CN106241808B - 一种热解气循环利用的电石的生产系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热解气循环利用的电石的生产系统及方法。所述系统包括可调节式热解炉、氧热法电石炉氧枪和天然气‑氧气喷枪，可调节式热解炉包括石灰石粉入料口、煤粉入料口、下料口、烟气入口和热解气出口；可调节式热解炉的炉膛内设有可调节倾角的挡板，所述挡板与所述可调节式热解炉的内壁留有间隙，所述挡板上布置有小孔；所述氧热法电石炉包括入料口、烟气出口和出料口，所述氧枪的喷枪头设于所述氧热法电石炉内，所述天然气‑氧气喷枪的喷枪头设于所述氧热法电石炉内。本发明的热解气循环利用的电石的生产系统及方法通过在所述可调节式热解炉内设置可调节倾角的挡板，可以方便地控制原料在炉内的反应时间，保证原料反应的程度和效率。
Description
技术领域
本发明总地涉及一种电石的生产系统及方法，具体涉及一种热解气循环利用的电石的生产系统及方法。
背景技术
碳化钙俗称电石,由焦炭和氧化钙反应制得,是重要的煤化工产品及基础化工原料,主要用于生产乙炔及乙炔基化工产品，包括氯乙烯系列、醋酸乙烯系列和丙烯酸基等系列产品。电石对我国国民经济发展具有十分重要的作用，近十年来电石产量不断增加。
尽管电石工业的发展已有多年的历史,但目前电石的生产工艺仍然主要采用电弧加热的方法，即通过电弧炉产生高温以提供热量来生产电石。利用电弧炉是利用电能生产电石。其具体生产过程是通过电炉上端的入口或管道将混合料加入电炉内，原料在开放或密闭的电炉中加热至2200℃左右，在高温下反应生成碳化钙(电石)。熔化了的电石，从出料口排出，进入电石锅冷却。电石经冷却破碎后作为成品包装。反应中生成的一氧化碳则依电石炉的类型以不同方式排出。该技术的缺点是：需要利用高价的块状焦炭和石灰作为原料；利用电能发热，电耗高，能耗成本高；由于电弧几乎在电弧炉的中心位置，单位炉容利用效率有限，产量低；产生的高温烟气由于量比较少，每吨电石约产生400m3,相关热能难以回收。
目前氧热法生产电石的方法是将块状含钙原料和含碳原料在上段竖炉预热至800-1300℃后，再使之进入下段电弧炉内。在电弧炉内由氧气和煤粉喷吹燃烧与电极复合供热使温度升至1700-2200℃，电石原料反应生成高品位电石。产生的电石炉气经除尘净化后由燃气轮机燃烧以驱动发电机发电，废气显热由余热锅炉回收。该技术的缺点是:需要利用高价的块状焦炭和石灰作为原料。现在氧热法的主要问题是没有解决块状料反应存在的问题，即由于块状原料比表面积小，使得原料需在较高温度才能完成反应，因而造成系统的生产能耗高。目前氧热法的生产原料仍然为价格比较高的块状焦炭和石灰石，没有有效地降低原料成本。此外，热解产生的热解气没有得到有效的利用。
因此，为了能直接利用低成本的石灰石粉和低阶煤粉生产电石，并能控制原料的输送速度和停留的时间，保证原料的反应效果，有效利用热解气，有必要提出一种新的电石的生产系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热解气循环利用的电石的生产系统及方法，使得该工艺能够直接利用石灰石粉、煤粉等粉料在炉中完成反应，并能控制原料的输送速度和停留时间，以保证原料的反应效果。
