CN107312559A - 一种高温热解气回收利用的系统及方法 - Google Patents

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张顺利
刘维娜
郭启海
赵小楠
吴道洪
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Abstract

本发明公开一种高温热解气回收利用的系统及方法。该系统的热解炉的出料口连接电石炉的进料口，电石炉的电石出口连接乙炔发生装置的电石入口，乙炔发生装置的电石渣出口连接干燥装置的电石渣入口，热解炉的高温热解气出口连接干燥装置的高温热解气入口，干燥装置的干电石渣出口连接焙烧装置的干电石渣入口，焙烧装置的焙烧钙料出口连接混合装置的物料入口。本发明利用热解炉的高温热解气对电石渣进行干燥，利用电石炉尾气作为燃料，充分利用了热解气和尾气的热能，提高系统的热效率。

Description

一种高温热解气回收利用的系统及方法
技术领域
本发明属于热解设备技术领域，尤其涉及一种高温热解气回收利用的系统及方法。
背景技术
原料煤热解干馏过程产生3种产品：兰炭是热解后的固体物质；煤焦油是热解后的液体物质；热解气是煤热解后散发的可燃性气体混合物，主要成分是氢气、甲烷和一氧化碳等。兰炭在提取煤焦油和热解气后其固定碳的成分比煤要高，相比原煤要清洁，可替代焦炭、无烟煤和木炭而广泛应用于铁合金、电石、钢铁冶炼、化肥等产品生产中和居民用煤等领域。
电石的主要成分是碳化钙，是重要的有机化工原料，可以合成诸多有机物。电石主要用于生产乙炔气，主要用于生产聚氯乙烯基和醋酸乙烯基产品。
在电石生产过程中，热解炉产生的热解气温度很高，从热解炉中出来的热解气直接进入焦油冷凝搜集系统，其携带的显热未被回收利用。电石炉的尾气也很高，其主要成分为可燃气，电石炉的尾气携带的大量显热和化学热也没有得到充分利用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种高温热解气回收利用的系统及方法，实现了热解气和电石炉尾气的显热的利用，同时钙料的循环利用降低了系统的生产成本。
本发明的目的之一是提供一种高温热解气回收利用的系统，包括：
热解炉，设有进料口、出料口和高温热解气出口；
电石炉，设有进料口、电石出口和尾气出口，所述热解炉的出料口连接所述电石炉的进料口；
乙炔发生装置，设有电石入口、乙炔出口和电石渣出口，所述电石炉的电石出口连接所述乙炔发生装置的电石入口；
干燥装置，设有电石渣入口、干电石渣出口、高温热解气入口和低温热解气出口，所述乙炔发生装置的电石渣出口连接所述干燥装置的电石渣入口，所述热解炉的高温热解气出口连接所述干燥装置的高温热解气入口；
焙烧装置，设有干电石渣入口和焙烧钙料出口，所述干燥装置的干电石渣出口连接所述焙烧装置的干电石渣入口；
混合装置，设有物料入口和物料出口，所述焙烧装置的焙烧钙料出口连接所述混合装置的物料入口；所述混合装置的物料出口连接所述热解炉的进料口。
作为本发明优选的方案，所述焙烧装置还设有燃气入口，所述电石炉的尾气出口连接所述焙烧装置的燃气入口。
作为本发明优选的方案，在所述干燥装置的高温热解气入口设有气流阀。
作为本发明优选的方案，所述干燥装置设有焦油出口。
作为本发明优选的方案，所述系统还包括成型单元，所述成型单元具有入料口和出料口，所述成型单元的入料口与所述混合装置的物料出口相连，所述成型单元的出料口与所述热解炉的进料口相连。
本发明的另一目的是提供一种利用上述系统进行高温热解气回收利用的方法，包括以下步骤：
A、将原料在热解炉中热解，获得固体产物和高温热解气；
B、将所述固体产物送入电石炉，加热至2100～2250℃，生成电石和尾气；
C、将所述电石送入乙炔发生装置，与水发生反应，生成乙炔和电石渣；
D、将所述电石渣送入干燥装置，将所述高温热解气通入所述干燥装置，对所述电石渣进行干燥，获得干电石渣；
