧面上设有原料进口；所述的第一段旋液分级装置下端设有高密度灰分出口；所述的第一段旋液分级装置上端设有高纯碳和低密度灰分混合物出口，所述的高纯碳和低密度灰分混合物出口与所述的第二段旋液分级装置上部的侧面设置的高纯碳和低密度灰分混合物入口连接；所述的第二段旋液分级装置上端设有高纯碳出口；所述的第二段旋液分级装置下端设有低密度灰分出口。
进一步的，所述的第一段旋液分级装置分为第一柱段和第一锥段，所述的第一柱段与第一锥段通过法兰固定连接；所述的原料进口斜向切入所述的第一柱段的上部；所述的原料进口内设有第一入料管，所述的第一入料管顺着原料进口切入所述的第一柱段内部；所述的第一柱段上端与所述的高纯碳和低密度灰分混合物出口连接，所述的高纯碳和低密度灰分混合物出口内部设有第一溢流管，所述的第一溢流管顺着所述的高纯碳和低密度灰分混合物出口插入到所述的第一柱段内部，所述的第一溢流管底部低于所述的原料进口；所述的第一锥段下端与所述的高密度灰分出口连接，所述的高密度灰分出口内设有第一底流管。
进一步的，所述的第二段旋液分级装置分为第二柱段和第二锥段，所述的第二柱段与第二锥段通过法兰固定连接；所述的高纯碳和低密度灰分混合物入口斜向切入所述的第二柱段的上部；所述的高纯碳和低密度灰分混合物入口内设有第二入料管，所述的第二入料管顺着高纯碳和低密度灰分混合物入口切入所述的第二柱段内部；所述的第二柱段上端与所述的高纯碳出口连接，所述的高纯碳出口内部设有第二溢流管，所述的第二溢流管顺着所述的高纯碳出口插入到所述的第二柱段内部，所述的第二溢流管底部低于所述的高纯碳和低密度灰分混合物入口；所述的第二锥段下端与所述的低密度灰分出口连接，所述的低密度灰分出口内设有第二底流管。
进一步的，所述的第一入料管的直径D1与第一旋液分级器直径D所成比例为：D1＝(0.23～0.26)D；所述的第二入料管的直径D1′与第二旋液分级器直径D′所成比例为：D1′＝(0.2～0.23)D′；
所述的第一锥段锥角取20～45°，所述的第二锥段锥角取10～15°；
所述的第一溢流管的直径D2与旋液分级器直径D所成比例为:D2＝ (0.3～0.4)D,所述的第二溢流管的直径D2′与第二旋液分级器直径D′所成比例为D2′＝(0.2～0.3)D′；
所述的第一溢流管插入所述的第一柱段内部的深度：h1＝(0.5～0.7) D；
所述的第二溢流管插入所述的第二柱段内部的深度：h2＝(0.3～0.5) D′；
所述的第一底流管直径d1＝(0.15～0.19)D，所述的第二底流管直径 d2＝(0.19～0.25)D′；
所述的高密度灰分出口直径和高纯碳和低密度灰分混合物出口直径之比确定第一锥段锥比，所述的第一锥段的锥比V1取0.35～0.55；所述的低密度灰分出口直径和高纯碳出口直径之比确定第二锥段锥比，所述的第二锥段的锥比V2取0.55～0.65。
进一步的，所述的来料经第一入料管沿切向进入第一柱段的速度大于 5m/s，所述的来料经第二入料管沿切向进入第二柱段的速度大于5m/s。
进一步的，所述的第一段旋液分级装置入料压力P1取0.05～0.1MPa 操作，所述的第二段旋液分级装置入料压力P2取0.1～0.3MPa操作。
进一步的，所述的第一段旋液分级装置尺寸和压力一定时，入料浓度 C为10％～30％。
进一步的，所述的第一段旋液分级装置分离出密度ρ1大于1.8g/cm3的灰分，所述的第二段旋液分级装置分离出密度ρ2为1.15-1.8g/cm3的灰分。
本实用新型旨在利用离心沉降原理通过一种两段式旋液分级装置将气化废渣中的碳与灰分高效分离，所得的高纯灰分可直接用于制备建筑材料，而所得高纯碳比表面积高、吸附性好、热值高，可以用于制备活性炭、污水处理、燃烧发电等领域，可实现更高价值的利用，本实用新型装置具有分离效率高、结构简单、操作方便等优势，适合广泛推广。
附图说明
