CN106006554A - 一种电石渣制备富氢气体和电石的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电石渣制备富氢气体和电石的系统及方法。所述系统包括电石渣净化单元、混合成型单元、高温热解单元、催化重整单元、变换单元以及电石冶炼单元，电石渣净化单元包括CO2碳化单元和压滤单元；高温热解单元包括型球入口、荒煤气出口及高温活性球团出口；催化重整单元包括荒煤气入口和合成气与二氧化碳出口；变换单元包括合成气与二氧化碳入口及富CO2和氢气出口；电石冶炼单元包括高温活性球团入口和电石出口，用于将高温活性球团冶炼为电石。本发明的电石渣制备富氢气体和电石的系统及方法，以电石渣为原料，不仅降低原料成本、充分利用热解气携带显热，且简化热解气成分，提高利用率，极大地提高了电石生产的经济性。

Description

一种电石渣制备富氢气体和电石的系统及方法
技术领域
本发明主要涉及电石的生产领域，尤其涉及一种电石渣制备富氢气体和电石的系统及方法。
背景技术
以粉状中低阶煤和生石灰为原料先压球后，再经过热解得高温活性球团来制备电石的工艺已在工业上得到了验证。该工艺在原料成本及热效率方面均取得了重大突破。但是，在该工艺中，热解后高温活性球团的热量得到了充分利用，而荒煤气所携带的大量热量在后续分离过程中被冷却浪费。另外，在继续开发的电石乙炔化工工艺中，电石与水反应，产生大量的电石渣(主要成分是氢氧化钙)，若得不到有效利用不仅会造成资源浪费，还会对周围环境造成恶劣影响。若将电石渣经CO2碳化净化后，经干燥制得碳酸钙，重新作为电石生产的原料，可降低原料成本，且在使用过程中无需经过干燥煅烧，节省能耗。
同时，煤热解产生的热解气中含有大量的甲烷、一氧化碳和氢气，并携带高温热量。目前热解气出炉后基本均采用多级冷却后进行气体分离，造成了能量浪费。又因为电石渣碳化后的碳酸钙分解产生过量CO2，而通过甲烷、二氧化碳重整可以将热解气中的CH4和CO2转化为CO和H2，且该反应温度与产生的热解气的温度相近，若热解后直接进行催化重整反应，可充分利用热解气的显热，将热解气中的甲烷转化为CO和H2，多余的CO2可回用作为电石渣净化的原料气，形成一个闭路循环，进一步降低原料成本。
因此，针对上述问题，有必要发明一种电石渣制备富氢气体和电石的系统及方法，能够充分利用电石渣与热解气。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种电石渣制备富氢气体和电石的系统及方法，该系统及方法的目的是解决生产电石时热解气浪费及原料需求的问题，以降低电石原料的成本。
本发明提供的电石渣制备富氢气体和电石的系统包括：电石渣净化单元、混合成型单元、高温热解单元、催化重整单元、变换单元以及电石冶炼单元，其中，所述电石渣净化单元包括CO2碳化单元和压滤单元；所述CO2碳化单元包括电石渣浆入口、富CO2和H2气体入口、富H2气体出口和碳化固体浆出口；所述压滤单元包括碳化固体浆入口和碳化固体出口；所述碳化固体浆入口与所述碳化固体浆出口相连；所述混合成型单元包括煤粉入口、碳化固体入口、粘结剂入口和型球出口，用于型球的混合成型；所述碳化固体入口与所述电石渣净化单元的碳化固体出口相连；所述高温热解单元包括型球入口、荒煤气出口及高温活性球团出口，用于型球的热解；所述型球入口与所述混合成型单元的型球出口相连；所述催化重整单元包括荒煤气入口和合成气与二氧化碳出口，用于甲烷与二氧化碳的催化重整；所述荒煤气入口与所述高温热解单元的荒煤气出口相连；所述变换单元包括合成气与二氧化碳入口及富CO2和氢气出口，用于一氧化碳的催化变换反应；所述合成气与二氧化碳入口与所述催化重整单元的合成气与二氧化碳出口相连，所述富CO2和氢气出口与所述电石渣净化单元的富CO2和H2气体入口相连；所述电石冶炼单元包括高温活性球团入口和电石出口，用于将高温活性球团冶炼为电石；所述高温活性球团入口与所述高温热解单元的高温活性球团出口相连。
