半焦钝化装置以及采用该装置的半焦钝化方法
【专利摘要】本发明提供了一种半焦钝化装置，包括预冷喷淋区、反应区和冷却区；预冷喷淋区采用倒V型块和无缝钢管组合结构，反应区内由多个相同单元组成，每个单元设循环气体入口倒V型块和循环气体出口倒V型块，二者纵横交叉布置；反应区外设循环气体进口腔室和循环气体出口腔室；冷却区由多个相同的单元组成，每个单元内采用倒V型块和无缝钢管组合结构。本发明还提供了一种半焦钝化方法，包括预冷却、喷水调节、冷却、氧化反应、再冷却。本发明的装置和方法，可很好的切合半焦水合反应和氧化反应，最终实现半焦钝化，反应区采用倒V型块，既可以提供氧化反应所需的氧气，又可以将氧化反应产生的热量带走，结合使用各种传感器，从而保证整个过程安全可控。
【专利说明】半焦钝化装置以及采用该装置的半焦钝化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半焦精制的装置和方法，具体地，本发明涉及半焦钝化的装置和方法。【背景技术】
[0002]随着我国经济的快速发展，焦炭的需求量逐年增加，由于焦煤储量少、地域分布不均，近年来国内焦炭价格一路走高。以西北地区为例，2006年焦炭的平均市场价格为1050元/t，而到2007年则上升至1472元/t，2008年初为1780元/t，2008年7月份为2980元/t,2008年底受金融危机影响,焦炭价格降至1700元/t,但是,总体来看,预计今后焦炭价格会进一步上升。焦炭价格的上涨致使下游产业生产成本直线上升，企业不堪重负，市场寻找焦炭的替代品已成为必然。
[0003]近十年来，受市场需求的推动，我国的陕、晋、宁、蒙等省区先后建设了一大批半焦厂，总能力达到3500-4000万t/a。到2006年底，陕西榆林地区有半焦生产企业271家，设计生产能力2200万t/a，实际年产量900万t，焦油80万t，总产值40亿元，从业人员1.02万人。针对半焦企业多，工艺简单，规模小，环境污染严重等一系列问题，2008年12月国家工业和信息化部颁布《焦化行业准入条件》(2008年修订)，将半焦列入其中，并对其单炉生产能力、总体规模、资源综合利用等作出了明确规定。这对于促进焦化产业健康发展具有积极的作用。
[0004]目前，我国的半焦产能已达3500万t/a左右。随着半焦产能的逐步扩大，半焦的应用领域也随之迅速延伸，运行半径也将增大。目前，在晋、陕、蒙、宁等地已形成以电石、铁合金、化肥、清洁燃料油、金属镁等为主的半焦下游产业集群。 [0005]低阶煤通过低温热解后形成的固体产物——半焦，其仍含有大量的活泼化学基团，其化学活性非常高，极易与空气中的氧发生氧化反应，放出热量。据相关资料的报道，煤在室温至100°c低温条件下的氧化属于煤的轻度氧化，氧化过程发生在煤的表面，首先形成碳氧络合物，而碳氧络合物是不稳定化合物，随着温度的进一步上升，易分解生成一氧化碳，二氧化碳和水等。由于络合物分解而煤被粉碎，增加新的表面，氧又与新的煤表面接触，使其氧化作用反复循环进行，如果氧化过程中产生的热量不能及时带走，则会使得煤表面的温度上升，进而加剧氧化反应，当温度超过一定值后，煤的氧化反应进入深度氧化，生成再生腐殖酸等产物。如果温度超过煤的燃点，则氧化反应进入最深氧化阶段，即燃烧，生成二氧化碳和水，以及少量的氮氧化物和硫氧化物。此外，半焦具有较为发达的孔道结构，当其暴露在空气中时，会吸附空气中的水分(即本发明中所说的再水合)，吸附过程中也会产生吸附热，也有助于氧化反应的进行。
[0006]由于半焦具有高灰分，高固定碳，低挥发分等特点，因此，和其它煤种类似，半焦也有容易发生自燃的特点，在储存和长距离运输过程中容易发生自热或者自燃，具有一定的安全隐患，因而给其合理利用带来一定困难。因此，防治低阶煤半焦自燃防治工作任务艰巨，也是亟待研究和解决的问题。
[0007]目前，国内外对活性半焦进行处理降低其自燃特性的方法和工艺设备主要有如下几种:
[0008]国际专利W02007048198A1公开了一种碳质材料的钝化工艺、系统和设备。这个过程包括在低氧环境下干燥碳质材料和通过与含有挥发性物质的逆流气体接触来预处理碳质材料。这种挥发性物质在干燥的碳性材料粒子表面形成了一种保护膜，同时进入到它的微孔结构中，这样就可以阻止水和氧气进入到微孔里面，从而起到了钝化作用，因此，也达到了防止其自燃的目的。
[0009]中国实用新型专利CN201580755U公开了一种无能耗主动防止煤自燃的煤堆，特征是在煤堆上设有竖直或者倾斜于煤堆中的热棒，其蒸发段位于煤堆内，该热棒冷凝段位于煤堆外，与空气直接接触。可有效降低煤堆内的温度，主动防止煤堆煤炭自燃，无动力、人力及物质消耗，运行经济，可长期可靠运行。
