專利名稱：一種連續(xù)制備天然氣吸附劑的活化反應(yīng)設(shè)備及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備天然氣吸附劑的高溫活化設(shè)備及其工藝，尤其涉及吸附劑制備中可連續(xù)進行活化的工藝方法及設(shè)備，屬石油化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來開發(fā)的吸附天然氣技術(shù)越來越受到人們的重視。該技術(shù)是利用高比表面的吸附劑在中低壓下儲運天然氣，與目前常規(guī)采用的壓縮天然氣相比，儲存壓力低，所用設(shè)備投資小，而且操作安全性高；但如何制備出高性能的吸附劑且能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，則是該技術(shù)急需解決的關(guān)鍵問題之一。目前，現(xiàn)有技術(shù)中已公開了一些關(guān)于天然氣吸附劑的制備方法，但基本上是處于實驗室階段。例如中國專利文獻公開了一種“富微孔炭質(zhì)吸附劑及其制備方法”(申請?zhí)?1141565.7)，它是以石油焦、木質(zhì)素或核桃殼為原料，以氫氧化鉀為活化劑，采用先在低溫爐中(150～550℃)預(yù)活化，再在高溫爐(700--900℃)中進行活化反應(yīng)，制備出了一種性能較好的天然氣吸附劑；但該制備技術(shù)缺乏規(guī)模化連續(xù)制備手段。同時，由于在活化過程中，需要防止石油焦與空氣接觸發(fā)生自燃，這就需要解決活化設(shè)備的密封問題；另一方面，由于使用KOH作為活化劑，具有強堿特性，有強烈的腐蝕作用，要求設(shè)備還必須滿足高溫耐堿腐蝕的需要，因而導(dǎo)致所用設(shè)備投資大，生產(chǎn)過程不易連續(xù)，難以滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求，在某種程度上限制了該技術(shù)的進一步推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)制備天然氣吸附劑的活化反應(yīng)設(shè)備及其工藝方法，該設(shè)備及方法能夠充分保證產(chǎn)品在高溫活化中所要求的溫度、氣氛，滿足工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的要求，實現(xiàn)復(fù)雜反應(yīng)條件下規(guī)模化的連續(xù)制備和完全自動化；有效防止在涉及堿性介質(zhì)的反應(yīng)過程中物料對設(shè)備造成的強腐蝕作用。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種連續(xù)制備天然氣吸附劑的活化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括a.一個供原料進行活化反應(yīng)的窯爐本體，該窯爐本體由預(yù)熱段、恒溫段和冷卻段三部分組成，在其冷卻段布置有一組換熱器；其爐墻內(nèi)層是由耐高溫堿腐蝕材料、耐火材料和保溫材料構(gòu)成，b.一個用于加熱窯爐本體的燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)包括設(shè)置在窯內(nèi)恒溫段窯墻上的一組燃燒器，與燃燒器組相連的燃料管道及設(shè)置在其上的燃料控制閥，與換熱器和燃料管道相連的熱空氣管道及設(shè)置在其上的氣體調(diào)節(jié)閥；c.一個用于控制窯爐溫度的溫控系統(tǒng)，該系統(tǒng)以控制器為核心，其輸入端通過信號線與設(shè)置在爐內(nèi)的熱電偶相連，其輸出端分別通過控制線路與所述的燃料控制閥和氣體控制閥相連；d.一個煙風(fēng)系統(tǒng)，包括一個可在窯爐進出口形成氣幕密封的風(fēng)機，一個通過風(fēng)管與換熱器的進口相連的助燃風(fēng)機和設(shè)置在窯爐前端與煙囪之間管道上的引風(fēng)機；e.一個原料進給系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)置在爐前的推料機構(gòu)，裝有儲料匣鉢的移動式窯車以及供窯車運行的內(nèi)外軌道。
