本发明涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种活性焦制备装置及方法。
背景技术：
活性焦被广泛应用于脱除烟气中的SO2，脱附后的SO2混合浓度达到20％左右，可采用成熟的技术对该部分SO2集中回收处理。活性焦烟气脱硫技术具有脱硫效率高，可同时脱除汞、二噁英等有害成分的优点。而且，脱硫过程无废水、废渣等二次污染。然而，目前活性焦制备装置和工艺相对不成熟、运行成本较高，例如：采用固定床制备活性焦的技术包含干燥、升温、热解、水蒸气活化、降温、出炉等步骤，但该方法只能间歇式制备活性焦，在连续运行方面存在缺陷。
基于以上原因，有必要提供一种成本较低、连续运行能力强的活性焦制备工艺。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种活性焦制备装置及方法，以解决现有技术中制备活性焦存在的成本高、连续运行能力差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种活性焦制备装置，其包括：循环流化床，循环流化床包括串联设置的燃烧段和制焦段，燃烧段上设置有燃料煤进口和助燃气进口，制焦段上设置有制焦煤进口和混合料出口；以及气固分离装置，气固分离装置上设置有第一混合料进口和活性焦出口，第一混合料进口与混合料出口连通。
进一步地，循环流化床由下至上包括宽径段和窄径段，宽径段的径向截面积大于窄径段的径向截面积，且宽径段为燃烧段，窄径段为制焦段。
进一步地，宽径段和窄径段之间还包括渐缩段，制焦煤进口设置在窄径段的靠近渐缩段的一端。
进一步地，气固分离装置包括：第一气固分离器，第一气固分离器上设置有第一混合料进口、活性焦出口及第一气相出口；以及第二气固分离器，第二气固分离器上设置有第二混合料进口，第二混合料进口与第一气相出口连通。
进一步地，第二气固分离器上还设置有第二气相出口；装置还包括热解气焦油洗涤器，热解气焦油洗涤器与第二气相出口连通。
进一步地，第二气固分离器上还设置有固相出口，燃料煤进口与固相出口连通。
进一步地，装置还包括返料器，返料器设置在燃料煤进口与固相出口连通的管路上。
进一步地，装置还包括冷焦器，冷焦器与活性焦出口连通。
进一步地，冷焦器上还设置有冷焦出口；装置还包括：活性焦收集仓，活性焦收集仓与冷焦出口连通。
进一步地，装置还包括：燃料煤供应仓，燃料煤供应仓与燃料煤进口连通。
进一步地，装置还包括：制焦煤供应仓，制焦煤供应仓与制焦煤进口连通。
根据本发明的另一方面，还提供了一种活性焦的制备方法，其包括以下步骤：将燃料煤在循环流化床的燃烧段进行燃烧，得到高温烟气；将高温烟气通入循环流化床的制焦段，并在制焦段中通入制焦煤进行热解反应，得到热解产物；以及对热解产物进行气固分离，得到活性焦和热解气。
进一步地，制焦煤的粒径小于300μm，燃料煤的粒径为0.1～1mm。
进一步地，对热解产物进行气固分离的步骤包括：对热解产物进行一次气固分离，得到第一气相和活性焦；以及对第一气相进行二次气固分离，得到热解气。
进一步地，一次气固分离的临界粒径大于200μm，二次气固分离的临界粒径小于120μm。
应用本发明的技术方案，提供了一种活性焦制备装置，其包括循环流化床和气固分离装置，循环流化床包括串联设置的燃烧段和制焦段，燃烧段上设置有燃料煤进口和助燃气进口，制焦段上设置有制焦煤进口和混合料出口；气固分离装置上设置有第一混合料进口和活性焦出口，第一混合料进口与混合料出口连通。
