CN106957057A - 一种氢气‑氧气混合喷吹与热能综合利用的电石炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤化工领域，尤其涉及到一种关于电石的生产工艺。本发明提供的氢气‑氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，包括：固体混合器、粉煤热解炉、旋风除尘器、油气冷凝装置、热解气净化装置、气体混合器、电弧炉、氧气罐和氢气罐。由此，该电石炉系统采用电弧炉进行电石生产，利用氢气‑氧气燃烧产生的热量替代部分电能，解决电石生产高电耗的问题；该粉煤热解炉中的煤粉热解是通过吸收产生烟气的部分余热作为热源，解决了低阶煤的提质利用的问题，降低了生产成本；通过采用粉煤热解炉进行热解，可提高电石炉尾气中的氢气含量，可用于各种化工原料，其中，氢气能作为粉煤热解炉产生的副产品进行提取生产，循环使用。

Description

一种氢气-氧气混合喷吹与热能综合利用的电石炉系统

技术领域

本发明属于煤化工领域，尤其涉及到一种关于电石的生产工艺。

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。所生产得到的乙炔气可以用于制备多种化学产品，包括氯乙烯系列、醋酸乙烯系列和丙烯酸基等系列产品。因此，电石对我国国民经济发展具有十分重要的作用，而且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，但是，在常规的电石生产工艺中，还主要采用电弧加热的方法。现有技术中，常规的电弧加热生产电石的工艺主要通过利用电弧炉的电能来生产电石，其具体的生产过程是：通过电炉上端的入口或管道将混合料加入电炉内，在开放或密闭的电炉中加热至2200℃左右，得到熔化的电石，将熔化的电石经冷却破碎处理后作为成品进行包装；其中，反应过程中生成一氧化碳气体，该气体则依据不同类型的电石炉以不同的方式排出该电石炉。但是，上述利用常规电弧加热法来生产电石的技术存在如下技术问题：该电弧加热生产电石的工艺消耗了大量电能，无法直接利用煤粉燃烧的热能；并且，所需的反应温度高，能量消耗大，对耐火材料要求高；现有的电弧加热生产电石技术无法利用粉料，导致粉料的浪费，间接造成了生产成本的增加；现有的电弧加热生产电石技术中产生的高温烟气由于量比较少，该高温烟气蕴含的热量难以回收。现有技术中，采用氧热法生产电石的方法为：将块状含钙原料和含碳原料在上段竖炉预热至800～1300℃后进入下段电弧炉内，在电弧炉内由氧气和煤粉喷吹与电极复合供热温度升至1700～2200℃，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驱动发电机发电，废气显热由余热锅炉回收。但是，现有技术中氧热法的主要缺陷是没有解决块状料反应存在的技术问题，由于块状原料比表面积小，使得该氧热法仍然需要在较高的温度条件下才能完成反应，由此，造成系统生产能耗高；而且，现有技术中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，没有有效的降低原料成本；该生产系统产生的高温烟气仅仅利用该高温气体去预热原材料和发电，没有利用该高温气体的还原性等性质，由此，该高温气体回收后的利用效率有待进一步提高。根据目前的研究，直接实现氧热法低成本生产电石技术难度较大。因此，如何设计出一种能够利用粉状原料作为生产原料、充分利用产物的热量、降低反应温度、低成本的电石生产工艺，成为目前急需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述难题，本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，该电石炉系统采用电弧炉进行电石生产，与传统的电石生产工艺中全部利用电能提供热量的加热方式不同，该电弧炉利用氢气-氧气燃烧产生的热量替代部分电能，解决了电石生产高电耗的问题；该粉煤热解炉中的煤粉热解是通过吸收产生烟气的部分余热作为热源，解决了低阶煤的提质利用的问题，降低了生产成本；通过采用粉煤热解炉进行热解，可提高电石炉尾气中的氢气含量，可用于各种化工原料，其中，氢气能够作为粉煤热解炉产生的副产品进行提取生产，循环使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，其特征在于，包括固体混合器、粉煤热解炉、旋风除尘器、油气冷凝装置、热解气净化装置、气体混合器、电弧炉、氧气罐和氢气罐，其中：所述固体混合器，用于将原料煤和石灰石混合均匀；所述粉煤热解炉，与所述固体混合器连接，用于将混合均匀的所述原料煤和所述石灰石进行热解处理；所述旋风除尘器的进气端与所述粉煤热解炉的热解气出口连接，出气端与所述油气冷凝装置连接；所述油气冷凝装置与所述旋风除尘器连接，用于将所述粉煤热解炉中产生的热解气进行冷凝处理；所述热解气净化装置与所述油气冷凝装置连接，用于将所述油气冷凝装置中排出的气体进行净化处理；所述气体混合器的入口分别与所述热解气净化装置和所述电弧炉的尾气出口连接，所述气体混合器的出口与所述粉煤热解炉的热解气入口连接，用于将所述热解气净化装置排出的气体与所述电弧炉产生的烟气进行混合，为所述粉煤热解炉的热解反应提供热源；所述电弧炉采用氧热法来生产电石，其侧壁上设有进料口和进气口，所述进料口与所述粉煤热解炉的焦炭出口连接，所述进气口分别与所述氧气罐和氢气罐连接。