上述活化反應(yīng)設(shè)備中所述的一組換熱器采用至少一個不繡鋼換熱器布置在冷卻段窯墻壁面上。
所述的耐高溫堿腐蝕材料布置在恒溫段的爐頂和爐墻的內(nèi)層，所述的耐火材料布置在預(yù)熱段和冷卻段爐墻的內(nèi)層，所述的保溫材料布置在預(yù)熱段、恒溫段和冷卻段爐墻的外層。
本發(fā)明中所述的煙風(fēng)管道包括助燃風(fēng)機的風(fēng)管、氣幕風(fēng)機的氣幕風(fēng)管以及引風(fēng)機的引風(fēng)管可部分設(shè)置在爐墻內(nèi)。
本發(fā)明提供一種利用上述活化反應(yīng)設(shè)備制備天然氣吸附劑的活化工藝，其特征在于該工藝包括如下步驟1)首先啟動燃燒系統(tǒng)，利用設(shè)置在爐內(nèi)恒溫段的一組燃燒器對窯爐進行預(yù)熱；2)通過推料機構(gòu)將裝有儲料匣鉢的移動式窯車連續(xù)不斷的推入窯爐的預(yù)熱段，在預(yù)熱段反應(yīng)物料由常溫升至700℃--900℃，在此溫度下進行恒溫反應(yīng)1.5--3小時；3)來自助燃風(fēng)機的助燃空氣在換熱器內(nèi)被加熱后與來自燃料管中的燃料氣混合，燃燒后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機引入預(yù)熱段加熱物料，最終經(jīng)煙囪排入大氣；4)預(yù)熱段的窯車在后面窯車的推頂下逐漸前行，經(jīng)恒溫段進入冷卻段，窯內(nèi)被窯車充滿，物料在冷卻段中與進入換熱器中的助燃空氣換熱后冷卻降溫，溫度降至80℃以下出爐；5)出爐后的窯車將成品卸下，空車通過轉(zhuǎn)向盤經(jīng)窯外導(dǎo)軌返至推料機構(gòu)前裝料，.如此反復(fù)，實現(xiàn)天然氣吸附劑的活化工藝。
上述活化工藝中，窯車在窯內(nèi)的行進速度為1.5-3m/h，運行時間為8-11小時。
本發(fā)明所提供的制備天然氣吸附劑的活化反應(yīng)設(shè)備及其工藝具有以下優(yōu)點及突出性效果整個活化反應(yīng)過程連續(xù)性強，預(yù)活化反應(yīng)和高溫活化反應(yīng)在窯爐內(nèi)一次完成，便于擴大生產(chǎn)規(guī)模，實現(xiàn)復(fù)雜反應(yīng)條件下規(guī)?；倪B續(xù)制備和完全自動化；能耗低，恒溫段產(chǎn)生的熱煙氣在排放前用來加熱預(yù)熱段的匣缽和物料，從而降低了排煙溫度，防止了熱量浪費；分系統(tǒng)獨立，穩(wěn)定性好，能夠充分保證產(chǎn)品在高溫活化中所要求的溫度、氣氛以及冷卻和密封要求，不會由于分系統(tǒng)之間的耦合造成整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。爐內(nèi)鑲嵌耐高溫堿腐蝕材料、耐火材料和保溫材料，能有效防止在涉及堿性介質(zhì)的反應(yīng)過程中物料對設(shè)備造成的強腐蝕作用。


圖1為活化反應(yīng)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為反應(yīng)窯爐主體的斷面圖。
圖3為反應(yīng)窯爐內(nèi)各段(預(yù)熱段、恒溫段、冷卻段)溫度分布示意圖。
圖1中標號所示部件如下圖中1-輸料設(shè)備，2-推料機構(gòu)，3-窯車，4-窯爐本體，5-預(yù)熱段煙氣流向，6-氣幕風(fēng)管道，7-換熱器，8-氣幕風(fēng)機，9-窯車軌道，10-轉(zhuǎn)向盤，11-助燃風(fēng)機，12-送風(fēng)管道，13-熱風(fēng)管，14-空氣控制閥，15-燃料管道，16-控制線路，17-燃燒器，18-熱電偶，19-控制器，20-控制線路，21-燃料控制閥，22-引風(fēng)管道，23-引風(fēng)機，24-煙囪，25-匣缽，26-耐火材料，27-保溫材料，28-高溫堿腐蝕材料。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
