一种还原炉系统的制作方法

本发明涉及二氧化碳还原技术领域，特别是涉及一种还原炉系统。

背景技术：

随着工业技术的发展与人们对更加美好生活的向往，全球对工业环保和节能减排的要求越来越高，特别是，对温室气体的排放提出了严格要求。温室气体中，最主要的气体是二氧化碳；因此，对二氧化碳处理的研究成为了社会和科技研究的热点。

申请号为“2011200450325”、名称为“一氧化碳发生炉”的中国实用新型专利中，该一氧化碳发生炉以焦炭为原料，纯氧气o2和二氧化碳co2为气化剂，采用固定床连续气化制取粗煤气co；粗煤气co经旋风除尘、废热回收、洗涤冷却后，由电捕焦油器去除微粒灰尘，最后由压缩机加压后送入净化工序，从而制得合格的煤气co送至用户。虽然该一氧化碳发生炉具有纯度较高、煤气组分可调、一定程度上的节能环保等优点，但是，其一氧化碳直接生成纯度、节能环保效果仍然比较低，且煤气组分调节的机构也比较复杂。

由此可见，在现有技术中，二氧化碳还原中存在一氧化碳直接生成纯度、节能环保性均比较低、结构比较复杂等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种结构简单、一氧化碳直接生成纯度高、节能环保效果好的还原炉系统。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种还原炉系统，包括：还原炉、自动加料装置、汽包、旋风除尘器、喷嘴；其中，

还原炉下部通过第一进料管、高温二氧化碳输送管与外部中档窑连通，还原炉下部通过第一进料管、蒸汽管连通汽包，第一进料管上还装设有喷嘴，还原炉下部还通过第二进料管与用于提供还原剂的自动加料装置连通，第二进料管处于第一进料管上方；还原炉中下部通过进水管与出水管连通汽包；还原炉顶端通过第一煤气管连通旋风除尘器上部，旋风除尘器底端与还原炉下部通过循环管连通；旋风除尘器顶端通过第二煤气管输出煤气产品；还原炉底端设置有灰渣排出口。

综上所述，本发明所述还原炉系统在还原二氧化碳的工艺中，二氧化碳为被还原主体对象，兰炭为还原剂。来自外部的低温二氧化碳与氧气的混合物作为喷射介质由喷嘴喷射入第一进料管；来自中档窑的高温二氧化碳与来自汽包的水蒸气分别通过高温二氧化碳输送管、蒸汽管在喷射介质的作用下进入第一进料管后，被喷嘴喷入的低温二氧化碳与氧气的混合物裹挟，与喷嘴喷入的低温二氧化碳与氧气的混合物充分混合，并以高流速一起进入还原炉。同时，作为还原剂的兰炭以大小为0毫米～8毫米的颗粒状被自动加料装置通过第二进料管输入还原炉，且被进入还原炉内高流速的二氧化碳、氧气、水蒸气混合物流化。在还原炉中，呈流化状态的还原剂与被还原剂混合物上升，并发生如上所述的4种反应：一部分兰炭被氧气充分氧化生成二氧化碳，该生成的二氧化碳与第一进料管输入的二氧化碳一起被兰炭还原成一氧化碳；同时，一小部分兰炭被氧气不充分氧化生成一氧化碳，还有另一小部分兰炭与水蒸气反应生成一氧化碳与氧气。经过上述反应后，生成的一氧化碳、氢气、灰尘等通过还原炉顶部的第一煤气管进入旋风除尘器上部，生成的灰渣通过还原炉底端的灰渣排出口排出。旋风除尘器将来自还原炉的一氧化碳、氢气、灰尘等产物中的固体颗粒物与气体分离后，将包含有少量氢气的一氧化碳作为煤气产品通过第二煤气管输出，且煤气产品中一氧化碳的含量大于60％；灰尘等固体颗粒中由于还含有一定的碳成分，故将分离的固体颗粒通过旋风除尘器底端的循环管输送至还原炉下部，继续参加上述反应，防止碳成分的浪费。实际应用中，二氧化碳被还原成一氧化碳的反应是一个强吸热过程，其热量主要来源是中档窑高温二氧化碳自身携带的热量；其次，还原炉中碳与氧气的氧化反应为放热反应，该热量可用于补充二氧化碳携带热量不足的状况。这样，二氧化碳被还原所需热量的问题就被完全解决了。另外，为了充分利用还原炉反应过程中释放的热量，来自汽包的水被加热后，利用汽水混合物密度小于水密度的原理，液体水与水蒸气一起返回至汽包，并将水蒸气循环返回至还原炉参加反应。综上所述，本发明所述还原炉系统采用流化床方式将二氧化碳还原为可用的燃料，有效地降低了环境污染。本发明所述还原系统采用的原料包括兰炭、二氧化碳、水蒸气、氧气，反应不会生成酚类物质与焦油，避免了普通发生炉煤气污染和复杂的净化装置；原材料中由于没有氮气存在，故生成的煤气产品中一氧化碳含量高，且煤气质量高。另外，由于煤气产品中含有氢气，故提高了煤气产品的低发热值。进一步地，采用本发明所述还原炉系统还能较大程度地节约还原剂。此外，本发明所述还原炉系统中，灰尘中的碳颗粒被循环反应，还原炉内余热热量还用来加热生产自身所需水蒸气。总之，本发明所述还原炉系统还能较大程度上节约能源。最后，本发明所述还原炉系统结构也比较简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明所述还原炉系统的总体组成结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

