CN105668568B - 生产电石的系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了生产电石的系统及其方法，其中，生产电石的系统，包括：低阶煤处理单元、生石灰处理单元、热解装置、热压成型单元、高温输送装置和电弧炉，其中，热解装置具有原料进口、油气出口和固体产物出口，原料进口与低阶煤处理单元相连；热压成型单元分别与热解装置和生石灰处理单元相连；高温输送装置与热压成型单元相连；电弧炉具有成型物料进口、炉气出口和电石出口，成型物料进口与高温输送装置相连。由此可以充分利用热解显热，降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
Description
技术领域
本发明属于电石生产领域，具体而言，本发明涉及生产电石的系统及其方法。
背景技术
电石即碳化钙(CaC2)，上世纪中叶之前被誉为有机合成之母。目前主要用于生产氯乙烯基、醋酸乙烯基和丙烯酸基等系列产品，我国70％以上的PVC(聚氯乙烯)生产源于电石乙炔。电石对我国的经济发展具有十分重要的作用，近十余年来的产量不断增长，2013年产量超2200万吨。
电石的生产原料兰炭的生产工艺与电石冶炼工艺是独立的，导致高温(400℃～800℃)兰炭的显热被浪费，同时，在熄焦处理过程中产生能耗和废水或废气，使得总体工艺的能耗较高且污染较重；同时，由于电石炉对原料粒径要求较严格(5～30mm)，因此使用的兰炭均为高品质高价格的兰炭，成本较高。
现有生产电石的工艺中，有人提出用煤粉和生石灰粉先混合成型，再共同进行热解，将热解型球热送入电弧炉中进行电石冶炼。由于煤粉热解过程中产生热解水，而生石灰粉又极易吸水变成氢氧化钙粉化，这样就导致热解后的型球部分粉化而不能全部进入传统电石炉，同时氢氧化钙在580℃时会吸热发生分解。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有生产效率高、能耗低的生产电石的系统及其方法。
根据本发明的一个方面，本发明还提出了一种生产电石的系统。根据本发明实施例的生产电石的系统适于实施前面所述的生产电石的方法，根据本发明实施例的生产电石的系统包括：
低阶煤处理单元；
生石灰处理单元；
热解装置，所述热解装置具有原料进口、油气出口和固体产物出口，所述物料进口与所述低阶煤处理单元相连；
热压成型单元，所述成型单元分别与所述热解装置和所述生石灰处理单元相连；
高温输送装置，所述高温输送装置与所述热压成型单元相连；以及
电弧炉，所述电弧炉具有成型物料进口、炉气出口和电石出口，所述成型物料进口与所述高温输送装置相连。
由此本发明实施例的生产电石的系统预先将碳基原料低阶煤进行热解处理后与钙基原料生石灰进行混合，并热压成型，最后热送至电弧炉冶炼生产电石。因此该系统将低阶煤热解与电石生产工艺相耦合，可以使用廉价的低阶煤替代价格昂贵的块状焦炭或兰炭生产电石，由此可以降低原料成本，避免了现有生产电石的方法采用块状焦炭或半焦和块状生石灰为原料生产电石的局限性。同时单独对低阶煤进行热解，可以除去低阶煤中的水分，进而可以避免工艺中产生的水分被氧化钙吸收生成氢氧化钙进而粉化影响电石冶炼。另外，热解得到的高温固体产物与生石灰粉末混合热压成型，并热送至电弧炉，进而充分利用了热解显热，降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
另外，根据本发明上述实施例的生产电石的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，低阶煤处理单元包括依次相连的低阶煤破碎装置、煤中间储仓和煤螺旋输送装置，其中，所述煤螺旋输送装置与所述热解装置相连；
生石灰处理单元包括依次相连的生石灰破碎装置、生石灰中间储仓和生石灰螺旋输送装置，其中，所述生石灰螺旋输送装置与所述热压成型单元相连。
在本发明的一些实施例中，热压成型单元包括相连的混料装置和成型装置，所述混料装置分别与所述热解装置和所述生石灰螺旋输送装置相连，所述成型装置与所述高温输送装置相连。
在本发明的一些实施例中，所述炉气出口与所述热解装置相连。由此利用电石冶炼产生的高温炉气对热解物料进行加热，减少热解装置外供热量，降低成本。
在本发明的一些实施例中，所述热解装置为快速热解装置。由此可以进一步提高热解效率。