[0010]中国发明专利CN102966369A公开了一种基于煤低温氧化机理的防止煤自燃的复合阻化剂，属于防止煤自燃的阻化剂。该阻化剂既可以与煤中的甲基、亚甲基发生取代反应生成稳定的醚类物质，又可以与煤中甲基、亚甲基氧化生成的烷基过氧化物自由基相互作用，销毁过氧化物自由基，从而抑制煤自燃过程中甲基、亚甲基等活性基团的生成与活性，从本质上改变了煤的自燃特性，抑制了煤炭自燃。同时，该阻化剂还具有物理保湿作用，能较好地锁住注入媒体的水，从物理阻化角度较好地防止煤自燃。
[0011]中国发明专利CN103111030A公开了一种在煤炭堆场的温度最高区域或已自燃区域植入或设置低温冷却吹扫气体，例如空气、co2、n2和/或惰性气体的吹气装置和强制排出残存在煤炭堆场内部空间中导致煤炭自燃的氧化气体、少量低温挥发分气体和冷却吹扫气体尾气的排气装置。上述吹气装置和排气装置可迅速使高温煤炭或自燃煤炭降温，同时快速排出导致自燃的氧化气体、少量低温挥发分气体，进而预防煤炭自燃或使煤炭自燃熄灭。
[0012]美国发明专利US4402706A公开了一种氧化干燥低阶煤的方法和设备，其具体公开了一种能部分氧化干燥低阶煤的装置，该装置包括一个能支撑低阶煤并且能让低阶煤与含稀薄氧气的工艺气体接触容器；该专利还公开了一种能部分氧化煤的方法。
[0013]从已公开的相关技术来看，目前能大规模对半焦进行钝化，降低其自燃倾向的方法和设备主要存在以下几方面的缺点:
[0014]首先，在半焦发生氧化反应时，会产生大量的热量，如果这些热量不能及时散发出来，就会导致热量蓄积，容易发生闷烧、自燃等危险情况。这也是煤堆发生自燃的一个行业难题。
[0015]其次，在半焦的钝化过程中，难以实现对半焦钝化过程做到安全可控，也难以实时监控半焦钝化情况，并对可能出现的问题采取相应的措施。
[0016]另外，复合阻化剂成本高，与其配套的设备还不够成熟，难以达到大规模工业生产的要求。
【发明内容】
[0017]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种半焦钝化装置，并提供了一种使用该半焦钝化装置对半焦进行钝化的方法。
[0018]一方面，本发明提供了一种半焦钝化装置，该装置包括由上到下依次连接的预冷喷淋区2、反应区3和冷却区4 ；[0019]预冷喷淋区2内采用倒V型块和无缝钢管的组合结构，其中，倒V型块是空心管结构，横截面为倒V型，无缝钢管插入倒V型块的空心中，无缝钢管的外壁与倒V型块的内壁接触连接；
[0020]反应区3由多个相同的反应单元组成，每个反应单元内设有循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14，循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14纵横交叉布置，循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14是空心管结构，横截面为倒V型，气体通过循环气体入口倒V型块13进入每个反应单元，气体通过循环气体出口倒V型块14离开每个反应单元；
[0021]反应区3外部设有循环气体进口腔室和循环气体出口腔室，循环气体进口腔室与循环气体入口倒V型块13连接，循环气体出口腔室与循环气体出口倒V型块14连接；
[0022]冷却区4由多个相同的冷却单元组成，每个冷却单元内采用倒V型块和无缝钢管的组合结构，其中，倒V型块是空心管结构，横截面为倒V型，无缝钢管插入倒V型块的空心中，无缝钢管的外壁与倒V型块的内壁接触连接。
[0023]前述的半焦钝化装置，所述倒V型块、所述循环气体入口倒V型块13和所述循环气体出口倒V型块14是下部开口的空心管结构。
[0024]前述的半焦钝化装置，所述预冷喷淋区2自上而下分为第一预冷区、喷淋区和第
二预冷区。
[0025]前述的半焦钝化装置，所述反应区3外部设有2个循环气体进口腔室和2个循环气体出口腔室，均为密封腔室。
[0026]前述的半焦钝化装置，所述预冷喷淋区2上方设有进料仓1，进料仓I中设有高低料位传感器。
[0027]前述的半焦钝化装置，所述进料仓I上方设有旋转给料机，旋转给料机与所述进料仓I密封连接。
[0028]前述的半焦钝化装置，所述冷却区4下方设有卸料器5。
[0029]前述的半焦钝化装置，所述反应区3内设有传感器。
[0030]前述的半焦钝化装置，在所述循环气体出口腔室和所述循环气体进口腔室之间设有循环风机9，循环风机9的入口与所述循环气体出口腔室相连，循环风机9的出口与所述循环气体进口腔室相连。
[0031]前述的半焦钝化装置，所述半焦钝化装置进一步设有换热器12和加湿器8，换热器12和加湿器8依次设置于循环气体进口腔室与反应区3内的循环气体入口倒V型块13之间。
[0032]前述的半焦钝化装置，所述循环气体进口腔室和所述循环气体出口腔室下方设有对应的灰斗11。
[0033]前述的半焦钝化装置，所述反应区3由24个相同的反应单元组成。
[0034]前述的半焦钝化装置，所述冷却区4由2个相同的冷却单元组成。