本發(fā)明所述的天然氣吸附劑制備中采用的原料及其組分配比是以現(xiàn)有技術(shù)中公開的一種“富微孔炭質(zhì)吸附劑及其制備方法”(申請?zhí)?1141565.7)中的內(nèi)容為基礎(chǔ)的。它以石油焦、木質(zhì)素或核桃殼為原料，以氫氧化鉀為活化劑。
本發(fā)明所述的活化反應(yīng)設(shè)備主要由以下五部分組成反應(yīng)窯爐本體，燃燒系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，煙風(fēng)系統(tǒng)和原料進給系統(tǒng)組成。(如圖1、圖2所示)。
(1)窯爐本體該窯爐本體4包括預(yù)熱段、恒溫段和冷卻段三部分，為提高熱利用率，在冷卻段設(shè)置有一組換熱器7，換熱器可采用不銹鋼換熱器，鑲嵌于冷卻段的窯墻上；爐體內(nèi)壁設(shè)有耐高溫堿腐蝕材料28、耐火材料26和保溫材料27，以防遭爐內(nèi)堿性氣氛腐蝕，同時減低窯體的散熱。耐高溫堿腐蝕材料28布置在恒溫段的爐頂和爐墻的內(nèi)層，所述的耐火材料26布置在預(yù)熱段和冷卻段爐墻的內(nèi)層，所述的保溫材料27布置在預(yù)熱段、恒溫段和冷卻段爐墻的外層。
(2)燃燒系統(tǒng)該燃燒系統(tǒng)包括設(shè)置在窯內(nèi)恒溫段窯墻上的一組燃燒器17，與燃燒器相連的燃料管道15及設(shè)置在其上的燃料控制閥21，與換熱器和燃料管道相連的熱空氣管道13及設(shè)置在其上的氣體調(diào)節(jié)閥14；來自助燃風(fēng)機11的助燃空氣被一組換熱器7加熱，通過調(diào)節(jié)氣體控制閥14和燃料控制閥21，控制熱空氣和燃料氣以適當?shù)谋壤腿肴紵?7，用于加熱窯爐。燃燒器可根據(jù)實際情況采用多個。
(3)溫控系統(tǒng)該系統(tǒng)以控制器19為核心，其輸入端通過信號線與設(shè)置在爐內(nèi)的熱電偶18(數(shù)支)相連，其輸出端分別通過控制線路20、16與所述的燃料控制閥21和氣體控制閥14相連；該溫控系統(tǒng)以爐溫作為輸入信號，輸出信號經(jīng)控制線路16開啟或關(guān)閉調(diào)節(jié)閥門14以調(diào)節(jié)與換熱器連接的熱風(fēng)管13中的熱風(fēng)量，經(jīng)控制線路20開啟或關(guān)閉設(shè)在燃料管道15上的調(diào)節(jié)閥門21調(diào)節(jié)與燃燒器相連的燃料管道15中的燃料量，以保證預(yù)熱段、恒溫段和冷卻段的溫度(見圖3)要求，同時保證燃料和空氣的合理配比，以提高燃燒效率。
(4)煙風(fēng)系統(tǒng)該系統(tǒng)包括一個可在窯爐進出口形成氣幕密封的風(fēng)機8，一個通過風(fēng)管12與換熱器的進口相連的助燃風(fēng)機11和設(shè)置在窯爐前端與煙囪24之間管道22上的引風(fēng)機23。氣幕風(fēng)機8產(chǎn)生的空氣經(jīng)與窯爐進出口相連的氣幕風(fēng)管道6送至反應(yīng)窯爐進出口處形成氣幕密封，以防漏入空氣使吸附劑自燃或影響爐溫；助燃風(fēng)機11的空氣經(jīng)與換熱器連接的空氣管道12送入換熱器7，空氣升溫后再經(jīng)過與換熱器連接的熱風(fēng)管13送入燃燒系統(tǒng)，與燃料氣在燃燒器17前混合后進入燃燒器燃燒。燃燒后的煙氣流經(jīng)預(yù)熱段，并對預(yù)熱段加熱(見圖1反應(yīng)窯內(nèi)左向箭頭5)，然后經(jīng)引風(fēng)管道22、引風(fēng)機23和煙囪24排入大氣。煙風(fēng)系統(tǒng)中的管道包括助燃風(fēng)機的風(fēng)管12、13、氣幕風(fēng)機的氣幕風(fēng)管6以及引風(fēng)機的引風(fēng)管22應(yīng)部分設(shè)置在爐墻內(nèi)，這樣可進一步提高熱利用率。