本发明提供了一种热解气循环利用的电石的生产系统，所述系统包括可调节式热解炉、氧热法电石炉、氧枪和天然气-氧气喷枪，其中，所述可调节式热解炉包括石灰石粉入料口、煤粉入料口、下料口、烟气入口和热解气出口，所述石灰石粉入料口、所述煤粉入料口和所述热解气出口设于所述可调节式热解炉的上部，所述下料口和烟气入口设于所述可调节式热解炉的下部；所述可调节式热解炉的炉膛内设有可调节倾角的挡板，所述挡板设于所述石灰石粉入料口和所述煤粉入料口之下、所述下料口和所述烟气入口之上；所述挡板与所述可调节式热解炉的内壁留有间隙，所述挡板上布置有小孔；所述挡板由穿过所述可调节式热解炉炉壁的转轴支撑于所述可调节式热解炉上；所述氧热法电石炉包括入料口、烟气出口和出料口，所述入料口连通所述可调节式热解炉的下料口，所述烟气出口连通所述可调节式热解炉的烟气入口；所述氧枪的喷枪头设于所述氧热法电石炉内，所述氧枪自所述氧热法电石炉的炉顶伸入所述氧热法电石炉内；所述天然气-氧气喷枪的喷枪头设于所述氧热法电石炉内，所述天然气-氧气喷枪自所述氧热法电石炉的炉顶伸入所述氧热法电石炉内；所述天然气-氧气喷枪的天然气管道通过加压装置与所述可调节式热解炉的热解气出口相连。
上述的系统，所述可调节式热解炉的炉膛内从上到下依次设有多个具有所述倾角的挡板，相邻所述挡板的倾角相对所述可调节式热解炉的竖直中心线对称布置。
上述的系统，所述挡板与水平面的夹角可调节为30°-60°；所述挡板上的小孔直径为10mm-30mm。
上述的系统，所述可调节式热解炉为方形炉，所述挡板沿所述倾角的倾斜方向上的长度为所述可调节式热解炉边长的0.5-0.95倍，相邻所述挡板的旋转轴在所述可调节式热解炉的竖直方向的距离为所述可调节式热解炉边长的0.2-1.5倍。
上述的系统，所述挡板的材质为耐热不锈钢；所述挡板与所述可调节式热解炉的连接处设有密封装置；所述转轴上设有旋转驱动杆。
上述的系统，所述氧热法电石炉的烟气出口通过高温烟气管道连通所述可调节式热解炉的烟气进口。
上述的系统，所述氧热法电石炉的入料口设有雷达料位计或电容料位计；所述可调节式热解炉的石灰石粉入料口连有石灰石粉调速给料机，所述可调节式热解炉的煤粉入料口连有煤粉调速给料机。
上述的系统，所述氧枪的结构为套筒式水冷喷枪，所述氧枪的喷枪头的材质为铜，所述氧枪的套筒内层为氧气喷吹层，最外侧为冷却循环水层；所述氧气喷吹层的氧气进口连接有氧气管道。
本发明提供了一种利用上述系统进行电石的生产方法，所述方法包括步骤：将石灰石粉和煤粉送入所述可调节式热解炉进行反应与热解，得到生石灰粉与焦炭；将所述生石灰粉与焦炭送入所述氧热法电石炉，使所述氧枪向所述氧热法电石炉喷吹氧气，使所述天然气-氧气喷枪向所述氧热法电石炉喷吹天然气和氧气，氧热法生成电石；将所述氧热法电石炉产生的高温烟气通入所述可调节式热解炉；将所述可调节式热解炉内产生的热解气经加压后通入所述天然气-氧气喷枪的天然气管道内。
上述的方法，所述方法还包括步骤：通过调速给料机调节速度以控制所述石灰石粉和煤粉的送入量；从所述可调节式热解炉的热解气中提取可燃气或油；通过调节所述可调节式热解炉内挡板的倾角以控制石灰石粉与煤粉的下滑速度；通过调节所述石灰石粉和煤粉在所述可调节式热解炉内的停留时间以控制所述石灰石粉的反应程度；通过在所述氧热法电石炉的入料口检测料位后进一步控制所述石灰石粉和煤粉的给料速度来调节石灰石粉和煤粉的送入量，以防止所述下料口堵塞。
本发明的有益效果在于，本工艺利用石灰石和煤粉生产电石，大幅度降低了原材料的成本。
本发明的可调节式热解炉可以方便地控制原料在炉内的反应时间，可以保证原料反应的程度和效率。
本发明利用泡沫渣解决了电石生产中的粉料问题，利用粉料生产电石，降低了反应温度，减少了能耗。