[0035]另一方面 ，本发明还提供了一种半焦钝化方法，该方法包括以下步骤:
[0036](I)预冷却:原料半焦进入预冷喷淋区2的第一预冷区，半焦经过倒V型块外部，从而被倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却介质所间接冷却，原料半焦的起始温度为100-104 °C，经过冷却后的温度为40-45 °C ；[0037](2)喷水调节:步骤(1)得到的半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的喷淋区，在喷淋区中，向半焦喷淋水，使其水分含量达到9_10wt% ；
[0038](3)冷却:步骤(2)得到的半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的第二预冷区，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却介质间接接触，从而使温度保持在60-64 °C ；
[0039](4)氧化反应:步骤(3)得到的半焦在重力作用下向下进入反应区3的各个反应单元，半焦被各个反应单元中纵横交叉布置的循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14支撑起来，与由循环气体入口倒V型块13进入反应区3的空气进行反应15-17小时，得到的半焦中水分含量为9-10wt% ；
[0040](5)再冷却:步骤(4)得到的半焦在重力作用下向下进入冷却区4，半焦经过倒V型块外部，从而被倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却介质所间接冷却至36-40°C。
[0041]前述的半焦钝化方法，所述冷却介质为冷却水。
[0042]前述的半焦钝化方法，步骤(2)中，在喷淋区中，向半焦喷淋过滤后的工业水。
[0043]前述的半焦钝化方法，步骤(4)氧化反应后得到的气体的35-40% (体积)被排出，其余气体由循环气体出口倒V型块14进入循环气体出口腔室，被补入新鲜空气，然后通过循环风机9进入循环气体进口腔室，并通过加湿器8和换热器12而使其温度达到52-56°C，湿度达到79-90% (体积)，然后进入反应区3的循环气体入口倒V型块13。
[0044]前述的半焦钝化方法，被补入的新鲜空气的体积与步骤(4)氧化反应后被排出的气体的体积相等。
[0045]前述的半焦钝化方法，步骤(4)中，由循环气体入口倒V型块13进入反应区(3)的空气的温度是52-56 °C，湿度是79-90% (体积)，流量是280000-330000m3/h。
[0046]采用本发明的技术方案，至少具有如下有益效果:
[0047]1.本发明的半焦钝化装置采用模块化设计，将半焦钝化装置分为不同的区，每个区都能实现特定的功能，很好的切合了半焦水合反应和氧化反应的机理，最终实现了半焦钝化的目的。
[0048]2.本发明半焦钝化装置的反应区采用倒V型块设计，一方面可以提供氧化反应所需要的氧气，另一方面可以带走由于氧化反应产生的大量热量，保证了生产过程中的安全。
[0049]3.本发明半焦钝化装置的反应区中布置有大量传感器，比如，温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器和二氧化碳及氧气气体传感器，这些传感器用来实时监控反应区的工作状态，真正做到了运行过程中工艺参数的安全可控，从而最终保证了整个装置以及生产过程安全可控。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1是本发明半焦钝化装置的总体结构示意图。
[0051]图2是反应区的每个反应单元的结构示意图。
[0052]图3是倒V型块和无缝钢管的组合结构的横截面图。
[0053]图4是性能评价中三个样本吸氧速率曲线图。
[0054]图5是性能评价中三个样本释放CO速率曲线图。【具体实施方式】
[0055]为了充分了解本发明的目的、特征和功效，现通过下述【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于此。本发明的装置和工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。
[0056]本发明主要是提供开发了一种大型模块化重力流塔式半焦钝化装置，该装置是一种通过固/气反应在半焦储存前对氧和水分进行整体冷却处理的设备，以达到稳定(钝化)加工半焦的目的。该装置以一定温度、湿度和流速控制气流将加工后的半焦在煤床上进行钝化和冷却。采用强制引/送风气流、连续四通混合、产品重力流设计。
[0057]一方面，本发明提供了一种半焦钝化装置，下面结合附图对本发明的装置作进一步详细说明。