利用本发明提供的活性焦制备装置，循环流化床中的燃烧段用以提供制焦反应所需的高温烟气，制焦段用以使制焦煤进行热解反应，形成活性焦。气固分离装置可以将活性焦和气体的混合物进行气固分离，得到活性焦产品。利用该装置，实现了在同一装置上生成热烟气并制备活性焦的工序，达到了一体化且一步法制备活性焦的目的，从而使活性焦的制备具有成本低、连续性好的优势，非常适于工业化大规模应用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施例的活性焦制备装置示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、循环流化床；11、燃烧段；111、燃料煤进口；112、助燃气进口；12、制焦段；121、制焦煤进口；122、混合料出口；20、气固分离装置；201、第一混合料进口；202、活性焦出口；21、第一气固分离器；211、第一气相出口；22、第二气固分离器；221、第二混合料进口；222、第二气相出口；223、固相出口；30、热解气焦油洗涤器；40、返料器；50、冷焦器；60、活性焦收集仓；70、燃料煤供应仓；71、给料机；80、制焦煤供应仓；90、热解气处理装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中制备活性焦时存在成本高、连续运行能力差的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种活性焦制备装置，如图1所示，其包括循环流化床10以及气固分离装置20，循环流化床10包括串联设置的燃烧段11和制焦段12，燃烧段11上设置有燃料煤进口111和助燃气进口112，制焦段12上设置有制焦煤进口121和混合料出口122；气固分离装置20上设置有第一混合料进口201和活性焦出口202，第一混合料进口201与混合料出口122连通。
利用本发明提供的活性焦制备装置，循环流化床10中的燃烧段11用以提供制焦反应所需的高温烟气，制焦段12用以使制焦煤进行热解反应，形成活性焦。气固分离装置20可以将活性焦和气体的混合物进行气固分离，得到活性焦产品。利用该装置，实现了在同一装置上生成热烟气并制备活性焦的工序，达到了一体化且一步法制备活性焦的目的，从而使活性焦的制备具有成本低、连续性好的优势，非常适于工业化大规模应用。
在一种优选的实施例中，如图1所示，循环流化床10由下至上包括宽径段和窄径段，宽径段的径向截面积大于窄径段的径向截面积，且宽径段为燃烧段11，窄径段为制焦段12。循环流化床10采用下粗上细的结构，宽径段为燃烧段11，窄径段为制焦段12，这样设置可以达到以下目的：下部的燃烧段11较低的气速能够保证大颗粒的燃料煤不被携带出循环流化床10，使其停留在燃烧段11中进行燃烧。上部的制焦段12能够在保证足够停留时间的基础下具有较大的气速，因而能够保证将活性焦携带出循环流化床10。同时，以上结构的循环流化床10还有利于制焦段12形成的大块高温焦沉落至燃烧段11，从而能够防止大块高温焦造成设备堵塞。
此外，本发明循环流化床床料(除了煤燃烧过程中形成的大块高温焦之外的部分，包括燃料煤，制焦煤，燃料煤燃烧后剩余的灰等)粒径较小，可采用较低的流化气速，可选用低流量风机、有利于节能降耗。
在一种优选的实施例中，宽径段和窄径段之间还包括渐缩段，制焦煤进口121设置在窄径段的靠近渐缩段的一端。设置渐缩段可以对高温烟气进行增速，制焦煤进口121设置在窄径段的靠近渐缩段的位置有利于使其充分与下方产生的热烟气进行接触，从而有利于提高活性焦的制焦效率和速率。
在一种优选的实施例中，气固分离装置20包括第一气固分离器21以及第二气固分离器22，第一气固分离器21上设置有第一混合料进口201、活性焦出口202及第一气相出口211；第二气固分离器22上设置有第二混合料进口221，第二混合料进口221与第一气相出口211连通。这样设置，利用第一气固分离器21可以收集粒径较大的活性焦，利用第二气固分离器22收集粒径较小的飞灰，从而可以提高活性焦的纯度。
