CN106590759A - 一种煤加氢气化耦合电石冶炼的方法和系统 - Google Patents

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丁力
董宾
许修强
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Abstract

本发明公开了一种煤加氢气化耦合电石冶炼的方法和系统。该方法包括步骤：A.加氢气化：将煤粉与富氢气体送入加氢气化单元进行加氢气化反应，然后将反应产物通过激冷液化残渣激冷后得到混合半焦和混合油气产品；B.电石生产：将混合半焦和粉状生石灰混合后喷入电石生产单元，与含氧气体发生反应产生电石。本发明通过液化残渣对气化产物进行激冷，在起到激冷剂作用的同时，可充分利用气化半焦的显热，使喷入的液化残渣发生热解反应，进一步产生油气产品和半焦。同时，液化残渣具有除尘作用，可实现气固相的分离。激冷后获得的混合半焦被直接热送至气流床生产电石，降低电石生产的能耗。

Description

一种煤加氢气化耦合电石冶炼的方法和系统
技术领域
本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种煤加氢气化耦合电石冶炼的方法和系统。
背景技术
煤粉加氢气化是煤粉和氢气在高温、高压条件下反应生成粗煤气和半焦的过程。目前煤粉加氢气化的半焦产量占进料量(煤粉质量)的50％左右，其中的炭含量高达80％以上，且硫含量和氮含量较低，特别适合于电石生产的原料。若能直接将加氢气化半焦作为电石生产的原料，不仅可以实现中低阶煤的分级分质利用，在获取电石生产原料的同时，副产大量富甲烷气和轻质焦油，还可以充分利用气化半焦的显热，降低电石生产的能耗。但是，气化煤粉的粒度较小，且气化反应温度较高，所得气化半焦与油气产品难分离，目前的气化炉一般采用水激冷的方式对其降温、分离，但水激冷无法充分利用气化半焦的显热，且对后续的电石生产不利，因此，必须寻找一种合适的激冷方法，以满足后续电石生产的要求。
在煤直接液化生产过程中，液化残渣的量约为原煤质量的30％，产量巨大，且其为一种高炭、高挥发分且含有液化催化剂的物质。无论是从液化整体的经济性，还是从资源利用和环境保护的角度出发，都需要对液化残渣进行转化利用，因此液化残渣的利用研究具有很重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种中低阶煤粉加氢气化与电石生产相耦合的系统和方法，通过液化残渣对气化产物进行激冷，在起到激冷剂作用的同时，可充分利用气化半焦的显热，使喷入的液化残渣发生热解反应，进一步产生油气产品和电石生产所需的半焦。同时，液化残渣在高温下具有流动性，且具有较高的粘度，对加氢气化所得的气体具有很好的除尘作用，可实现气固相的充分分离。激冷后获得的气化半焦被直接热送至气流床，采用氧热法生产电石，可再次利用气化半焦的显热，降低电石生产的能耗。
为实现上述目的，本发明提出了一种煤加氢气化耦合电石冶炼的方法，其特征在于，包括步骤：
A.加氢气化：将煤粉与富氢气体送入加氢气化单元进行加氢气化反应，然后将反应产物通过激冷液化残渣激冷后得到混合半焦和混合油气产品；
B.电石生产：将所述混合半焦和粉状生石灰混合后喷入电石生产单元，与含氧气体发生反应产生电石。
具体地，将所述煤粉的粒度控制在小于150um。所述激冷液化残渣的粒度控制在小于3mm。
优选地，将所述煤粉与所述富氢气体中氢气的质量比控制为1:0.3-0.6。
将所述加氢气化反应的温度为900-1200℃，反应压力为2-4MPa，气化时间＜3s。
进一步地，将所述生石灰的粒度控制在小于1mm，所述混合半焦与所述生石灰的反应温度为1700-2000℃。
本发明还提供一种煤加氢气化耦合电石冶炼的系统，包括加氢气化单元、电石冶炼单元和螺旋输送装置高温固体输送单元；其中，
所述加氢气化单元包括煤粉喷嘴、富氢气体喷嘴、油气出口、激冷液化残渣喷嘴和混合半焦出口；在所述加氢气化单元，所述煤粉与所述富氢气体加氢气化反应的产物在所述激冷液化残渣激冷后得到混合半焦和混合油气产品；
所述电石冶炼单元包括混合半焦入口、粉状生石灰入口、富氧气体喷嘴、电石炉气出口以及电石出口，所述混合半焦入口和所述混合半焦出口相连，所述电石冶炼单元用于所述混合半焦和所述粉状生石灰的反应；
