本发明专利技术公开一种固体燃料与液体介质多级混合装置及方法，装置包括：内套筒(1)；外套筒(2)，内套筒(1)和外套筒(2)通过支架(9)连接固定；固体燃料浆进口(41)，固体燃料浆进口(41)与内套筒(1)同轴；空气进气口(42)；微纳米气泡发生部件(5)；物料出口(71)。本发明专利技术的多级混合装置，能在浮选分离装置前单独对固体燃料颗粒物料进行预矿化，提高了固体燃料颗粒的矿化程度，矿化程度越高，则后续泡沫浮选塔内的浮选分离效果就越好，体现在泡沫浮选塔内泡沫相与水相的相界面越明显，还避免了单槽浮选装置中含碳‑氢的可燃物颗粒中有夹杂着大量矿物颗粒的问题。本发明专利技术的多级混合装置，还能用于制备悬浮稳定的类液体燃料。
【技术实现步骤摘要】
一种固体燃料与液体介质多级混合装置及方法
本专利技术属于混合设备领域，具体涉及一种固体燃料与液体介质多级混合装置及其操作方法。
技术介绍
混合是化学、化工和湿法选矿过程中常见的单元操作。混合操作中，最难的是如何将气液固三相的均匀混合成稳定的“类液体”，以便用泵输送和强化特定的操作，例如进行气液固三相的充分接触等。由于气、液、固密度差异和表面亲/疏水性的巨大差异，常规的搅拌浆或叶轮高速搅拌式混合，往往不能得到均匀且稳定的三相混合物，其表现在固体容易沉降而微气泡容易快速聚集成大气泡而逸出，无论是固体沉降还是气泡逸出，都会造成浆料失稳，不再是“类液体浆料”，丧失可泵送性或降低气液固三相的接触。例如，煤化工工业中，通常由掺杂有矿物质颗粒的劣质煤粉经过泡沫浮选技术去除矿物质颗粒，得到的超细超低灰洁净煤粉浆料再用来制备具有特定可燃燃料浓度的水煤浆，供应到煤气化装置中。其中泡沫浮选过程，就要求对固体颗粒(包括煤粉和矿物质颗粒)、液体介质(水或油)和气体(微气泡)进行三相充分混合成“类液体”，以便于泵送和强化泡沫浮选效果。这仅仅是气液固三相混合的一种典型应用场景，当然还有其他应用场景。总之，工业界一直希望有一种能够将固体燃料颗粒、液体介质和微气泡充分均匀混合成稳定的“类液体浆料”的设备和方法。本专利技术旨在解决这个技术问题。
技术实现思路
本专利技术第一方面提供一种固体燃料与液体介质多级混合装置，其包括：内套筒1，所述内套筒1上具有周向分布的内套筒孔11；外套筒2，其位于所述内套筒1外围，所述内套筒1和所述外套筒2通过支架9连接固定；固体燃料浆进口41，其连接至所述内套筒1上游，所述固体燃料浆进口41与所述内套筒1同轴；空气进气口42，其连接至所述内套筒1上游，所述空气进气口42和所述固体燃料浆进口41的角度为30°～60°；微纳米气泡发生部件5，其位于所述内套筒1下游；物料出口71，其连接至所述内套筒1下游。优选地，所述空气进气口42为多个；所述空气进气口42上具有气体分布多孔板421，所述气体分布多孔板421为金属粉末压缩形成的多孔结构。优选地，所述外套筒2上游设置有上游固定座3，其具有第一空腔31；所述上游固定座3上游设置有底座4，其具有第二空腔43和所述空气进气口42，所述第一空腔31和第二空腔43为等腰梯形，靠近所述固体燃料浆进口41一侧为等腰梯形的上底。优选地，所述第一空腔31、所述第二空腔43和所述固体燃料浆进口41同轴连通，所述空气进气口42与所述第二空腔43连通。优选地，所述外套筒2下游设置有下游固定座6，其具有第三空腔61；所述下游固定座6下游设置有出口固定座7，其具有物料通道72和所述固体燃料浆出口71，所述第三空腔61、物料通道72和所述固体燃料浆出口71连通。优选地，所述出口固定座7下游设置有顶盖8。优选地，所述内套筒1、外套筒2、上游固定座3、底座4、微纳米气泡发生部件5、下游固定座6、出口固定座7和顶盖8同轴。