在一种优选的实施例中，第二气固分离器22上还设置有第二气相出口222；装置还包括：热解气焦油洗涤器30，热解气焦油洗涤器30与第二气相出口222连通。循环流化床10中形成的活性焦与热解气的混合物经气固分离装置20分离后，热解气可以从第二气相出口222排出。而设置热解气焦油洗涤器30可以对热解气中的焦油进行洗涤，回收其中的焦油，同时净化热解气。更优选地，热解气焦油洗涤器30为鼓泡洗涤器。利用鼓泡洗涤器的鼓泡方式对热解气进行洗涤，不仅能够充分回收焦油，而且还能进一步降低热解气的含灰量、提高热解气的洁净度。进一步优选地，上述装置还包括热解气处理装置90，其与热解气焦油洗涤器30的气相出口连通。具体地，热解气处理装置90可以为锅炉。
在一种优选的实施例中，第二气固分离器22上还设置有固相出口223，燃料煤进口111与固相出口223连通。这样设置，第二气固分离器22上分离出来的粒径较小的飞灰可以返回至燃烧段11进行重复燃烧利用，从而有利于节约能耗，进一步降低活性焦的生产成本。
在一种优选的实施例中，装置还包括：返料器40，返料器40设置在燃料煤进口111与固相出口223之间的管路上。利用返料器40可以更稳定地向燃烧段11供应燃料。
在一种优选的实施例中，装置还包括：冷焦器50，冷焦器50与活性焦出口202连通。经过制焦段12的热解形成的活性焦的温度较高，利用冷焦器50可以进行有效降温处理。更优选地，冷焦器50上还设置有冷焦出口；装置还包括：活性焦收集仓60，活性焦收集仓60与冷焦出口连通。
在一种优选的实施例中，装置还包括：燃料煤供应仓70，燃料煤供应仓70与燃料煤进口111连通。这样可用以向燃烧段11提供燃料煤，进一步提高设备的生产连续性。优选地，燃料煤供应仓70与燃料煤进口111之间还设置有给料机71。
在一种优选的实施例中，装置还包括：制焦煤供应仓80，制焦煤供应仓80与制焦煤进口121连通。同理，这样可用以向制焦段12提供制焦煤，进一步提高设备的生产连续性。
在实际应用过程中，燃料煤供应仓70既可以单纯存储燃料煤，也可以储存燃料煤和制焦煤的混合物。储存燃料煤，燃料煤的粒径较大，仅供应燃烧段11的烟气源。而同时储存燃料煤和制焦煤时，燃料煤的粒径较大，制焦煤的粒径较小，共同进入燃烧段11后，燃料煤作为烟气源进行燃烧，形成的高温烟气可以携带制焦煤，将其带出燃烧段11，在制焦段12中进行热解，进而形成活性焦排出循环流化床10。
当然，本发明上述的装置中还包括各种阀门，具体的阀门设计可以根据本发明上述的装置连接关系进行布置，这是本领域技术人员都能理解的，在此不再赘述。
根据本发明的另一方面，提供了一种活性焦的制备方法，其包括以下步骤：将燃料煤在循环流化床10的燃烧段11进行燃烧，得到高温烟气；将高温烟气通入循环流化床10的制焦段12，并在制焦段12中通入制焦煤，进行热解反应，得到热解产物；以及对热解产物进行气固分离，得到活性焦和热解气。
利用本发明提供的活性焦制备方法，循环流化床10中的燃烧段11用以提供制焦反应所需的高温烟气，制焦段12用以使制焦煤进行热解反应，形成活性焦。气固分离可以将活性焦和气体的混合物进行气固分离，得到活性焦产品。利用该方法，实现了在同一装置上生成热烟气并制备活性焦的工序，达到了一体化制备活性焦的目的，从而使活性焦的制备具有成本低、连续性好的优势，非常适于工业化大规模应用。需要说明的是，本发明可以采用同一煤种制备活性焦，也可采用不同煤种制备活性焦。
