CN106542532A - 制备电石的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了制备电石的系统和方法，该系统包括：煤预处理装置；氧化钙预处理装置；热解反应器，保温输送装置，以及电石冶炼装置，其中，热解反应器设置有粉煤入口、热解气出口和固体物料出口，且粉煤入口与煤预处理装置相连；保温输送装置与固体物料出口相连；电石冶炼装置设置有含氧气体入口、固体物料入口、电石炉气出口及电石出口，且物料入口与所述保温输送装置和氧化钙预处理装置相连。该系统可以采用中低阶煤为原料，降低电石生产的原料成本，而且可以通过热解反应将中低阶煤中的挥发分提取出来，获取高附加值的油气产品，同时采用保温输送装置，可以充分利用热解产物的显热，降低电石生产的能耗。

Description

制备电石的系统和方法

技术领域

本发明涉及制备电石的系统和方法。

背景技术

电石可以与水反应制取乙炔，进而生产各种化学品，是重要的化工原材料，被称为“有机合成之母”。目前，电石的冶炼方法为电弧炉，即以块状的生石灰和焦炭为原料，在2000℃以上的高温电弧炉内发生还原反应，得到液态电石。然而，该生产方法存在以下几个问题：(1)原料必须以优质块状的兰炭或焦炭为原料，原料成本高；(2)块状兰炭与生石灰的接触面积较小，传热速率慢，导致反应温度高，耗电量高；(3)生产过程中排放大量的废气、粉尘等污染物。因此，目前的电石生产工艺存在着高温、高耗能、高污染的弊端，严重违背了国家所提倡的“经济发展和社会进步必须以良好的生态环境和可持续利用的自然资源为基础”的发展思想。

针对上述问题，国内外研究者们都做了很多有益的探索，如通过粉煤成型技术制备碳素原料与生石灰混合型球后采用电热法生产电石，或者直接以粉煤为原料，采用氧热法制备电石。但直接以煤为原料制备电石，无法将原煤中富含的油气资源提取出来，降低了产品的经济性；同时，原煤中的油气产品在生产电石的过程中被分解为油气产品，与电石炉气混合，大大加大了电石炉气的处理利用难度，不利于电石的洁净生产。而且，电加热方式耗费大量的电能，成本高，而采用气体热载体加热的方式，其中混入大量的燃烧产物以及燃烧热载体，无法获取高质量的油气产品，降低了产品的附加值。

因而，目前制备电石的工艺仍有待改进。

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将煤快速热解和氧热法制备电石相结合的制备电石的工艺。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种制备电石的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：煤预处理装置；氧化钙预处理装置；热解反应器，所述热解反应器设置有粉煤入口、热解气出口和固体物料出口，且所述粉煤入口与所述煤预处理装置相连；保温输送装置，所述保温输送装置与所述固体物料出口相连；电石冶炼装置，所述电石冶炼装置设置有含氧气体入口、固体物料入口、电石炉气出口及电石出口，且所述固体物料入口与所述保温输送装置和所述氧化钙预处理装置相连。发明人发现，根据本发明实施例的该系统可以采用粉状的中低阶煤为原料替代优质块状兰炭，降低电石生产的原料成本，而且可以通过热解反应器将中低阶煤中的挥发分提取出来，获取高附加值的油气产品，提高产品价值，实现产生的资源综合利用，同时采用保温输送装置将热解反应产生的高温固体物料直接输送到电石冶炼装置中，可以充分利用热解产物的显热，降低电石生产的能耗。

根据本发明的实施例，所述煤预处理装置包括：煤破碎组件；煤储仓，所述煤储仓与所述煤破碎组件相连；第一螺旋送料机，所述第一螺旋送料机与所述煤储仓和所述粉煤入口相连。

根据本发明的实施例，所述氧化钙预处理装置包括；氧化钙破碎组件；氧化钙储仓，所述氧化钙储仓与所述氧化钙破碎组件相连；第二螺旋送料机，所述第二螺旋送料机与所述氧化钙储仓和所述固体物料入口相连。

