CN106430202A - 一种电石的生产系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电石的生产系统及方法。所述系统包括原料煤破碎系统、下行床立式热解炉、石灰破碎单元、CaC2反应器和尾气换热单元，原料煤破碎系统包括原料煤入口和煤出口，下行床立式热解炉包括煤入口、高温油气采出口和高温半焦出口，石灰破碎单元包括石灰入口、上筛料出口和下筛料出口，尾气换热单元包括石灰上筛料入口、电石炉尾气入口和加热石灰上筛料出口，CaC2反应器包括电石原料入口、电石出料口和电石炉尾气出口，用于冶炼合成电石产品；电石炉尾气出口与尾气换热单元的电石炉尾气入口相连。本发明所述电石的生产系统及方法，选用粉料原料，同时有效利用了电石生产过程产生的高温尾气显热，降低了原料的成本，大大节省了电石冶炼的能量消耗。
Description
技术领域
本发明主要涉及电石的生产领域，具体涉及一种电石的生产系统及方法。
背景技术
电石作为一种重要的化工原料，主要用于生产乙炔和乙炔基化工产品，曾被誉为“有机合成工业之母”。从我国能源分布上考虑，“富煤、贫油、少气”是我国能源结构的典型特征，煤炭是我国的主要能源，约占一次能源的70％，因此，电石生产对于工业经济发展意义重大。
传统电石生产主要采用电热法，即以块状生石灰和块状焦炭为原料，在电石炉内由电弧加热到2000摄氏度以上，按方程CaO+3C＝CaC2+CO的反应原理进行高温冶炼生产电石。从对碳素原料的要求考虑，传统电石生产工艺主要存在以下缺陷：(1)要求碳素材料的粒度在5-30mm、固定碳含量>84％、灰分<15％，能够满足这些要求的只有焦炭、半焦、石油焦以及一些优质无烟煤，而这些原料储量十分有限，价格不菲；(2)在原料破碎过程中会伴有15-20％的原料由于粒度小于5mm而被废弃，造成资源的严重浪费；(3)电石生产中主要采用块状碳素原料和石灰，传质和传热效率低，反应速率较低，电石冶炼炉热效率仅为50％左右，电耗高达3250kWh/t电石左右。可见，碳素原料的质量直接影响电石的产量、质量、电力单耗和成本等经济指标。
从原煤的性质考虑，原煤中含有灰、硫及其他少量矿物质。大部分原煤的灰分都高于电石原料的灰分要求上限，需对原煤进行分选脱灰处理。按分选介质的不同可分为湿法分选和干法分选两大类，湿法分选过程中煤与水充分接触，增大选煤产品水分和后续碳素原料的脱水能耗；而常用的干法分选采用常温空气作为分选介质，原煤的表面水分增加了颗粒之间的接触粘附几率，导致实际分选效果变差。另外，近年来，随着煤炭机械化开采程度的提高，原煤在开采过程中的粉煤含量占到40-60％，硬度较差的低阶煤甚至占到70％左右，这显然与传统的电石生产工艺要求碳素原料的粒度大于5mm是相悖的。
而且在生成电石的过程中有大量的余热产生，如果不加以利用就白白浪费了能量。
为解决传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等缺点，拓宽电石碳基原料的范围，电石生产技术有待进一步改进。
因此，针对上述问题，有必要提供一种电石的生产系统及方法，能解决传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等问题，且对电石生产过程中的废气进行回收利用。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种电石的生产系统及方法，该系统及方法的目的是解决电石生产工艺中的余热浪费、高耗能问题。同时，本发明将要解决电石生产工艺对原料的高要求问题。
本发明提供的电石的生产系统包括：原料煤破碎系统、下行床立式热解炉、石灰破碎单元、CaC2反应器和尾气换热单元，其中，所述原料煤破碎系统包括原料煤入口和煤出口，用于原料煤的破碎；所述下行床立式热解炉包括煤入口、高温油气采出口和高温半焦出口，用于煤的热解；所述煤入口与所述原料煤破碎系统的煤出口相连；所述石灰破碎单元包括石灰入口、上筛料出口和下筛料出口，用于石灰的破碎与筛分；所述尾气换热单元包括石灰上筛料入口、电石炉尾气入口和加热石灰上筛料出口，用于石灰上筛料与电石炉尾气的换热；所述石灰上筛料入口与所述石灰破碎单元的上筛料出口相连；所述CaC2反应器包括电石原料入口、电石出料口和电石炉尾气出口，用于冶炼合成电石产品；所述电石原料入口分别与所述下行床立式热解炉的高温半焦出口、所述石灰破碎单元的下筛料出口、所述尾气换热单元的加热石灰上筛料出口相连；所述电石炉尾气出口与所述尾气换热单元的电石炉尾气入口相连。