优选地，所述微纳米气泡发生部件5包括同轴连接的头部51和杆部52，所述杆部52包括转轴521和所述转轴521外围的杆壁522；所述头部1包括：浆叶511，其连接至所述转轴521末端，所述浆叶511沿所述转轴521径向和轴向同时向远离所述转轴521方向延伸；外壳512，其位于所述浆叶511外围，包括多个外壳齿5121和相邻所述外壳齿5121之间的外壳齿孔5122；所述外壳齿5121和所述浆叶511之间具有间隙53。其中，所述间隙53径向距离为0.2～3mm，所述浆叶511的个数为N，N≥2，所述浆叶511的外缘为曲面，且随所述浆叶511的延伸，所述曲面面积减小，所述外壳齿孔5121的个数为N，N≥2，所述外壳齿孔5121沿所述外壳512周向均匀分布，所述转轴521和所述杆壁522之间具有空隙，以使所述转轴521带动所述浆叶511沿顺时针或逆时针方向周向旋转，所述浆叶511外缘线速度为10～50m/s，所述外壳齿孔5122与所述外壳齿5121的接触面沿所述转轴521旋转方向倾斜，所述头部51直径大于所述杆部52直径。本专利技术第二方面提供一种所述的固体燃料与液体介质多级混合装置的操作方法，其包括以下步骤：(1)使包含固体燃料颗粒和液体介质的固体燃料浆从固体燃料浆进口41进入第二空腔43，与空气进气口42进入的空气混合，优选地此处空气的雷诺数为2000～5000；由于空气进气口42和固体燃料浆进口41之间并非平行设置，物料和空气在第二空腔43内形成旋转湍流，并完成第一次湍流混合；(2)微气泡产生部件5中的浆叶511旋转产生吸力，促使物料和空气的混合物被吸入内套筒1内，内套筒1内湍流程度被加强，物料和空气在内套筒1内完成第二次湍流混合；(3)物料和空气的混合物进一步进入微气泡产生部件5，微气泡产生部件5的浆叶511旋转，促使物料和空气进行第三次湍流混合，同时，浆叶511外缘线速度为10～50m/s，空气受到旋转浆叶511的反复切割，以及外壳齿5121和浆叶511提供的剪切力，形成微纳米气泡，此时微纳米气泡的直径为0.1～1000微米，固体燃料颗粒中的含碳-氢的可燃物颗粒表面粘附微纳米气泡，然后一部分物料和空气的混合物进入内套筒1和外套筒2的环隙后通过内套筒1上的内套筒孔11进入内套筒1内继续混合，另一部分物料和空气的混合物通过物料通道72经物料出口71排出。优选地，物料和空气的混合物在多级混合装置中的停留时间为1～5min。本专利技术第二方面的方法可以用于执行固体燃料颗粒在液体介质中的预矿化操作，此时步骤(1)中的固体燃料为灰分含量高于30wt％的劣质煤，且还向所述固体燃料浆中加入矿化药剂，所述矿化药剂包括添加剂、表面清洗剂、捕收剂、起泡剂、抑制剂、絮凝剂中的一种或者若干种，所述添加剂选自硅铝酸盐纳米颗粒。本专利技术第二方面的方法还可以用于制备悬浮稳定的类液体燃料，此时步骤(1)中的固体燃料颗粒是低灰分超细碳质颗粒，所述低灰分是指碳质颗粒中矿物质含量低于5wt％，所述超细是指碳质颗粒的粒径为0.1～50微米，所述液体介质包括燃料油、醇、醚、水或其混合物，且还向所述固体燃料浆中加入固体颗粒表面改性剂，所述固体颗粒表面改性剂包括分散剂、稳定剂。其中所述分散剂选自：阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂或它们的复配物，其中所述阴离子型分散剂选自木质素磺酸盐、萘磺酸盐、烯基磺酸盐及各聚合物，所述非离子型分散剂选自聚氧乙烯醚类、聚氧乙烷嵌段聚醚类表面活性剂；所述稳定剂选自可溶性盐类、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素或聚丙烯酰胺。其中所述低灰分超细碳质颗粒经低灰分优质煤粉碎得到，或者通过用于执行固体燃料颗粒在液体介质中的预矿化操作得到的产物再进行泡沫浮选，将泡沫浮选塔顶部物料除去泡沫后而得到。