根据本发明的实施例，所述热解反应器中设置有多层蓄热式辐射管，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行且均匀分布的蓄热式辐射管，每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿所述热解反应器的高度方向错开分布。

根据本发明的实施例，所述保温输送装置为保温桶或保温链板。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前面所述的系统制备电石的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：通过煤预处理装置对煤进行预处理，得到粉煤；通过氧化钙预处理装置对氧化钙进行预处理，得到粉状氧化钙；将所述粉煤通过粉煤入口加入热解反应器中，并使其进行热解反应，得到固体物料和热解气；利用保温输送装置将所述固体物料通过固体物料入口加入电石冶炼装置，同时分别通过含氧气体入口和固体物料入口向所述电石冶炼装置加入含氧气体和所述粉状氧化钙，并使所述固体物料和粉状氧化钙发生反应，得到电石炉气和电石。利用本发明的该方法，能够以中低阶粉煤为原料快速、有效地获得电石，成本较低，且该方法将煤快速热解和氧热法制备电石相结合，可以获取高附加值的油气产品的同时，减少电石炉气的处理难度，达到了资源综合利用的目的，经济性较好。

根据本发明的实施例，所述粉煤的粒径小于1毫米，所述粉状氧化钙的粒径小于3毫米。

根据本发明的实施例，所述热解反应的温度为550-800摄氏度。

根据本发明的实施例，所述固体物料和粉状氧化钙发生反应的温度为1750-2000摄氏度。

根据本发明的实施例，在所述电石冶炼装置中，所述固体物料和所述粉状氧化钙的质量比为(0.7-1.2)：1。

本发明至少具有以下有益效果：

1)本发明的制备电石的系统和方法，采用粉状的中低阶煤为原料替代优质块状兰炭，降低了电石生产的原料成本，粉状的含碳原料与粉状的含钙原料混合均匀，热效率高，反应耗能低；

2)本发明的制备电石的系统和方法，采用无热载体蓄热式快速热解技术，将中低阶煤中的挥发分提取出来，能够获取高附加值的油气产品，提高了产品价值；同时，因为快速热解炉的内置式辐射管加热装置以及蓄热式材料的合理利用，使得加热效率较高，燃烧烟气的排放温度较低，热效率利用率高；

3)本发明的制备电石的系统和方法，采用密封保温输送装置将热解产生的高温固体直接输送到电石炉内，充分利用热解产物的显热，降低了电石生产的能耗；

4)本发明的制备电石的系统和方法，将煤快速热解过程中产生的热解气及电石生产过程中产生的电石炉气经净化后可作为还原剂用于炼铁或作为原料制备液化天然气，使得整个过程产生的资源达到综合利用的目的；

5)通过热解技术将中低阶煤进行提质，可以减少后续反应中的耗氧量，提高产物中电石的含量；

6)将电石生产过程产生的CO经回收后用作电石生产的燃料，可进一步降低含碳原料的用量，降低电石生产的原料成本及生产能耗。

附图说明

图1显示了根据本发明实施例的制备电石的系统的结构示意图。

图2显示了根据本发明实施例的制备电石的系统的结构示意图。

图3显示了根据本发明实施例的制备电石的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种制备电石的系统。根据本发明的实施例，参照图1和图2，该系统包括：煤预处理装置100；氧化钙预处理装置200；热解反应器300，保温输送装置400，和电石冶炼装置500。

根据本发明的实施例，所述热解反应器300设置有粉煤入口310、热解气出口320和固体物料出口330，且所述粉煤入口310与所述煤预处理装置100相连；所述保温输送装置400与所述固体物料出口330相连；所述电石冶炼装置500设置有含氧气体入口510、固体物料入口520、电石炉气出口530及电石出口540，且所述固体物料入口520与所述保温输送装置400和所述氧化钙预处理装置200相连。

