CN106479574A - 煤气化和电石冶炼耦合的系统及用其制电石和煤气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤气化和电石冶炼耦合的系统及用其制电石和煤气的方法。该系统包括下行床气化炉、混合装置、成型装置和电石炉；下行床气化炉包括煤入口、气化剂入口、煤气出口和半焦出口；混合装置包括半焦入口、热CaO入口、粘结剂入口和混合料出口，半焦入口与下行床气化炉的半焦出口相连；成型装置包括混合料入口和型料出口，混合料入口与混合装置的混合料出口相连；电石炉包括型料入口、高温电石炉气出口和液态电石出口，型料入口与成型装置的型料出口相连。本发明将煤气化和电石冶炼技术相耦合，解决了煤气化后产生的大量粉状半焦难以处理的问题，提高了粉状半焦的利用价值。

Description

煤气化和电石冶炼耦合的系统及用其制电石和煤气的方法

技术领域

本发明总地涉及电石冶炼，具体涉及一种煤气化和电石冶炼耦合的系统及用其制电石和煤气的方法。

背景技术

煤的焦化、气化和合成电石，为有机化工工业提供了丰富的粗苯、焦油、焦炉气、合成气和乙炔。目前，煤焦化投资成本高、产品精制不足、产品附加值不高；煤气化技术进步缓慢、效率低、规模小、产业化程度低。相比之下，电石乙炔工艺路线简单，产品附加值高、经济效益好，已经实现大规模工业化生产，是一种比较有发展潜力的清洁煤技术和煤化工的途径。电石乙炔可以用来合成苯、橡胶、聚氯乙烯、聚乙炔等有机产品。与石油乙烯路线相比，电石乙炔的原料来源广泛、价格低廉、设备投资低，乙炔比乙烯活性高，更利于有机合成反应进行。

目前，电石合成方法主要是电热法，该方法借助电弧炉将电能转化为热能，加热熔融石灰和碳素原料焦炭发生化合反应制取电石。电热法虽然历史悠久，但仍存在高能耗、高污染的缺点。电石合成反应是一个固相吸热反应，原料传质、传热效率低，化学动力学过程时间长，因而需要高温(2000-2200℃)加热和高活性的焦炭作为原料。2000-2200℃的加热条件需要大量的能量，对设备的耐热性能要求高，增加了投资成本和能耗。焦炭一般由煤的焦化得到，该过程流程长，有机碳损耗高、电耗高、环境污染严重。为了提高石灰-电石共熔速度和产品中电石的含量，实际操作中一般要使石灰过量20％(质量分数)，增加了物耗和能耗。副产物一氧化碳逸出反应体系带走了大量的热量，造成能量损失。

提高电石炉的电效率和热效率是目前降低电石生产中的电耗、提高能量利用率的两大对策，科研工作者提出了一系列解决措施和方案。但是由于电热法工艺基于石灰与焦炭直接反应生成电石这一固相吸热反应，无论如何提高电石炉的电效率和热效率，都无法改变该工艺高能耗、高物耗、高污染的现状。为了提高电石生产能量、实现电石生产的绿色化和可持续发展，必须改革电热法合成路线，采用新的电石合成工艺和合成方法。

在煤温和气化过程中，副产品半焦要占到整个反应产物的约60％-90％(质量百分比)。如何经济、有效、合理的利用半焦将决定整个煤温和气化过程的经济性和实现该过程工业化的可能性。煤温和气化所得半焦的性质主要取决于煤种、灰含量和形成半焦的反应条件等。

下行床气化类似于气流床气化，煤粉自反应炉顶部由煤粉输送系统送入，气化剂由反应炉顶部通入，气化剂与煤粉并行向下运动并进行接触反应，一般煤粉及气化剂在反应系统中停留数秒的时间。