根据本发明的另一个方面，本发明提出了一种生产电石的方法，所述方法采用前面所述的生产电石的系统。根据本发明实施例的生产电石的方法包括：
采用低阶煤处理单元对低阶煤进行粉碎，以便获得粉煤；
采用生石灰处理单元对生石灰进行粉碎，以便获得生石灰粉末；
在热解装置内将所述粉煤进行热解处理，以便得到热解气、煤焦油和高温热解固体产物；
采用热压成型单元将所述高温热解固体产物与所述生石灰粉末进行热压成型，以便得到成型物料；以及
利用高温输送装置将所述成型物料热送至电弧炉内进行冶炼处理，以便获得电石。
由此本发明实施例的生产电石的方法预先将碳基原料低阶煤进行热解处理后与钙基原料生石灰进行混合，并热压成型，最后热送至电弧炉冶炼生产电石。因此该方法将低阶煤热解与电石生产工艺相耦合，可以使用廉价的低阶煤替代价格昂贵的块状焦炭或兰炭生产电石，由此可以降低原料成本，避免了现有生产电石的方法采用块状焦炭或半焦和块状生石灰为原料生产电石的局限性。同时单独对低阶煤进行热解，可以除去低阶煤中的水分，进而可以避免工艺中产生的水分被氧化钙吸收生成氢氧化钙进而粉化影响电石冶炼。另外，热解得到的高温固体产物与生石灰粉末混合热压成型，并热送至电弧炉，进而充分利用了热解显热，降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
另外，根据本发明上述实施例的生产电石的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，上述实施例的生产电石的方法进一步包括：将所述冶炼处理产生的高温炉气返回用于所述热解处理。
在本发明的一些实施例中，所述热解处理采用快速热解装置进行，以便进一步提高热解能耗。
在本发明的一些实施例中，所述粉煤的平均粒径小于1毫米，所述生石灰粉末的平均粒度均小于74微米。由此可以进一步提高碳基原料与钙基原料的接触面积，进而降低反应能耗。
在本发明的一些实施例中，所述高温热解固体产物为含碳量大于82质量％且温度为500-600摄氏度的半焦，由此可以进一步提高电石产率。
在本发明的一些实施例中，上述实施例的生产电石的方法进一步包括：在进行所述热压成型之间，将所述高温热解固体产物和所述生石灰粉末按照1-2：1的质量比进行混合；
任选地，所述成型物料的当量直径5-40毫米；
任选地，所述成型物料的温度为250-350摄氏度。
在本发明的一些实施例中，所述冶炼处理是在1700-2100摄氏度的温度下进行5-15分钟而完成。由此可以进一步降低能耗。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的生产电石的系统法的结构示意图。
图2是根据本发明一个实施例的生产电石的方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种生产电石的系统。如图1所示，根据本发明的具体实施例的生产电石的系统包括：低阶煤处理单元10、生石灰处理单元20、热解装置30、热压成型单元40、高温输送装置50和电弧炉60。
其中，所述热解装置30具有原料进口31、油气出口32和固体产物出口33，原料进口31与低阶煤处理单元10相连；热压成型单元40分别与热解装置30和生石灰处理单元20相连；高温输送装置50与热压成型单元40相连；以及电弧炉60具有成型物料进口61、炉气出口62和电石出口63，成型物料进口61与高温输送装置50相连。
由此本发明实施例的生产电石的系统预先将碳基原料低阶煤进行热解处理后与钙基原料生石灰进行混合，并热压成型，最后热送至电弧炉冶炼生产电石。因此该系统将低阶煤热解与电石生产工艺相耦合，可以使用廉价的低阶煤替代价格昂贵的块状焦炭或兰炭生产电石，由此可以降低原料成本，避免了现有生产电石的方法采用块状焦炭或半焦和块状生石灰为原料生产电石的局限性。同时单独对低阶煤进行热解，可以除去低阶煤中的水分，进而可以避免工艺中产生的水分被氧化钙吸收生成氢氧化钙进而粉化影响电石冶炼。另外，热解得到的高温固体产物与生石灰粉末混合热压成型，并热送至电弧炉，进而充分利用了热解显热，降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