E、将所述干电石渣送入焙烧装置，加热发生反应，获得焙烧钙料，所述焙烧装置内的温度1000～1200℃；
F、将所述焙烧钙料送入混合装置，与新鲜钙料和煤粉混合，获得步骤A中的所述原料。
进一步的，步骤A中，热解温度为500～900℃，优选为600～800℃；热解时间为1-2h。
更进一步的，步骤A中，固体产物为活性球团，作为电石炉原料。
进一步的，本发明的方法还包括步骤：将所述尾气作为燃料送入所述焙烧装置。
作为本发明优选的方案，通过气流阀调节所述干燥装置的高温热解气的进气量，控制所述干燥装置内的电石渣的温度在110～130℃之间。
进一步的，步骤F中，所述焙烧钙料：新鲜钙料：煤粉的质量比为：(0.5-0.6):(0.5-0.4):0.9。
优选的，步骤F具体为：所述焙烧钙料、新鲜料和煤粉在混合装置中混合之后得到混合物料，将所述混合物料送入成型单元，获得成型物料，用作步骤A中的所述原料。
更进一步的，焙烧钙料中氧化钙的质量百分数≥80％。
本发明提供的一种高温热解气回收利用的系统及方法，实现了高温热解气显热和电石渣钙材循环的耦合；利用高温热解气的显热对电石渣进行烘干，提高系统的热效率；将电石炉的尾气作为焙烧装置的燃料，提高了系统的能源自给率，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例的系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的方法流程图。
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。
本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。
如图1所示，本实施例提供一种高温热解气回收利用的系统，包括：热解炉1、电石炉2、乙炔发生装置3、干燥装置4、焙烧装置5、混合装置6。本实施例的系统通过各个设备的配合，充分利用热解炉的高温热解气的显热，电石炉尾气的显热和化学热为系统提供热量，显著提高了系统的热效率。
热解炉1用于生产电石之前，含碳物料的热解。物料中含有的原料煤不适于电石的生产，需对其进行热解，提高其固定碳的成分比。热解炉设有进料口11、出料口12和高温热解气出口13。物料由进料口11进入热解炉，热解炉内的温度为500～900℃，优选为600～800℃，物料受热发生热解反应，产生固体产物和热解气。固体产物用于电石的生产，由出料口12排出热解炉，高温热解气的温度在500～900℃，为高品位的热源，由高温热解气出口13排出热解炉。
电石炉2用于电石的生产，电石炉内发生的反应为：2C+CaO＝CaC2+CO，电石生产原料为生石灰和煤粉，其尾气主要成分为CO。电石炉2包括进料口21、电石出口22和尾气出口23，热解炉的出料口12连接电石炉的进料口21。热解炉1产生的固体产物由进料口21进入电石炉2，进料口21位于电石炉2的顶部，便于固体产物的进入。固体产物在2100～2250℃温度范围，优选2200℃的高温下，发生反应，生产电石，电石由位于电石炉底部的电石出口22排出电石炉2。产生电石的同时，会生成尾气，尾气经水冷壁冷却后的温度为400～600℃。电石炉2内的温度由上到下逐步降低，所以高温的尾气在电石炉内上升。电石炉的尾气出口23设在电石炉2的顶部，便于尾气的收集。
乙炔发生装置3用于电石与水反应生产乙炔。乙炔发生装置3包括电石入口31、进水口32、乙炔出口33和电石渣出口34，电石炉的电石出口22连接乙炔发生装置的电石入口31。电石炉2产生的电石，由电石入口31进入乙炔发生装置3。进水口32位于乙炔发生装置3的顶部，便于向乙炔发生装置3内注水。在乙炔发生装置3内电石与水发生反应，CaC2+2H2O＝Ca(OH)2+C2H2，获得乙炔气体和电石渣。乙炔出口33位于乙炔发生装置3的顶部，可收集乙炔气体，用于下游的生产。电石渣出口34位于乙炔发生装置3的底部，电石渣由电石渣出口34排出。此时的电石渣主要成分为Ca(OH)2，含有近50％的水分，成湿润状态，进行干燥后，有利于可回收利用。