本发明将热解产生的天然气经过加压循环送入电石炉燃烧，为反应提供了热量。
在本发明中，在可调节式热解炉中的石灰促进了煤的热解反应，同时煤粉又可以把生产石灰产生的CO2还原成CO，使得最终出口输出为可燃气体，方便进一步加以利用。此外，还可从热解烟气中提取可燃气或油以产生新的效益。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构简图；
图2为本发明实施例的可调节式热解炉内部挡板正视图结构示意图；以及
图3为图2中可调节式热解炉内部挡板的A向结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
下面将结合附图1对本发明的实施例作进一步的详细描述。本实施例的热解气循环利用的电石的生产系统包括:1、石灰石粉料斗；2、调速给料机；3、可调节式热解炉；4、挡板；5、氧气管道；6、氧枪；7、氧热法电石炉；8、出料口；9、天然气-氧气喷枪；10、氧气管道；11、天然气管道；12、高温烟气管道；13、加压装置；14、排气管道；15、调速给料机；16、煤粉料斗。其中，石灰石粉料斗1、煤粉料斗16、调速给料机2和15等可根据实际需要设置或更换为其它装置。
所述可调节式热解炉3包括石灰石粉入料口、煤粉入料口、下料口、烟气入口和热解气出口。所述石灰石粉入料口、所述煤粉入料口和热解气出口设于所述可调节式热解3炉的上部，所述下料口和烟气入口设于所述可调节式热解炉3的下部。
所述可调节式热解炉3的炉膛内设有可调节倾角的挡板4，所述挡板4设于所述石灰石粉入料口、所述煤粉入料口和热解气出口之下、所述下料口和所述烟气入口之上。所述挡板4与所述可调节式热解炉3的内壁留有间隙，所述挡板4上布置有小孔。所述挡板4由穿过所述可调节式热解炉3炉壁的转轴41支撑于所述可调节式热解炉3上。
所述氧热法电石炉7包括入料口、烟气出口和出料口8。所述入料口连通所述可调节式热解炉3的下料口，所述烟气出口连通所述可调节式热解炉3的烟气入口。所述氧枪6的喷枪头设于所述氧热法电石炉7内，所述氧枪6自所述氧热法电石炉7的炉顶伸入所述氧热法电石炉7内。所述可调节式热解炉3的炉膛内从上到下依次设有多个具有所述倾角的挡板4，相邻所述挡板4的倾角相对所述可调节式热解炉3的竖直中心线对称布置。
料斗内0-1mm的石灰石粉和0-2mm的煤粉通过封闭式调速给料机下到可调节式热解炉3，调速给料机可设计为螺旋调速给料机，在给料的同时保证可调节式热解炉3和原料料斗之间的密封。
给料机的给料速度根据氧热法电石炉7内的反应速度控制，反应速度较快，给料速度增加，反之则减少。
石灰石粉和煤粉的比例根据生成物的成分调节控制，如果电石中CaO含量高，则增加碳的比例，反之则减少。
物料下降的速度可由挡板4的角度控制，角度大，下降速度快，炉内停留时间短；角度小，下降速度慢，炉内停留时间长。调节的依据可根据氧热法电石炉7的出口温度而定，一般出口温度在1500℃-1100℃之间。出口温度高，停留时间短，反之则停留时间长。
挡板4的设计原则是物料路径最长原则，同时又要保证对可调节式热解炉3内的烟气阻力不能太大。
根据以上原则，同时根据挡板4和原料粉的摩擦系数，对于正方形的热解炉，设计挡板4沿所述倾角的倾斜方向上的长度为热解炉边长的0.5-0.95倍，优选为0.75倍左右。相邻挡板的旋转轴之间的高度差为热解炉边长的0.2-1.5倍，优选为0.5倍左右。挡板4与水平面的夹角的调节范围确定为30°-60°。具体实例的结构与尺寸见图2和图3所示。图中的具体结构与尺寸只是示例性说明。当然热解炉还可是别的形状如圆形。当热解炉是别的形状时，也是按照物料路径最长原则及考虑对直接热解炉内的烟气阻力不能太大，来设计挡板的结构与布置形式。