[0058]如图1所示，本发明的半焦钝化装置包括由上到下依次连接的预冷喷淋区2、反应区3和冷却区4。
[0059]预冷喷淋区2内采用倒V型块和无缝钢管的组合结构，其中，倒V型块是空心管结构，横截面为倒V型，倒V型块的下部是非密封的，可以具有孔结构，或者下部是完全开口的,无缝钢管插入倒V型块的空心中，无缝钢管的外壁与倒V型块的内壁接触连接(如图3所示)，例如，二者通过点焊连接。
[0060]预冷喷淋区2自上而下又分为第一预冷区、喷淋区和第二预冷区(图未示)。第一预冷区的作用主要是将热态半焦由初始温度(100-104°C)降低至所需要的温度(40-45°C )，喷淋区的作用主要是为半焦水合反应提供所需要的水，第二预冷区的作用主要是使半焦保持在合适的温度^0-64°C)。第一预冷区和第二预冷区中的无缝钢管无喷头，而喷淋区的无缝钢管上设置有喷头。
[0061]反应区3由多个相同的反应单元组成，各个反应单元由上到下依次排列，每个反应单元内设有循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14，循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14纵横交叉布置(如图2所示)，它们是空心管结构，横截面为倒V型，它们的下部是非密封的，可以具有孔结构，或者下部是完全开口的。反应区3的作用主要是使半焦发生氧化反应，降低其自燃倾向，实现半焦的钝化。在一种【具体实施方式】中，反应区3由24个相同的反应单元组成。在另一种【具体实施方式】中，反应区3内部设有传感器，例如，温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器和二氧化碳及氧气气体传感器，这些传感器用来实时监控反应区3的工作状态，真正做到了运行过程中工艺参数的安全可控，从而最终保证了整个装置以及生产过程安全可控。
[0062]反应区3外部设有各自独立的循环气体密封腔室7，循环气体密封腔室7由与反应区3钢板焊接的角钢支撑，每个循环气体密封腔室7下面都有一个对应的灰斗11，用来收集被循环气体带出来的煤灰。循环气体密封腔室7由反应区3四周的钢板和反应区3外围包裹的密封钢板组成，与反应区3各个面的钢板焊接，从而实现密封。循环气体密封腔室7又分为循环气体进口腔室和循环气体出口腔室，循环气体进口腔室与循环气体入口倒V型块13连接，循环气体出口腔室与循环气体出口倒V型块14连接。
[0063]在一种【具体实施方式】中，反应区3外部设有2个循环气体进口腔室和2个循环气体出口腔室，其中，2个循环气体进口腔室位于反应区3的两个相对的外侧面上，而2个循环气体出口腔室位于反应区3的另外两个相对的外侧面上。当半焦在反应区3被处理时，空气由位于相对两外侧面的2个循环气体进口腔室通过循环气体入口倒V型块13进入反应区3，与反应区3中的半焦发生反应后，又通过循环气体出口倒V型块14排出到位于另外两个相对的外侧面上的2个循环气体出口腔室中。由于反应区3是由上到下依次排列的多个反应单元组成的，并且每个反应单元中设置的循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14的下面是开口的，因此，半焦在反应区3中与循环气体接触的比表面积加大，从而使氧化反应充分进行。
[0064]在另一种【具体实施方式】中，循环气体出口腔室和循环气体进口腔室之间设有循环风机9，其安放在操作平台10上，优选地，循环风机9为4台，分别位于反应区3外部的四个角上。循环风机9的入口与循环气体出口腔室相连，循环风机9的出口与循环气体进口腔室相连。在运行过程中，循环气体(即工艺气)由循环气体进口腔室进入反应区3，又从循环气体出口腔室出来，出来的循环气体一部分作为尾气被排放，另一部分和补充的新鲜空气被循环风机9又重新送入到循环气体进口腔室，从而实现了工艺气的循环。
[0065]在另一种【具体实施方式】中，本发明的半焦钝化装置进一步设有换热器12和加湿器8，换热器12和加湿器8依次设置于循环气体进口腔室与反应区3内的循环气体入口倒V型块13之间，从而可以使空气在进入反应区3之前先达到所需要的温度和湿度。
[0066]冷却区4的结构 与上述第一、二预冷区的结构基本一致，由多个相同单元组成，每个单元内采用倒V型块和无缝钢管的组合结构，其中，倒V型块是空心管结构，横截面为倒V型，倒V型块的下部是非密封的，可以具有孔结构，或者下部是完全开口的，无缝钢管插入倒V型块的空心中，无缝钢管的外壁与倒V型块的内壁接触连接(如图3所示)，例如，二者通过点焊连接。在一种【具体实施方式】中，冷却区4由2个相同的单元组成。冷却区4的作用主要是对钝化后的半焦进行冷却。