发明人发现，本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，该电石炉系统采用电弧炉进行电石生产，与传统的电石生产工艺中全部利用电能提供热量的加热方式不同，该电弧炉利用氢气-氧气燃烧产生的热量替代部分电能，解决了电石生产高电耗的问题；该粉煤热解炉中的煤粉热解是通过吸收产生烟气的部分余热作为热源，解决了低阶煤的提质利用的问题，降低了生产成本；通过采用粉煤热解炉进行热解，可提高电石炉尾气中的氢气含量，可用于各种化工原料，其中，氢气能够作为粉煤热解炉产生的副产品进行提取生产，循环使用；扩大了电石炉内反应区间，提高炉电石炉的利用率，提高了产量；利用粉煤热解炉中热解产生的热解蒸汽经过冷凝、净化得到高品质的油、可燃气产品，实现了废物回收，产生新的效益，间接降低了成本。

根据本发明的具体实施例，还包括多个氢氧枪，每个氢氧枪包括：枪口、氢气入口和氧气入口，所述枪口与所述电弧炉侧壁的进气口连接，所述氢气入口与所述氢气罐连接，所述氧气入口与所述氧气罐连接，所述多个氢氧枪将氢气和氧气从四周均匀喷入电弧炉内，使氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，为反应提供热量。

根据本发明的具体实施例，所述氢氧枪的喷枪头为角度向中心聚集的斜孔结构，用于加强氧气和氢气之间的混合。

根据本发明的具体实施例，所述粉煤热解炉为流化床或下行床快速热解反应器；所述热解气净化系统包括脱硫单元、脱氨单元、脱苯单元、脱萘单元。

根据本发明的具体实施例，还包括电石储存罐，与所述电弧炉的出料口连接。

同时，本发明还提供了一种利用所述氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将原料煤与石灰石加入到固体混合器中，进行混合处理；

（2）经混合处理后的原料送入粉煤热解炉，进行热解处理，得到热解气、提质煤和石灰石；

（3）热解得到的提质煤与石灰石送入电弧炉作为原料，同时，利用喷入来自氧气罐的氧气和来自氢气罐的氢气在所述电弧炉内燃烧作为反应的热源，采用氧热法，得到电石和烟气；

（4）步骤（2）中得到的热解气经由油气冷凝装置、热解气净化装置进行处理得到的净热解气与步骤（3）中得到的烟气均进入气体混合器中进行温度调节处理，然后将调温后的混合气体送入到所述粉煤热解炉中作为热解热源，对炉内的原料进行热解处理。

根据本发明的具体实施例，步骤（1）中的原煤粒径为0.5-5mm，石灰石粒径为0.5-5mm，两者进行混合的混合比例为原料煤/石灰石为1.05-1.2。

根据本发明的具体实施例，步骤（2）中热解温度在850℃-1100℃。

根据本发明的具体实施例，步骤（4）中进入所述气体混合器中的所述烟气温度在1200℃-1300℃，并且，两种气体经由所述气体混合器调节后温度比煤的灰熔点ST温度低至少100℃。

根据本发明的具体实施例，步骤（3）中利用布置在所述电弧炉进气口的氢氧枪同时喷入来自氧气罐的氧气和来自氢气罐的氢气，使氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，为反应提供热量。

本发明取得的有益效果如下：

（1）本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，该电石炉系统采用电弧炉进行电石生产，与传统的电石生产工艺中全部利用电能提供热量的加热方式不同，该电弧炉利用氢气-氧气燃烧产生的热量替代部分电能，解决了电石生产高电耗的问题。

（2）本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，该电石炉系统中的煤粉热解是通过吸收产生烟气的部分余热作为粉煤热解炉的热解热源，解决了低阶煤的提质利用的问题，降低了生产成本；同时，通过采用粉煤热解炉进行煤粉热解，可提高电石炉尾气中的氢气含量，可用于各种化工原料，其中，氢气能够作为粉煤热解炉产生的副产品进行提取生产，循环使用。

（3）本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，该电石炉系统扩大了电石炉内反应区间，提高炉电石炉的利用率，提高了产量。