干燥装置4为电石渣的干燥设备，用于去除电石渣内的水分，为焙烧工艺做准备。本发明实施例选用的干燥装置4为间接干燥设备，被干燥物不与热源直接接触。干燥装置4包括电石渣入口41、干电石渣出口42、高温热解气入口43、低温热解气出口44和焦油出口45。乙炔发生装置的电石渣出口34连接干燥装置的电石渣入口41，热解炉的高温热解气出口13连接干燥装置的高温热解气入口43。乙炔发生装置3产生的电石渣由电石渣入口41进入干燥装置4，热解炉产生的高温热解气由高温热解气入口43进入，高温热解气具有高品位的显热，作为热源对电石渣进行干燥，提高了系统的热效率。高温热解气在干燥装置4内进行热交换后经低温热解气出口44排出。高温热解气在干燥装置中的停留时间为30-60min，温度降低成为低温热解气，低温热解气的温度保持在200-400℃，热解气在干燥装置4内降温，会有部分焦油冷凝，干燥装置4设有焦油出口45，可将焦油排出进行回收。
在干燥装置4的高温热解气入口43处设有气流阀(图中未示出)，气流阀可调节高温热解气进入干燥装置4的进气量，从而控制干燥装置4内的电石渣的温度在110～130℃之间，实现电石渣的干燥，获得干电石渣。
干电石渣的主要成分为氢氧化钙，氢氧化钙在分解温度以上，会发生反应，生成氧化钙，氧化钙即为生产电石所用的钙料的成分。焙烧装置5用于干电石渣的焙烧，获得焙烧钙料。本发明实施例的焙烧装置5选用燃气加热。焙烧装置5设有干电石渣入口51、焙烧钙料出口52、燃气入口53。干燥装置的干电石渣出口42连接焙烧装置的干电石渣入口51，干燥装置4产生的干电石渣由干电石渣入口51进入焙烧装置5。电石炉的尾气出口23连接焙烧装置的燃气入口53，电石炉的尾气主要成分为CO，尾气作为焙烧装置5的燃料，为干电石渣的焙烧提供热量，充分利用尾气的显热和化学热，提高系统的能量自给率。焙烧装置5内的温度在1000～1200℃，可保证干电石渣充分反应，获得焙烧钙料。本实施例所选用的焙烧装置5为石灰窑。
混合装置6用于将焙烧钙料、新鲜钙料和煤粉混合，所得混合物料作为生产电石的原料。本发明实施例中的新鲜钙料是指氧化钙。混合装置6设有物料入口61和物料出口，焙烧装置的焙烧钙料出口52连接混合装置的物料入口61，混合装置的物料出口连接热解炉的进料口11。焙烧装置5产生的焙烧钙料由物料入口61进入混合装置6。本实施中的混合装置6可选用搅拌装置，用于焙烧钙料、新鲜钙料和煤粉的混合。
本实施例的系统还包括成型单元(图中未示出)，成型单元具有入料口和出料口，成型单元的入料口与混合装置的物料出口相连，成型单元的出料口与所述热解炉的进料口相连。所述成型单元可以是例如压球装置，以将混合物料造球，球型物料更有利于电石的生产。
本实施例的系统还包括钙料检测装置，用于检测分析焙烧钙料中的氧化钙的含量。生产电石的钙料中，焙烧钙料的掺混比例不宜过高，因为存在灰分累积的问题，多次重复利用之后的电石渣的灰分含量过高，会影响电石产品的质量。焙烧装置5生产出的每批次的焙烧钙料，都需进行检测，确保其中氧化钙含量在80％以上，否则弃用。
如图2所示，另一方面，本实施例供一种利用上述系统进行高温热解气回收利用的方法，包括以下步骤：
1、将原料在热解炉中热解，热解温度为500-900℃，热解时间为1-2h，获得固体产物和高温热解气。
2、将固体产物送入电石炉，加热至2100～2250℃，生成电石和尾气，加热时间为40min-50min。
3、将电石送入乙炔发生装置，与水发生反应，生成乙炔和电石渣。
4、将电石渣送入干燥装置，将高温热解气通入干燥装置，对电石渣进行干燥，获得干电石渣和低温热解气；通过气流阀调节干燥装置的高温热解气的进气量，高温热解气对电石渣干燥的时间控制在30-60min，以使电石渣充分干燥，干燥后的电石渣温度在110～130℃之间，从干燥装置中排出的热解气温度在200-400℃。