[0067]所述预冷喷淋区2上方设有进料仓I (如图1所示)，优选地，其容积为150立方米，其作用主要是用来存储半焦，起缓冲作用。在一种【具体实施方式】中，进料仓I上方设有旋转给料机，旋转给料机出口通过无缝钢管与进料仓I焊接，从而实现二者密封连接，给料时，进料仓I由旋转给料机给料，给料机在均匀给料的同时能够实现锁气功能，保证上下游设备不串气。在另一种【具体实施方式】中，进料仓I中设有高低料位传感器(优选设有两对高低料位传感器)，用于确保物料高度在安全范围内。
[0068]冷却区4下方设有卸料器5 (如图1所示)，其是一个可以调节开度大小的卸料器。
[0069]上述的各个区之间采用螺栓连接，同时各个区都通过连接板和螺栓与四周的支撑框架结构6连接。
[0070]本发明采用了模块化的设计，将半焦钝化装置分为若干个区，每个区都能实现特定的功能，从而很好的切合了半焦水合反应和氧化反应，最终实现了半焦的钝化。特别是，预冷喷淋区2、反应区3和冷却区4中采用了倒V型块结构或者倒V型块和无缝钢管的组合结构，可以在进行反应的同时带走产生的热量，保证生产过程的安全。反应区3内部设有传感器，用来实时监控反应区的工作状态，真正做到了运行过程中工艺参数的安全可控，从而最终保证了整个装置以及生产过程安全可控。另外，本发明的装置采用重力流的设计方式，不需要为半焦的流动提供额外的驱动设备。
[0071]另一方面，本发明提供了一种半焦钝化的方法，采用上述装置进行。下面结合图1对本发明的方法作进一步详细说明。其中，半焦是低阶煤通过低温热解后形成的固体产物，例如，褐煤通过低温干馏(任意种类干馏技术)即可得到半焦。
[0072]本发明的方法主要包括以下步骤:
[0073]第一步，预冷却。进料仓I中的原料半焦进入预冷喷淋区2的第一预冷区，半焦经过倒V型块外部，从而被倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却介质所间接冷却，原料半焦的起始温度为100-104°C，经过冷却后的温度为40-45°C。优选地，上述冷却介质为冷却水。
[0074]在一种【具体实施方式】中，原料半焦存储在进料仓I中，进料仓I由旋转给料机给料，进料仓I中设置的高低料位传感器可以保证半焦的高度在安全范围内。
[0075]第二步，喷水调节。预冷却后的半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的喷淋区，在喷淋区中，通过无缝钢管上设置的喷头向半焦喷淋水，使其水分含量达到9-10wt%。
[0076]优选地，向半焦喷淋过滤后的工业水。过滤后颗粒粒径不大于0.1mm，水质为弱碱性，且含油量低于5mg/L的工业水均可用于本发明中。
[0077]第三步，冷却。半焦喷水调节过程中会释放出热量，因此，喷水调节后，半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的第二预冷区，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却介质间接接触，从而使温度保持在60-64°C。优选地，上述冷却介质为冷却水。
[0078]第四步，氧化反应。冷却后的半焦在重力作用下向下进入反应区3的各个反应单元，半焦被各个单元中纵横交叉布置的循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14支撑起来，与由循环气 体入口倒V型块13进入反应区3的空气进行反应。由于有倒V型块的支撑，半焦处于松散状态，从而可加大半焦与气体接触的比表面积。通过调节卸料器5的开度大小，来控制半焦在反应区3内停留15-17小时。氧化反应后得到的半焦中水分含量为 9_10wt*%。
[0079]其中，通过反应区3中设置的温度传感器、湿度传感器和流量传感器进行监控，使得由循环气体入口倒V型块13进入反应区3的空气的温度是52-56°C，湿度(即空气中含有的水分含量)是79-90% (体积)，流量是28000-330000mVh。
[0080]在一种【具体实施方式】中，氧化反应后得到的气体的35-40% (体积)被排出，其余气体由循环气体出口倒V型块14进入循环气体出口腔室，被补入新鲜空气，然后通过循环风机9进入循环气体进口腔室，并通过加湿器8和换热器12而使其温度达到52-56°C，湿度达到79-90% (体积)，然后由循环气体入口倒V型块13进入反应区3，从而实现了循环。在该循环过程中，循环气体进入反应区3后，经过里面的半焦颗粒之间的间隙的时候，一方面为半焦发生氧化反应提供了所需要的氧气，同时补充了半焦由于蒸发消耗的水分，另一方面也带走了半焦在反应过程中产生的大量热量。优选地，被补入的新鲜空气的体积与氧化反应后被排出的气体的体积相等。
[0081]第五步，再冷却。氧化反应后的半焦在重力作用下向下进入冷却区4，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却介质间接接触，从而使温度降至36-40°C。优选地，冷却介质为冷却水。