图1为本发明所述还原炉系统的总体组成结构图。如图1所示，本发明所述还原炉系统，包括：还原炉、自动加料装置、汽包8、旋风除尘器14、喷嘴1；其中，

还原炉下部通过第一进料管21、高温二氧化碳输送管2与外部中档窑连通，还原炉下部通过第一进料管21、蒸汽管3连通汽包8，第一进料管21上还装设有喷嘴1，还原炉下部还通过第二进料管4与用于提供还原剂的自动加料装置连通，第二进料管4处于第一进料管21上方；还原炉中下部通过进水管与出水管连通汽包8；还原炉顶端通过第一煤气管12连通旋风除尘器14上部，旋风除尘器14底端与还原炉下部通过循环管19连通；旋风除尘器14顶端通过第二煤气管13输出煤气产品；还原炉底端设置有灰渣排出口20。

所述煤气产品中，一氧化碳含量大于60％，且煤气产品的发热值高，有利于工程应用。

本发明中，第一进料管21与所述还原炉的水平夹角为15度。

本发明中，第一进料管21上连接的蒸汽管3、高温二氧化碳输送管2、喷嘴1的位置关系为：按照距离还原炉由远至近的原则，第一进料管21上依次装设连通的喷嘴1、高温二氧化碳输送管2、蒸汽管3。

自动加料装置用于将还原剂输送入还原炉，还原剂在还原炉内呈流化状态。这里，还原剂为兰炭，兰炭的颗粒大小为0毫米～8毫米，兰炭中碳含量大于85％，兰炭的灰分熔点高于1250℃。被还原剂二氧化碳来自中档窑，二氧化碳进入还原炉的温度高于1200℃，二氧化碳的浓度大于95％。

本发明中，被还原剂材料为来自中档窑的二氧化碳，二氧化碳浓度大于95％，且二氧化碳温度约1200℃。

来自外部的氧气与低温二氧化碳的混合物作为喷射介质经过喷嘴1喷入第一进料管21中后，裹挟着来自中档窑的高温二氧化碳、来自汽包的水蒸气，一起进入还原炉内。实际应用中，氧气与低温二氧化碳、高温二氧化碳、水蒸气在第一进料管21中充分混合后，高速进入还原炉，且进入还原炉的流速是恒定的，以保证兰炭颗粒被流化。因此，根据还原炉生产能力的大小，还原炉可以设置多个被还原剂入口，每个被还原剂入口均通过第一进料管21按上述设置方式输入被还原剂。进一步地，根据还原炉生产能力的大小，在保证进入还原炉内还原剂流速恒定的情况下，还可以改变第二进料管21的直径。实际上，还原炉中还原剂流速的恒定，既防止了兰炭颗粒的下沉，也防止了兰炭颗粒的扬析。

实际应用中，还原炉内会发生如下反应：

c+o2→co2+394.4kj/mol(1)

c+1/2o2→co+112.9kj/mol(2)

c+co2→2co-168.5kj/mol(3)

c+h2o→co+h2-131.39kj/mol(4)

其中，式(1)与式(3)所示的反应为主要反应。二氧化碳被还原过程中，每还原生产1标立米的一氧化碳，需要消耗0.268公斤碳。采用碳含量85％为兰炭，本发明所述还原炉系统没生产1标立米的一氧化碳，会比现有技术的生产过程少消耗0.371公斤兰炭。