(5)原料進給系統(tǒng)該系統(tǒng)包括設(shè)置在爐前的推料機構(gòu)2，裝有儲料匣鉢25的移動式窯車3以及供窯車運行的內(nèi)外軌道9。運行時，將石油焦與KOH按照一定比例混和好后，通過輸料設(shè)備1送入放置在窯車3上的儲料匣缽25中。
上述活化反應(yīng)設(shè)備的運行方法如下將石油焦與KOH按照一定比例混和好后，通過輸料設(shè)備1將其送入推料機構(gòu)2后面的窯車3上的儲料匣缽25中。將匣缽25頂蓋放置好，使用推料機構(gòu)2將裝載匣缽的窯車3送入反應(yīng)窯爐預(yù)熱段中。推料機構(gòu)2依次將窯車推入預(yù)熱段，窯車行進速度為1.5～3m/h。在此過程中，窯車不斷被頂入窯內(nèi)，窯內(nèi)被窯車充滿(見圖1)。預(yù)熱段的窯車由于后面窯車的推頂逐漸前行進入恒溫段，每臺窯車經(jīng)過恒溫段的時間為1.5～3小時，窯車上匣缽內(nèi)的物料即完成了活化反應(yīng)過程。窯車繼續(xù)前行進入冷卻段，在冷卻段匣缽25及窯車3由換熱器7吸收熱量而冷卻。而來自助燃風(fēng)機11的助燃空氣被換熱器7加熱。熱空氣和燃料以適當?shù)谋壤?由控制器19和氣體控制閥14及燃料控制閥21控制)送入燃燒器17。燃燒后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機23引入預(yù)熱段加熱物料，最終煙氣由與窯爐前端相連接的引風(fēng)管道22引出，經(jīng)引風(fēng)機23和煙囪24排入大氣。車載成品出窯后將成品卸下，空車通過轉(zhuǎn)向盤10、經(jīng)窯外導(dǎo)軌9返至推料機構(gòu)2前裝料。
窯爐溫度則由恒溫段的溫度(由熱電偶18提供)作為一次信號送入控制器19，由控制器19輸出信號經(jīng)控制線路20和調(diào)節(jié)閥21調(diào)節(jié)燃料量；同時經(jīng)控制線路16和調(diào)節(jié)閥門14調(diào)節(jié)熱風(fēng)量進行控制。
窯車3上放置的匣缽裝好料后，經(jīng)推料機構(gòu)2推入窯爐的預(yù)熱段，在預(yù)熱段中，物料、匣缽被從恒溫段抽取的熱煙氣加熱，由常溫逐漸升至700℃--900℃后進入恒溫段，物料在上述溫度下進行活化反應(yīng)1.5--3小時，然后進入冷卻段，物料、匣缽等在冷卻段中與換熱器7進行熱交換后冷卻，當溫度降到80℃以下后出窯，以達到勞動保護的要求，物料在窯內(nèi)歷時約8-11小時。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)制備天然氣吸附劑的活化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括a.一個供原料進行活化反應(yīng)的窯爐本體，該窯爐本體由預(yù)熱段、恒溫段和冷卻段三部分組成，在其冷卻段布置有一組換熱器(7)，其爐墻內(nèi)層由耐高溫堿腐蝕材料、耐火材料和保溫材料構(gòu)成；b.一個用于加熱窯爐本體的燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)包括設(shè)置在窯內(nèi)恒溫段窯墻上的一組燃燒器(17)，與燃燒器相連的燃料管道(15)及設(shè)置在其上的燃料控制閥(21)，與換熱器和燃料管道相連的熱空氣管道(13)及設(shè)置在其上的氣體調(diào)節(jié)閥(14)；c.一個用于控制窯爐溫度的溫控系統(tǒng)，該系統(tǒng)以控制器(19)為核心，其輸入端通過信號線與設(shè)置在爐內(nèi)的熱電偶(18)相連，其輸出端分別通過控制線路(16、20)與所述氣體控制閥(14)和燃料控制閥(21)相連；d.一個煙風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個可在窯爐進出口形成氣幕密封的風(fēng)機(8)，一個通過風(fēng)管(12)與換熱器的進口相連的助燃風(fēng)機(11)和設(shè)置在窯爐前端與煙囪(24)之間管道(22)上的引風(fēng)機(23)；e.一個原料進給系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)置在爐前的推料機構(gòu)(2)，裝有儲料匣鉢(25)的移動式窯車(3)以及供窯車運行的內(nèi)外軌道(9)。