所述螺旋输送装置高温固体输送单元与所述粉状生石灰入口气化炉混合半焦出口以及气流床混合半焦入口相连。
具体地，所述加氢气化单元使用的装置是气化炉。
所述电石冶炼单元使用的装置为气流床。
进一步地，所述加氢气化单元包括反应区、激冷区和混合半焦储存区。
所述反应区设有所述煤粉喷嘴、所述富氢气体喷嘴和所述油气出口，所述富氢气体喷嘴的个数为偶数，对称排列在所述煤粉喷嘴的四周，所述煤粉喷嘴设置在所述气化炉炉顶。
所述激冷区设有所述激冷液化残渣喷嘴，所述激冷液化残渣喷嘴设置在所述反应区下方的炉壁上，所述激冷液化残渣喷嘴的个数为偶数，对称分布在所述气化炉的四周。
所述混合半焦储存区设有混合半焦挡板、混合半焦刮板和所述混合半焦出口，所述混合半焦出口设置在所述气化炉的底端。
具体地，所述系统还包括高温固体输送单元，所述混合半焦入口通过所述高温固体输送单元和所述混合半焦出口相连。
进一步地，所述高温固体输送单元的装置为密闭保温钢包，所述密闭保温钢包的输送方式采用水平滑轨加垂直提升的方式。
具体地，所述混合半焦挡板与水平方向的夹角为30-75°。
本发明提供一种中低阶煤粉加氢气化与电石生产相耦合的系统和方法，通过液化残渣对气化产物进行激冷，在起到激冷剂作用的同时，可充分利用气化半焦的显热，使喷入的液化残渣发生热解反应，进一步产生油气产品和半焦。同时，液化残渣在高温下具有流动性，且具有较高的粘度，对加氢气化所得的气体具有很好的除尘作用，可实现气固相的充分分离。激冷后获得的混合半焦被直接热送至气流床，采用氧热法生产电石，可再次利用气化半焦的显热，降低电石生产的能耗。
采用本发明的方法和系统，取得了以下效果：
(1)以粉状的中低阶煤和粉状的生石灰为原料生产电石，可显著提高原料的适用性，降低原料成本；
(2)通过加氢气化的方式获取电石生产碳源，碳源的固定碳含量高，且可显著降低碳源中的硫氮含量，有利于提高电石品质，及后续电石制乙炔及下游的加工利用；同时加氢气化产生的油气产品品质高，以富甲烷气和轻质焦油为主；
(3)用液化残渣作加氢气化的激冷剂，在起到激冷剂作用的同时，降低气化半焦的温度，便于输送，而且可充分利用气化半焦的显热，使喷入的液化残渣发生热解反应，产生油气产品和半焦。同时，液化残渣在高温下具有流动性，且具有较高的粘度，对加氢气化所得的产物具有很好的分离作用，可实现气固相的充分分离，充分利用液化残渣的价值；
(4)通过高温输送技术，将混合半焦直接送入气流床生产电石，可再次利用混合半焦的显热，降低电石生产的能耗。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明的生产工艺流程图；
图2是本发明的生产系统示意图。
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。
本发明提出了一种煤加氢气化耦合电石生产的方法，如图1，包括以下步骤：
第一步：煤粉加氢气化：将气化原料煤粉和富氢气体分别通过煤粉喷嘴和富氢气体喷嘴喷入气化炉，充分混合后发生加氢气化反应，得到富甲烷气、轻质焦油以及气化半焦；气化产品经液化残渣激冷后，实现分离、降温，同时使得液化残渣在气化产物携带的高温下发生热解，获得热解油气，并与气化油气产物混合，从油气出口采出；
所述煤粉的粒度＜100um；所述液化残渣的粒度＜1mm；
所述煤粉与富氢气体中氢气的质量比为1:0.2-0.5；
煤粉加氢气化反应的温度为800-1000℃；反应压力为2-4MPa，气化时间＜2s；
第二步：混合半焦高温输送：即气化半焦与激冷液化残渣热解产生的半焦在气化炉底混合所得的混合半焦直接热送至电石冶炼单元，充分利用混合半焦的显热，降低电石生产的能耗；
所述热送装置为密闭保温钢包；
所述保温钢包的材料耐温＞900℃；
第三步：电石冶炼：经高温输送装置输送来的混合半焦与螺旋输送装置运输的粉状生石灰到电石冶炼单元的入口按照一定的比例混合后，喷入气流床；同时，从气流床下侧通入的含氧气体使部分混合半焦燃烧产生热量，使混合半焦与生石灰反应，产生电石。
所述生石灰的粒度＜1mm；
所述气化半焦与生石灰的反应温度为1700-2000℃。
本发明提出了一种煤加氢气化耦合电石生产的系统，如图2：
本发明所描述的系统由煤加氢气化单元1、高温热送单元2以及氧热法电石冶炼单元3组成。