上述的系统，所述催化重整单元为重整反应器，其内部从下往上依次设有过滤层、焦油催化裂解的催化剂层、甲烷、二氧化碳重整的催化剂层。
上述的系统，所述变换单元为变换炉，所述变换炉内部设有变换催化剂层。
上述的系统，所述系统还可包括保温输送装置，所述保温输送装置与所述电石冶炼单元的高温活性球团入口及所述高温热解单元的高温活性球团出口相连。
进一步地，上述的系统中，所述混合成型单元包括混合装置和成型装置，所述混合装置内设有搅拌机；所述成型装置包括依序设置的混合物料储仓和对挤双辊；所述混合物料储仓的混合物料入口与所述混合装置的混合物料出口相连。
进一步地，所述高温热解单元的型球入口可通过螺旋输送装置与所述混合成型单元的型球出口相连；所述高温热解单元还包括烟气出口，所述烟气出口与所述螺旋输送装置的出口相连。
本发明还提供一种利用上述系统制备富氢气体和电石的方法，包括以下步骤：将电石渣浆送入所述电石渣净化单元进行净化与脱水得到净化的电石渣粉；将煤粉、所述净化的电石渣粉以及粘结剂在所述混合成型单元内混合成混合物料后，再压制成型球；将所述型球送入所述高温热解单元进行热解，得到荒煤气及高温活性球团；将所述荒煤气送入所述催化重整单元，经过滤、焦油催化裂解以及甲烷与二氧化碳催化重整得到合成气与剩余二氧化碳；将所述合成气与剩余二氧化碳送入所述变换单元进行变换反应，使得所述合成气中的一氧化碳转化为氢气和二氧化碳，得到富CO2和H2；将所述富CO2和H2通入所述电石渣净化单元，得到富氢气体；将所述高温活性球团送入所述电石冶炼单元，冶炼制得电石。
上述的方法，所述粘结剂的加入量为所述混合物料的1.0wt％-10.0wt％；所述电石渣粉与所述煤粉的加入质量比为1.2-1.8:1.0。
上述方法中，所述催化重整的温度为700-850℃；所述变换反应的温度为200-320℃，所述变换反应的催化剂为Co-Mo系耐硫宽温催化剂。
上述的方法，所述方法还可包括步骤：将所述高温热解单元热解产生的烟气向型球的输送方向逆向通入，使得型球在输送过程中完成干燥。
本发明的技术方案，采用净化后的电石渣替代氧化钙，使得电石渣变废为宝，且电石渣的净化介质来源于热解单元产生的CO2，节省了原料煅烧的步骤，降低了原料成本。
另外，本发明充分利用CaCO3分解产生的CO2与热解气中的甲烷反应，将热解气转化为富CO2和合成气气体。一方面可以充分利用热解气的热量，另一方面可以将成分复杂的热解气转化为富CO2和合成气气体。
进一步地，本发明将变换单元产生的富CO2和H2气体直接输送到电石渣净化池，充分利用其中的CO2，省掉了传统工艺的脱碳单元，既合理利用了资源，又简化了系统。
更进一步地，本发明中热解产生的高温活性球团可保温输送到电石炉，提高了系统的热利用效率。
附图说明
图1是本发明实施例的制备富氢气体和电石的系统结构示意图；
图2是本发明实施例的制备富氢气体和电石的系统流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所描述的电石生产系统由电石渣净化单元1、混合成型单元2、高温热解单元3、催化重整单元4、变换单元5以及电石冶炼单元6组成。
为了降低原料成本及充分发挥本系统的作用，本发明中的煤为中低阶粉煤。
电石渣净化单元1包括CO2碳化单元和压滤单元。
其中，CO2碳化单元包括电石渣浆入口11、富CO2和H2气体入口12、富H2气体出口13、溢流液出口14以及碳化固体浆出口15；所述富CO2和H2入口12与变换单元的富CO2和H2出口54相连；所述碳化固体浆的主要成分是CaCO3。
压滤单元包括碳化固体浆入口16、滤液出口17以及碳化固体出口18；所述碳化固体浆入口16与碳化固体浆出口15相连。
混合成型单元2用于对原料的混合及成型，包括混合装置和成型装置。混合装置为高强度混料机，设有碳化固体入口21、中低阶煤粉入口22、粘结剂入口23、搅拌机24以及混合物料出口25；所述碳化固体入口21与压滤装置碳化固体出口18相连。成型装置包括混合物料储仓26和对挤双辊27。所述储仓26入口与混合物料出口25相连。