[0082]经过再冷却后的成品半焦由卸料器5被排出。卸料器5的开度大小可以调节，本领域技术人员在实际操作中，可以根据实际情况调节卸料器5的开度，从而控制半焦在本发明半焦钝化装置的各个区中的停留时间。
[0083]实施例1[0084]褐煤经过低温干馏后得到的半焦，其温度约为104°C，其存储于进料仓I中。使半焦进入预冷喷淋区2的第一预冷区，半焦经过倒V型块外部，从而被倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却水所间接冷却至约43 0C。
[0085]预冷却后的半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的喷淋区，在喷淋区中，通过无缝钢管上设置的喷头向半焦喷淋水，使其水分含量达到9-10wt%。
[0086]喷水调节后，半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的第二预冷区，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却水间接接触，从而使温度保持在60-64。。。
[0087]冷却后的半焦在重力作用下向下进入反应区3的各个反应单元，半焦被各个单元中纵横交叉布置的循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14支撑起来。温度约55°C，湿度约80% (体积)的循环气体以280000-330000m3/h的流量由循环气体入口倒V型块13进入反应区3。通过调节卸料器的开度大小，来控制半焦在反应区3内停留17小时，以使半焦进行反应。氧化反应后得到的半焦中水分含量为9-10wt%。 [0088]氧化反应结束后，得到的气体的约40% (体积)被排出，其余气体由循环气体出口倒V型块14进入循环气体出口腔室，被补入与排出的气体等体积的新鲜空气，然后通过循环风机9进入循环气体进口腔室，并通过加湿器8和换热器12而使其温度达到约55°C，湿度达到80% (体积)，然后由循环气体入口倒V型块13进入反应区3，从而实现了工艺气的循环。
[0089]氧化反应后的半焦在重力作用下向下进入冷却区4，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却水间接接触，从而使温度降至约40°C。
[0090]经过再冷却后的成品半焦由卸料器5排出。
[0091]对比例I
[0092]褐煤经过低温干馏后得到的半焦，其温度约为104°C，其存储于进料仓I中。将半焦进入预冷喷淋区2的第一预冷区，半焦经过倒V型块外部，从而被倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却水所间接冷却至约43 0C。
[0093]预冷却后的半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的喷淋区，在喷淋区中，通过无缝钢管上设置的喷头向半焦喷淋水，使其水分含量达到9-10wt%。
[0094]喷水调节后，半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的第二预冷区，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却水间接接触，从而使温度保持在60-64。。。
[0095]冷却后的半焦在重力作用下向下进入反应区3的各个反应单元，半焦被各个单元中纵横交叉布置的循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14支撑起来。温度约55°C，湿度约80% (体积)的循环气体以280000-330000m3/h的流量由循环气体入口倒V型块13进入反应区3。通过调节卸料器的开度大小，来控制半焦在反应区3内停留3小时，以使半焦进行反应。氧化反应后得到的半焦中水分含量为9-10wt%。
[0096]氧化反应后的半焦在重力作用下向下进入冷却区4，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却水间接接触，从而使温度降至约40°C。
[0097]经过再冷却后的成品半焦由卸料器5排出。
[0098]对比例2[0099]褐煤经过低温干馏后得到的半焦，其温度约为104°C，其存储于进料仓I中。将半焦进入预冷喷淋区2的第一预冷区，半焦经过倒V型块外部，从而被倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却水所间接冷却至约43 0C。
[0100] 预冷却后的半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的喷淋区，在喷淋区中，通过无缝钢管上设置的喷头向半焦喷淋水，使其水分含量达到9-10wt%。