例如，当挡板4与水平面的夹角为36°时，料流的总路程为热解炉高度的2.1倍左右。由于摩擦力和碰撞的影响，物料下落由自由落体运动变成了低速往复下滑运动，与全程为自由下落的情况(未设置挡板)相比，原料粉下落时间是自由下落时间的5-12倍。以上具体参数可根据热解炉内的风速和原料粉的粒度范围做适当调整。挡板4的材质为耐热不锈钢。挡板布置有直径10mm-30mm的小孔，高温气体由热解炉的下方流过小孔及热解炉与挡板4之间的间隙向上流动，以保证原料粉和高温气体的接触。
挡板4具有可使挡板活动的转轴41以及与可调节式热解炉3之间的密封装置。可在挡板4上设加强筋42以保障挡板4的强度与刚度。挡板4的转动可手工转动也可机器带动，在挡板4上可设计有旋转驱动杆43。
原料粉和可调节式热解炉3内的高温气体逆向流动。石灰石粉在高温条件下反应生成CaO和CO2，煤粉在高温下发生热解反应，生成焦炭和热解气。生成的气体随高温烟气排出，进入后期处理系统。热解产生的热解蒸汽经过冷凝、净化得到高品质的油、气产品。生成的CaO和碳粉进入后续的氧热法电石炉7内反应生成电石。
原料粉在从可调节式热解炉3上部到下部下落的过程中，逐步分级反应，通过调节在可调节式热解炉3内的停留时间以控制反应程度。可调节式热解炉3出口处的反应程度可达到95％左右。
氧热法电石炉7的进料口通过设置雷达料位计或电容料位计等设施感应下料情况，防止下料口堵塞。如果发现下料口集料太多，通过控制上部的给料速度来减少下料量，防止堵塞。
氧枪6的结构为套筒式水冷喷枪，其中，中间喷吹氧气，外侧为冷却循环水，氧枪头部材质为铜制喷枪头。
所述天然气-氧气喷枪9的喷枪头设于所述氧热法电石炉7内，所述天然气-氧气喷枪9自所述氧热法电石炉7的炉顶伸入所述氧热法电石炉7内；所述天然气-氧气喷枪9的天然气管道11通过加压装置13与所述可调节式热解炉3的热解气出口相连。可调节式热解炉3输出的部分热解气从排气管道14出来后经过加压装置13后，再经过天然气-氧气喷枪9循环进入氧热法电石炉7内燃烧，为电石的生产提供辅助的热量。
在氧热法电石炉7内，焦炭和生石灰粉进入氧热法电石炉。碳粉在纯氧条件下燃烧，同时碳粉和氧气反应生成CO。利用生成的CO和部分熔剂使电石炉上部形成泡沫渣，利用泡沫渣捕捉石灰粉和碳粉，反应在泡沫渣内进行。碳粉一部分和氧气反应提供热量和反应需要的温度，另一部分和CaO反应生成电石。反应完后通过出料口8间断性排出。电石通过出料口8后再被排到电石锅内冷却。
本发明可以利用石灰石粉和煤粉生产电石，大幅度降低了原材料的成本。
本发明的可调节式热解炉可以方便地控制原料在炉内的反应时间，可以保证原料反应的程度和效率。
本发明利用泡沫渣解决了电石生产中的粉料问题，利用粉料生产电石，降低了反应温度，减少了能耗。
本发明将热解产生的天然气经过加压循环送入电石炉燃烧，为反应提供了热量。
在可调节式热解炉中，石灰促进了煤的热解反应，同时煤粉又可以把生产石灰产生的CO2还原成CO，使得最终出口输出为可燃气体，方便进一步加以利用。此外，还可从热解烟气中提取可燃气或油以产生新的效益。
实施例
石灰石粉和煤粉首先分别放入料斗1和料斗16，通过下部的调速给料机2和给料机15，按照一定的比例和速度送入可调节式热解炉3。