高温热解单元3的装置为预热炉，用于对型球进行热解，包括型球入口31、烟气出口32、荒煤气出口33以及高温活性球团出口34；所述型球入口31通过螺旋输送装置与混合成型单元2的对挤双辊出口27相连；所述烟气出口32可与型球的螺旋输送装置相连，且烟气与型球逆向而行，用于干燥型球。
催化重整单元4的装置为重整反应器，设有CO2和荒煤气入口41和合成气与二氧化碳出口46；所述荒煤气入口41与高温热解单元3的荒煤气出口33相连；所述反应器内部设有气体分布器42、以及从下往上依次排列的过滤层43、焦油催化裂解催化剂层44、甲烷、二氧化碳重整催化剂层45；所述过滤层为陶瓷过滤板，目的是除去荒煤气中的灰尘并起到蓄热的作用；所述焦油催化裂解催化剂层的目的是将荒煤气中的焦油充分催化获取热解气；所述重整催化层的目的是催化热解气中的甲烷与二氧化碳反应，将甲烷和二氧化碳转换为氢气和一氧化碳。输出气体中还有部分为反应的剩余二氧化碳。
变换单元5的装置为变换炉，设有合成气与二氧化碳入口51和富CO2和氢气出口54；所述合成气与二氧化碳入口51与催化重整单元4的合成气与二氧化碳出口46相连；所述变换炉内部设有气体分布器52和变换催化剂层53。气体分布器52的设置是为了使气体能够较均匀的通过催化剂层。变换催化剂层53的目的是催化一氧化碳进行变换反应，生成富二氧化碳与氢气。
电石冶炼单元6的装置是电石炉，设有高温球团入口61、电石炉气出口62和电石出口63；所述高温球团入口61通过保温输送装置与高温热解单元的活性球团出口34相连。所述保温输送装置可以是保温桶或保温链板中的一种。设置保温输送装置可进一步提高系统的热利用效率。
如图2所示的系统流程图，揭示了本发明利用上述系统制备富氢气体和电石的方法，包括以下步骤：
第一步：电石渣净化：将预处理后的电石渣浆置于净化池内，并从净化池底部通入富CO2和H2气体，调节溶液的pH为8-11。净化得到的电石渣浆先在陈化池中经过挤压进行初步除水，挤压后电石渣中的水含量为40-60％。
第二步：混合成型，将净化得到的电石渣粉、中低阶煤粉及粘结剂混合，并压制成型。粘结剂的加入量为混合物料的1.0wt％-10.0wt％；电石渣与煤粉的加入质量比为1.2-1.8:1.0。
第三步：型球高温热解，即将所压型球通过螺旋输送装置送入预热炉热解，得到荒煤气及高温活性球团。其中，可使型球在输送过程中与热解产生的烟气逆向而行，在输送的过程中完成干燥。烟气温度为180-240℃，热解温度为800-1100℃，热解时间为15-45min。其中螺旋输送装置也不是必须设置。
第四步：催化重整，热解荒煤气进入催化重整单元，经过过滤、焦油催化裂解以及甲烷催化重整将其中的部分CO2和CH4转化为H2和CO。其中，催化重整单元内的温度为700-850℃。
第五步：催化变换，将催化重整后的热解气进一步经过变换反应，将CO转化为H2和CO2，从而使得热解气成分以CO2和H2为主，将该气体通入电石渣净化单元后得到富氢气体。变换反应的温度为200-320℃，所用催化剂为Co-Mo系耐硫宽温催化剂。
第六步：高温活性球团处理，可将高温活性球团经保温输送到电石炉，在电石炉内加热到1800-2200℃，冶炼制得液态电石及电石炉气。
根据本发明的上述技术方案，采用净化后的电石渣替代氧化钙，使得电石渣变废为宝，且电石渣的净化介质来源于热解单元产生的CO2，节省了原料煅烧的步骤，降低了原料成本。另外，本发明充分利用CaCO3分解产生的CO2与热解气中的甲烷反应，将热解气转化为富CO2和合成气气体。一方面可以充分利用热解气的热量，另一方面可以将成分复杂的热解气转化为富CO2和合成气气体。进一步地，本发明将变换单元产生的富CO2和H2气体直接输送到电石渣净化池，充分利用其中的CO2，省掉了传统工艺的脱碳单元，既合理利用了资源，又简化了系统。更进一步地，本发明中热解产生的高温活性球团可保温输送到电石炉，提高了系统的热利用效率。
作为拓展，本发明还可将得到的电石与水反应产生乙炔和电石渣，电石渣经净化后又可作为原料，系统可形成闭路循环。
本文中出现的“wt％”均指重量百分比。
