一种半连续式的CO2-水联合洗涤装置的制作方法

本实用新型属于含灰燃料燃前预处理技术领域，更具体地，涉及一种半连续式的CO2-水联合洗涤装置。

背景技术：

我国高碱煤储量丰富，但是在燃烧或气化过程中存在严重粘污结渣问题，影响锅炉或气化炉的安全运行。众多学者研究，其中的碱金属和碱土金属(AAEM)是导致锅炉或气化炉内粘污结渣等问题的根本原因，其中 Na和Ca尤其明显。准东煤作为典型高碱煤，这一特征尤为明显，其预测储量丰富达3900亿t，AAEM含量高，在燃煤电厂试用过程中粘污结渣严重，严重限制了其大规模开发利用。同样，生物质资源化利用潜力大，我国可利用的生物质资源总量为4.6亿吨标准煤/年，但由于其高的AAEM含量，尤其是较高的K含量，导致生物质在燃烧或气化过程中存在与煤类似的粘污结渣问题，影响锅炉或气化炉的正常运行。

燃前或气化前作预处理脱除煤或生物质中AAEM为从源头上解决粘污结渣问题提供了可能。目前预处理脱碱的方法主要有水洗和酸洗(如盐酸、硝酸)，以及CO2/水洗法，相比酸洗，CO2/水洗具有反应条件吻合、脱除效率较高、成本低无污染等优点，从而具有较高的工业推广应用价值；采用CO2/水洗法对煤或生物质进行脱碱预处理时，需要连续不断地向反应器中通入CO2和水，并在反应过程中通过固液分离不断的排出反应废水；但是现有的反应器功能单一，无法满足同时满足循环反应和固液分离的功能。

技术实现要素：

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其目的在于解决现有的反应装置无法同时满足循环反应和固液分离功能的问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种半连续式的CO2-水联合洗涤装置，包括反应室，以及位于所述反应室上方的过滤室；

反应室的底部侧壁上分别设有进气口和进水口；进气口的内端处安装有布气管，该布气管上均匀开设有多个用于均匀布气的排气孔；

过滤室的上部侧壁上设有出水口，过滤室的内部设有过滤板，且过滤板位于出水口的下方。

优选的，上述半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其布气管置于反应室的底部，形状为U型、螺旋上升型、圆柱型、球型、半球型中的任一种。

优选的，上述半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其排气孔的孔径为 0.008mm～0.01mm。

优选的，上述半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其反应室与过滤室通过插接连接，且连接口处进行表面粗糙处理以增加密封性。

优选的，上述半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其特征在于，所述反应室与过滤室通过螺纹连接，且连接端面上设有橡胶垫圈以增加密封性。

优选的，上述半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其过滤板的材质选用不锈钢、石英玻璃、聚四氟乙烯、普通玻璃中的任一种。

优选的，上述半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其过滤室的顶部设有带把手的上盖。

优选的，上述半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其出水口与废水处理器及循环水泵依次相连，循环水泵的另一端与进水口相连。

优选的，上述半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其进气口与流量计及气泵依次相连。

优选的，上述半连续式的CO2-水联合洗涤装置，其反应室与过滤室的形状为圆柱体。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型提供的半连续式的CO2-水联合洗涤装置，将用于进行浸洗反应的反应室和用于固液分离的过滤室相结合，构建了流动性的反应环境，及时排出浸洗废水，实现了浸洗反应与固液分离相结合，大大缩短了煤及生物质原料的浸洗时间且脱灰率高；装置结构紧凑、构造简洁、操作简便、成本低廉；

(2)本实用新型提供的半连续式的CO2-水联合洗涤装置，与进气口相连的带排气孔的布气管实现了均匀布气，增大了CO2气体与水溶液的接触面积，从而提高了反应效率；过滤室内设置的过滤板可有效减少浸洗过程中的原料损失；采用循环水的方式，实现了水的最大化利用，节约水资源。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的半连续式的CO2-水联合洗涤装置的结构示意图；

图中的附图标记具体为：1-反应室，2-过滤室，3-连接口，4-进气口， 5-进水口，6-布气管，7-排气孔，8-出水口，9-过滤板，10-上盖，11-把手。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实施例所提供的一种半连续式的CO2-水联合洗涤装置，该装置的形状优选采用圆柱形，包括反应室1，以及位于反应室1上方的过滤室2；过滤室2与反应室1可为一体式成型结构，或者分段组装结构，本实施例优选采用分段组装结构，易于拆卸和清洗；反应室1和过滤室2的连接方式可选用插接、螺纹连接或者其它方式，本实施例不作具体限制；当采用插接连接时，上下两部分的连接口3进行表面粗糙处理，以增大过滤室2与反应室1之间的密封性；当采用螺纹连接时，过滤室2与反应室1的连接端面上设有橡胶垫圈来增大过滤室2与反应室1之间的密封性；反应室1 的底部为平面，便于在使用过程中平稳放置。过滤室2与反应室1的材料可采用不锈钢、石英玻璃、聚四氟乙烯或者普通玻璃等，本实施例不作具体限定，可根据温度、压力等试验条件自行选择不同的材质。