粉料在可调节式热解炉内沿着挡板4下滑，同时在高温烟气的条件下反应，石灰石粉在高温条件下反应生成CaO和CO2。煤粉在高温下发生热解反应，生成焦炭和热解气。部分生成的气体随高温烟气从排气管道14排出，进入后期处理系统。碳粉和生石灰进入氧热法电石炉7内反应。
部分热解气通过加压装置13加压后通过管道11进入天然气-氧气喷枪9，同时氧气通过氧气管道10同时进入天然气-氧气喷枪9，天然气与氧气在电石炉7内燃烧，为电石反应提供了辅助热量。
氧气通过氧气管道5进入氧枪6，在氧热法电石炉7内和碳粉燃烧为电石反应提供主要热量并使炉内温度升温。在高温条件下，生石灰和碳粉反应生成电石，通过出料口8间歇排除。反应产生的高温烟气通过管道12进入可调节式热解炉3。
以下分步骤进行具体说明。
首先把石灰石粉放入料斗1。石灰石粒度范围为0-1mm。经过可调节式热解炉3高温反应后生成生石灰粉，生石灰粉成分如下表：
表1
| 名称 | CaO％ | MgO％ | 活性度ml |
| 活性石灰 | ≥90 | ≤0.7 | ≥300 |
煤粉放入料斗16，煤粉粒度为0-2mm，煤粉的成分如下表：
表2
| 组成，％ | 固定碳 | 挥发份 | 灰分 | S |
| 煤粉 | 65～75 | 20～25 | 7～10 | 0.2～0.3 |
煤粉在可调节式热解炉3的高温环境下热解，生成焦炭和热解气，焦炭成分如下表：
表3
| 组成，％ | Mad | Aad | Vad | FCad |
| 碳粉 | 0.50 | 7.55 | 5.08 | 86.87 |
焦炭和生石灰粉进入氧热法电石炉7，碳粉在纯氧条件下燃烧。控制炉内温度在2000℃-2200℃之间，同时碳粉和氧气反应生成CO，利用生成的CO和部分熔剂使电石炉上部形成泡沫渣，利用泡沫渣捕捉生石灰粉和碳粉，反应在泡沫渣内进行。形成的电石通过出料口排到电石锅内冷却。电石成分如下表：
表4
| 组成 | CaC2 | CaO | SiO2 | MgO | Fe2O3+Al2O3 | C |
| 含量％ | 85.3 | 9.5 | 2.1 | 0.35 | 1.45 | 1.2 |
氧热法电石炉7的烟气出口温度控制在1500℃左右，可调节式热解炉3的热解气出口温度为800℃左右。
可调节式热解炉热解气出口的热解气通过循环装置重新进入氧热法电石炉燃烧，提供反应需要的部分热量。
热解气成分如下表：表5
| 成分 | H2 | CH4 | CO | CO2 | O2 | N2 | CnHm |
| 比例(V％) | 26 | 27 | 10 | 28 | 1 | 2 | 6 |
其中，表3中的Mad代表空气干燥基水分；Aad代表干燥基灰分；Vad代表空气干燥基挥发分；FCad代表空气干燥基固定碳。
由上述实施例可见，本发明的技术方案能有效将石灰石粉和煤粉生成电石，且合理利用了热解气。
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 (9)
1.一种热解气循环利用的电石的生产系统，所述系统包括可调节式热解炉、氧热法电石炉、氧枪和天然气-氧气喷枪，其中，
所述可调节式热解炉包括石灰石粉入料口、煤粉入料口、下料口、烟气入口和热解气出口，所述石灰石粉入料口、所述煤粉入料口和所述热解气出口设于所述可调节式热解炉的上部，所述下料口和烟气入口设于所述可调节式热解炉的下部；所述可调节式热解炉的炉膛内设有可调节倾角的挡板，所述挡板设于所述石灰石粉入料口和所述煤粉入料口之下、所述下料口和所述烟气入口之上；所述挡板与所述可调节式热解炉的内壁留有间隙，所述挡板上布置有小孔；所述挡板由穿过所述可调节式热解炉炉壁的转轴支撑于所述可调节式热解炉上；