根据本发明的具体实施例，低阶煤处理单元10包括依次相连的低阶煤破碎装置11、煤中间储仓12和煤螺旋输送装置13，其中，煤螺旋输送装置13与热解装置30相连；生石灰处理单元20包括依次相连的生石灰破碎装置21、生石灰中间储仓22和生石灰螺旋输送装置23，其中，生石灰螺旋输送装置23与热压成型单元40相连。由此根据本发明的具体示例，预先采用低阶煤处理单元10对低阶煤进行粉碎，可以进一步提高后续热解处理的效率，降低能耗。采用低阶煤处理单元10和生石灰处理单元20分别将两种原料进行粉碎，可以显著提高粉煤和生石灰粉末的接触面积，提高二者的反应活性，由此可以显著降低冶炼能耗，以便进一步降低生产成本。同时可以进一步提高生产电石的效率。
根据本发明的具体实施例，粉煤的平均粒径小于1毫米，生石灰粉末的平均粒度均小于74微米。由此，将生石灰以超细粉的形式与热解后的粉煤进行混合，使得热解后得到的高温热解固体产物与生石灰可以充分进行接触，提高了二者接触面积，由此进一步降低冶炼处理的反应温度，缩短反应时间，降低反应能耗和生产成本。
根据本发明的具体实施例，热压成型单元40包括相连的混料装置41和成型装置42，混料装置41分别与热解装置30和生石灰螺旋输送装置23相连，成型装置42与高温输送装置50相连。
根据本发明的具体实施例，通过热压成型单元将所述高温热解固体产物与所述生石灰粉末进行热压成型，以便得到成型物料。采用热压成型单元40，无需对高温热解固体产物进行冷却，进而可以利用这部分显热，直接进行冶炼。由此可以进一步降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
根据本发明的具体示例，在进行所述热压成型之间，将所述高温热解固体产物和所述生石灰粉末按照1-2：1的质量比进行混合。由此不仅可以使得原煤粉末与石灰粉末充分反应，同时过量的半焦，在燃气熔融炉中接触空气燃烧，放出大量热，可以显著降低电石冶炼能耗。
根据本发明的具体实施例，所述成型物料的当量直径为5-40毫米。由此可以方便进一步对其进行冶炼处理。
根据本发明的具体实施例，经过热压成型处理后得到的成型物料的温度为250-350摄氏度。由此将其直接热送至电弧炉内进行冶炼处理，可以有效利用成型物料的显热，进而进一步降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
根据本发明的具体实施例，炉气出口62与所述热解装置30相连。由此可以将冶炼处理产生的高温炉气返回用于所述热解处理。由此利用电石冶炼产生的高温炉气对热解物料进行加热，减少热解装置外供热量，降低成本。
根据本发明的具体实施例，热解装置30可以为快速热解装置。由此可以进一步提高热解效率，进而显著提高生产电石的效率。
根据本发明的另一个方面，本发明提出了一种生产电石的方法，所述方法采用前面所述的生产电石的系统。
根据本发明实施例的生产电石的方法包括：采用低阶煤处理单元对低阶煤进行粉碎，以便获得粉煤；采用生石灰处理单元对生石灰进行粉碎，以便获得生石灰粉末；在热解装置内将所述粉煤进行热解处理，以便得到热解气、煤焦油和高温热解固体产物；采用热压成型单元将所述高温热解固体产物与所述生石灰粉末进行热压成型，以便得到成型物料；以及利用高温输送装置将所述成型物料热送至电弧炉内进行冶炼处理，以便获得电石。
由此本发明实施例的生产电石的方法预先将碳基原料低阶煤进行热解处理后与钙基原料生石灰进行混合，并热压成型，最后热送至电弧炉冶炼生产电石。因此该方法将低阶煤热解与电石生产工艺相耦合，可以使用廉价的低阶煤替代价格昂贵的块状焦炭或兰炭生产电石，由此可以降低原料成本，避免了现有生产电石的方法采用块状焦炭或半焦和块状生石灰为原料生产电石的局限性。同时单独对低阶煤进行热解，可以除去低阶煤中的水分，进而可以避免工艺中产生的水分被氧化钙吸收生成氢氧化钙进而粉化影响电石冶炼。另外，热解得到的高温固体产物与生石灰粉末混合热压成型，并热送至电弧炉，进而充分利用了热解显热，降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
下面参考图2详细描述本发明具体实施例的生产电石的方法。
(1)原料预处理
根据本发明的具体实施例，生产电石的原煤为廉价的低阶煤，由此可以降低成本。并且采用低阶煤作为生产电石的原料还可以扩大现有生产电石方法对原煤的选择范围，避免仅以块状焦炭或半焦为原料生产电石的限制。根据本发明的具体实施例，石灰可以是将石灰石经过焙烧处理获得。