（4）本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，该电石炉系统能够利用粉煤热解炉中热解产生的热解蒸汽经过冷凝、净化后得到高品质的油、可燃气产品，实现了废物回收，产生新的效益，间接降低了成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1、粉煤热解炉，2、旋风除尘器，3、油气冷凝装置，4、热解气净化系统，5、电弧炉，6、固体混合器，7、氢气罐，8、氧气罐，9、气体混合器。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，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。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，其特征在于，包括固体混合器6、粉煤热解炉1、旋风除尘器2、油气冷凝装置3、热解气净化装置4、气体混合器9、电弧炉5、氧气罐8和氢气罐7，其中：所述固体混合器，用于将原料煤和石灰石混合均匀；所述粉煤热解炉，与所述固体混合器连接，用于将混合均匀的所述原料煤和所述石灰石进行热解处理；所述旋风除尘器的进气端与所述粉煤热解炉的热解气出口连接，出气端与所述油气冷凝装置连接；所述油气冷凝装置与所述旋风除尘器连接，用于将所述粉煤热解炉中产生的热解气进行冷凝处理；所述热解气净化装置与所述油气冷凝装置连接，用于将所述油气冷凝装置中排出的气体进行净化处理；所述气体混合器的入口分别与所述热解气净化装置和所述电弧炉的尾气出口连接，所述气体混合器的出口与所述粉煤热解炉的热解气入口连接，用于将所述热解气净化装置排出的气体与所述电弧炉产生的烟气进行混合，为所述粉煤热解炉的热解反应提供热源；所述电弧炉采用氧热法来生产电石，其侧壁上设有进料口和进气口，所述进料口与所述粉煤热解炉的焦炭出口连接，所述进气口分别与所述氧气罐和氢气罐连接。

发明人发现，本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，该电石炉系统采用电弧炉进行电石生产，与传统的电石生产工艺中全部利用电能提供热量的加热方式不同，该电弧炉利用氢气-氧气燃烧产生的热量替代部分电能，解决了电石生产高电耗的问题；该粉煤热解炉中的煤粉热解是通过吸收产生烟气的部分余热作为热源，解决了低阶煤的提质利用的问题，降低了生产成本；通过采用粉煤热解炉进行热解，可提高电石炉尾气中的氢气含量，可用于各种化工原料，其中，氢气能够作为粉煤热解炉产生的副产品进行提取生产，循环使用；扩大了电石炉内反应区间，提高炉电石炉的利用率，提高了产量；利用粉煤热解炉中热解产生的热解蒸汽经过冷凝、净化得到高品质的油、可燃气产品，实现了废物回收，产生新的效益，间接降低了成本。

本发明提供的氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，包括固体混合器、粉煤热解炉和电弧炉，所述固体混合器，用于将原料煤和石灰石混合均匀；所述粉煤热解炉与所述固体混合器连接，用于将混合均匀的所述原料煤和所述石灰石进行热解处理；进一步的，采用所述原料煤和所述石灰石的固体混合物作为原料，在所述粉煤热解炉内部经过加热进行热解反应，热解温度在850℃-1100℃，经热解处理后得到提质煤和石灰石、以及热解气；所述电弧炉与所述粉煤热解炉连接，用于将经所述粉煤热解炉热解处理后的固体产物（即提质煤和石灰石）排放到所述电弧炉中，采用氧热法生产电石。

根据本发明的具体实施例，所述电弧炉，用于将经所述粉煤热解炉热解处理后的固体产物（即提质煤和石灰石）作为原料，采用氧热法来生产电石。进一步的，在所述电弧炉中，采用固体混合器和粉煤热解炉作为原料预处理系统，得到提质煤和石灰石的固体混合物作为原料，采用氢气罐和氧气罐作为热源供给系统，通过氧气和氢气在炉内燃烧为反应提供热量，采用氧热法来生产电石，得到电石和高温烟气。所述电弧炉的侧壁上设有进料口、进气口、尾气出口和出料口，所述进料口与所述粉煤热解炉的焦炭出口连接，用于将所述粉煤热解炉中经热解处理后的固体产物（即提质煤和石灰石）排放到所述电弧炉中，该固体产物作为原料在所述电弧炉中采用氧热法制备电石；所述进气口分别与所述氢气罐和所述氧气罐连接，通过氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，为提质煤和石灰石间进行化学反应提供热量；所述尾气出口与所述气体混合器的入口连接，用于将所述电弧炉产生的高温烟气排放到所述气体混合器中；所述出料口与电石储存罐连接，用于将产生的电石排放到所述电石储存罐中进行收集、储存。