5、将尾气作为燃料送入焙烧装置燃烧，将干电石渣送入焙烧装置，加热发生反应，获得含氧化钙的焙烧钙料，焙烧装置内的温度1000～1200℃，焙烧时间0.5～1小时。
6、将焙烧钙料送入混合装置，与新鲜钙料和煤粉混合，获得步骤1中的原料，其中，焙烧钙料、新鲜钙料与煤粉的质量比为：(0.5-0.6):(0.5-0.4):0.9。
在步骤6之前，需对焙烧钙料进行检测，保证进入混合装置的焙烧钙料中氧化钙的质量百分数≥80％。
优选的，步骤6具体为：焙烧钙料、新鲜钙料和煤粉在混合装置中混合之后得到混合物料，将混合物料送入成型单元例如压球装置，获得成型物料例如型球，作为步骤1中的所述原料。
实施例1
1、将原料在热解炉中热解，热解温度为900℃，热解时间为1h，获得固体产物和高温热解气。
2、将固体产物送入电石炉，加热至2250℃，生成电石和尾气，加热时间为40min。
3、将电石送入乙炔发生装置，与水发生反应，生成乙炔和电石渣。
4、将电石渣送入干燥装置，将高温热解气通入干燥装置，对电石渣进行干燥，获得干电石渣和低温热解气；通过气流阀调节干燥装置的高温热解气的进气量，高温热解气对电石渣干燥的时间控制在60min，以使电石渣充分干燥，干燥后的电石渣温度在110℃，从干燥装置中排出的热解气温度在200℃。
5、将尾气作为燃料送入焙烧装置燃烧，将干电石渣送入焙烧装置，加热发生反应，获得含氧化钙的焙烧钙料，焙烧装置内的温度1000℃，焙烧时间1小时。
6、对焙烧钙料进行检测，保证进入混合装置的焙烧钙料中氧化钙的质量百分数≥80％；将焙烧钙料送入混合装置，与新鲜钙料和煤粉混合，获得步骤1中的原料，其中，焙烧钙料、新鲜钙料与煤粉的质量比为：0.6:0.5:0.9。
进一步的步骤6具体为：焙烧钙料、新鲜料和煤粉在混合装置中混合之后得到混合物料，将混合物料送入压球装置，获得型球，作为步骤1中的所述原料。
实施例2
1、将原料在热解炉中热解，热解温度为600℃，热解时间为1.5h，获得固体产物和高温热解气。
2、将固体产物送入电石炉，加热至2200℃，生成电石和尾气，加热时间为45min。
3、将电石送入乙炔发生装置，与水发生反应，生成乙炔和电石渣。
4、将电石渣送入干燥装置，将高温热解气通入干燥装置，对电石渣进行干燥，获得干电石渣和低温热解气；通过气流阀调节干燥装置的高温热解气的进气量，高温热解气对电石渣干燥的时间控制在50min，以使电石渣充分干燥，干燥后的电石渣温度在120℃，从干燥装置中排出的热解气温度在300℃。
5、将尾气作为燃料送入焙烧装置燃烧，将干电石渣送入焙烧装置，加热发生反应，获得含氧化钙的焙烧钙料，焙烧装置内的温度1100℃，焙烧时间0.8小时。
6、对焙烧钙料进行检测，保证进入混合装置的焙烧钙料中氧化钙的质量百分数≥80％；将焙烧钙料送入混合装置，与新鲜钙料和煤粉混合，获得步骤1中的原料，其中，焙烧钙料、新鲜钙料与煤粉的质量比为：0.5:0.4:0.9。
进一步的步骤6具体为：焙烧钙料、新鲜料和煤粉在混合装置中混合之后得到混合物料，将混合物料送入压球装置，获得型球，作为步骤1中的所述原料。
实施例3
1、将原料在热解炉中热解，热解温度为500℃，热解时间为2h，获得固体产物和高温热解气。
2、将固体产物送入电石炉，加热至2100℃，生成电石和尾气，加热时间为50min。
3、将电石送入乙炔发生装置，与水发生反应，生成乙炔和电石渣。
4、将电石渣送入干燥装置，将高温热解气通入干燥装置，对电石渣进行干燥，获得干电石渣和低温热解气；通过气流阀调节干燥装置的高温热解气的进气量，高温热解气对电石渣干燥的时间控制在30min，以使电石渣充分干燥，干燥后的电石渣温度在130℃，从干燥装置中排出的热解气温度在400℃。
5、将尾气作为燃料送入焙烧装置燃烧，将干电石渣送入焙烧装置，加热发生反应，获得含氧化钙的焙烧钙料，焙烧装置内的温度1200℃，焙烧时间0.5小时。