根据本发明的具体实施例，首先采用低阶煤处理单元对低阶煤进行粉碎，以便获得粉煤；采用生石灰处理单元对生石灰进行粉碎，以便获得生石灰粉末。根据本发明的具体示例，预先将低阶煤进行粉碎，可以进一步提高后续热解处理的效率，降低能耗。同时分别将两种原料进行粉碎，可以显著提高粉煤和生石灰粉末的接触面积，提高二者的反应活性，由此可以显著降低冶炼能耗，以便进一步降低生产成本。同时可以进一步提高生产电石的效率。
根据本发明的具体实施例，粉煤的平均粒径小于1毫米，生石灰粉末的平均粒度均小于74微米。由此，将生石灰以超细粉的形式与热解后的粉煤进行混合，使得热解后得到的高温热解固体产物与生石灰可以充分进行接触，提高了二者接触面积，由此进一步降低冶炼处理的反应温度，缩短反应时间，降低反应能耗和生产成本。
(2)热解处理
根据本发明的具体实施例，在热解装置内对粉煤进行热解处理，以便使煤的挥发分析出，并得到高温热解固体产物。通过单独对粉煤进行热解处理，不仅可以提高粉煤中的含碳率，进而提高生产电石的产率。其次，热解处理还可以预先除去低阶煤中的水分，间接地对其进行了干燥，由此可以避免氧化钙吸收水分生成氢氧化钙进而粉化影响电石冶炼。另外，热解得到的高温固体产物与生石灰粉末混合热压成型，并热送至电弧炉，进而充分利用了热解显热，降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
根据本发明的具体实施例，对粉煤进行热解处理可以采用快速热解装置进行，由此可以进一步提高热解效率。
根据本发明的具体实施例，热解处理的温度为550-650摄氏度。在此温度下，可以达到最大的焦油收率
根据本发明的具体实施例，对粉煤进行热解得到的高温热解固体产物为含碳量大于82质量％且温度为500-600摄氏度的半焦。由此，通过热解处理显著提高了低阶煤中的含碳量，进而可以显著提高生产得到的电石的质量。另外，热解处理得到的高温热解固体产物可以与生石灰粉末通过热压成型后直接进入电弧炉进行冶炼，由此可以充分利用热解显热，进而可以进一步降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
(3)热压成型
根据本发明的具体实施例，采用热压成型单元将所述高温热解固体产物与所述生石灰粉末进行热压成型，以便得到成型物料。通过采用热压成型，无需对高温热解固体产物进行冷却，进而可以利用这部分显热，直接进行冶炼。由此可以进一步降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
根据本发明的具体示例，在进行所述热压成型之间，将所述高温热解固体产物和所述生石灰粉末按照1-2：1的质量比进行混合。由此不仅可以使得原煤粉末与石灰粉末充分反应，同时过量的半焦，在燃气熔融炉中接触空气燃烧，放出大量热，可以显著降低电石冶炼能耗。
根据本发明的具体实施例，所述成型物料的当量直径为5-40毫米。由此可以方便进一步对其进行冶炼处理。
根据本发明的具体实施例，经过热压成型处理后得到的成型物料的温度为250-350摄氏度。由此将其直接热送至电弧炉内进行冶炼处理，可以有效利用成型物料的显热，进而进一步降低电弧炉电耗，减少能耗，提高能量利用率。
(4)冶炼处理
根据本发明的具体实施例，进一步利用高温输送装置将所述成型物料热送至电弧炉内进行冶炼处理，以便获得电石。由此，无需对成型物料进行冷却，进而不仅可以有效利用具体地，半焦中的固定碳与生石灰反应生成熔融态的电石，通过电弧炉炉底以液态形式排出，冷却后破碎得电石产品，
根据本发明的具体实施例，通过对低阶煤和生石灰进行上述一系列的处理，可以降低冶炼能耗。根据本发明的具体示例，本发明的冶炼处理可以在1700-2100摄氏度的温度下进行5-15分钟而完成。该温度较常规电弧炉冶炼电石的
根据本发明的具体实施例，上述生产电石的方法进一步包括：将冶炼处理产生的高温炉气返回用于所述热解处理。由此利用电石冶炼产生的高温炉气对热解物料进行加热，减少热解装置外供热量，降低成本。
实施例1
以某长焰煤为碳素原料，其主要性质见表1。
表1长焰煤主要性质
以生石灰为钙基原料，破碎至<74μm，其中CaO含量92％。
长焰煤用中速磨将其粉碎并干燥，使其粒度<1mm，水分<2％。
粉状长焰煤送入快速热解装置热解，热解温度650℃，热解产物产率如表2所示。
表2热解产品产率(wt％)
| 产品 | 产率 |
| 固体产物 | 64.86 |
| 焦油 | 14.38 |
| 煤气 | 13.17 |
| 热解水 | 7.59 |
粉状生石灰和热解固体产物以1.67:1的配比混合后热压成型，型球粒度为32×25×18mm。