下行床温和气化由于气化温度较低、煤粉在气化炉中停留时间较短、碳转化率相对较低，气化残渣含有大量未反应的碳，尤其单独以水蒸气为气化剂在950℃的低温下进行气化生产富氢合成气后的固体产物气化半焦(气化后残渣)仍含有60％的碳，目前对于这些气化半焦一般进行燃烧发电，资源利用效率较低。迫切需要开发一种高值化的利用工艺，以提高资源的利用水平。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种煤气化和电石冶炼耦合的系统，所述系统包括下行床气化炉、预热器、混合装置、成型装置和电石炉；

所述下行床气化炉包括煤入口、气化剂入口、煤气出口和半焦出口；

所述混合装置包括半焦入口、热CaO入口、粘结剂入口和混合料出口，所述半焦入口与所述下行床气化炉的半焦出口相连；

所述成型装置包括混合料入口和型料出口，所述混合料入口与所述混合装置的混合料出口相连；

所述电石炉包括型料入口、高温电石炉气出口和液态电石出口，所述型料入口与所述成型装置的型料出口相连。

在本发明的一个实施方案中，所述还包括预热器，所述预热器包括CaO入口、高温电石炉气入口、热CaO出口和低温电石炉气出口；所述电石炉还包括高温电石炉气出口；

所述高温电石炉气出口与所述高温电石炉气入口相连，所述热CaO出口与所述混合装置的热CaO入口相连。

在本发明的一个实施方案中，所述下行床气化炉还包括催化剂入口。

此外，本发明还提供了一种利用上述系统制备电石和煤气的方法，包括以下步骤：

煤气化：将煤和气化剂分别经由所述煤入口和所述气化剂入口送入所述下行床气化炉中，在T1温度下所述煤气化，得到煤气和半焦；

混合：将所述半焦、热CaO和粘结剂分别经由所述半焦入口、所述热CaO入口和所述粘结剂入口送入所述混合装置中混合，制备混合料；

成型：将所述混合料经由所述混合料入口送入所述成型装置中，制备成型料；

电石冶炼：将所述成型料送入所述电石炉中，在T2温度下反应得到液态电石；

所述混合装置、所述成型装置进行了保温处理，内部工作环境均为阻燃环境；

所有固体物料的输送均在保温及阻燃的条件下进行；

所述成型料进入所述电石炉时的温度与其从所述气化炉排出的温度相差≤100℃。

在本发明的一个实施方案中，所述电石炉冶炼电石时还会排出高温电石炉气，先用所述高温电石炉气与CaO进行换热，然后再将升温后的热CaO送入所述混合装置中进行混合。

在本发明的一个实施方案中，在所述煤气化步骤中，还往所述下行床气化炉中通入了催化剂，所述催化剂为粉状CaO，所述煤与所述粉状CaO的质量比例为25：1-15：1。

在本发明的一个实施方案中，所述煤的粒径≤0.5mm，优选粒径≤0.1mm。所述煤的水分含量≤8wt％。所述煤的灰分含量≤7wt％。所述煤的挥发分含量≥30wt％。所述煤的灰熔点≥1150℃。

在本发明的一个实施方案中，所述热CaO的粒径≤0.5mm，优选粒径≤0.1mm。

在本发明的一个实施方案中，所述T1为850-1000℃。所述T2为1900-2100℃，其优选为1950℃。

在本发明的一个实施方案中，所述气化剂为水蒸气，其与所述煤的质量比≤0.96，优选质量比≤0.80。

本发明将煤气化和电石冶炼技术相耦合，解决了煤气化后产生的大量粉状半焦难以处理的问题，提高了粉状半焦的利用价值。

此外，本发明所有的设备均是在保温、密闭及阻燃的条件下工作的，物料在各个设备间的输送也均是在保温及阻燃的条件下进行的，充分了利用了气化及电石冶炼的高温显热，极大地降低了损耗，节约了能源。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种煤气化和电石冶炼耦合的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种利用上述系统制备电石和煤气的工艺流程图。

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。

参见图1，本发明提供的一种煤气化和电石冶炼耦合的系统包括：下行床气化炉1、混合装置2、成型装置3、电石炉4和预热器5。

其中，下行床气化炉1包括煤入口101、气化剂入口102、煤气出口103和半焦出口。下行床气化炉1用于将煤低温温和气化，制备煤气。此外，还可在下行床气化炉1设置催化剂入口，用于往下行床气化炉1添加催化剂，以提高煤气化的效果。