2.按照權(quán)利要求1所述的活化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于所述的一組換熱器采用至少一個不繡鋼換熱器布置在冷卻段窯墻壁面上。
3.按照權(quán)利要求1所述的活化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于所述的耐高溫堿腐蝕材料(28)布置在恒溫段的爐頂和爐墻的內(nèi)層，所述的耐火材料(26)布置在預(yù)熱段和冷卻段爐墻的內(nèi)層，所述的保溫材料(27)布置在預(yù)熱段、恒溫段和冷卻段爐墻的外層。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的活化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于所述的煙風(fēng)管道包括助燃風(fēng)機的風(fēng)管(12、13)、氣幕風(fēng)機的氣幕風(fēng)管(6)以及引風(fēng)機的引風(fēng)管(22)其部分設(shè)置在爐墻內(nèi)。
5.一種利用如權(quán)利要求1所述反應(yīng)設(shè)備制備天然氣吸附劑的活化工藝，其特征在于該工藝包括如下步驟1)首先啟動燃燒系統(tǒng)，利用設(shè)置在爐內(nèi)恒溫段的一組燃燒器對窯爐進行預(yù)熱；2)通過推料機構(gòu)將裝有儲料匣鉢的移動式窯車連續(xù)不斷的推入窯爐的預(yù)熱段，在預(yù)熱段反應(yīng)物料由常溫升至700℃-900℃，在此溫度下進行恒溫反應(yīng)1.5-3小時；3)來自助燃風(fēng)機(11)的助燃空氣在換熱器(7)內(nèi)被加熱后與來自燃料管道(15)中的燃料氣混合，燃燒后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(23)引入預(yù)熱段加熱物料，最終經(jīng)煙囪排入大氣；4)預(yù)熱段的窯車在后面窯車的推頂下逐漸前行，經(jīng)恒溫段進入冷卻段，窯內(nèi)被窯車充滿，物料在冷卻段中與進入換熱器(7)中的助燃空氣換熱后冷卻降溫，溫度降至80℃以下出爐；5)出爐后的窯車將成品卸下，空車通過轉(zhuǎn)向盤(10)經(jīng)窯外導(dǎo)軌(9)返至推料機構(gòu)前裝料，如此反復(fù)，實現(xiàn)天然氣吸附劑的活化過程。
6.按照權(quán)利要求5所述的活化工藝，其特征在于窯車在窯內(nèi)的行進速度為1.5～3m/h，運行8～11小時。
全文摘要
一種連續(xù)制備天然氣吸附劑的活化反應(yīng)設(shè)備及其工藝，屬石油化工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要由反應(yīng)窯爐本體，燃燒系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)和原料進給系統(tǒng)五部分組成，所述的窯爐本體包括預(yù)熱段、恒溫段和冷卻段；反應(yīng)物料通過推料機構(gòu)將裝有儲料匣鉢的移動式窯車連續(xù)不斷的推入窯爐的預(yù)熱段，在預(yù)熱段由常溫升至700℃－900℃，在此溫度下進行恒溫反應(yīng)，然后在冷卻段降溫至80℃以下出爐。整個活化反應(yīng)過程連續(xù)性強，預(yù)活化反應(yīng)和高溫活化反應(yīng)在窯爐內(nèi)一次完成，實現(xiàn)復(fù)雜反應(yīng)條件下規(guī)?；倪B續(xù)制備和完全自動化；能耗低，同時能有效防止在涉及堿性介質(zhì)的反應(yīng)過程中物料對設(shè)備造成的強腐蝕作用。
文檔編號B01J20/34GK1528512SQ20031010046
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者吳占松, 郭亮, 馬潤田, 朱琳 申請人:清華大學(xué)