煤加氢气化单元1的装置是气化炉，包括反应区1-1、激冷区1-2和混合半焦储存区1-3；
反应区1-1设有反应煤粉喷嘴11、富氢气体喷嘴12和油气出口13；所述富氢气体喷嘴12的个数为偶数，对称排列在煤粉喷嘴11的四周；且所述煤粉喷嘴11设置在气化炉炉顶，以便煤粉与富氢气体的充分混合；
激冷区1-2设有激冷液化残渣喷嘴14；所述激冷液化残渣喷嘴14设置在气化炉反应区1-1下方的气化炉壁上，以便使气化半焦与激冷液化残渣进行充分混合；所述激冷液化残渣喷嘴14的个数为偶数，对称分布在气化炉的四周；
混合半焦储存区1-3设有混合半焦挡板15、混合半焦刮板16和混合半焦出口17；所述混合半焦挡板与水平夹角为30-75°，以便混合半焦的出料以及气化半焦与激冷半焦的混合；所述混合半焦出口设置在气化炉的低端，以加大出料口与激冷液化残渣入口的距离；
高温固体输送单元2的装置为密闭保温钢包；
所述保温钢包的材料耐温＞900℃；所述密闭保温钢包的输送方式采用水平滑轨加垂直提升的方式；
电石冶炼单元3的装置是气流床，设有进料储仓3-1和反应器本体3-2；所述进料储仓3-1设置混合半焦入口31、粉状生石灰入口32以及闸阀33；所述反应器本体3-2设置有富氧气体喷嘴34、电石炉气出口35以及电石出口36；所述混合半焦入口31通过高温固体输送装置2与煤加氢气化单元1的混合半焦出口17相连。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
利用本发明的系统，将粒度小于150um的煤粉和富氢气体分别通过喷嘴11和喷嘴12喷入气化炉内，煤粉与富氢气体在下行的过程中充分混合，并在1150℃下发生气化反应，反应压力为2MPa。当反应物向下运行至激冷区1-2时，与激冷液化残渣混合，激冷液化残渣的粒度小于3mm；激冷液化残渣在高温下热解产生粗煤气和半焦，并将气化反应产物温度降到650℃以下，同时实现气固相的分离，得到混合半焦；粗煤气与气化所得的气体混合，从油气出口输出后进一步净化利用；混合半焦从混合半焦出口17进入密闭保温钢包，并在高温下直接输送至气流床的进料储仓，与同时进入该系统的生石灰进行混合，之后进入气流床，含氧气体由气流床侧壁喷入与物料充分接触，部分焦粉与含氧气体在气流床内混合燃烧，将物料加热到1700℃，形成电石。电石由气流床底部的出口排出。
实施例2
本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于100um的煤粉和富氢气体分别通过喷嘴11和喷嘴12喷入气化炉内，煤粉与富氢气体在下行的过程中充分混合，并在1100℃下发生气化反应，反应压力为4MPa。当反应物向下运行至激冷区1-2时，与激冷液化残渣混合，激冷液化残渣的粒度小于3mm；激冷液化残渣在高温下热解产生粗煤气和半焦，并将气化反应产物温度降到650℃以下，同时实现气固相的分离，得到混合半焦；粗煤气与气化所得的气体混合，从油气出口输出后进一步净化利用；混合半焦从混合半焦出口17进入密闭保温钢包，并在高温下直接输送至气流床的进料储仓，与同时进入该系统的生石灰进行混合，之后进入气流床，含氧气体由气流床侧壁喷入与物料充分接触，部分焦粉与含氧气体在气流床内混合燃烧，将物料加热到1900℃，形成电石。电石由气流床底部的出口排出。
实施例3
本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于150um的煤粉和富氢气体分别通过喷嘴11和喷嘴12喷入气化炉内，煤粉与富氢气体在下行的过程中充分混合，并在1200℃下发生气化反应，反应压力为3MPa。当反应物向下运行至激冷区1-2时，与激冷液化残渣混合，激冷液化残渣的粒度小于3mm；激冷液化残渣在高温下热解产生粗煤气和半焦，并将气化反应产物温度降到650℃以下，同时实现气固相的分离，得到混合半焦；粗煤气与气化所得的气体混合，从油气出口输出后进一步净化利用；混合半焦从混合半焦出口17进入密闭保温钢包，并在高温下直接输送至气流床的进料储仓，与同时进入该系统的生石灰进行混合，之后进入气流床，含氧气体由气流床侧壁喷入与物料充分接触，部分焦粉与含氧气体在气流床内混合燃烧，将物料加热到2000℃，形成电石。电石由气流床底部的出口排出。
实施例4
