CN107746725A - 一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统及方法，包括：等离子体裂解单元、淬冷单元、多相分离单元、球团活化单元、活性球团冶炼单元和乙炔发生单元，本发明将煤粉与石灰粉成型，煤与石灰共热解、活性球团和油气分别制乙炔等技术相耦合，提高了原料煤的有效利用率和煤制乙炔的转化率，实现了煤炭的分质梯级利用；采用粉状原料，降低了过程的能耗，减小资源浪费；为粉料的利用提供了一条有效途径，实现了冶炼尾气的处理，避免了环境污染。

Description

一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统及方法

技术领域

本发明属于有机化工技术领域，具体涉及一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统及方法。

背景技术

乙炔是一种非常重要的有机化工原料，在石油乙烯工业普遍应用以前，通过乙炔的一系列化学反应可以衍生出乙烯、氯乙烯、三氯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈、聚丙烯腈、氯丁橡胶等化工产品。此外，乙炔在金属加工、焊接、切割等领域也起着非常重要的作用。

工业生产乙炔的传统方法有电石水解法和甲烷部分氧化法，这两种方法发展时间较长，工艺比较成熟，但是缺点明显。电石水解法耗能高、对设备要求高、污染严重，发达国家于十多年前陆续关闭了此法的生产装置。我国90％以上的乙炔通过电石水解法获得，但随着产业政策和能源政策的调整，电石水解法的发展空间日益压缩。甲烷部分氧化法虽然污染较小，但技术复杂、投资大，且我国天然气资源非常匮乏。

煤炭是我国的主要化石能源，煤炭的高效清洁利用是缓解石油短缺、确保能源安全的关键。等离子体裂解烷烃乙炔技术出现于20世纪初期，该技术利用氢等离子体高温、高焓、富含活性离子的特点。整个工艺过程中不额外产生CO₂，用水少且可循环利用。因此，该技术是一种典型的清洁、高效的烷烃转化过程，具有良好的发展前景。

等离子体裂解煤的工艺过程是将煤粉在氢等离子体裂解环境下产生乙炔、乙烯等工业原料气体，既能打破电石法制乙炔的传统，又是一种高效利用煤炭资源的有效途径。但等离子体裂解煤固体产物产出量极大，能否有效利用直接影响等离子体裂解煤制乙炔整套工艺的经济性。固体产物碳含量高、反应性强、初始孔隙率高，是一种宝贵的碳素资源。若直接将固体产物作燃料使用，其粒径小，操作困难，容易造成粉尘污染；若丢弃或置之不理，既是资源浪费，又容易造成环境污染。因此不管是从经济角度还是从资源利用、环境保护的角度考虑，等离子体裂解煤固体产物的利用研究都具有重大的意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统及方法，将煤粉与石灰粉成型，煤与石灰共热解、活性球团和油气分别制乙炔等技术相耦合，提高了原料煤的有效利用率和煤制乙炔的转化率，实现了煤炭的分质梯级利用；采用粉状原料，降低了过程的能耗，减小资源浪费；为粉料的利用提供了一条有效途径，实现了冶炼尾气的处理，避免了环境污染。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统，包括：球团活化单元、活性球团冶炼单元和乙炔发生单元，其中，

所述球团活化单元具有煤粉与石灰粉混合球团入口、高温油气出口和高温活性球团出口，将煤粉与石灰粉混合球团活化处理，得到高温油气和高温活性球团；

所述活性球团冶炼单元的高温活性球团入口与所述高温活性球团出口连接，将高温活性球团冶炼，获得固体产物；

所述乙炔发生单元与所述活性球团冶炼单元连接，将所述固体产物与水反应，生成乙炔。

进一步的，还包括：等离子体裂解单元、淬冷单元和多相分离单元，其中，

所述等离子体裂解单元的入料口分别与所述高温油气出口和所述活性球团冶炼单元的冶炼尾气出口连接，对高温油气裂解，得到裂解产物；

所述淬冷单元的入料口与所述等离子体裂解单元的出料口连接，对所述裂解产物淬冷；

所述淬冷单元的出料口与所述多相分离单元的入料口连接，将淬冷后的所述裂解产物进行气体分离，得到乙炔。

进一步的，所述等离子体裂解单元具有氢气混合气入口，所述多相分离单元具有氢气混合气出口和乙炔出口，所述氢气混合气出口与所述氢气混合气入口连接。

进一步的，还包括：混料压块单元，所述压块单元具有煤粉入口、生石灰粉入口和煤粉与石灰粉混合球团出口，所述煤粉与石灰粉混合球团出口与所述煤粉与石灰粉混合球团入口连接。