6、对焙烧钙料进行检测，保证进入混合装置的焙烧钙料中氧化钙的质量百分数≥80％；将焙烧钙料送入混合装置，与新鲜钙料和煤粉混合，获得步骤1中的原料，其中，焙烧钙料、新鲜钙料与煤粉的质量比为：0.6:0.4:0.9。
进一步的步骤6具体为：焙烧钙料、新鲜料和煤粉在混合装置中混合之后得到混合物料，将混合物料送入压块机，获得块状物料，作为步骤1中的所述原料。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种高温热解气回收利用的系统，其特征在于，包括：
热解炉，设有进料口、出料口和高温热解气出口；
电石炉，设有进料口、电石出口和尾气出口，所述热解炉的出料口连接所述电石炉的进料口；
乙炔发生装置，设有电石入口、乙炔出口和电石渣出口，所述电石炉的电石出口连接所述乙炔发生装置的电石入口；
干燥装置，设有电石渣入口、干电石渣出口、高温热解气入口和低温热解气出口，所述乙炔发生装置的电石渣出口连接所述干燥装置的电石渣入口，所述热解炉的高温热解气出口连接所述干燥装置的高温热解气入口；
焙烧装置，设有干电石渣入口和焙烧钙料出口，所述干燥装置的干电石渣出口连接所述焙烧装置的干电石渣入口；
混合装置，设有物料入口和物料出口，所述焙烧装置的焙烧钙料出口连接所述混合装置的物料入口；所述混合装置的物料出口连接所述热解炉的进料口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述焙烧装置还设有燃气入口，所述电石炉的尾气出口连接所述焙烧装置的燃气入口。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述干燥装置的高温热解气入口设有气流阀。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述干燥装置设有焦油出口。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括成型单元，所述成型单元具有入料口和出料口，所述成型单元的入料口与所述混合装置的物料出口相连，所述成型单元的出料口与所述热解炉的进料口相连。
6.一种利用权利要求1～5任一所述的系统进行高温热解气回收利用的方法，其特征在于，包括步骤：
A、将原料在热解炉中热解，获得固体产物和高温热解气；
B、将所述固体产物送入电石炉，加热至2100～2250℃，生成电石和尾气；
C、将所述电石送入乙炔发生装置，与水发生反应，生成乙炔和电石渣；
D、将所述电石渣送入干燥装置，将所述高温热解气通入所述干燥装置，对所述电石渣进行干燥，获得干电石渣；
E、将所述干电石渣送入焙烧装置，加热发生反应，获得焙烧钙料，所述焙烧装置内的温度1000～1200℃；
F、将所述焙烧钙料送入混合装置，与新鲜钙料和煤粉混合，获得混合物料，所述混合物料用作步骤A中的所述原料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述尾气作为燃料送入所述焙烧装置。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过气流阀调节所述干燥装置的高温热解气的进气量，控制所述干燥装置内的电石渣的温度在110～130℃之间。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤F中，所述焙烧钙料、新鲜钙料与煤粉的质量比为：(0.5-0.6):(0.5-0.4):0.9。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤F具体为：所述焙烧钙料、新鲜钙料和煤粉在混合装置中混合，得到混合物料，将所述混合物料送入成型单元，获得成型物料，用作步骤A中的所述原料。
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