进一步地，上述系统中所述尾气换热单元包括原料仓，换热器、布袋除尘器；所述原料仓的入口与所述石灰上筛料出口相连接；所述原料仓的出口与所述换热器的固体物料入口相连接；所述换热器的固体物料出口与所述CaC2反应器的电石原料入口相连接；所述换热器的气体入口与所述CaC2反应器的电石炉尾气出口相连接；所述换热器的气体出口与所述布袋除尘器的气体入口相连接。
上述的系统，所述系统还包括油水分离单元，其包括高温油气入口、热解气出口和油水出口；所述高温油气入口与所述下行床立式热解炉的高温油气采出口相连。
上述的系统，所述系统还可包括混料仓，其设于所述CaC2反应器之前，包括石灰下筛料入口、高温半焦入口、加热石灰上筛料入口和混合物料出口；所述石灰下筛料入口与所述石灰破碎单元的下筛料出口相连，所述高温半焦入口与所述下行床立式热解炉的高温半焦出口相连，所述加热石灰上筛料入口与所述尾气换热单元的加热石灰上筛料出口相连，所述混合物料出口与所述CaC2反应器的电石原料入口相连。
本发明还提供一种利用上述系统进行电石的生产方法，包括以下步骤：将原料煤通过所述原料煤破碎系统破碎后送入所述下行床立式热解炉进行热解，得到高温半焦；将石灰经所述石灰破碎单元破碎筛分后，得到上筛料和下筛料；将所述上筛料通入所述尾气换热单元进行换热后得到高温石灰上筛料；将所述高温半焦、所述下筛料和所述高温石灰上筛料送入所述CaC2反应器进行冶炼，得到电石和电石炉尾气；将所述电石炉尾气送入所述尾气换热单元。
上述的方法，所述电石炉尾气的温度为600-1000℃。
上述的方法，所述高温半焦的温度为800℃以上。
上述的方法，所述下筛料的粒径＜1mm，所述上筛料的粒径为1mm-3mm.
上述的方法，所述破碎后的煤为＜3mm的粉状颗粒。
上述的方法，所述方法还包括步骤：将所述下行床立式热解炉产生的高
温油气通过油水分离单元进行分离，得到热解气和焦油。
根据本发明的上述技术方案，既能解决传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等问题，又对电石生产过程中的高温尾气显热进行回收利用，降低了电石生产过程的能耗。
附图说明
图1是本发明实施例的电石的生产系统流程图。
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。
图1为本发明提供的电石的生产系统流程图。
该系统主要包括原料煤破碎系统、下行床立式热解炉、石灰破碎单元、CaC2反应器和尾气换热单元，利用原料煤破碎系统把原料煤破碎后再送入下行床立式热解炉热解，利用石灰破碎单元把石灰原料破碎后，再把煤粉与石灰粉混合送入CaC2反应器冶炼合成电石。本发明的重点在于打破了常规各单元与CaC2反应器单独运行的工艺框架，实现了生产过程中能量的耦合，对生产中间过程中产生的热量进行了回收利用，降低CaC2合成反应的能耗，提高了系统的能效。
具体地，原料煤破碎系统包括原料煤入口和煤出口，用于原料煤的破碎。
所述下行床立式热解炉包括煤入口和高温半焦出口，用于煤的热解；所述煤入口与所述原料煤破碎系统的煤出口相连。
所述石灰破碎单元包括石灰入口、上筛料出口和下筛料出口，用于石灰的破碎与筛分。
需要说明的是，本文中的上筛料指石灰颗粒或石灰块，下筛料指石灰粉。
所述尾气换热单元包括石灰上筛料入口、电石炉尾气入口和加热石灰上筛料出口，用于石灰上筛料与电石炉尾气的换热；所述石灰上筛料入口与所述石灰破碎单元的上筛料出口相连。
具体地，所述尾气换热单元包括原料仓，换热器、布袋除尘器；所述原料仓的入口与所述石灰上筛料出口相连接；所述原料仓的出口与所述换热器的固体物料入口相连接；所述换热器的固体物料出口与所述CaC2反应器的电石原料入口相连接；所述换热器的气体入口与所述CaC2反应器的电石炉尾气出口相连接；所述换热器的气体出口与所述布袋除尘器的气体入口相连接。
所述CaC2反应器包括电石原料入口、电石出料口和电石炉尾气出口，用于冶炼合成电石产品；所述电石原料入口分别与所述下行床立式热解炉的高温半焦出口、所述石灰破碎单元的下筛料出口、所述尾气换热单元的加热石灰上筛料出口相连；所述电石炉尾气出口与所述尾气换热单元的电石炉尾气入口相连。