根据本发明的具体实施例，本发明提供的电石炉系统还包括氢氧枪、所述氧气罐和所述氢气罐，所述氢气罐与所述氢氧枪连接，用于将所述氧气罐中的氧气喷入所述氢氧枪中；所述氢气罐和所述氢氧枪连接，用于将所述氢气罐中的氢气喷入所述氢氧枪中；所述氢氧枪与所述电弧炉连接，用于将来自所述氧气罐的氧气和来自所述氢气罐的氢气同时喷入电弧炉内，使氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，作为热源为反应提供热量。所述氢氧枪的数量不受具体限制，只要能够使氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧产生足够的热量作为生产电石的反应热源即可；进一步的，所述氢氧枪的数量为多个，根据电弧炉的炉内容量的大小调节氢氧枪的具体数量，所述氢氧枪均匀分布在所述电弧炉侧壁的四周，以便于多个氢氧枪将氢气和氧气从四周均匀喷入电弧炉内，使得氢氧枪在电弧炉四周区域进行燃烧，促进周围的反应。每个氢氧枪包括：枪口、氢气入口和氧气入口，所述枪口与所述电弧炉侧壁的进气口连接，所述氢气入口与所述氢气罐连接，所述氧气入口与所述氧气罐连接，所述多个氢氧枪将氢气和氧气从四周均匀喷入电弧炉内，使氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，为反应提供热量，由于氢气和氧气反应生成水蒸汽，因此，不会影响电弧炉中的电石的质量和成分。进一步的，所述氢氧枪的喷枪头可以设置为角度向中心聚集的斜孔结构，当氧气和氢气通过内设为斜孔分布的枪口喷出后，发生喷出气流间的相互冲击和碰撞，有利于加强氧气和氢气之间的混合，使得燃烧更充分，提供更多的热量，减少电能的消耗，并且，还扩大了反应区间，有效地增加了容积利用率，可以大幅度增加电石的产量。优选的，所述氢氧枪中的氢气入口还可以与所述热解气净化装置连接，用于将热解气经由热解气净化装置进行净化处理后得到氢气送入得到氢氧枪，为电弧炉的燃烧提供氢气燃料，实现了热解烟气有效的回收再利用，合理利用热解烟气中的有效成分，降低了生产成本。

根据本发明的具体实施例，所述粉煤热解炉的结构类型不受具体限制，只要能够用于将所述原料煤和所述石灰石的固体混合物进行热解处理即可。进一步的，所述粉煤热解炉可以为流化床或下行床快速热解反应器，以便于热气体通入后能够将炉内的大颗粒固体吹起来，使得大颗粒固体悬浮于运动的流体之中，能够更充分的进行热解反应。根据本发明具体的一些实施例，所述粉煤热解炉包括进料口、焦炭出口、热解气出口和热解气入口，所述粉煤热解炉的进料口与所述固体混合器的出料口连接，用于将混合均匀的所述原料煤和所述石灰石进行热解处理；进一步的，所述原料煤和所述石灰石作为原料，在所述粉煤热解炉内部经过加热进行热解反应，热解温度在850℃-1100℃，经热解处理后得到提质煤和石灰石、以及热解烟气；所述焦炭出口与所述电弧炉连接，用于将所述粉煤热解炉内部产生的提质煤和石灰石的固体混合物排放出去，加入到所述电弧炉内，所述固体混合物用作生产电石的原料；所述热解气出口与所述旋风除尘器连接，用于将所述粉煤热解炉内部产生的热解烟气排放出，进入到所述旋风除尘器中进行净化处理；所述热解气入口与气体混合器的出口连接，通过所述气体混合器为所述粉煤热解炉提供高温气体，所述高温气体用作所述粉煤热解炉内部进行热解处理的热源。所述粉煤热解炉的进料口和焦炭出口的设置位置不受具体限制，只要能够顺利地将所述物料输入并排出到所述粉煤热解炉中即可；优选的，所述粉煤热解炉的进料口设置在炉壁顶部，焦炭出口设置在炉壁的底部，以便于所述物料能够利用其自身的重力下滑，增加了所述物料在炉内的停留时间，使得热解反应进行得更充分。

根据本发明的具体实施例，所述固体混合器的类型不受具体限制，只要能够将所述原料煤和所述石灰石彻底的进行混合至均匀即可。优选的，所述固体混合器可以为搅拌混合器，可以通过充分搅拌所述原料煤和所述石灰石，保证两者之间混合均匀。

本发明提供的氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，包括旋风除尘器、油气冷凝装置、热解气净化装置和气体混合器，使得所述粉煤热解炉中产生的热解气经由旋风除尘器、油气冷凝装置、热解气净化装置依次进行分离、净化处理，得到煤焦油产品和干净的热气体，所述煤焦油产品用于储存，所述干净的热气体通入到所述气体混合器中用于与所述电弧炉产生的烟气进行混合，为所述粉煤热解炉的热解反应提供热源。优选的，所述热解气净化装置的氢气出口还可以与所述氢氧枪中的氢气入口连接，用于将热解气经由热解气净化装置进行净化处理后得到的氢气送入氢氧枪，为电弧炉的燃烧提供氢气燃料，实现了热解烟气有效的回收再利用，合理利用热解烟气中的有效成分，降低了生产成本。

