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一种煤制热、电、乙炔组合工艺 Download PDF

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Abstract

一种煤制热、电、乙炔组合工艺是燃煤电厂为煤等离子制乙炔反应提供所需原料煤粉、氢气与电能，煤等离子乙炔反应装置产生的煤渣返回中储制粉系统进行燃烧发电，产生的乏气通入锅炉燃烧利用，产生的余热引入汽轮机热力系统利用。本发明组合工艺将煤等离子乙炔反应装置与燃煤电厂生产系统集于一体，在一套系统中进行热、电、乙炔的联合生产，实现了资源的合理配置及梯级利用，提高了系统的经济性，降低了煤耗。

Description

一种煤制热、电、乙炔组合工艺
技术领域
本发明涉及一种煤的多联产组合工艺，特别是一种由煤制热、电和乙炔组合工艺的技术方案。
背景技术
乙炔是一种重要的基本化工原料。电石法是由煤生产乙炔的传统方法，但存在着工艺流程长，能耗高，原料运输费用高，特别是环境污染严重等问题。  
煤等离子制乙炔工艺能耗低，流程简单，非常适用于生产的连续化和大型化，基本可以实现对环境的零排放，不污染环境。
煤等离子制乙炔工艺克服了传统工艺的许多缺点，是一条煤洁净转化的有效途径，申请人已申请的公开号为CN 1562922A的发明专利“煤等离子体热解制乙炔工艺及装置”，是针对现有煤等离子体热解制乙炔工艺及其装置存在的不足，主要解决了现有煤等离子体热解制乙炔的工艺过程中，由于融熔煤颗粒直接冲刷反应器内壁面，造成了反应器内壁面的严重结焦，阻止了反应的连续进行，同时解决等离子体热解煤与煤粉喷入量的比例以及等离子反应器的效率问题，并提出了一种连续煤等离子体热解制乙炔工艺及装置。
但是对于以生产化工产品为目的的单产系统而言，由于长期以来化工生产更注重原料成分及其高转化率，对化工系统中物理能的利用不够重视，化工工艺流程所需热量和蒸汽都来自效率较低的公用工程，因此在单产化工产品的系统中，从节省系统投资的角度，高温合成气所带的大量余热都被浪费掉。
寻求一种煤多联产工艺，将化工与发电过程耦合，实现煤化学能及物理能的梯级利用，能大大降低化工行业的原料消耗和能耗，煤等离子制乙炔工艺作为一种新型煤气化方法，在寻求产业化过程中，更需要积极发展多联产工艺，以提高系统能源利用效率，减小环境污染，均具有重要的现实意义。
发明内容
基于现有煤等离子制乙炔工艺在工业化过程中存在的问题，本发明要解决的技术问题是针对目前煤等离子气化高温显热的利用问题以及煤气化工生产能耗较高的弊端，提供一种煤制热、电、乙炔组合工艺，该工艺将化工生产流程和动力系统有机相结合，进一步通过能量及物料的循环利用，实现资源的合理配置，互补节能。
为了实现上述目的，本发明所采取的措施是一种煤制热、电、乙炔组合工艺，其所述组合工艺是将煤等离子乙炔反应装置与燃煤电厂生产系统集于一体，实现热、电、乙炔的联合生产；其具体工艺步骤如下：
（1）电解水
在燃煤电厂制氢站输入95kwh电能与2800kg/h水进行电解水生成氧气和氢气，将获得的2300kg/h氧气加入锅炉实现富氧燃烧，获得的氢气取25kg/h输入汽轮发电机定子和转子冷却通道，冷却汽轮发电机；
（2）煤制热、电
将950000kg/h煤与1400kg/h煤渣输入燃煤电厂中储制粉系统制成1～300μm间的煤粉加入锅炉进行燃烧，将1000000kg/h水加热为高温高压水蒸汽，在汽轮发电机做功输出250MW电能和抽气供350000000kcal热能；
（3）煤制乙炔
将3000kg/h煤粉与12000kwh电能、550kg/h氩气和250kg/h氢气输入等离子发生器产生5000～8000℃的高温等离子弧，在等离子反应器中进行煤热解反应，其生成物经过淬冷器快速冷却，经过淬冷器快速冷却后的气固两相物经多相分离器分离出气体和1300kg/h煤渣，多相分离器分离出的气体经气体分离器分离出700kg/h产品气乙炔、500kg/h氩气和400kg/h乏气。
在上述组合工艺的技术方案中，进一步的技术特征如下：
所述中储制粉系统的原料是煤等离子乙炔反应装置生成的煤渣和燃煤电厂的煤。
所述煤制乙炔的工艺中，煤等离子乙炔反应装置所用的煤粉是燃煤电厂中储制粉系统制成的1～300μm之间的煤粉。
所述煤制乙炔的工艺中，煤等离子乙炔反应装置所用的电能是燃煤电厂煤制热、电工艺中输出的电能。
所述煤制乙炔的工艺中，煤等离子乙炔反应装置所用的氢气是燃煤电站电解水工艺中制得的氢气。
所述煤制乙炔的工艺中，经多相分离器分离出的煤渣输入燃煤电厂中储制粉系统再利用，经气体分离器分离出的乏气输入锅炉燃烧放热，氩气返回等离子发生器再利用。
实现本发明上述一种煤制热、电、乙炔组合工艺，将煤等离子乙炔反应装置与燃煤电厂生产系统集于一体，实施热、电、乙炔的联合生产工艺，与现有技术相比，所具有的直接的和必然产生的优点与积极效果在于：
