[發明專利]一種炭熱還原過程中能量梯級利用的裝置及方法

有效

• 申請號: 201811353713.0
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109351150B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 馬春元;夏霄;趙希強;馮太;李軍;張世珍
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01D53/76
• 分類號: B01D53/76;B01D53/50;C01B17/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種炭熱還原過程中能量梯級利用裝置，其特征在于：包括高溫煙氣預處理系統、炭熱還原系統、硫磺回收系統和乏氣處理系統，

所述高溫煙氣預處理系統，被配置為通過對高溫煙氣進行降溫、除塵以及水蒸氣脫除處理得到低溫煙氣，并采用高溫煙氣降溫時所放出的熱量對低溫煙氣與循環乏氣混合氣進行加熱，將加熱后的氣體送入炭熱還原系統；

所述炭熱還原系統，被配置為采用碳材料與加熱后的氣體發生炭熱還原反應，得到還原氣，并對還原氣進行氣固預分離，得到初步凈化后的還原氣；

所述硫磺回收系統，被配置為對初步凈化后的還原氣進行降溫、精過濾和冷凝處理后，回收還原氣中的硫磺，并將回收完硫磺后的乏氣輸送至乏氣處理系統；

所述乏氣處理系統，被配置為對乏氣進行水蒸氣過濾處理，并將處理后的乏氣部分凈化后達標排放，部分作為循環乏氣采用還原氣降溫時所放出的熱量進行加熱，加熱后的循環乏氣一路直接進入炭熱還原系統進行調溫，一路與低溫煙氣混合加熱后送入炭熱還原系統參與氧化還原反應；

所述高溫煙氣預處理系統包括換熱器、除塵器和冷干換熱器，所述換熱器用于高溫煙氣和混合氣的熱量交換，所述除塵器用于去除降溫后的煙氣中的固體雜質，所述冷干換熱器用于對過濾掉固體雜質的純凈煙氣進行急速降溫以去除煙氣中的水蒸氣。

2.如權利要求1所述的一種炭熱還原過程中能量梯級利用裝置，其特征在于，所述炭熱還原系統包括還原塔、粉焦倉和高溫分離器，所述粉焦倉用于提供炭熱還原反應所需的碳材料，所述還原塔用于碳材料和加熱后的氣體進行炭熱還原反應，所述高溫分離器用于對還原氣進行氣固預分離，并得到分離后的固體和初步凈化后的還原氣。

3.如權利要求2所述的一種炭熱還原過程中能量梯級利用裝置，其特征在于，所述分離后的固體一部分返回還原塔中循環使用，另一部分失去還原特性的乏焦則排出系統。

4.如權利要求1所述的一種炭熱還原過程中能量梯級利用裝置，其特征在于，所述硫磺回收系統包括再熱器、精除塵裝置和硫磺冷凝器，所述再熱器用于初步凈化后還原氣與循環乏氣的熱量交換，所述精除塵裝置用于對降溫后的還原氣進行氣固分離，以進一步去除還原氣中的固體顆粒，所述硫磺冷凝器用于對過濾后的還原氣進行降溫處理，以回收還原氣中的硫磺。

5.如權利要求1所述的一種炭熱還原過程中能量梯級利用裝置，其特征在于，所述乏氣處理系統包括水蒸氣過濾器和尾氣凈化裝置，所述水蒸氣過濾器用于過濾掉乏氣中由于炭熱還原反應所產生的水蒸氣，所述尾氣凈 化裝置用于對部分乏氣進行凈化處理，使得乏氣達標排放。

6.一種炭熱還原過程中能量梯級利用方法，其特征在于，包括：

對高溫煙氣進行降溫、除塵和水蒸氣脫除處理，得到低溫煙氣，將低溫煙氣與循環乏氣混合后采用高溫煙氣降溫時所放出的熱量進行加熱，將加熱后氣體作為反應物用于炭熱還原反應；

將炭熱還原反應產物進行氣固分離得到初步凈化后的還原氣，對還原氣進行降溫、精過濾和冷凝處理后，回收還原氣中的硫磺，并將回收完硫磺后的乏氣進行水蒸氣過濾處理，處理后的乏氣部分凈化后達標排放，部分為循環乏氣；

采用還原氣降溫時所放出的熱量對循環乏氣進行加熱，加熱后的循環乏氣一路用于炭熱還原反應過程中的調溫，一路與低溫煙氣混合加熱后用于參與炭熱還原反應。

7.如權利要求6所述的一種炭熱還原過程中能量梯級利用方法，其特征在于，所述方法還包括將炭熱還原反應產物進行氣固分離得到固體產物，所述固體產物部分循環使用，另一部分失去還原特性的乏焦排出。

8.如權利要求6所述的一種炭熱還原過程中能量梯級利用方法，其特征在于，所述高溫煙氣降溫時所放出的熱量等于混合氣升溫時所吸收的熱量。

9.如權利要求6所述的一種炭熱還原過程中能量梯級利用方法，其特征在于，所述還原氣降溫時所放出的熱量等于循環乏氣升溫時所吸收的熱量。