根据本发明的实施例，所述煤预处理装置100可以包括：煤破碎组件110；煤储仓120，所述煤储仓120与所述煤破碎组件110相连；第一螺旋送料机130，所述第一螺旋送料机130与所述煤储仓120和所述粉煤入口310相连。利用煤预处理装置100可以将中低阶煤原料破碎至粒度小于1毫米，并储存于煤储仓120中，然后在第一螺旋送料机130的作用下将得到的具有合适粒径的粉煤经粉煤入口310输送至热解反应器300。在本发明的一些实施例中，煤预处理装置100还可以进一步包括筛选组件(图中未示出)，该筛选组件设置于煤破碎组件110和煤储仓120之间，用于对经过煤破碎组件110处理后的煤进行筛选，将具有适合粒径的粉煤注入煤储仓120中，粒径较大的煤原料返回煤破碎组件110进一步进行破碎处理。

根据本发明的实施例，所述氧化钙预处理装置200可以进一步包括；氧化钙破碎组件210；氧化钙储仓220，所述氧化钙储仓220与所述氧化钙破碎组件210相连；第二螺旋送料机230，所述第二螺旋送料机230与所述氧化钙储仓220和所述固体物料入口520相连。氧化钙破碎组件210用于将氧化钙破碎至粒径不大于3毫米，得到的粉状氧化钙储存于氧化钙储仓220中，然后通过第二螺旋送料机230，经过固体物料入口520输送至电石冶炼装置500中，经过预处理的粉状氧化钙与粉煤混合均匀，热效率高，反应耗能低。在本发明的一些实施例中，氧化钙预处理装置200可以进一步包括筛选组件(图中未示出)，该筛选组件设置于氧化钙破碎组件210和氧化钙储仓220之间，用于对经过破碎处理的氧化钙进行筛选，将符合要求的粉状氧化钙注入氧化钙储仓220中，粒径过大的氧化钙返回氧化钙破碎组件210进一步进行破碎。

根据本发明的实施例，所述热解反应器300可以为蓄热式下行床反应器，其中设置有多层蓄热式辐射管340，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行且均匀分布的蓄热式辐射管，每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿所述热解反应器300的高度方向错开分布。无热载体蓄热式辐射管的使用，避免了热解气与热载体的混合，提高了热解气的质量；蓄热式辐射管的使用将烟气的排放温度降低至180℃以下，提高了热利用率。

根据本发明的实施例，该系统还可以进一步包括热解气处理设备，热解气处理设备的具体种类不受特别限制，只要能够将焦油和可燃气分离即可，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。根据本发明的实施例，热解气出口320进一步可以与换热器及油气分离装置相连，通过换热器可以充分利用热解气的热量，综合利用资源，降低生产能耗，油气分离装置可以将热解气中的可燃气和焦油分离，获得高附加值产品。

根据本发明的实施例，所述保温输送装置400的具体种类不受特别限制，只要能够在保温的条件下输送固体物料即可，可以为密闭的外部保佑保温材料的输送装置。在本发明的一些实施例中，可以为密闭保温罐或密闭保温链板。采用密闭保温输送设备可充分利用热解得到的固体物料的显热，降低电石生产过程的能耗，以及电石冶炼过程的耗氧量及碳消耗。

根据本发明的实施例，电石冶炼装置500可以为电石生产气流床，在电石冶炼装置500中，通过氧热法制备电石，固体物料和粉状氧化钙在电石生产气流床中混合；同时，从气流床下侧通入的含氧气体使热解固体产物中的一部分燃烧产生热量，直接加热剩余混合物，使混合物的温度达到1750-2000℃而发生高温反应，产生电石和副产物CO。熔融的电石由电石出口540导出后经冷却形成电石产品；反应过程中产生的电石炉气由电石炉气出口530导出后，经净化装置净化后用于SNG的制备。

根据本发明实施例的该系统可以采用粉状的中低阶煤为原料替代优质块状兰炭，降低电石生产的原料成本，而且可以通过热解反应器300将中低阶煤中的挥发分提取出来，获取高附加值的油气产品，提高产品价值，实现产生的资源综合利用，同时采用保温输送装置400将热解反应产生的高温固体物料直接输送到电石冶炼装置500中，可以充分利用热解产物的显热，降低电石生产的能耗。另外，通过将煤快速热解单元及氧化法电石冶炼单元进行耦合，在整个热解单元和电石冶炼单元均以粉煤和粉状氧化钙为原料，不包括成型单元，大大降低了原料成本，避免了电热法电石生产过程中存在的型球粉化问题，提高了电石生产过程的安全性和稳定性。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前面所述的系统制备电石的方法。根据本发明的实施例，参照图3，该方法包括以下步骤：