混合装置2包括半焦入口、热CaO入口、粘结剂入口201和混合料出口，半焦入口与下行床气化炉1的半焦出口相连。混合装置2用于混合粉状半焦、CaO和粘结剂。

成型装置3包括混合料入口和型料出口，述混合料入口与混合装置2的混合料出口相连。成型装置3用于将从混合装置2排出的混合料压制成型。

电石炉4包括型料入口、高温电石炉气出口和液态电石出口401，型料入口与成型装置3的型料出口相连。电石炉4用于冶炼从成型装置3中排出的型料，以制备电石。

预热器5包括CaO入口501、高温电石炉气入口、热CaO出口和低温电石炉气出口502，高温电石炉气入口与电石炉4的高温电石炉气入口相连，热CaO出口与混合装置2的热CaO入口相连。预热器5并是不系统的必备设备，预热器5用从电石炉4中排出的高温电石炉气预热CaO，以充分利用系统热量，减少能源的损耗。当然，从电石炉4中排出的高温电石炉气也可另做他用，CaO也可不经过预热，直接进入混合装置2中与半焦和粘结剂进行混合，制备型料。

图2所示为本发明一种利用上述系统制备电石和煤气的方法，该方法主要包括以下步骤：

煤气化：将煤和气化剂分别经由煤入口101和气化剂入口102送入下行床气化炉1中，在T1温度下煤气化，得到煤气和半焦；

混合：将半焦、热CaO和粘结剂分别经由半焦入口、热CaO入口和粘结剂入口201送入混合装置2中混合，制备混合料；

成型：将混合料经由混合料入口送入成型装置3中，制备成型料；

电石冶炼：将成型料送入电石炉4中，在T2温度下反应得到液态电石；

上述热CaO是由电石冶炼时产生的高温电石炉气预热得到的；

上述混合装置、上述成型装置进行了保温处理，其内部的工作环境均为阻燃环境；

上述所有各单元间固体物料的输送均在保温及阻燃的条件下进行；

成型料进入电石炉时的温度与其从气化炉排出的温度相差≤100℃。

本发明将煤气化和电石冶炼技术相耦合，解决了煤气化后产生的大量粉状半焦难以处理的问题，提高了粉状半焦的利用价值。

此外，本发明所有的设备均是在保温、密闭及阻燃的条件下工作的，物料在各个设备间的输送也均是在保温及阻燃的条件下进行的，充分了利用了气化及电石冶炼的高温显热，极大地降低了损耗，节约了能源。

在煤气化时，还可往下行床气化炉1中通入催化剂，以提高煤气化的效果。CaO在煤气化过程中具有较好的催化作用，并兼具良好的固硫性能，在提高煤气化的反应速率的同时，能实现煤的洁净转化。此外，由于煤气化后得到的粉状半焦还需和CaO混合制备电石，因此，本发明中，优选粉状的CaO作为煤气化的催化剂。

经过大量的实验发现，粉状CaO的添加量为煤的质量的1/25-1/15时，其催化效果最好。

煤的粒径越小、水分含量越少，气化的效果越好。本申请中，煤的粒径优选≤0.5mm，更好地，粒径最好≤0.1mm。同样地，煤的水分含量越少、灰分含量越少、挥发分含量越多，其气化的效果也越好。本申请中，煤的水分含量优选≤8wt％，灰分含量优选≤7wt％，挥发分含量优选≥30wt％。为了使气化煤的灰分在气化过程中不熔融，煤的灰熔点优选≥1150℃。

为了能更好的与粉状半焦混合均匀制备成型料冶炼电石，加入混合装置2中的热CaO的粒径最好也不要太大，本发明中，其粒径优选≤0.5mm，更好地，粒径最好≤0.1mm。