反应室1的底部侧壁上设有进气口4和进水口5，进水口5位于进气口 4之上；在进气口4的内端处安装有布气管6，布气管6上均匀开设有多个排气孔7，用于将经进气口4通入的CO2气体均匀分散在水中；排气孔7 的孔径为0.008mm～0.01mm；布气管6的形状不做具体限制，优选采用圆环形置于反应室1的底部，也可以采用其他形状，如U型、螺旋上升型、圆柱形、球形或半球形；反应过程中，从底部上浮的CO2气泡起到一定的扰动搅拌作用，也可在反应室1底部放入磁子，辅助搅拌。

煤或生物质的脱碱反应发生在反应室1中，过滤室2的上部侧壁上设有出水口8，过滤室2的内部设有过滤板9，且过滤板9位于出水口8的下方；过滤板9主要起固液分离的作用，反应过程中产生的废水经出水口8 排出过滤室2，排出过程中会带走煤或生物质的固体料，采用过滤板9对排出前的废水进行过滤以减少煤或生物质的原料损失。过滤板9的厚度和材质不作具体限定，其材质优选采用5mm的石英过滤板，也可采用滤布包裹的金属网、硅藻土、过滤膜等；过滤板的厚度越厚，其过滤速率越慢，可根据反应器的大小、处理量、流速、原料类型进行设计，过滤板9设计为可拆卸式，根据不同原料和过滤要求换装不同的过滤板。使用一段时间后，过滤板9会被煤或生物质的粉碎料或杂质堵塞，需要定期更换。

过滤室2的顶部安装有带把手11的上盖10，上盖10主要用于造成密封环境，防止CO2气体溢出，并且便于清洁过滤室2、更换过滤板9。

在一个优选的实施例中，该装置还包括废水处理器和循环水泵(图中未示出)，废水处理器与出水口8相连，出水口8排出的废水进入废水处理器，经絮凝沉淀处理后静置得到清水；废水处理器中设有多层过滤膜，用于将滤除絮凝沉淀物；循环水泵的一端与废水处理器的上部相连，另一端连接进水口5，用于将废水处理器中得到的清水回流至进水口5，实现水循环利用，减少浸洗过程中的用水量，节约用水。

在一个优选的实施例中，该装置还包括与进气口4相连的气泵和流量计(图中未示出)，便于调节CO2气体的通入流量。

实施过程：

打开反应室1与过滤室2的连接口3，向反应室1中加入煤或生物质的粉碎料；从反应室1下部的进水口5连续通入水，从进气口4以一定的流量连续不断的通入CO2气体，CO2气体通过布气管6及排气孔7均匀扩散至水中；粉碎料在CO2水溶液形成的弱酸性环境中充分混合浸洗，浸洗产生的废水经过滤板9过滤后从过滤室2上部的出水口8排出；废水进入废水处理器中，经絮凝沉淀处理后静置，上层清水用循环水泵经进水口5回流至反应室1中循环使用。反应完成后，打开反应室1与过滤室2的连接口3，取出浸洗后的固液混合物，或者从进水口5倒出固液混合物，依次进行固液分离和烘干，得到脱碱后的煤或生物质。

实施例一

向反应室中加入30g煤的粉碎料，以20ml/min的速度进水，同时以200ml/min的速度通入CO2气体，常温常压下反应6h；烘干后得到脱碱煤 27.5g；分别将原煤和脱碱煤消解并通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定碱金属、碱土金属含量的含量，计算得到钾元素的脱除率为89％，钠元素的脱除率为70％，镁元素的脱除率为40％，钙元素的脱除率为17％。

实施例二

向反应室中加入20g花生壳的粉碎料，以20ml/min的速度进水，同时以200ml/min的速度通入CO2气体，常温常压下反应3h；烘干后得到脱碱处理后的花生壳18.8g；分别将花生壳原料和脱碱处理后的花生壳消解并通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定碱金属、碱土金属含量的含量，计算得到钾元素的脱除率为91％，钠元素的脱除率为79％，镁元素的脱除率为42％，钙元素的脱除率为26％。

本实用新型提供的半连续式的CO2-水联合洗涤装置，将用于进行浸洗反应的反应室和用于固液分离的过滤室相结合，构建了流动性的反应环境，及时排出浸洗废水，实现了浸洗反应与固液分离相结合，大大缩短了煤及生物质原料的浸洗时间且脱除率高；装置结构紧凑、构造简洁、操作简便、成本低廉；与进气口相连的带排气孔的布气管实现了均匀布气，增大了CO2气体与水溶液的接触面积，从而提高了反应效率；过滤室内设置的过滤板可有效减少浸洗过程中的原料损失；采用循环水的方式，实现了水的最大化利用，节约水资源。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。