根据本发明的具体实施例，所述旋风除尘器的进气端与所述粉煤热解炉的热解气出口连接，用于将所述热解气进行除尘处理，除掉所述热解气中含有的悬浮固体颗粒，得到高温气体；所述旋风除尘器的出气端与所述油气冷凝装置连接，用于将上述经除尘处理后的高温气体通入到所述油气冷凝装置中进行油气分离，采用冷凝处理的方法，得到焦油产品和较干净的气体；所述热解气净化装置与所述油气冷凝装置连接，用于将所述油气冷凝装置中排出的较干净气体进行净化处理，得到干净的气体。进一步的，所述热解气净化装置包括脱硫单元、脱氨单元、脱苯单元、脱萘单元等不同的单元模块，分别将所述油气冷凝装置中排出的较干净气体进行脱硫、脱氨、脱苯、脱萘等相应的净化处理，得到了干净的气体。

根据本发明的具体实施例，所述气体混合器的入口分别与所述热解气净化装置和所述电弧炉的尾气出口连接，所述气体混合器的出口与所述粉煤热解炉的热解气入口连接，用于将所述热解气净化装置排出的气体与所述电弧炉产生的烟气进行混合，为所述粉煤热解炉的热解反应提供热源。通过控制上述温度不同的两种气体的通入量，所述气体混合器能够对上述两种气体进行混合、并调节温度，得到比煤的灰熔点ST温度低至少100℃的混合气体。由此，利用电弧炉产生的烟气具有气体量大、温度高（烟气出口温度可达1200℃-1300℃）、并且烟气中CO和水蒸汽含量高的特点，将该烟气与粉煤热解炉中热解产生的热解蒸汽混合后作为粉煤热解炉中的煤炭热解热源，实现了烟气和热解蒸汽的部分余热充分再利用，解决了低阶煤的提质利用的问题，降低了生产成本。

本发明提供的热能再利用的循环过程如下：所述粉煤热解炉内的原料煤和石灰石经过热解处理，炉内的热解温度为850℃-1100℃，产生了高温热解气，所述高温热解气从热解气出口排出所述粉煤热解炉，依次经由旋风除尘器进行除尘处理、油气冷凝装置进行冷凝处理、热解气净化装置进行净化处理，得到低温的干净气体，该干净气体进入到所述气体混合器中；同时，所述电弧炉中的所述提质煤和石灰石通过氧热法生产电石，还产生了高温烟气，该高温烟气经由所述电弧炉的尾气出口排出，温度为1200℃-1300℃，进入到所述气体混合器中。由于所述气体混合器的入口分别与所述热解气净化装置和所述电弧炉的尾气出口连接，使得所述热解气净化装置排出的干净气体与所述电弧炉产生的高温烟气进入到所述气体混合器内进行混合、并调节温度，温度不同的两种气体经由所述气体混合器混合后得到混合气体，所述混合气体的温度比煤的灰熔点ST温度低至少100℃。所述气体混合器的出口与所述粉煤热解炉的热解气入口连接，将所述混合气体通入到所述粉煤热解炉中，为所述粉煤热解炉的热解反应提供热源。

发明人发现，本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，该电石炉系统采用电弧炉进行电石生产，与传统的电石生产工艺中全部利用电能提供热量的加热方式不同，该电弧炉利用氢气-氧气燃烧产生的热量替代部分电能，解决了电石生产高电耗的问题；该粉煤热解炉中的煤粉热解是通过吸收产生烟气的部分余热作为热源，解决了低阶煤的提质利用的问题，降低了生产成本；通过采用粉煤热解炉进行热解，可提高电石炉尾气中的氢气含量，可用于各种化工原料，其中，氢气能够作为粉煤热解炉产生的副产品进行提取生产，循环使用；扩大了电石炉内反应区间，提高炉电石炉的利用率，提高了产量；利用粉煤热解炉中热解产生的热解蒸汽经过冷凝、净化得到高品质的油、可燃气产品，实现了废物回收，产生新的效益，间接降低了成本。

根据本发明的一个方面，本发明还提供了一种利用所述氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将原料煤与石灰石加入到固体混合器中，进行混合处理。

根据本发明的具体实施例，所述固体混合器，用于将所述原料煤与所述石灰石进行均匀混合。所述原料煤与所述石灰石的粒径和混合比例不受具体限制，只要能够在混合均匀后进行热解反应即可。所述原料煤粒径为0.5-5mm，石灰石粒径为0.5-5mm，有利于所述原料煤与所述石灰石之间进行毫米级别上的接触混合；所述原料煤与所述石灰石进行混合的混合比例为原料煤/石灰石为1.05-1.2，使得所述原料煤与所述石灰石经由所述粉煤热解炉进行热解处理，能够得到混合比例更有利于生产电石的提质煤和石灰石。