为了回收利用热解产生的油气，系统还可包括油水分离单元，其包括高温油气入口、热解气出口和油水出口；所述高温油气入口与所述下行床立式热解炉的高温油气采出口相连。
在把热解后的煤与石灰上筛料和石灰下筛料送入CaC2反应器前，为了实现热解后固体物料的显热利用，需要把几种物料进行混合，因而上述的系统还可包括混料仓，其设于所述CaC2反应器之前，包括石灰下筛料入口、高温半焦入口、加热石灰上筛料入口和混合物料出口；所述石灰下筛料入口与所述石灰破碎单元的下筛料出口相连，所述高温半焦入口与所述下行床立式热解炉的高温半焦出口相连，所述加热石灰上筛料入口与所述尾气换热单元的加热石灰上筛料出口相连，所述混合物料出口与所述CaC2反应器的电石原料入口相连。
本发明提供的电石的生产方法的具体操作步骤如下：
将原料煤破碎至＜3mm后送入下行床立式热解炉，使之在800-900℃发生快速热解反应，生成高温荒煤气和800℃以上的高温半焦，高温荒煤气经过油水分离单元降温分离，得到热解气和煤焦油。
石灰经石灰破碎单元破碎筛分后，＜1mm的粉状石灰可直接进入CaC2反应器，1mm-3mm的块状石灰进入尾气换热单元，与高温尾气换热。回收电石炉尾气显热后，1mm-3mm的块状石灰与＜1mm的石灰粉和下行床立式热解炉的获得800℃以上的高温半焦粉，混合后一同进入CaC2反应器，在1800℃以上发生化学反应生成CaC2和以CO为主的600-1000℃的电石炉尾气。600-1000℃的电石炉尾气进入尾气换热单元与冷石灰块换热后获得低温电石炉尾气。
由上述方案可知，本发明提供的电石的生产系统及方法，通过块状石灰和尾气换热，能够回收电石炉尾气显热，解决了传统电石冶炼炉尾气没有余热回收，而是直接水冷降温，电石炉水耗大，热损失大，能效低。
本发明还可使热解单元与CaC2发生器进行能量耦合，即实现热解后固体物料的显热利用，降低CaC2合成反应的能耗，提高了系统的能效，打破了传统电石冶炼过程，热解单元和电石冶炼单元相对独立，两个单元没有能量耦合的工艺框架，解决了系统能耗大的问题。
同时，本系统可利用粉料原料进行电石的生产，克服了传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等缺点。
下面结合具体实施例来说明本发明的技术方案。
下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述说明书中所示。
实施例1
将原料煤破碎至＜3mm后送入下行床立式热解炉，使之在800℃左右发生快速热解反应，生成高温荒煤气和800℃以上的高温半焦，高温荒煤气经过油水分离单元降温分离，得到热解气和煤焦油。
石灰经石灰破碎单元破碎筛分后，＜1mm的粉状石灰可直接进入CaC2反应器，1mm-3mm的块状石灰进入尾气换热单元，与高温尾气换热。回收电石炉尾气显热后，1mm-3mm的块状石灰与＜1mm的石灰粉和下行床立式热解炉的获得800℃以上的高温半焦粉，混合后一同进入CaC2反应器，在1800℃以上发生化学反应生成CaC2和以CO为主的600℃左右的电石炉尾气。电石炉尾气进入尾气换热单元与冷石灰块换热后获得低温电石炉尾气。
实施例2
将原料煤破碎至＜3mm后送入下行床立式热解炉，使之在850℃左右发生快速热解反应，生成高温荒煤气和800℃以上的高温半焦，高温荒煤气经过油水分离单元降温分离，得到热解气和煤焦油。
石灰经石灰破碎单元破碎筛分后，＜1mm的粉状石灰可直接进入CaC2反应器，1mm-3mm的块状石灰进入尾气换热单元，与高温尾气换热。回收电石炉尾气显热后，1mm-3mm的块状石灰与＜1mm的石灰粉和下行床立式热解炉的获得800℃以上的高温半焦粉，混合后一同进入CaC2反应器，在1800℃以上发生化学反应生成CaC2和以CO为主的800℃左右的电石炉尾气。电石炉尾气进入尾气换热单元与冷石灰块换热后获得低温电石炉尾气。
实施例3
将原料煤破碎至＜3mm后送入下行床立式热解炉，使之在900℃左右发生快速热解反应，生成高温荒煤气和800℃以上的高温半焦，高温荒煤气经过油水分离单元降温分离，得到热解气和煤焦油。
石灰经石灰破碎单元破碎筛分后，＜1mm的粉状石灰可直接进入CaC2反应器，1mm-3mm的块状石灰进入尾气换热单元，与高温尾气换热。回收电石炉尾气显热后，1mm-3mm的块状石灰与＜1mm的石灰粉和下行床立式热解炉的获得800℃以上的高温半焦粉，混合后一同进入CaC2反应器，在1800℃以上发生化学反应生成CaC2和以CO为主的1000℃左右的电石炉尾气。电石炉尾气进入尾气换热单元与冷石灰块换热后获得低温电石炉尾气。