煤气化时的温度T1最好为850℃-1000℃，冶炼制备电石的温度T2优选为1900℃-2100℃，更好地，T2最好为1950℃。温度太低，煤气化及冶炼电石的效果不好；温度太高，浪费能源。

煤气化时可采用水蒸汽为气化剂。经过大量的实验发现，其与煤的质量比≤0.96比较好，若该质量比≤0.80，煤气化的效果更好，且也不浪费能源。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。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发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线制备电石和煤气，具体如下：

准备原料：将水分含量为5wt％、挥发分含量为wt30％、灰分含量7wt％、灰熔点为1300℃的煤煤破碎，取选取粒径≤0.5mm的煤粉；。将CaO破碎，选取粒径≤0.5mm的粉状CaO。

煤气化：将1000kg煤粉送入下行床气化炉1中，往下行床气化炉1通入800kg水蒸气。在1000℃下进行气化，气化得到半焦和煤气，将煤气收集。

混合：将半焦、粉状CaO和耐高温复合粘结剂送入混合装置2中，制备混合料。半焦、粉状CaO和耐高温复合粘结剂的质量比为70:100:3。

成型：将上述混合料送入成型装置3中，制备成型料。

电石冶炼：将上述成型料送入电石炉4中冶炼电石，冶炼温度为1900℃。将电石冶炼过程中产生的高温电石炉气送入预热器5中，用于预热送入下行床气化炉1中的粉状CaO。

上述所有装置均进行了保温处理，其内部的工作环境均为阻燃环境。上述所有固体物料的输送均在保温及阻燃的条件下进行。成型料进入电石炉时的温度与其从气化炉排出的温度相差≤100℃。

产物的产量及各装置某些产物出口的温度请见表1。

实施例2

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线制备电石和煤气，具体如下：

准备原料：将水分含量为8wt％、挥发分含量为35wt％、灰分含量5wt％、灰熔点为1100℃的煤破碎，取选取粒径≤0.1mm的煤粉。将CaO破碎，选取粒径≤0.1mm的粉状CaO。

煤气化：将1000kg煤粉送入下行床气化炉1中，往里面通入960kg水蒸气。再往下行床气化炉1中加入67kg粉状CaO。在950℃下进行气化，气化得到半焦和煤气，将煤气收集。

混合：将半焦、粉状CaO和粘结剂送入混合装置2中，制备混合料。半焦、粉状CaO和耐高温复合粘结剂的质量比为60:100:2。

成型：将上述混合料送入成型装置3中，制备成型料。

电石冶炼：将上述成型料送入电石炉4中冶炼电石，冶炼温度为1950℃。将电石冶炼过程中产生的高温电石炉气送入预热器5中，用于预热送入下行床气化炉1中的粉状CaO。

上述所有装置均进行了保温处理，其内部的工作环境均为阻燃环境。上述所有固体物料的输送均在保温及阻燃的条件下进行。成型料进入电石炉时的温度与其从气化炉排出的温度相差≤100℃。

产物的产量及各装置某些产物出口的温度请见表1。

实施例3

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线制备电石和煤气，具体如下：

准备原料：将水分含量为6wt％、挥发分含量为36wt％、灰分含量6wt％、灰熔点为1200℃的煤煤破碎，取选取粒径≤0.3mm的煤粉。将CaO破碎，选取粒径≤0.3mm的粉状CaO。

煤气化：将1000kg煤粉送入下行床气化炉1中，往里面通入700kg水蒸气。再往下行床气化炉1中加入40kg粉状CaO。在850℃下进行气化，气化得到半焦和煤气，将煤气收集。

混合：将半焦、粉状CaO和粘结剂送入混合装置2中，制备混合料。半焦、粉状CaO和粘结剂的质量比为65:100:1.5。

成型：将上述混合料送入成型装置3中，制备成型料。

电石冶炼：将上述成型料送入电石炉4中冶炼电石，冶炼温度为2100℃。将电石冶炼过程中产生的高温电石炉气送入预热器5中，用于预热送入下行床气化炉1中的粉状CaO。

上述所有装置均进行了保温处理，其内部的工作环境均为阻燃环境。上述所有固体物料的输送均在保温及阻燃的条件下进行。成型料进入电石炉时的温度与其从气化炉排出的温度相差≤100℃。