实施例1
以长焰煤和电石渣为原料，首先将电石渣浆加入净化池中，在不断搅拌时从净化池底部通入变换单元输送来的富CO2和H2气体，调节电石渣浆的pH为8-11,将电石渣中的主要成分氢氧化钙碳化为碳酸钙，而杂质氧化镁反应成为水溶性的碳酸氢镁。碳化后的固体经初步沉淀后送入压滤装置，使其水含量降至40％以下，并除去水溶性杂质，然后将碳化后固体输送到混料机，与煤粉和粘结剂按照1.2:1:0.2的质量比例混合，经进一步搅拌后压制成型。型球经螺旋输送装置送至预热炉内，并在输送过程中与逆向而行的200℃的烟气进行换热干燥，然后在900℃下热解30min，获得荒煤气和高温活性球团。荒煤气在高温下直接输送至催化重整反应器，保持反应器内温度为700℃，荒煤气依次经过净化除尘、焦油催化裂解反应以及CH4和CO2重整反应，获得富CO2和合成气气体，之后再在320℃下进行CO变化反应，得到富CO2和H2气体。最后将该气体输送到电石渣净化单元，去除CO2，获取富氢气体。而高温活性球团经密闭保温输送设备送入电石炉内，在2000℃下冶炼得到电石，后续电石与水反应后可得大量电石渣，净化后可循环用作电石生产的原料。
实施例2
以长焰煤和电石渣为原料，首先将电石渣浆加入净化池中，在不断搅拌时从净化池底部通入变换单元输送来的富CO2和H2气体，调节电石渣浆的pH为8-11,将电石渣中的主要成分氢氧化钙碳化为碳酸钙，而杂质氧化镁反应成为水溶性的碳酸氢镁。碳化后的固体经初步沉淀后送入压滤装置，使其水含量降至40％以下，并除去水溶性杂质，然后将碳化后固体输送到混料机，与煤粉和粘结剂按照1.8:1:0.03的质量比例混合，经进一步搅拌后压制成型。型球经螺旋输送装置送至预热炉内，并在输送过程中与逆向而行的200℃的烟气进行换热干燥，然后在900℃下热解30min，获得荒煤气和高温活性球团。荒煤气在高温下直接输送至催化重整反应器，保持反应器内温度为850℃，荒煤气依次经过净化除尘、焦油催化裂解反应以及CH4和CO2重整反应，获得富CO2和合成气气体，之后再在200℃下进行CO变化反应，得到富CO2和H2气体。最后将该气体输送到电石渣净化单元，去除CO2，获取富氢气体。而高温活性球团经密闭保温输送设备送入电石炉内，在2000℃下冶炼得到电石，后续电石与水反应后可得大量电石渣，净化后可循环用作电石生产的原料。
实施例3
以长焰煤和电石渣为原料，首先将电石渣浆加入净化池中，在不断搅拌时从净化池底部通入变换单元输送来的富CO2和H2气体，调节电石渣浆的pH为8-11,将电石渣中的主要成分氢氧化钙碳化为碳酸钙，而杂质氧化镁反应成为水溶性的碳酸氢镁。碳化后的固体经初步沉淀后送入压滤装置，使其水含量降至40％以下，并除去水溶性杂质，然后将碳化后固体输送到混料机，与煤粉和粘结剂按照1.5:1:0.13的质量比例混合，经进一步搅拌后压制成型。型球经螺旋输送装置送至预热炉内，并在输送过程中与逆向而行的200℃的烟气进行换热干燥，然后在900℃下热解30min，获得荒煤气和高温活性球团。荒煤气在高温下直接输送至催化重整反应器，保持反应器内温度为780℃，荒煤气依次经过净化除尘、焦油催化裂解反应以及CH4和CO2重整反应，获得富CO2和合成气气体，之后再在260℃下进行CO变化反应，得到富CO2和H2气体。最后将该气体输送到电石渣净化单元，去除CO2，获取富氢气体。而高温活性球团经密闭保温输送设备送入电石炉内，在2000℃下冶炼得到电石，后续电石与水反应后可得大量电石渣，净化后可循环用作电石生产的原料。
由上述实施例可见，本发明的技术方案解决了生产电石时热解气浪费的问题，同时降低了电石原料的成本，充分利用了电石渣。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电石渣制备富氢气体和电石的系统，所述系统包括电石渣净化单元、混合成型单元、高温热解单元、催化重整单元、变换单元以及电石冶炼单元，其中，