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的多级混合装置没有采用文丘里高速混合装置对物料和空气进行第一次混合，而是利用空气进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固体燃料与液体介质多级混合装置，其特征在于，其包括：/n内套筒(1)，所述内套筒(1)上具有周向分布的内套筒孔(11)；/n外套筒(2)，其位于所述内套筒(1)外围，所述内套筒(1)和所述外套筒(2)通过支架(9)连接固定；/n固体燃料浆进口(41)，其连接至所述内套筒(1)上游，所述固体燃料浆进口(41)与所述内套筒(1)同轴；/n空气进气口(42)，其连接至所述内套筒(1)上游，所述空气进气口(42)和所述固体燃料浆进口(41)的角度为30°～60°；/n微纳米气泡发生部件(5)，其位于所述内套筒(1)下游；/n物料出口(71)，其连接至所述内套筒(1)下游。/n
【技术特征摘要】
1.一种固体燃料与液体介质多级混合装置，其特征在于，其包括：
内套筒(1)，所述内套筒(1)上具有周向分布的内套筒孔(11)；
外套筒(2)，其位于所述内套筒(1)外围，所述内套筒(1)和所述外套筒(2)通过支架(9)连接固定；
固体燃料浆进口(41)，其连接至所述内套筒(1)上游，所述固体燃料浆进口(41)与所述内套筒(1)同轴；
空气进气口(42)，其连接至所述内套筒(1)上游，所述空气进气口(42)和所述固体燃料浆进口(41)的角度为30°～60°；
微纳米气泡发生部件(5)，其位于所述内套筒(1)下游；
物料出口(71)，其连接至所述内套筒(1)下游。
2.根据权利要求1所述的固体燃料与液体介质多级混合装置，其特征在于，所述空气进气口(42)为多个；所述空气进气口(42)上具有气体分布多孔板(421)。
3.根据权利要求1所述的固体燃料与液体介质多级混合装置，其特征在于，所述外套筒(2)上游设置有上游固定座(3)，其具有第一空腔(31)；所述上游固定座(3)上游设置有底座(4)，其具有第二空腔(43)、所述空气进气口(42)和所述空气进气口(42)，所述第一空腔(31)和第二空腔(43)为等腰梯形，靠近所述固体燃料浆进口(41)一侧为等腰梯形的上底。
4.根据权利要求3所述的固体燃料与液体介质多级混合装置，其特征在于，所述第一空腔(31)、所述第二空腔(43)和所述固体燃料浆进口(41)同轴连通，所述空气进气口(42)与所述第二空腔(43)连通。
5.根据权利要求1所述的多级混合装置，其特征在于，所述外套筒(2)下游设置有第下游固定座(6)，其具有第三空腔(61)；所述下游固定座(6)下游设置有出口固定座(7)，其具有物料通道(72)和所述固体燃料浆出口(71)，所述第三空腔(61)、物料通道(72)和所述固体燃料浆出口(71)连通。
6.根据权利要求1所述的固体燃料与液体介质多级混合装置，其特征在于，所述出口固定座(7)下游设置有顶盖(8)；所述内套筒(1)、外套筒(2)、上游固定座(3)、底座(4)、微纳米气泡发生部件(5)、下游固定座(6)、出口固定座(7)和顶盖(8)同轴。
7.根据权利要求1所述的多级混合装置，其特征在于，所述微纳米气泡发生部件(5)包括同轴连接的头部(51)和杆部(52)，所述杆部(52)包括转轴(521)和所述转轴(521)外围的杆壁(522)；
所述头部(51)包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：翁力，李俊国，吴昌宁，刘科，刘力铭，周伟光，周宝楠，梅豫杰，
申请(专利权)人：深圳市合众清洁能源研究院，南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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