产物的产量及各装置某些产物出口的温度请见表1。

表1各实施例产物及各装置某些产物出口的温度

	实施例1	实施例2	实施例3
				煤气/m3	469	694	637
半焦/kg	573	612	596
				电石/kg	812	890	847
半焦出口/℃	989	939	841
				混合料出口/℃	922	846	778
型料出口/℃	901	803	759
				高温电石炉气出口/℃	1789	1806	1851
热CaO出口/℃	843	844	850

从表1可以看出，由于对所有装置均进行了保温处理，固体物料在输送过程中也均在采用了保温处理，充分利用了半焦和电石炉气的高温显热，极大的降低了损耗，节约了能源。

此外，从表1还可以看出，实施例2和实施例3中煤气化的效果明显比实施例1好，说明加在气化中加入催化剂有明显改善煤气化的效果。

综上，本发明将煤气化和电石冶炼技术相耦合，解决了煤气化后产生的大量粉状半焦难以处理的问题，提高了粉状半焦的利用价值。

此外，本发明所有的设备均是在保温、密闭及阻燃的条件下工作的，物料在各个设备间的输送也均是在保温及阻燃的条件下进行的，充分了利用了气化及电石冶炼的高温显热，极大地降低了损耗，节约了能源。

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)

1.一种煤气化和电石冶炼耦合的系统，其特征在于，所述系统包括下行床气化炉、混合装置、成型装置和电石炉；

所述下行床气化炉包括煤入口、气化剂入口、煤气出口和半焦出口；

所述混合装置包括半焦入口、热CaO入口、粘结剂入口和混合料出口，所述半焦入口与所述下行床气化炉的半焦出口相连；

所述成型装置包括混合料入口和型料出口，所述混合料入口与所述混合装置的混合料出口相连；

所述电石炉包括型料入口、高温电石炉气出口和液态电石出口，所述型料入口与所述成型装置的型料出口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括预热器，所述预热器包括CaO入口、高温电石炉气入口、热CaO出口和低温电石炉气出口；所述高温电石炉气出口与所述电石炉的高温电石炉气入口相连，所述热CaO出口与所述混合装置的热CaO入口相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下行床气化炉还包括催化剂入口。

4.一种利用权利要求1-3之一所述的系统制备电石和煤气的方法，包括以下步骤：

煤气化：将煤和气化剂分别经由所述煤入口和所述气化剂入口送入所述下行床气化炉中，在T1温度下所述煤气化，得到煤气和半焦；

混合：将所述半焦、热CaO和粘结剂分别经由所述半焦入口、所述热CaO入口和所述粘结剂入口送入所述混合装置中混合，制备混合料；

成型：将所述混合料经由所述混合料入口送入所述成型装置中，制备成型料；

电石冶炼：将所述成型料送入所述电石炉中，在T2温度下反应得到液态电石；

所述混合装置、所述成型装置进行了保温处理，内部工作环境均为阻燃环境；

所有固体物料的输送均在保温及阻燃的条件下进行；

所述成型料进入所述电石炉时的温度与其从所述气化炉排出的温度相差≤100℃。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电石炉冶炼电石时还会排出高温电石炉气，先用所述高温电石炉气与CaO进行换热，然后再将升温后的热CaO送入所述混合装置中进行混合。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述煤气化步骤中，还往所述下行床气化炉中通入了催化剂，所述催化剂为粉状CaO，所述煤与所述粉状CaO的质量比例为25：1-15：1。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述煤的粒径≤0.5mm，优选粒径≤0.1mm。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热CaO的粒径≤0.5mm，优选粒径≤0.1mm。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述T1为850-1000℃；所述T2为1900-2100℃，其优选为1950℃。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述气化剂为水蒸气，其与所述煤的质量比≤0.96，优选质量比≤0.80。