在一种优选的实施例中，制焦煤的粒径小于300μm，燃料煤的粒径为0.1～1mm。燃料煤的粒径较大，经过燃烧可以为制焦提供充足的高温烟气。制焦煤的粒径小于300μm，有利于充分热解，能够进一步提高活性焦的制备速率和效率。
在一种优选的实施例中，得到热解气后，还包括对热解气进行焦油洗涤的步骤。这能够回收焦油，并能够净化热解气。优选地，焦油洗涤的步骤采用鼓泡洗涤的方式进行，且焦油洗涤的洗涤剂为水或油。利用鼓泡洗涤方式对热解气进行洗涤，不仅能够充分回收焦油，而且还能进一步降低热解气的含灰量、提高热解气的洁净度。
在一种优选的实施例中，对热解产物进行气固分离的步骤包括：对热解产物进行一次气固分离，得到第一气相和活性焦；以及对第一气相进行二次气固分离，得到热解气。优选地，一次气固分离的临界粒径大于200μm，二次气固分离的临界粒径小于120μm。临界粒径是指气固分离器分离效率为50％时的粒径。
在实际的运行过程中，循环流化床10的运行温度为800～950℃。
以下通过实施例进一步说明本发明上述活性焦制备装置及工艺的有益效果：
实施例1
如图1所示，利用该装置制备一体化制备活性焦，装置的工作原理如下：
运行参数：循环流化床10的运行温度为850～900℃；制焦煤供应仓80中存储粒径为200～300μm的烟煤；燃料煤供应仓70中存储粒径为0.1～1mm的劣质烟煤；热解气焦油洗涤器30中采用鼓泡洗涤方式，热解气通过布置有小孔的钢管进入洗涤液；热解气焦油洗涤器30中的洗涤液采用水。
气体流程：空气以流化风的形式通过助燃气进口112进入循环流化床10。劣质烟煤在空气助燃下燃烧。未完全燃烧的大粒径劣质烟煤由于无法被流化风携带出循环流化床10，仍停留在循环流化床10下部的燃烧段11混合燃烧。燃烧破碎和磨损破碎形成的细灰被流化风携带出循环流化床10。粒径为200～300μm的制焦烟煤在经过渐缩段增速后的高温烟气作用下发生热解、焦化反应，形成活性焦。气体成为含有热解气和烟气的混合气体并统称为热解气，活性焦与飞灰(活性焦粒径大于飞灰粒径)被高速气体携带入第一气固分离器21，未被第一气固分离器21分离下来的飞灰随气体进入第二气固分离器22。热解气进入热解气焦油洗涤器30被洗涤为无焦油和飞灰的热解气，并进入热解气处理装置90。
固体颗粒物流程：燃料煤供应仓70中的劣质烟煤进入循环流化床10下部的燃烧段11燃烧，破碎后形成粒径较大的未燃尽颗粒和粒径较小的灰。制焦煤供应仓80进入循环流化床10上部的制焦段12发生干燥、热解、焦化过程，形成活性焦。活性焦与灰被高速气体携带进入第一气固分离器21，粒径较大的活性焦被收集至冷焦器50，冷却后的活性焦进入活性焦收集仓60。未被第一气固分离器21分离下的灰被气体携带进入第二气固分离器22，被分离下来进入返料器40。返料器40中的灰进入循环流化床10下部燃烧段。
焦油流程：烟煤热解形成热解气，焦油成气体状态存在于热解气中。热解气经过第一气固分离器21和第二气固分离器22后进入热解气焦油洗涤器30，并洗涤进入水中。待水中焦油含量达到排放标准，排出焦油水混合物。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
利用本发明提供的活性焦制备装置，循环流化床10中的燃烧段11用以提供制焦反应所需的高温烟气，制焦段12用以使制焦煤进行热解反应，形成活性焦。气固分离装置20可以将活性焦和气体的混合物进行气固分离，得到活性焦产品。利用该装置，实现了在同一装置上生成热烟气并制备活性焦的工序，达到了一体化且一步法制备活性焦的目的，从而使活性焦的制备具有成本低、连续性好的优势，非常适于工业化大规模应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。