总之，本发明所述还原炉系统在还原二氧化碳的工艺中，二氧化碳为被还原主体对象，兰炭为还原剂。来自外部的低温二氧化碳与氧气的混合物作为喷射介质由喷嘴喷射入第一进料管；来自中档窑的高温二氧化碳与来自汽包的水蒸气分别通过高温二氧化碳输送管、蒸汽管在喷射介质的作用下进入第一进料管后，被喷嘴喷入的低温二氧化碳与氧气的混合物裹挟，与喷嘴喷入的低温二氧化碳与氧气的混合物充分混合，并以高流速一起进入还原炉。同时，作为还原剂的兰炭以大小为0毫米～8毫米的颗粒状被自动加料装置通过第二进料管输入还原炉，且被进入还原炉内高流速的二氧化碳、氧气、水蒸气混合物流化。在还原炉中，呈流化状态的还原剂与被还原剂混合物上升，并发生如上所述的4种反应：一部分兰炭被氧气充分氧化生成二氧化碳，该生成的二氧化碳与第一进料管输入的二氧化碳一起被兰炭还原成一氧化碳；同时，一小部分兰炭被氧气不充分氧化生成一氧化碳，还有另一小部分兰炭与水蒸气反应生成一氧化碳与氧气。经过上述反应后，生成的一氧化碳、氢气、灰尘等通过还原炉顶部的第一煤气管进入旋风除尘器上部，生成的灰渣通过还原炉底端的灰渣排出口排出。旋风除尘器将来自还原炉的一氧化碳、氢气、灰尘等产物中的固体颗粒物与气体分离后，将包含有少量氢气的一氧化碳作为煤气产品通过第二煤气管输出，且煤气产品中一氧化碳的含量大于60％；灰尘等固体颗粒中由于还含有一定的碳成分，故将分离的固体颗粒通过旋风除尘器底端的循环管输送至还原炉下部，继续参加上述反应，防止碳成分的浪费。实际应用中，二氧化碳被还原成一氧化碳的反应是一个强吸热过程，其热量主要来源是中档窑高温二氧化碳自身携带的热量；其次，还原炉中碳与氧气的氧化反应为放热反应，该热量可用于补充二氧化碳携带热量不足的状况。这样，二氧化碳被还原所需热量的问题就被完全解决了。另外，为了充分利用还原炉反应过程中释放的热量，来自汽包的水被加热后，利用汽水混合物密度小于水密度的原理，液体水与水蒸气一起返回至汽包，并将水蒸气循环返回至还原炉参加反应。综上所述，本发明所述还原炉系统采用流化床方式将二氧化碳还原为可用的燃料，有效地降低了环境污染。本发明所述还原系统采用的原料包括兰炭、二氧化碳、水蒸气、氧气，反应不会生成酚类物质与焦油，避免了普通发生炉煤气污染和复杂的净化装置；原材料中由于没有氮气存在，故生成的煤气产品中一氧化碳含量高，且煤气质量高。另外，由于煤气产品中含有氢气，故提高了煤气产品的低发热值。进一步地，采用本发明所述还原炉系统还能较大程度地节约还原剂。此外，本发明所述还原炉系统中，灰尘中的碳颗粒被循环反应，还原炉内余热热量还用来加热生产自身所需水蒸气。总之，本发明所述还原炉系统还能较大程度上节约能源。最后，本发明所述还原炉系统结构也比较简单，成本较低。

本发明中，所述还原炉为自上而下的三段式一体结构；其中，还原炉上段10为由下而上收缩的圆梯形状，还原炉下段18为由上而下收缩的圆梯形状；还原炉上段10、还原炉下段18均为内外两层结构，外层为金属壳体11，内层为耐火内衬15；还原炉中段整体为圆筒状，且自上而下又分为两部分：还原炉中段上部分为内外两层结构，外层为金属壳体，内层为耐火内衬；还原炉中段下部分为金属结构的水夹套；水夹套下部开设有循环水入口，水夹套上部开设有汽水混合物出口；循环水入口通过进水管连通所述汽包下部，汽水混合物出口通过出水管连通所述汽包上部。

所述还原炉顶端通过第一煤气管12连通旋风除尘器14上部，具体为：还原炉上段10顶端通过第一煤气管12连通所述旋风除尘器14上部。

还原炉下段18设置有用于输入二氧化碳的第一进料口、用于输入还原剂的第二进料口、用于输入未反应的含碳颗粒的循环输入口，且第一进料口位于第二进料口的下方；第一进料口通过第一进料管21、高温二氧化碳输送管2与外部中档窑连通，第一进料口通过第一进料管21、蒸汽管3与汽包8顶部连通，第一进料口通过喷嘴与外部连通；第二进料口通过第二进料管4连通所述自动加料装置，循环输入口通过循环管19连通旋风除尘器14底端。

本发明中，所述还原炉底端设置有灰渣排出口20，具体为：还原炉下段18底端设置有灰渣排出口20。

实际应用中，还原炉上段10由下而上收缩状能加速反应后的一氧化碳、氢气、灰尘等的流速，以满足旋风除尘器的运行条件。

实际应用中，水夹套17除了能产生上述炉内反应所需的水蒸气外，水夹套17中的水被气化以降低水夹套内壁温度，防止兰炭中部分熔融的低熔点物质粘附在还原炉内壁上。

本发明中，所述自动加料装置包括：可逆式皮带机、焦仓、往复式给料机、称重仪、焦锁斗；其中，

可逆式皮带机连通焦仓，焦仓连通往复式给料机，往复式给料机连通称重仪、称重仪连通焦锁斗，焦锁斗通过所述第二进料管4连通所述还原炉。

本发明中，水夹套17上部设置有用于检测水夹套17内水位的水位计16；还原炉中下部设置有热电偶6。

实际应用中，可根据水位计16的测示，控制水夹套17内的水量。

实际应用中，根据热电偶6测得的温度信号，由外部控制器严格按照焦炭质量与灰熔点自动调整原料中低温二氧化碳与氧气的比值。通常，二氧化碳与氧气的体积含量比值为1～10。外部控制器非被发明核心内容，此处不再赘述。

本发明中，汽包8顶部还装设有安全阀9。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。