所述电石渣净化单元包括CO2碳化单元和压滤单元；所述CO2碳化单元包括电石渣浆入口、富CO2和H2气体入口、富H2气体出口和碳化固体浆出口；所述压滤单元包括碳化固体浆入口和碳化固体出口；所述碳化固体浆入口与所述碳化固体浆出口相连；所述混合成型单元包括煤粉入口、碳化固体入口、粘结剂入口和型球出口，用于型球的混合成型；所述碳化固体入口与所述电石渣净化单元的碳化固体出口相连；
所述高温热解单元包括型球入口、荒煤气出口及高温活性球团出口，用于型球的热解；所述型球入口与所述混合成型单元的型球出口相连；
所述催化重整单元包括荒煤气入口和合成气与二氧化碳出口，用于甲烷与二氧化碳的催化重整；所述荒煤气入口与所述高温热解单元的荒煤气出口相连；
所述变换单元包括合成气与二氧化碳入口及富CO2和氢气出口，用于一氧化碳的催化变换反应；所述合成气与二氧化碳入口与所述催化重整单元的合成气与二氧化碳出口相连，所述富CO2和氢气出口与所述电石渣净化单元的富CO2和H2气体入口相连；
所述电石冶炼单元包括高温活性球团入口和电石出口，用于将高温活性球团冶炼为电石；所述高温活性球团入口与所述高温热解单元的高温活性球团出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化重整单元为重整反应器，其内部从下往上依次设有过滤层、焦油催化裂解的催化剂层、甲烷、二氧化碳重整的催化剂层。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变换单元为变换炉，所述变换炉内部设有变换催化剂层。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括保温输送装置，所述保温输送装置与所述电石冶炼单元的高温活性球团入口及所述高温热解单元的高温活性球团出口相连。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合成型单元包括混合装置和成型装置，所述混合装置内设有搅拌机；所述成型装置包括依序设置的混合物料储仓和对挤双辊；所述混合物料储仓的混合物料入口与所述混合装置的混合物料出口相连。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高温热解单元的型球入口通过螺旋输送装置与所述混合成型单元的型球出口相连；所述高温热解单元还包括烟气出口，所述烟气出口与所述螺旋输送装置的出口相连。
7.一种利用权利要求1至6任一项所述系统进行电石渣制备富氢气体和电石的方法，包括以下步骤：
将电石渣浆送入所述电石渣净化单元进行净化与脱水得到净化的电石渣粉；
将煤粉、所述净化的电石渣粉以及粘结剂在所述混合成型单元内混合成混合物料后，再压制成型球；
将所述型球送入所述高温热解单元进行热解，得到荒煤气及高温活性球团；
将所述荒煤气送入所述催化重整单元，经过滤、焦油催化裂解以及甲烷与二氧化碳催化重整得到合成气与剩余二氧化碳；
将所述合成气与剩余二氧化碳送入所述变换单元进行变换反应，使得所述合成气中的一氧化碳转化为氢气和二氧化碳，得到富CO2和H2；
将所述富CO2和H2通入所述电石渣净化单元，得到富氢气体；
将所述高温活性球团送入所述电石冶炼单元，冶炼制得电石。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述粘结剂的加入量为所述混合物料的1.0wt％-10.0wt％；所述电石渣粉与所述煤粉的加入质量比为1.2-1.8:1.0。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述催化重整的温度为700-850℃；所述变换反应的温度为200-320℃，所述变换反应的催化剂为Co-Mo系耐硫宽温催化剂。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
将所述高温热解单元热解产生的烟气向型球的输送方向逆向通入，使得型球在输送过程中完成干燥。
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