图1为本实用新型用于煤炭气化废渣高效分级的两段式旋液分级装置的两段式旋液分级器示意图。
图2为本实用新型用于煤炭气化废渣高效分级的两段式旋液分级装置的第一段旋液分级装置结构图示意图。
图3为本实用新型用于煤炭气化废渣高效分级的两段式旋液分级装置的第二段旋液分级装置结构图示意图。
图4为本实用新型用于煤炭气化废渣高效分级的两段式旋液分级装置的旋液分级器涡旋流动示意图。
图中：1.第一段旋液分级装置2.第二段旋液分级装置3.原料进口4. 高密度灰分出口5.高纯碳和低密度灰分混合物出口6.高纯碳出口7. 低密度灰分出口101.第一入料管102.第一柱段103.第一锥段104.第一底流管105.第一溢流管501.高纯碳和低密度灰分混合物入口201. 第二入料管202.第二柱段203.第二锥段204.第二底流管205.第二溢流管。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本实用新型实施例作进一步的描述。
实施例一
如附图1-4所示的一种用于煤炭气化废渣高效分级的两段式旋液分级装置，包括第一段旋液分级装置1和与之组合连接的第二段旋液分级装置2，所述的第一段旋液分级装置1上部的侧面上设有原料进口3；所述的第一段旋液分级装置1下端设有高密度灰分出口4；所述的第一段旋液分级装置1上端设有高纯碳和低密度灰分混合物出口5，所述的高纯碳和低密度灰分混合物出口5与所述的第二段旋液分级装置2上部的侧面设置的高纯碳和低密度灰分混合物入口501连接；所述的第二段旋液分级装置2上端设有高纯碳出口6；所述的第二段旋液分级装置2下端设有低密度灰分出口7。
第一段旋液分级装置1分为第一柱段102和第一锥段103，第一柱段 102与第一锥段103通过法兰孔固定连接；原料进口3斜向切入第一柱段 102的上部；原料进口3内设有第一入料管101，第一入料管101顺着原料进口3切入第一柱段102内部；第一柱段102上端与高纯碳和低密度灰分混合物出口5连接，高纯碳和低密度灰分混合物出口5内部设有第一溢流管105，第一溢流管105顺着高纯碳和低密度灰分混合物出口5插入到第一柱段102内部，第一溢流管105底部低于所述的原料进口3；第一锥段103下端与高密度灰分出口4连接，高密度灰分出口4内设有第一底流管104。
第二段旋液分级装置2分为第二柱段202和第二锥段203，第二柱段 202与第二锥段203通过法兰孔固定连接；高纯碳和低密度灰分混合物入口501斜向切入第二柱段202的上部；高纯碳和低密度灰分混合物入口 501内设有第二入料管201，第二入料管201顺着高纯碳和低密度灰分混合物入口501切入第二柱段202内部；第二柱段202上端与高纯碳出口6 连接，高纯碳出口6内部设有第二溢流管205，第二溢流管205顺着所述的高纯碳出口6插入到第二柱段202内部，第二溢流管205底部低于高纯碳和低密度灰分混合物入口501；第二锥段203下端与低密度灰分出口 7连接，低密度灰分出口7内设有第二底流管204。
本实例中，第一段旋液分级装置1和第二段旋液分级装置2的处理能力20t/h；
第一段旋液分级装置1的直径D＝300mm,第二段旋液分级装置2的直径D′＝280mm；第一入料管101直径D1＝75mm；第二入料管201的直径D1′＝62mm；
第一锥段103锥角取20°，第二锥段203锥角取12°；
第一溢流管105的直径D2＝111mm；第二溢流管205的直径D2′＝84mm；
第一溢流管105插入第一柱段102内部的深度h1＝180mm；第二溢流管 205插入第二柱段202内部的深度h2＝112mm；
第一底流管104直径d1＝57mm，第二底流管204直径d2＝54mm；
高密度灰分出口4直径和高纯碳和低密度灰分混合物出口5直径之比确定第一锥段103锥比，第一锥段103的锥比V1取0.51；所述的低密度灰分出口7直径和高纯碳出口6直径之比确定第二锥段203锥比，第二锥段203的锥比V2取0.64。