进一步的，还包括原煤破碎单元，其出口与所述煤粉入口相连，将原煤破碎为煤粉后送至所述混料压块单元。

进一步的，所述混料压块单元内的煤粉水分低于5%，生石灰粉的水分低于2%，成型压力为12MPa-25MPa，煤与生石灰的质量比为0.8-1.0。

进一步的，所述球团活化单元的活化温度为650-1000℃；所述活性球团冶炼单元的冶炼温度为1600-2200℃。

进一步的，所述等离子体裂解单元内的裂解温度为1700-2500℃；所述冶炼尾气和所述高温油气中碳元素与氢气的摩尔比为1.5:1至2.5:1。

一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的方法，包括以下步骤：

1）将煤粉与生石灰粉进行混料、压块后，送至所述球团活化单元进行活化处理，分别得到活性球团和高温油气；

2）将所述活性球团送至活性球团冶炼单元进行冶炼，分别得到冶炼尾气和固体产物；

3）将所述固体产物送至乙炔发生单元，所述固体产物与水反应生成乙炔。

进一步的，还包括：

4）向离子体裂解单元中通入氢气，将所述高温油气和所述冶炼尾气送至等离子体裂解单元，高温油气遇到氢等离子体后瞬间发生裂解，得到裂解产物，同时处理所述冶炼尾气；

5）将所述裂解产物依次进行淬冷和气体分离处理后，分别得到乙炔和氢气混合气，然后将所述氢气混合气送至所述等离子体裂解单元中。

本发明的有益效果在于：本发明将煤粉与石灰粉成型，煤与石灰共热解、活性球团和油气分别制乙炔等技术相耦合，提高了原料煤的有效利用率和煤制乙炔的转化率，实现了煤炭的分质梯级利用；采用粉状原料，降低了过程的能耗，减小资源浪费；为粉料的利用提供了一条有效途径，实现了冶炼尾气的处理，避免了环境污染。

附图说明

图1为本发明煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统示意图。

图2为本发明煤与石灰共同裂解制备乙炔的方法示意图。

其中，1.煤粉仓 2.生石灰粉仓 3.混料压块单元 4.球团活化单元 5.活性球团冶炼单元 6.乙炔发生单元 7.等离子体裂解单元 8.淬冷单元 9.多相分离单元 a.煤粉 b.生石灰粉 c.高温油气 d.氢气 e.高温冶炼尾气 f.电石渣 g.乙炔。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，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。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统，图1为本发明煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统示意图，如图1所示, 包括：球团活化单元、活性球团冶炼单元、乙炔发生单元、等离子体裂解单元、淬冷单元和多相分离单元。

根据本发明的具体实施例，所述球团活化单元具有煤粉与石灰粉混合球团入口、高温油气出口和高温活性球团出口，将煤粉与石灰粉混合球团活化处理，得到高温油气和高温活性球团；所述活性球团冶炼单元的高温活性球团入口与所述高温活性球团出口连接，将高温活性球团冶炼，获得固体产物；所述乙炔发生单元与所述活性球团冶炼单元连接，将所述固体产物与水反应，生成乙炔。所述等离子体裂解单元的入料口分别与所述高温油气出口和所述活性球团冶炼单元的冶炼尾气出口连接，对高温油气裂解，得到裂解产物；所述淬冷单元的入料口与所述等离子体裂解单元的出料口连接，对所述裂解产物淬冷；所述淬冷单元的出料口与所述多相分离单元的入料口连接，将淬冷后的所述裂解产物进行气体分离，得到乙炔，乙炔的体积含量在50%-80%。