煤等离子热解制乙炔反应装置产生的煤渣返回制粉系统进行燃烧发电，实现化学能和热能的梯级利用。
煤等离子热解制乙炔反应装置产生的乏气通入锅炉燃烧利用，节约了能源；煤等离子热解制乙炔反应装置产生的余热引入汽轮机热力系统，提高了系统得经济性，降低了煤耗。
煤在等离子反应器中热解制乙炔具有快速启动、快速停机的特性，具有较强的时间选择性，其能够利用电网在低谷时发电过程的部分电量生产乙炔化工产品。
本发明一种煤制热、电、乙炔组合工艺，将化工生产流程和动力系统有机相耦合于一体，进一步通过能量及物料的循环利用，实现了资源的合理配置，资源的优势互补，节约了能源，减少了环境污染，而且工艺过程简单，环境友好，真正实现了节能减排的目的。
附图说明
图1是本发明煤制热、电、乙炔组合工艺流程示意图。
图2是本发明燃煤电厂生产系统设备结构图。
图3是本发明煤等离子制乙炔反应装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
如图1，采用图1的工艺流程，实施本发明所述的一种煤制热、电、乙炔组合工艺，该组合工艺是将煤等离子乙炔反应装置与燃煤电厂生产系统集于一体，实现热、电、乙炔的联合生产；其具体工艺步骤如下：
（1）、电解水：在燃煤电厂制氢站输入95kwh电能与2800kg/h水进行电解水生成氧气和氢气，将获得的2300kg/h氧气加入锅炉实现富氧燃烧，获得的氢气取25kg/h输入汽轮发电机定子和转子冷却通道，冷却汽轮发电机；
（2）、煤制热、电：将950000kg/h煤与1400kg/h煤渣输入燃煤电厂中储制粉系统制成1～300μm之间的煤粉加入锅炉进行燃烧，将1000000kg/h水加热为高温高压水蒸汽，在汽轮发电机做功输出250MW电能和抽气供350000000kcal热能；
（3）、煤制乙炔：将3000kg/h煤粉与12000kwh电能、550kg/h氩气、250kg/h氢气输入等离子发生器产生5000-8000℃的高温等离子弧，在等离子反应器中进行煤热解反应，其生成物经过淬冷器快速冷却，经过淬冷器快速冷却后的气固两相物经多相分离器分离出气体和1300kg/h煤渣，多相分离器分离出的气体经气体分离器分离出700kg/h产品气乙炔、500kg/h氩气和400kg/h乏气。
在实施上述一种煤制热、电、乙炔组合工艺的过程中，所述煤制热、电过程中，燃煤电厂中储制粉系统所采用的原料为煤等离子乙炔反应生成的煤渣与燃煤电厂的煤。
所述煤制乙炔过程中煤等离子乙炔反应所需的煤粉采用燃煤电厂中储制粉系统制成的1～300μm之间的煤粉，煤电厂的煤粉在质和量方面符合煤在等离子反应器中热解制乙炔工艺对煤粉的要求，仓储式制粉系统可靠性高，系统出现故障不会立即影响机组运行，我国70%以上的燃煤电厂采用该种制粉系统；球磨机在我国电厂中应用很广，积累经验较为丰富，球磨机应保持在最经济的负荷下工作，球磨机磨制煤粉所需电能，主要消耗在举起钢球，而燃料量的多寡对其影响不大，应保持在额定负荷下运行，其耗电率最低，可保持一定的煤粉积累；球磨机生产的煤粉由各种尺寸和形状不规则的颗粒组成，它们的尺寸一般在1μm-300μm之间，其中20μm-50μm的颗粒占多数，制粉系统煤粉的n值在0.8～1.3之间，完全符合煤在等离子反应器中热解制乙炔工艺对煤粉的要求 。
所述煤制乙炔过程中等离子乙炔反应所需的电能利用燃煤电厂煤制热、电过程中输出的电能：燃煤电厂的电能是整个供电网络中成本最低的地方，当电力系统处于低谷时，其电价较低，促使机组低负荷运行，此时燃煤电厂一方面面对的是低的供电电价，另一方面面对的是由于负荷降低，机组效率下降，使发电成本增加，而对于调峰机组这种情况更为严重。由此看来，寻找低负荷发电量的出路，使机组尽量在高负荷及高效率下运行，也是发电企业将会遇到的问题。煤在等离子反应器中热解制乙炔装置具有快速启动、快速停机的特性，具有较强的时间选择性，其能利用电网在低谷时发电企业的部分电量、生产乙炔化工产品，增加一种多联产的方式，有利于发电企业吸纳富裕人员，增强抗风险能力。所以燃煤电厂利用煤在等离子反应器中热解制乙炔，在能量需求上，具有特殊优势。 
所述煤制乙炔过程中等离子乙炔反应所需的氢气采用燃煤电站电解水过程中制得的氢气，电厂发电机常用氢气作为冷却介质。氢气具有重量轻、比热大、导热系数大、粘性系数小、导温性能优良等特点，不但其冷却性能优良、且通风损耗小，大型机组广泛采用氢冷技术。在电厂设有制氢站，且为满足氢冷系统出现泄漏等故障工况而有较大的备用容量（10～15倍），由此电站本身能够提供煤等离子热解制乙炔反应装置所需的氢气。
所述煤制乙炔过程中经多相分离器分离出的煤渣进入中储制粉系统再利用，经气体分离器分离出的乏气进入锅炉燃烧放热，氩气返回等离子发生器再利用。
在上述实施方式中，本专业的技术人员结合公知常识以及惯用手段，能够再现本发明组合工艺的技术方案，其所具有的优点与积极效果也必然能够得以体现，是一种具有实际应用的工艺方法。 