（2）经混合处理后的原料送入粉煤热解炉，进行热解处理，得到热解气、提质煤和石灰石。

根据本发明的具体实施例，所述粉煤热解炉，与所述固体混合器连接，用于将所述原料煤和所述石灰石的固体混合物进行热解处理即可。进一步的，所述原料煤和所述石灰石作为原料，在所述粉煤热解炉内部经过加热进行热解反应，以气体混合器中的混合气体作为热源，热解温度在850℃-1100℃，经热解处理后得到提质煤和石灰石、以及热解气。进一步的，所述粉煤热解炉可以为流化床或下行床快速热解反应器，以便于热气体通入后能够将炉内的大颗粒固体吹起来，使得大颗粒固体悬浮于运动的流体之中，能够更充分的进行热解反应。

根据本发明的具体实施例，所述粉煤热解炉包括进料口、焦炭出口、热解气出口和热解气入口，所述粉煤热解炉的进料口与所述固体混合器的出料口连接，用于将混合均匀的所述原料煤和所述石灰石进行热解处理；所述焦炭出口与所述电弧炉连接，用于将所述粉煤热解炉内部产生的提质煤和石灰石的固体混合物排放出去，加入到所述电弧炉内，所述固体混合物用作生产电石的原料；所述热解气出口与所述旋风除尘器连接，用于将所述粉煤热解炉内部产生的热解烟气排放到旋风除尘器；所述热解气入口与气体混合器的出口连接，通过气体混合器为所述粉煤热解炉提供高温气体，所述高温气体用作所述粉煤热解炉内部进行热解处理的热源。优选的，所述粉煤热解炉的进料口设置在炉壁顶部，焦炭出口设置在炉壁的底部，以便于所述物料能够利用其自身的重力下滑，增加了所述物料在炉内的停留时间，使得热解反应进行得更充分。

（3）热解得到的提质煤与石灰石送入电弧炉作为原料，同时，利用喷入来自氧气罐的氧气和来自氢气罐的氢气在所述电弧炉内燃烧作为反应的热源，采用氧热法，得到电石和烟气。

根据本发明的具体实施例，所述电弧炉，用于将经所述粉煤热解炉热解处理后的固体产物（即提质煤和石灰石）作为原料，采用氧热法来生产电石。进一步的，在所述电弧炉中，采用固体混合器和粉煤热解炉作为原料预处理系统，得到提质煤和石灰石的固体混合物作为原料，采用氢气罐和氧气罐作为热源供给系统，通过氧气和氢气在炉内燃烧为反应提供热量，采用氧热法来生产电石，得到电石和高温烟气。所述电弧炉的侧壁上设有进料口、进气口、尾气出口和出料口，所述进料口与所述粉煤热解炉的焦炭出口连接，用于将所述粉煤热解炉中经热解处理后的固体产物（即提质煤和石灰石）排放到所述电弧炉中，该固体产物作为原料在所述电弧炉中采用氧热法制备电石；所述进气口分别与所述氢气罐和所述氧气罐连接，通过氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，为提质煤和石灰石间进行化学反应提供热量；所述尾气出口与所述气体混合器的入口连接，用于将所述电弧炉产生的高温烟气排放到所述气体混合器中；所述出料口与电石储存罐连接，用于将产生的电石排放到所述电石储存罐中进行收集、储存。

根据本发明的具体实施例，本发明提供的电石炉系统还包括氢氧枪、所述氧气罐和所述氢气罐，所述氢气罐与所述氢氧枪连接，用于将所述氧气罐中的氧气喷入所述氢氧枪中；所述氢气罐和所述氢氧枪连接，用于将所述氢气罐中的氢气喷入所述氢氧枪中；所述氢氧枪与所述电弧炉连接，用于将来自所述氧气罐的氧气和来自所述氢气罐的氢气同时喷入电弧炉内，使氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，作为热源为反应提供热量。所述氢氧枪的数量为多个，均匀分布在所述电弧炉侧壁的四周，以便于多个氢氧枪将氢气和氧气从四周均匀喷入电弧炉内，使得氢氧枪在电弧炉四周区域进行燃烧，促进周围的反应。每个氢氧枪包括：枪口、氢气入口和氧气入口，所述枪口与所述电弧炉侧壁的进气口连接，所述氢气入口与所述氢气罐连接，所述氧气入口与所述氧气罐连接，所述多个氢氧枪将氢气和氧气从四周均匀喷入电弧炉内，使氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，为反应提供热量。进一步的，所述氢氧枪的喷枪头可以设置为角度向中心聚集的斜孔结构，当氧气和氢气通过内设为斜孔分布的枪口喷出后，发生喷出气流间的相互冲击和碰撞，有利于加强氧气和氢气之间的混合，使得燃烧更充分，提供更多的热量。