以某甲醇产厂德士古水煤浆气化炉所产细渣为原料，细渣含水60％，湿基含碳31.4％，干基含碳56％；将细渣加入原料池，并添加自来水，充分搅拌得到浓度20％的浆液；进一步的，所述的第一段旋液分级装置1尺寸和压力一定时，入料浓度C为20％。
来料经第一入料管101沿切向进入第一柱段102的速度大于5m/s，来料经第二入料管201沿切向进入第二柱段202的速度大于5m/s。
第一段旋液分级装置1入料压力P1取0.08MPa操作，第二段旋液分级装置2入料压力P2取0.2MPa操作。
第一段旋液分级装置1分离出密度ρ1大于1.8g/cm3高密度灰分从分离器底端排出，较低密度灰分ρ1＝(1.15-1.8)g/cm3与高含碳组分从高纯碳和低密度灰分混合物出口5,排出后进入所述的第二段旋液分级装置 2中继续分离；经第二段旋液分级装置2分离后，较低密度灰分从所述的低密度灰分出口7排出，高纯碳组分从高纯碳出口6排出，得到烧失量为2.8％的高纯灰和干基含碳79.5％的高纯碳，所得高纯碳比表面积420m 2/kg。
实施例二
本实例中，第一段旋液分级装置1和第二段旋液分级装置2的处理能力35t/h；
第一段旋液分级装置1的直径D＝350mm,第二段旋液分级装置2的直径D′＝320mm；第一入料管101直径D1＝88mm；第二入料管201的直径D1′＝70mm；
第一锥段103锥角取30°，第二锥段203锥角取15°；
第一溢流管105的直径D2＝130mm；第二溢流管205的直径D2′＝96mm；
第一溢流管105插入第一柱段102内部的深度h1＝210mm；第二溢流管 205插入第二柱段202内部的深度h2＝128mm；
第一底流管104直径d1＝67mm，第二底流管204直径d2＝61mm；
高密度灰分出口4直径和高纯碳和低密度灰分混合物出口5直径之比确定第一锥段103锥比，第一锥段103的锥比V1取0.52；所述的低密度灰分出口7直径和高纯碳出口6直径之比确定锥段203锥比，第二锥段 203的锥比V2取0.64；
以某甲醇产厂德士古水煤浆气化炉所产粗渣为原料，粗渣含水58％，湿基含碳14.7％，干基含碳35％。将粗渣加入原料池，并添加自来水，充分搅拌得到浓度25％的浆液；进一步的，所述的第一段旋液分级装置1尺寸和压力一定时，入料浓度C为25％。
来料经入第一料管101沿切向进入第一柱段102的速度大于5m/s，来料经入第二料管201沿切向进入第二柱段202的速度大于5m/s。
第一段旋液分级装置1入料压力P1取0.06MPa操作，第二段旋液分级装置2入料压力P2取0.09MPa操作。
第一段旋液分级装置1分离出密度ρ1大于1.8g/cm3高密度灰分从分离器底端排出，较低密度灰分ρ1＝(1.15-1.8)g/cm3与高含碳组分从高纯碳和低密度灰分混合物出口5,排出后进入第二段旋液分级装置2中继续分离；经第二段旋液分级装置2分离后，较低密度灰分从所述的低密度灰分出口7排出，高纯碳组分从所述的高纯碳出口6排出，得到烧失量为1.9％的高纯灰和干基含碳65％的高纯碳，所得高纯碳比表面积398m 2/kg。
本实用新型旨在利用离心沉降原理通过一种两段式旋液分级装置将气化废渣中的碳与灰分高效分离，所得的高纯灰分可直接用于制备建筑材料，而所得高纯碳比表面积高、吸附性好、热值高，可以用于制备活性炭、污水处理、燃烧发电等领域，可实现更高价值的利用，本实用新型装置具有分离效率高、结构简单、操作方便等优势，适合广泛推广。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，不能以此限定本实用新型实施范围；凡依本实用新型申请专利范围及创作说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。