Claims (6)

1.一种煤制热、电、乙炔组合工艺，其所述组合工艺是将煤等离子乙炔反应装置与燃煤电厂生产系统集于一体，实现热、电、乙炔的联合生产；其具体工艺步骤如下：
（1）电解水
在燃煤电厂制氢站输入95kwh电能与2800kg/h水进行电解水生成氧气和氢气，将获得的2300kg/h氧气加入锅炉实现富氧燃烧，获得的氢气取25kg/h输入汽轮发电机定子和转子冷却通道，冷却汽轮发电机；
（2）煤制热、电
将950000kg/h煤与1400kg/h煤渣输入燃煤电厂中储制粉系统制成1～300μm间的煤粉加入锅炉进行燃烧，将1000000kg/h水加热为高温高压水蒸汽，在汽轮发电机做功输出250MW电能和抽气供350000000kcal热能；
（3）煤制乙炔
将3000kg/h煤粉与12000kwh电能、550kg/h氩气和250kg/h氢气输入等离子发生器产生5000～8000℃的高温等离子弧，在等离子反应器中进行煤热解反应，其生成物经过淬冷器快速冷却，经过淬冷器快速冷却后的气固两相物经多相分离器分离出气体和1300kg/h煤渣，多相分离器分离出的气体经气体分离器分离出700kg/h产品气乙炔、500kg/h氩气和400kg/h乏气。
2.如权利要求1所述的煤制热、电、乙炔组合工艺，其特征在于：所述中储制粉系统的原料是煤等离子乙炔反应装置生成的煤渣和燃煤电厂的煤。
3.如权利要求1所述的煤制热、电、乙炔组合工艺，其特征在于：所述煤制乙炔的工艺中，煤等离子乙炔反应装置所用的煤粉是燃煤电厂中储制粉系统制成的1～300μm之间的煤粉。
4.如权利要求1所述的煤制热、电、乙炔组合工艺，其特征在于：所述煤制乙炔的工艺中，煤等离子乙炔反应装置所用的电能是燃煤电厂煤制热、电工艺中输出的电能。
5.如权利要求1所述的煤制热、电、乙炔组合工艺，其特征在于：所述煤制乙炔的工艺中，煤等离子乙炔反应装置所用的氢气是燃煤电站电解水工艺中制得的氢气。
6.如权利要求1所述的煤制热、电、乙炔组合工艺，其特征在于：所述煤制乙炔的工艺中，经多相分离器分离出的煤渣输入燃煤电厂中储制粉系统再利用，经气体分离器分离出的乏气输入锅炉燃烧放热，氩气返回等离子发生器再利用。
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