由上述实施例可见，本发明的技术方案能有效利用热解高温固体的显热，和高温电石炉尾气部分显热，能使用粉状原料生产电石，朝着资源与能量利用最大化的方向发展，对整个电石生产行业与社会环境都有着积极的作用。
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)
1.一种电石的生产系统，所述系统包括原料煤破碎系统、下行床立式热解炉、石灰破碎单元、CaC2反应器和尾气换热单元，其中，
所述原料煤破碎系统包括原料煤入口和煤出口，用于原料煤的破碎；
所述下行床立式热解炉包括煤入口、高温油气采出口和高温半焦出口，用于煤的热解；所述煤入口与所述原料煤破碎系统的煤出口相连；
所述石灰破碎单元包括石灰入口、上筛料出口和下筛料出口，用于石灰的破碎与筛分；
所述尾气换热单元包括石灰上筛料入口、电石炉尾气入口和加热石灰上筛料出口，用于石灰上筛料与电石炉尾气的换热；所述石灰上筛料入口与所述石灰破碎单元的上筛料出口相连；
所述CaC2反应器包括电石原料入口、电石出料口和电石炉尾气出口，用于冶炼合成电石产品；所述电石原料入口分别与所述下行床立式热解炉的高温半焦出口、所述石灰破碎单元的下筛料出口、所述尾气换热单元的加热石灰上筛料出口相连；所述电石炉尾气出口与所述尾气换热单元的电石炉尾气入口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尾气换热单元包括原料仓，换热器、布袋除尘器；所述原料仓的入口与所述石灰上筛料出口相连接；所述原料仓的出口与所述换热器的固体物料入口相连接；所述换热器的固体物料出口与所述CaC2反应器的电石原料入口相连接；所述换热器的气体入口与所述CaC2反应器的电石炉尾气出口相连接；所述换热器的气体出口与所述布袋除尘器的气体入口相连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括油水分离单元，其包括高温油气入口、热解气出口和油水出口；所述高温油气入口与所述下行床立式热解炉的高温油气采出口相连。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括混料仓，其设于所述CaC2反应器之前，包括石灰下筛料入口、高温半焦入口、加热石灰上筛料入口和混合物料出口；所述石灰下筛料入口与所述石灰破碎单元的下筛料出口相连，所述高温半焦入口与所述下行床立式热解炉的高温半焦出口相连，所述加热石灰上筛料入口与所述尾气换热单元的加热石灰上筛料出口相连，所述混合物料出口与所述CaC2反应器的电石原料入口相连。
5.一种利用权利要求1至4任一项所述系统进行电石的生产方法，包括以下步骤：
将原料煤通过所述原料煤破碎系统破碎后送入所述下行床立式热解炉进行热解，得到高温半焦；
将石灰经所述石灰破碎单元破碎筛分后，得到上筛料和下筛料；
将所述上筛料通入所述尾气换热单元进行换热后得到高温石灰上筛料；
将所述高温半焦、所述下筛料和所述高温石灰上筛料送入所述CaC2反应器进行冶炼，得到电石和电石炉尾气；
将所述电石炉尾气送入所述尾气换热单元。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电石炉尾气的温度为600-1000℃。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高温半焦的温度为800℃以上。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述下筛料的粒径＜1mm，所述上筛料的粒径为1mm-3mm。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述破碎后的煤为＜3mm的粉状颗粒。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：将所述下行床立式热解炉产生的高温油气通过油水分离单元进行分离，得到热解气和焦油。
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