所述氧热法电石炉包括入料口、烟气出口和出料口，所述入料口连通所述可调节式热解炉的下料口，所述烟气出口连通所述可调节式热解炉的烟气入口；
所述氧枪的喷枪头设于所述氧热法电石炉内，所述氧枪自所述氧热法电石炉的炉顶伸入所述氧热法电石炉内；
所述天然气-氧气喷枪的喷枪头设于所述氧热法电石炉内，所述天然气-氧气喷枪自所述氧热法电石炉的炉顶伸入所述氧热法电石炉内；所述天然气-氧气喷枪的天然气管道通过加压装置与所述可调节式热解炉的热解气出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述挡板与水平面的夹角可调节为30°-60°；所述挡板上的小孔直径为10mm-30mm。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调节式热解炉为方形炉，所述挡板沿所述倾角的倾斜方向上的长度为所述可调节式热解炉边长的0.5-0.95倍，相邻所述挡板的旋转轴在所述可调节式热解炉的竖直方向的距离为所述可调节式热解炉边长的0.2-1.5倍。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述挡板的材质为耐热不锈钢；所述挡板与所述可调节式热解炉的连接处设有密封装置；所述转轴上设有旋转驱动杆。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氧热法电石炉的烟气出口通过高温烟气管道连通所述可调节式热解炉的烟气进口。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氧热法电石炉的入料口设有雷达料位计或电容料位计；所述可调节式热解炉的石灰石粉入料口连有石灰石粉调速给料机，所述可调节式热解炉的煤粉入料口连有煤粉调速给料机。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氧枪的结构为套筒式水冷喷枪，所述氧枪的喷枪头的材质为铜，所述氧枪的套筒内层为氧气喷吹层，最外侧为冷却循环水层；所述氧气喷吹层的氧气进口连接有氧气管道。
8.一种利用权利要求1至7任一项所述系统进行电石的生产方法，所述方法包括步骤：
将石灰石粉和煤粉送入所述可调节式热解炉进行反应与热解，得到生石灰粉与焦炭；
将所述生石灰粉与焦炭送入所述氧热法电石炉，使所述氧枪向所述氧热法电石炉喷吹氧气，使所述天然气-氧气喷枪向所述氧热法电石炉喷吹天然气和氧气，氧热法生成电石；
将所述氧热法电石炉产生的高温烟气通入所述可调节式热解炉；
将所述可调节式热解炉内产生的热解气经加压后通入所述天然气-氧气喷枪的天然气管道内。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
通过调速给料机调节速度以控制所述石灰石粉和煤粉的送入量；
从所述可调节式热解炉的热解气中提取可燃气或油；通过调节所述可调节式热解炉内挡板的倾角以控制石灰石粉与煤粉的下滑速度；
通过调节所述石灰石粉和煤粉在所述可调节式热解炉内的停留时间以控制所述石灰石粉的反应程度；
通过在所述氧热法电石炉的入料口检测料位后进一步控制所述石灰石粉和煤粉的给料速度来调节石灰石粉和煤粉的送入量，以防止所述下料口堵塞。
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