型球温度在300℃左右热送至电弧炉，加热至1900℃，冶炼10min后将熔融的电石从炉底排出，冷却后破碎。产品电石中含碳化钙81％，发气量302L/kg。
实施例2
以某褐煤为碳素原料，其主要性质见表3。
表3褐煤主要性质
| 项目 | 单位 | 数值 | 备注 |
| 全水 | wt％ | 59.40 | 收到基 |
| 固定碳 | wt％ | 43.79 | 空干基 |
| 挥发分 | wt％ | 46.84 | 空干基 |
| 灰分 | wt％ | 1.94 | 空干基 |
以生石灰为钙基原料，破碎至<74μm，其中CaO含量92％。
褐煤用中速磨将其粉碎并干燥，使其粒度<1mm，水分<5％。
粉状褐煤送入快速热解装置热解，热解温度550℃，热解产物产率如表4所示。
表4热解产品产率(wt％)
| 产品 | 产率 |
| 固体产物 | 53.29 |
| 焦油 | 7.18 |
| 煤气 | 21.33 |
| 热解水 | 18.20 |
粉状生石灰和热解固体产物以1.58:1的配比混合后热压成型，型球粒度为32×25×18mm。
型球温度在250℃左右热送至电弧炉，加热至2000℃，冶炼10min后将熔融的电石从炉底排出，冷却后破碎。产品电石中含碳化钙81.5％，发气量308L/kg。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种生产电石的系统，其特征在于，包括：
低阶煤处理单元；
生石灰处理单元；
热解装置，所述热解装置具有原料进口、油气出口和固体产物出口，所述原料进口与所述低阶煤处理单元相连，所述热解装置为快速热解装置；
热压成型单元，所述热压成型单元分别与所述热解装置和所述生石灰处理单元相连；
高温输送装置，所述高温输送装置与所述热压成型单元相连；以及
电弧炉，所述电弧炉具有成型物料进口、炉气出口和电石出口，所述成型物料进口与所述高温输送装置相连，
其中，低阶煤处理单元包括依次相连的低阶煤破碎装置、煤中间储仓和煤螺旋输送装置，其中，所述煤螺旋输送装置与所述热解装置相连；
生石灰处理单元包括依次相连的生石灰破碎装置、生石灰中间储仓和生石灰螺旋输送装置，其中，所述生石灰螺旋输送装置与所述热压成型单元相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，热压成型单元包括相连的混料装置和成型装置，所述混料装置分别与所述热解装置和所述生石灰螺旋输送装置相连，所述成型装置与所述高温输送装置相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述炉气出口与所述热解装置相连。
4.一种生产电石的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-3中任一项所述的生产电石的系统，所述方法包括：
采用低阶煤处理单元对低阶煤进行粉碎，以便获得粉煤；
采用生石灰处理单元对生石灰进行粉碎，以便获得生石灰粉末；
在热解装置内对所述粉煤进行热解处理，以便得到热解气、煤焦油和高温热解固体产物；
采用热压成型单元将所述高温热解固体产物与所述生石灰粉末进行热压成型，以便得到成型物料；以及
利用高温输送装置将所述成型物料热送至电弧炉内进行冶炼处理，以便获得电石，
其中，所述热解处理采用快速热解装置进行。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：将所述冶炼处理产生的高温炉气返回用于所述热解处理。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述粉煤的平均粒径小于1毫米，所述生石灰粉末的平均粒度均小于74微米，
任选地，所述高温热解固体产物为含碳量大于82质量％且温度为500-600摄氏度的半焦。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：在进行所述热压成型之间，将所述高温热解固体产物和所述生石灰粉末按照1-2：1的质量比进行混合；
任选地，所述成型物料的当量直径5-40毫米；
任选地，所述成型物料的温度为250-350摄氏度；
任选地，所述冶炼处理是在1700-2100摄氏度的温度下进行5-15分钟而完成。
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