S100：通过煤预处理装置100对煤进行预处理，得到粉煤。

根据本发明的实施例，所述粉煤的粒径小于1毫米。由此，利于热解反应进行。以粉煤为原料，不包括成型单元，大大降低了原料成本。

在本发明的一些实施例中，该步骤可以进一步包括：利用煤破碎组件110对原料煤进行破碎处理，经过破碎处理的煤进入筛选组件进行筛选，粒径小于1毫米的粉煤输送煤储仓120，粒径大于1毫米的原料煤返回煤破碎组件110继续进行破碎处理，煤储仓120中的粉煤通过第一螺旋送料机130输送至热解反应器300中进行热解反应。

S200：通过氧化钙预处理装置200对氧化钙进行预处理，得到粉状氧化钙。

根据本发明的实施例，所述粉状氧化钙的粒径小于3毫米。由此，利于与固体物料混合均匀，热效率高，反应耗能低。以粉状氧化钙为原料，不包括成型单元，大大降低了原料成本，避免了电热法电石生产过程中存在的型球粉化问题，提高了电石生产过程的安全性和稳定性。

在本发明的一些实施例中，该步骤可以按照如下操作进行：利用氧化钙破碎组件210对氧化钙进行破碎处理，经过破碎处理的氧化钙进入筛选组件，粒径小于3毫米的粉状氧化钙储存于氧化钙储仓220中，粒径大于3毫米的氧化钙返回氧化钙破碎组件210继续进行破碎处理，氧化钙储仓220中的粉状氧化钙通过第二螺旋送料机230输送至电石冶炼装置500以制备电石。

S300：将所述粉煤通过粉煤入口310加入热解反应器300中，并使其进行热解反应，得到固体物料和热解气。

根据本发明的实施例，所述热解反应的温度为550-800摄氏度。在该温度下进行热解反应，可以将粉煤中的油气产物有效提取出来，获得高附加值产品，提高产品价值。

根据本发明的实施例，热解反应产生的油气产物可以通过热解气出口320排出热解反应器，并进一步通过换热器，油气分离装置等将可燃气和焦油分离，可燃气经净化后可以用于炼铁或制备液化天然气等，整个生产过程产生的资源能够得到综合利用。热解反应得到的高温固体物料的含碳量≧83.4％，温度约500-600℃，通过固体物料出口330排出热解反应器300，用于制备电石。

S400：利用保温输送装置400将所述固体物料通过固体物料入口520加入电石冶炼装置500，同时分别通过含氧气体入口510和固体物料入口520向所述电石冶炼装置500加入含氧气体和所述粉状氧化钙，并使所述固体物料和粉状氧化钙发生反应，得到电石炉气和电石。

根据本发明的实施例，所述固体物料和粉状氧化钙发生反应的温度为1750-2000摄氏度。由此，电石的产率较高，反应速率较快。

根据本发明的实施例，在所述电石冶炼装置500中，所述固体物料和所述粉状氧化钙的质量比可以为(0.7-1.2)：1。由此，有利于反应进行。

根据本发明的实施例，采用的含氧气体的具体种类不受特别限制，可以为任何已知的含氧气体，例如，包括但不限于富氧空气、纯氧、或空气等。

在该步骤中，利用保温输送装置400将所述固体物料通过固体物料入口520加入电石冶炼装置500，可以充分利用热解产物的显热，降低电石生产的能耗。电石冶炼装置500中产生的电石炉气经过净化后可作为还原剂用于炼铁或作为原料制备液化天然气等，能够得到综合利用。

利用本发明的该方法，能够以中低阶粉煤为原料快速、有效地制备获得电石，成本较低，且该方法将煤快速热解和氧热法制备电石通过高温密闭保温输送技术有机结合起来，可以获取高附加值的油气产品的同时，提高反应物的接触面积，提高热利用率，降低生产电石能耗，减少电石炉气的处理难度，达到了资源综合利用、降低原料成本和生产能耗的目的。