（4）步骤（2）中得到的热解气经由油气冷凝装置、热解气净化装置进行处理得到的净热解气与步骤（3）中得到的烟气均进入气体混合器中进行温度调节处理，然后将调温后的混合气体送入到所述粉煤热解炉中作为热解热源，对炉内的原料进行热解处理。

根据本发明的具体实施例，所述气体混合器的入口分别与所述热解气净化装置和所述电弧炉的尾气出口连接，所述气体混合器的出口与所述粉煤热解炉的热解气入口连接，用于将所述热解气净化装置排出的气体与所述电弧炉产生的烟气进行混合，为所述粉煤热解炉的热解反应提供热源。通过控制上述温度不同的两种气体的通入量，所述气体混合器能够对上述两种气体进行混合、并调节温度，得到比煤的灰熔点ST温度低至少100℃的混合气体。由此，利用电弧炉产生的烟气具有气体量大、温度高（烟气出口温度可达1200℃-1300℃）、并且烟气中CO和水蒸汽含量高的特点，将该烟气与粉煤热解炉中热解产生的热解蒸汽混合后作为粉煤热解炉中的煤炭热解热源，实现了烟气和热解蒸汽的部分余热充分再利用，解决了低阶煤的提质利用的问题，降低了生产成本。

本发明提供的热能再利用的循环过程如下：所述粉煤热解炉内的原料煤和石灰石经过热解处理，炉内的热解温度为850℃-1100℃，产生了高温热解气，所述高温热解气从热解气出口排出所述粉煤热解炉，依次经由旋风除尘器进行除尘处理、油气冷凝装置进行冷凝处理、热解气净化装置进行净化处理，得到低温的干净气体，该干净气体进入到所述气体混合器中；同时，所述电弧炉中的所述提质煤和石灰石通过氧热法生产电石，还产生了高温烟气，该高温烟气经由所述电弧炉的尾气出口排出，温度为1200℃-1300℃，进入到所述气体混合器中。由于所述气体混合器的入口分别与所述热解气净化装置和所述电弧炉的尾气出口连接，使得所述热解气净化装置排出的干净气体与所述电弧炉产生的高温烟气进入到所述气体混合器内进行混合、并调节温度，温度不同的两种气体经由所述气体混合器混合后得到混合气体，所述混合气体的温度比煤的灰熔点ST温度低至少100℃。所述气体混合器的出口与所述粉煤热解炉的热解气入口连接，将所述混合气体通入到所述粉煤热解炉中，为所述粉煤热解炉的热解反应提供热源。

根据本发明的具体实施例，本发明提供的氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，采用原料煤和石灰石作为生产原料生产电石，该电石炉系统的最终产物如表3所示。其中，所述石灰石采用生石灰，所述生石灰中含有大于90%的组分CaO（按质量百分数计算），所述原料煤采用低阶煤，所述低阶煤的主要性质如表1所示。将粒径为0.5-5mm的原料煤与粒径0.5-5mm石灰石进行混合，混合比例为原料煤（即粉煤）：石灰按为1:1.1。将混合后的原料送入粉煤热解炉内进行热解处理，以热解气净化装置排出的干净气体与所述电弧炉产生的高温烟气作为热源为热解提供能量，热解温度在900℃，得到提质煤和石灰石、以及热解气。热解产生的提质煤和石灰石进入电弧炉中作为生产电石的原料，氢气-氧气通过喷枪喷入电弧炉内作为生产电石的热源，通过氢气和氧气燃烧产生高温烟气，该高温烟气处于电弧炉的尾气出口时的烟气温度在1200℃，其与经过净化处理的热解气进行气体混合器中进行混合，得到混合气体，所述混合气体的温度为1100℃。并且，粉煤热解炉产生的热解蒸汽依次经由旋风除尘器进行除尘处理、油气冷凝装置进行冷凝处理、热解气净化装置进行净化处理，得到干净气体，通入到所述气体混合器中进行混合，作为粉煤热解炉进行热解处理的部分热源；其中，粉煤热解炉产生的热解蒸汽进入油气冷凝装置进行冷凝处理，得到煤焦油；热解气一部分循环与电弧炉产生的高温烟气混合作为热解热源。最终，电弧炉采用氧热法，得到电石和高温烟气，产品电石的发气量277L/kg，碳酸钙含量74.1%。