由此，本发明将煤粉与石灰粉成型，煤与石灰共热解、活性球团和油气分别制乙炔等技术相耦合，提高了原料煤的有效利用率和煤制乙炔的转化率，实现了煤炭的分质梯级利用；采用粉状原料，降低了过程的能耗，减小资源浪费；为粉料的利用提供了一条有效途径，实现了冶炼尾气的处理，避免了环境污染。

根据本发明的具体实施例，所述等离子体裂解单元具有氢气混合气入口，所述多相分离单元具有氢气混合气出口和乙炔出口，所述氢气混合气出口与所述氢气混合气入口连接。

根据本发明的具体实施例，本发明还包括原煤破碎单元和混料压块单元，所述压块单元具有煤粉入口、生石灰粉入口和煤粉与石灰粉混合球团出口，所述煤粉与石灰粉混合球团出口与所述煤粉与石灰粉混合球团入口连接。所述原煤破碎单元的出口与所述煤粉入口相连，将原煤破碎为煤粉后送至所述混料压块单元。其中，所述混料压块单元内的煤粉水分低于5%，生石灰粉的水分低于2%，成型压力为12MPa-25MPa，煤与生石灰的质量比为0.8-1.0，优选为0.83-0.95。

根据本发明的具体实施例，所述球团活化单元的活化温度为650-1000℃；所述活性球团冶炼单元的冶炼温度为1600-2200℃。

根据本发明的具体实施例，所述等离子体裂解单元内的裂解温度为1700-2500℃，优选为1800-2100℃；所述冶炼尾气和所述高温油气中碳元素与氢气的摩尔比为1.5:1至2.5:1。

根据本发明的具体实施例，高温油气中氢气、一氧化碳、甲烷的体积含量分别为：45%-60%、5%-10%、25%-30%。

根据本发明的具体实施例，本发明系统的具体连接方式为：煤粉仓和生石灰粉仓的出口均与混料压块单元的入料口相连，将来自煤粉仓和生石灰粉仓的原料进行混料、压块处理；混料压块单元的生球团出口与球团活化单元的煤粉与石灰粉混合球团入口相连，将来自混料压块单元的生球团进行活化处理；球团活化单元的高温活性球团出口与活性球团冶炼单元的高温活性球团入口相连，将来自球团活化单元的活性球团进行冶炼处理；活性球团冶炼单元的出料口与乙炔发生单元的入料口相连，将来自活性球团冶炼单元的固体制取乙炔；球团活化单元的高温油气出口与等离子体裂解单元的入料口相连，将来自球团活化单元的油气进行裂解处理；活性球团冶炼单元的冶炼尾气出口与所述等离子体裂解单元的入料口连接，处理冶炼尾气。等离子体热解单元的出料口与淬冷单元的入料口相连，将来自等离子体裂解单元的裂解产物进行淬冷处理；淬冷单元的出料口与多相分离单元的入料口相连，将来自淬冷单元中的气体产物进行分离处理；多相分离单元的氢气混合气出口与等离子体裂解单元的氢气混合气入口相连，将来自多相分离单元的氢气混合气进行回用处理。

需要注意的是，本发明对于各单元之间的具体连接方式不作特别限制，可以为管道连接或其他方式连接。

根据本发明的另一方面，图2为本发明煤与石灰共同裂解制备乙炔的方法示意图，如图2所示，本发明还提供了一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的方法，包括以下步骤：

1）将煤粉与生石灰粉进行混料、压块后，送至所述球团活化单元进行活化处理，分别得到活性球团和高温油气；

2）将所述活性球团送至活性球团冶炼单元进行冶炼，分别得到冶炼尾气和固体产物；

3）将所述固体产物送至乙炔发生单元，所述固体产物与水反应生成乙炔；

4）向离子体裂解单元中通入氢气，将所述高温油气和所述冶炼尾气送至等离子体裂解单元，高温油气遇到氢等离子体后瞬间发生裂解，得到裂解产物，同时处理所述冶炼尾气；

5）将所述裂解产物依次进行淬冷和气体分离处理后，分别得到乙炔和氢气混合气，然后将所述氢气混合气送至所述等离子体裂解单元中。

实施例一

（1）将水分含量约为3%煤粉和水分约为1%生石灰粉进行混料、压块，成型压力15MPa，得到生球团，生球团的成球率为95%；然后将生球团在固定床热解炉内进行活化，得到630摄氏度左右的活性球团和600摄氏度左右的油气，活化温度750℃；