下面详细描述本发明的制备电石的系统和方法的工作过程。

首先，将原料煤加入煤破碎组件110进行破碎处理，经筛选后，粒径小于1毫米的粉煤输送至煤储仓120中，粒径大于1毫米的原料煤返回煤破碎组件110继续破碎处理，同时，将氧化钙加入氧化钙破碎组件210进行破碎处理，经筛选后，粒径小于3毫米的粉状氧化钙输送至氧化钙储仓220，粒径大于3毫米的氧化钙返回氧化钙破碎组件继续破碎处理，接着，利用第一螺旋送料机130将煤储仓120中的粉煤经粉煤入口310输送至热解反应器300，并于550-800摄氏度下进行热解反应，得到热解气和固体物料，热解气经热解气出口320排出热解反应器300，并进一步经换热器、油气分离装置等处理，得到焦油和可燃气，固体物料经固体物料出口330排出热解反应器300，并通过保温输送装置400，经固体物料入口520输送至电石冶炼装置500，同时经含氧气体入口510向电石冶炼装置500中加入含氧气体，利用第二螺旋送料机230，经固体物料入口520向电石冶炼装置500中加入粉状氧化钙，固体物料和粉状氧化钙在电石冶炼装置500中进行反应，通过氧热法制得电石炉气和电石，电石炉气经电石炉气出口530排出电石冶炼装置500，经净化后可以用于液化天然气的制备，或可用于制备电石的燃料，得到的熔融态的电石经电石出口540排出电石冶炼装置500，冷却后得到电石产品。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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须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 (10)

1.一种制备电石的系统，其特征在于，包括：

煤预处理装置；

氧化钙预处理装置；

热解反应器，所述热解反应器设置有粉煤入口、热解气出口和固体物料出口，且所述粉煤入口与所述煤预处理装置相连；

保温输送装置，所述保温输送装置与所述固体物料出口相连；

电石冶炼装置，所述电石冶炼装置设置有含氧气体入口、固体物料入口、电石炉气出口及电石出口，且所述固体物料入口与所述保温输送装置和所述氧化钙预处理装置相连。

2.根据权利要求1所述的制备电石的系统，其特征在于，所述煤预处理装置包括：

煤破碎组件；

煤储仓，所述煤储仓与所述煤破碎组件相连；

第一螺旋送料机，所述第一螺旋送料机与所述煤储仓和所述粉煤入口相连。

3.根据权利要求1所述的制备电石的系统，其特征在于，所述氧化钙预处理装置包括；

氧化钙破碎组件；

氧化钙储仓，所述氧化钙储仓与所述氧化钙破碎组件相连；

第二螺旋送料机，所述第二螺旋送料机与所述氧化钙储仓和所述固体物料入口相连。

4.根据权利要求1所述的制备电石的系统，其特征在于，所述热解反应器中设置有多层蓄热式辐射管，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行且均匀分布的蓄热式辐射管，每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿所述热解反应器的高度方向错开分布。

5.根据权利要求1所述的制备电石的系统，其特征在于，所述保温输送装置为保温桶或保温链板。

6.一种利用权利要求1-5中任一项所述的系统制备电石的方法，其特征在于，包括：

通过煤预处理装置对煤进行预处理，得到粉煤；

通过氧化钙预处理装置对氧化钙进行预处理，得到粉状氧化钙；

将所述粉煤通过粉煤入口加入热解反应器中，并使其进行热解反应，得到固体物料和热解气；

利用保温输送装置将所述固体物料通过固体物料入口加入电石冶炼装置，同时分别通过含氧气体入口和固体物料入口向所述电石冶炼装置加入含氧气体和所述粉状氧化钙，并使所述固体物料和粉状氧化钙发生反应，得到电石炉气和电石。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粉煤的粒径小于1毫米，所述粉状氧化钙的粒径小于3毫米。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热解反应的温度为550-800摄氏度。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述固体物料和粉状氧化钙发生反应的温度为1750-2000摄氏度。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述电石冶炼装置中，所述固体物料和所述粉状氧化钙的质量比为(0.7-1.2)：1。