表1 低阶煤的主要性质

项目	单位	数值	备注
				全水	%	3.5	收到基
固定碳	%	62.2	干基
				挥发分	%	37	干基
灰分	%	7	干基

表2 电石炉系统得到的产物

产品	产率%（煤基）
		固体产物	67.4
焦油	2.7
		人造天然气	25.3
热解水	4.6

发明人发现，本发明提供了一种氢气-氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，该电石炉系统采用电弧炉进行电石生产，与传统的电石生产工艺中全部利用电能提供热量的加热方式不同，该电弧炉利用氢气-氧气燃烧产生的热量替代部分电能，解决了电石生产高电耗的问题；该粉煤热解炉中的煤粉热解是通过吸收产生烟气的部分余热作为热源，解决了低阶煤的提质利用的问题，降低了生产成本；通过采用粉煤热解炉进行热解，可提高电石炉尾气中的氢气含量，可用于各种化工原料，其中，氢气能够作为粉煤热解炉产生的副产品进行提取生产，循环使用；扩大了电石炉内反应区间，提高炉电石炉的利用率，提高了产量；利用粉煤热解炉中热解产生的热解蒸汽经过冷凝、净化得到高品质的油、可燃气产品，实现了废物回收，产生新的效益，间接降低了成本。

以上对本发明所提供的电石炉系统进行了详细介绍，本文中应用了实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

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)

1.一种氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，其特征在于，包括固体混合器、粉煤热解炉、旋风除尘器、油气冷凝装置、热解气净化装置、气体混合器、电弧炉、氧气罐和氢气罐，其中：

所述固体混合器，用于将原料煤和石灰石混合均匀；

所述粉煤热解炉，与所述固体混合器连接，用于将混合均匀的所述原料煤和所述石灰石进行热解处理；

所述旋风除尘器的进气端与所述粉煤热解炉的热解气出口连接，出气端与所述油气冷凝装置连接；

所述油气冷凝装置与所述旋风除尘器连接，用于将所述粉煤热解炉中产生的热解气进行冷凝处理；

所述热解气净化装置与所述油气冷凝装置连接，用于将所述油气冷凝装置中排出的气体进行净化处理；

所述气体混合器的入口分别与所述热解气净化装置和所述电弧炉的尾气出口连接，所述气体混合器的出口与所述粉煤热解炉的热解气入口连接，用于将所述热解气净化装置排出的气体与所述电弧炉产生的烟气进行混合，为所述粉煤热解炉的热解反应提供热源；

所述电弧炉采用氧热法来生产电石，其侧壁上设有进料口和进气口，所述进料口与所述粉煤热解炉的焦炭出口连接，所述进气口分别与所述氧气罐和氢气罐连接。

2.如权利要求1所述的一种氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，其特征在于，还包括多个氢氧枪，每个氢氧枪包括：枪口、氢气入口和氧气入口，所述枪口与所述电弧炉侧壁的进气口连接，所述氢气入口与所述氢气罐连接，所述氧气入口与所述氧气罐连接，所述多个氢氧枪将氢气和氧气从四周均匀喷入电弧炉内，使氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，为反应提供热量。

3.如权利要求2所述的一种氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，其特征在于，所述氢氧枪的喷枪头为角度向中心聚集的斜孔结构，用于加强氧气和氢气之间的混合。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，其特征在于，所述粉煤热解炉为流化床或下行床快速热解反应器；所述热解气净化装置包括脱硫单元、脱氨单元、脱苯单元、脱萘单元。

5.如权利要求1-3任一项所述的一种氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统，其特征在于，还包括电石储存罐，与所述电弧炉的出料口连接。

6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的氧气喷吹与热能综合利用的电石炉系统的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将原料煤与石灰石加入到固体混合器中，进行混合处理；

（2）经混合处理后的原料送入粉煤热解炉，进行热解处理，得到热解气、提质煤和石灰石；

（3）热解得到的提质煤与石灰石送入电弧炉作为原料，同时，利用喷入来自氧气罐的氧气和来自氢气罐的氢气在所述电弧炉内燃烧作为反应的热源，采用氧热法，得到电石和烟气；

（4）步骤（2）中得到的热解气经由油气冷凝装置、热解气净化装置进行处理得到的净热解气与步骤（3）中得到的烟气均进入气体混合器中进行温度调节处理，然后将调温后的混合气体送入到所述粉煤热解炉中作为热解热源，对炉内的原料进行热解处理。

7.如权利要求6所述的生产工艺，其特征在于，步骤（1）中的原煤粒径为0.5-5mm，石灰石粒径为0.5-5mm，两者进行混合的混合比例为原料煤/石灰石为1.05-1.2。

8.如权利要求6所述的生产工艺，其特征在于，步骤（2）中热解温度在850℃-1100℃。

9.如权利要求6所述的生产工艺，其特征在于，步骤（4）中进入所述气体混合器中的所述烟气温度在1200℃-1300℃，并且，两种气体经由所述气体混合器调节后温度比煤的灰熔点ST温度低至少100℃。

10.如权利要求6所述的生产工艺，其特征在于，步骤（3）中利用布置在所述电弧炉进气口的氢氧枪同时喷入来自氧气罐的氧气和来自氢气罐的氢气，使氧气和氢气在所述电弧炉内燃烧，为反应提供热量。