[0101]喷水调节后，半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区2的第二预冷区，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却水间接接触，从而使温度保持在60-64。。。
[0102]冷却后的半焦在重力作用下向下进入反应区3的各个反应单元，半焦被各个单元中纵横交叉布置的循环气体入口倒V型块13和循环气体出口倒V型块14支撑起来。温度约55°C，湿度约80% (体积)的循环气体以280000-330000m3/h的流量由循环气体入口倒V型块13进入反应区3。通过调节卸料器的开度大小，来控制半焦在反应区3内停留5小时，以使半焦进行反应。氧化反应后得到的半焦中水分含量为9-10wt%。
[0103]氧化反应后的半焦在重力作用下向下进入冷却区4，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却水间接接触，从而使温度降至约40°C。
[0104]经过再冷却后的成品半焦由卸料器5排出。
[0105]性能评价
[0106]实齡原理
[0107]在半焦和实验箱初始温度一致、评价时间等参数相同的条件下，在实验箱内分别放入相同量(实验箱有效容积的一半)的不同半焦样本，密封后就在实验箱半焦上方形成一个密封空间。由于不同钝化效果的半焦活性不一样，这样就可以在相同温度下通过测量密封空间内O2的消耗速率、CO的释放速率以及不同层高的半焦温升速率，从而用来比较不同样本的半焦钝化效果。
[0108]样本介绍
[0109]样本一:实施例1得到的半焦。
[0110]样本二:褐煤经过低温干馏后得到的半焦，其未经过任何钝化处理。
[0111]样本三(a):对比例I得到的半焦。
[0112]样本三(b):对比例2得到的半焦。
[0113]实验结果
[0114]由图4可以看出，样本一的氧气含量随着时间的推移没有发生变化，即样本一在实验时间内不再消耗氧气；而样本二、样本三(a)和样本三(b)的氧气含量随着时间的推移而逐渐减小，即在测试过程中，样本二、样本三(a)和样本三(b)仍有氧气消耗，且通过比较样本三(a)和样本三(b)可以发现样本三(b)由于处理时间要长于样本三(a)，其消耗氧气的速率也较低，也就是说其活性也较低。
[0115]由图5可以看出，样本一随着时间的推移并不会释放出CO，而样本二、样本三(a)和样本三(b)随着时间的推移都会有不同程度的CO释放。
[0116]由图4和图5可以看出，采用本发明的方法处理的半焦(样本一)表现出了完全钝化的半焦特性。
【权利要求】
1.一种半焦钝化装置，其特征在于，该装置包括由上到下依次连接的预冷喷淋区(2)、反应区⑶和冷却区⑷； 预冷喷淋区(2)内采用倒V型块和无缝钢管的组合结构，其中，倒V型块是空心管结构，横截面为倒V型，无缝钢管插入倒V型块的空心中，无缝钢管的外壁与倒V型块的内壁接触连接； 反应区(3)由多个相同的反应单元组成,每个反应单元内设有循环气体入口倒V型块(13)和循环气体出口倒V型块(14)，循环气体入口倒V型块(13)和循环气体出口倒V型块(14)纵横交叉布置，循环气体入口倒V型块(13)和循环气体出口倒V型块(14)是空心管结构，横截面为倒V型，气体通过循环气体入口倒V型块(13)进入每个反应单元，气体通过循环气体出口倒V型块(14)离开每个反应单元； 反应区(3)外部设有循环气体进口腔室和循环气体出口腔室，循环气体进口腔室与循环气体入口倒V型块(13)连接，循环气体出口腔室与循环气体出口倒V型块(14)连接； 冷却区(4)由多个相同的冷却单元组成，每个冷却单元内采用倒V型块和无缝钢管的组合结构，其中，倒V型块是空心管结构，横截面为倒V型，无缝钢管插入倒V型块的空心中，无缝钢管的外壁与倒V型块的内壁接触连接。
2.根据权利要求1所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述倒V型块、所述循环气体入口倒V型块(13)和所述循环气体出口倒V型块(14)是下部开口的空心管结构。
3.根据权利要求1或2所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述预冷喷淋区(2)自上而下分为第一预冷区、喷淋区和第二预冷区。
4.根据权利要求1-3任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述反应区(3)外部设有2个循环气体进口腔室和2个循环气体出口腔室，均为密封腔室。
5.根据权利要求1-4任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述预冷喷淋区(2)上方设有进料仓(1)，进料仓(I)中设有高低料位传感器。