本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于100um的煤粉和富氢气体分别通过喷嘴11和喷嘴12喷入气化炉内，煤粉与富氢气体在下行的过程中充分混合，并在900℃下发生气化反应，反应压力为4MPa。当反应物向下运行至激冷区1-2时，与激冷液化残渣混合，激冷液化残渣的粒度小于3mm；激冷液化残渣在高温下热解产生粗煤气和半焦，并将气化反应产物温度降到650℃以下，同时实现气固相的分离，得到混合半焦；粗煤气与气化所得的气体混合，从油气出口输出后进一步净化利用；混合半焦从混合半焦出口17进入密闭保温钢包，并在高温下直接输送至气流床的进料储仓，与同时进入该系统的生石灰进行混合，之后进入气流床，含氧气体由气流床侧壁喷入与物料充分接触，部分焦粉与含氧气体在气流床内混合燃烧，将物料加热到1950℃，形成电石。电石由气流床底部的出口排出。

Claims (10)

1.一种煤加氢气化耦合电石冶炼的方法，其特征在于，包括步骤：
A.加氢气化：将煤粉与富氢气体送入加氢气化单元进行加氢气化反应，然后将反应产物通过激冷液化残渣激冷后得到混合半焦和混合油气产品；
B.电石生产：将所述混合半焦和粉状生石灰混合后喷入电石生产单元，与含氧气体发生反应产生电石。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
将所述煤粉的粒度控制在小于150um，所述激冷液化残渣的粒度控制在小于3mm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
将所述煤粉与所述富氢气体中氢气的质量比控制为1:0.3-0.6；
将所述加氢气化反应的温度控制为900-1200℃，反应压力为2-4MPa，气化时间＜3s。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
将所述生石灰的粒度控制在小于1mm，所述混合半焦与所述生石灰的反应温度为1700-2000℃。
5.一种如权利要求1-4任一所述方法所使用的系统，包括加氢气化单元、电石冶炼单元和螺旋输送装置高温固体输送单元；其中，
所述加氢气化单元包括煤粉喷嘴、富氢气体喷嘴、油气出口、激冷液化残渣喷嘴和混合半焦出口；在所述加氢气化单元，所述煤粉与所述富氢气体加氢气化反应的产物在所述激冷液化残渣激冷后得到混合半焦和混合油气产品；
所述电石冶炼单元包括混合半焦入口、粉状生石灰入口、富氧气体喷嘴、电石炉气出口以及电石出口，所述混合半焦入口和所述混合半焦出口相连，所述电石冶炼单元用于所述混合半焦和所述粉状生石灰的反应；
所述螺旋输送装置高温固体输送单元与所述粉状生石灰入口气化炉混合半焦出口以及气流床混合半焦入口相连。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述加氢气化单元使用的装置是气化炉，
所述电石冶炼单元使用的装置为气流床。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述加氢气化单元包括反应区、激冷区和混合半焦储存区；
所述反应区设有所述煤粉喷嘴、所述富氢气体喷嘴和所述油气出口，所述富氢气体喷嘴的个数为偶数，对称排列在所述煤粉喷嘴的四周，所述煤粉喷嘴设置在所述气化炉炉顶；
所述激冷区设有所述激冷液化残渣喷嘴，所述激冷液化残渣喷嘴设置在所述反应区下方的炉壁上，所述激冷液化残渣喷嘴的个数为偶数，对称分布在所述气化炉的四周；
所述混合半焦储存区设有混合半焦挡板、混合半焦刮板和所述混合半焦出口，所述混合半焦出口设置在所述气化炉的底端。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括高温固体输送单元，所述混合半焦入口通过所述高温固体输送单元和所述混合半焦出口相连。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述高温固体输送单元的装置为密闭保温钢包，所述密闭保温钢包的输送方式采用水平滑轨加垂直提升的方式。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述混合半焦挡板与水平方向的夹角为30-75°。
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