（2）将高温活性球团给入高温冶炼炉进行冶炼处理，并将冶炼后的固体产物给入乙炔发生装置与水反应生成乙炔，活性球团冶炼温度为1900℃，碳化钙含量约为81.7%；

（3）高温油气等离子体裂解处理，将高温油气进行保温输送给入等离子体裂解器中，裂解温度为2100℃，产生乙炔及氢气混合气，裂解产物依次进行淬冷、分离处理，得到目标产物，目标产物的乙炔含量在90%左右。

综上所述，本发明将煤粉与石灰粉成型，煤与石灰共热解、活性球团和油气分别制乙炔等技术相耦合，提高了原料煤的有效利用率和煤制乙炔的转化率，实现了煤炭的分质梯级利用；采用粉状原料，降低了过程的能耗，减小资源浪费；为粉料的利用提供了一条有效途径，实现了冶炼尾气的处理，避免了环境污染。

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，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。

Claims (10)

1.一种煤与石灰共同裂解制备乙炔的系统，其特征在于，包括：球团活化单元、活性球团冶炼单元和乙炔发生单元，其中，

所述球团活化单元具有煤粉与石灰粉混合球团入口、高温油气出口和高温活性球团出口，将煤粉与石灰粉混合球团活化处理，得到高温油气和高温活性球团；

所述活性球团冶炼单元的高温活性球团入口与所述高温活性球团出口连接，将高温活性球团冶炼，获得固体产物；

所述乙炔发生单元与所述活性球团冶炼单元连接，将所述固体产物与水反应，生成乙炔。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：等离子体裂解单元、淬冷单元和多相分离单元，其中，

所述等离子体裂解单元的入料口分别与所述高温油气出口和所述活性球团冶炼单元的冶炼尾气出口连接，对高温油气裂解，得到裂解产物；

所述淬冷单元的入料口与所述等离子体裂解单元的出料口连接，对所述裂解产物淬冷；

所述淬冷单元的出料口与所述多相分离单元的入料口连接，将淬冷后的所述裂解产物进行气体分离，得到乙炔。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述等离子体裂解单元具有氢气混合气入口，所述多相分离单元具有氢气混合气出口和乙炔出口，所述氢气混合气出口与所述氢气混合气入口连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：混料压块单元，所述压块单元具有煤粉入口、生石灰粉入口和煤粉与石灰粉混合球团出口，所述煤粉与石灰粉混合球团出口与所述煤粉与石灰粉混合球团入口连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括原煤破碎单元，其出口与所述煤粉入口相连，将原煤破碎为煤粉后送至所述混料压块单元。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述混料压块单元内的煤粉水分低于5%，生石灰粉的水分低于2%，成型压力为12MPa-25MPa，煤与生石灰的质量比为0.8-1.0。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述球团活化单元的活化温度为650-1000℃；所述活性球团冶炼单元的冶炼温度为1600-2200℃。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述等离子体裂解单元内的裂解温度为1700-2500℃；所述冶炼尾气和所述高温油气中碳元素与氢气的摩尔比为1.5:1至2.5:1。

9.一种利用权利要求1-8所述的系统制备乙炔的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将煤粉与生石灰粉进行混料、压块后，送至所述球团活化单元进行活化处理，分别得到活性球团和高温油气；

2）将所述活性球团送至活性球团冶炼单元进行冶炼，分别得到冶炼尾气和固体产物；

3）将所述固体产物送至乙炔发生单元，所述固体产物与水反应生成乙炔。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

4）向离子体裂解单元中通入氢气，将所述高温油气和所述冶炼尾气送至等离子体裂解单元，高温油气遇到氢等离子体后瞬间发生裂解，得到裂解产物，同时处理所述冶炼尾气；

5）将所述裂解产物依次进行淬冷和气体分离处理后，分别得到乙炔和氢气混合气，然后将所述氢气混合气送至所述等离子体裂解单元中。