6.根据权利要求1-5任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述进料仓(I)上方设有旋转给料机，旋转给料机与所述进料仓(I)密封连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述冷却区(4)下方设有卸料器(5)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述反应区(3)内设有传感器。
9.根据权利要求1-8任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，在所述循环气体出口腔室和所述循环气体进口腔室之间设有循环风机(9)，循环风机(9)的入口与所述循环气体出口腔室相连，循环风机(9)的出口与所述循环气体进口腔室相连。
10.根据权利要求1-9任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述半焦钝化装置进一步设有换热器(12)和加湿器(8)，换热器(12)和加湿器⑶依次设置于循环气体进口腔室与反应区⑶内的循环气体入口倒V型块(13)之间。
11.根据权利要求ι-?ο任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述循环气体进口腔室和所述循环气体出口腔室下方设有对应的灰斗(11)。
12.根据权利要求1-11任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述反应区(3)由24个相同的反应单元组成。
13.根据权利要求1-12任一项所述的半焦钝化装置，其特征在于，所述冷却区(4)由2个相同的冷却单元组成。
14.一种半焦钝化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)预冷却:原料半焦进入预冷喷淋区(2)的第一预冷区，半焦经过倒V型块外部，从而被倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却介质所间接冷却，原料半焦的起始温度为IOO-104 °C，经过冷却后的温度为40-45 °C ； (2)喷水调节:步骤(1)得到的半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区(2)的喷淋区，在喷淋区中，向半焦喷淋水，使其水分含量达到9-10wt% ； (3)冷却:步骤(2)得到的半焦在重力作用下向下进入预冷喷淋区(2)的第二预冷区，半焦经过倒V型块外部，与倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却介质间接接触，从而使温度保持在60-64 °C ； (4)氧化反应:步骤(3)得到的半焦在重力作用下向下进入反应区(3)的各个反应单元，半焦被各个反应单元中纵横交叉布置的循环气体入口倒V型块(13)和循环气体出口倒V型块(14)支撑起来，与由循环气体入口倒V型块(13)进入反应区(3)的空气进行反应15-17小时，得到的半焦中水分含量为9-10Wt% ； (5)再冷却:步骤(4) 得到的半焦在重力作用下向下进入冷却区(4)，半焦经过倒V型块外部，从而被倒V型块内设置的无缝钢管中的冷却介质所间接冷却至36-40°C。
15.根据权利要求14所述的半焦钝化方法，其特征在于，所述冷却介质为冷却水。
16.根据权利要求14或15所述的半焦钝化方法，其特征在于，步骤(2)中，在喷淋区中，向半焦喷淋过滤后的工业水。
17.根据权利要求14-16任一项所述的半焦钝化方法，其特征在于，步骤(4)氧化反应后得到的气体的35-40% (体积)被排出，其余气体由循环气体出口倒V型块(14)进入循环气体出口腔室，被补入新鲜空气，然后通过循环风机(9)进入循环气体进口腔室，并通过加湿器(8)和换热器(12)而使其温度达到52-56°C，湿度达到79-90% (体积)，然后进入反应区⑶的循环气体入口倒V型块(13)。
18.根据权利要求17所述的半焦钝化方法，其特征在于，被补入的新鲜空气的体积与步骤(4)氧化反应后被排出的气体的体积相等。
19.根据权利要求14-18任一项所述的半焦钝化方法，其特征在于，步骤(4)中，由循环气体入口倒V型块(13)进入反应区(3)的空气的温度是52-56°C，湿度是79-90% (体积)，流量是 280000-330000m3/h。
【文档编号】C10L9/06GK103980974SQ201410233910
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】郭金成, 程金民, 巢炜, 李曙光 申请人:湖南华银能源技术有限公司