CN108530252B - 一种处理干法电石渣实现乙炔气回收的装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理干法电石渣实现乙炔气回收的装置，包括固定床反应器，固定床反应器的上部设置有导料腔，下部设置有气体分布器，气体分布器连通CO2废气的气源；固定床反应器的底部设置出料装置，固定床反应器还连通有乙炔分离设备，导料腔包括上大下小的锥筒形，导料腔的底部开设有粉料进入固定床反应器下部的通道；还公开了乙炔回收的工艺，首次提出利用CO2处理干法电石渣的工艺，向上述装置中导入CO2，通过CO2与粉状电石渣的反应将粉状电石渣转化为碳酸钙颗粒，使得固体电石渣料的比表面大大降低，吸附在电石渣料表面的乙炔气脱附析出，实现低成本回收乙炔气。
Description
技术领域
本发明属于乙炔气体回收领域，具体涉及一种处理干法电石渣实现乙炔气回收的装置及工艺。
背景技术
聚氯乙烯树脂(PVC)是世界五大通用树脂之一，以其突出的性价比在社会生活中得到了广泛的应用。电石(CaC2)经乙炔气(C2H2)生产PVC的电石乙炔路线因煤炭资源丰富、工艺简单成熟，是目前我国PVC生产的主要技术方案，2016年国内电石路线的PVC产量超过1000万吨，占总产量的70％以上。乙炔是PVC生产的中间产物，也是电石水解的目标产品，其经济价值高，生产成本在7000元/吨以上。电石渣则是电石水解的废渣，其主要成分是氢氧化钙，经济价值低，现主要作为水泥厂的钙质原料。PVC生产成本的80％是乙炔的原料成本，因此生产过程中应尽量减少乙炔的各种损耗。
干法乙炔生产技术节水优势明显，是西部地区乙炔工业的发展趋势。1t电石加水可生成约300公斤的乙炔气，同时产生1.2t的干基电石渣。早期湿法乙炔技术的电石渣出料含水率在90％左右，对应会生成10t左右的工业废液，俗称电石渣浆。大多数厂家将电石渣浆经重力沉降后再进一步脱水，但滤饼的含水率仍达40％-50％，呈浆糊状，在运输途中易渗漏污染路面，长期堆积不但占用大量土地，而且对土地有严重的侵蚀作用。随着国家节能减排和环保要求的不断加强，湿法乙炔产生的环境污染日益受到国家和生产厂家的重视，一些地区已经禁止批准湿法乙炔项目。“干法乙炔发生工艺”是近年来电石水解乙炔发生工艺的一项重大技术进步，其流程是3—5mm的小颗粒电石经过螺旋给料机进入发生器。发生器顶部喷头产生的水雾与电石反应产生乙炔，乙炔气中携带大量的热量、粉尘和杂质气体，经洗涤冷却塔除去粉尘和热量，再通过清净塔除去杂质，最后送往VCM合成工序。产生的电石渣从发生器下部排出，通过FU输送机、斗提机进入干渣仓。干法乙炔工艺的电石渣含水率只有5％左右，运输和堆存成本可以大幅降低。经计算一套50万吨/年的PVC装置，干法乙炔工艺比湿法乙炔工艺可节水约40万吨/a。因此干法乙炔技术自2007年被国家环保总局列入《国家先进污染防治示范技术名目》和《国家鼓励发展的环境保护名录》，国内开始加大研发并进行推广。
近年来干法乙炔技术虽得到推广，但还有一些需完善之处，其中主要的一点就是降低乙炔流失量。
虽然干法乙炔比新型湿法乙炔少了排渣和溢流中溶解乙炔的工艺流失，但排出的“干渣”中吸附有乙炔并在颗粒堆积空隙间夹带排出乙炔(因此需要全过程密闭，并用氮气微正压保护)。有研究文献表明，电石渣吸附使得干法乙炔工艺中的乙炔气流失比新型湿法工艺流失的还要多，个别文献中指出电石渣中吸附的乙炔量为总流失量的80％左右。目前还没有为干法电石渣开发的乙炔气体回收技术和装备，企业为了降低生产成本，通常采取直接排放方式，不仅造成了乙炔资源极大地浪费，同时乙炔气体的直接排放将会导致大气中VOCs增加，进而造成环境的污染与破坏。因此，为了降低企业生产成本，提高资源利用率，减少环境污染，迫切需要开发一种干法电石渣大规模资源化利用的装置以及工艺。
发明内容
为了解决了现有技术中存在的问题，本发明公开了一种处理干法电石渣实现乙炔气回收的装置及工艺，对乙炔进行低成本回收再利用，提高资源利用率，减少环境污染。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种处理干法电石渣实现乙炔气回收的装置，包括固定床反应器，固定床反应器的顶部开设进料口，固定床反应器的上部设置有导料腔，下部设置有气体分布器，导料腔连通进料口，气体分布器连通CO2废气的气源；固定床反应器的底部设置出料装置，固定床反应器还连通有乙炔分离设备，导料腔包括上大下小的锥筒形，导料腔的底部开设有粉料进入固定床反应器下部的通道。
固定床反应器的侧壁还设置有气体收集外排腔，乙炔分离设备通过气体收集外排腔与固定床反应器连通。
气体分布器设置在固定床反应器高度的1/3～1/2处，分布器沿高度方向设置有多层；导料腔设置在固定床反应器高度的1/2～1/3。
气体分布器包括通气管道，管道上开设有若干气孔，还包括用于固定管道的支撑装置，气体分布器通过所述支撑装置与固定床反应器固定连接。
通气孔的开口朝下，气孔孔径沿气体流向逐渐变大。
一种处理干法电石渣实现乙炔气回收的工艺，包括以下步骤：步骤1，向固定床反应器中加入来自乙炔发生工段的干法电石渣，电石渣经导料腔分布后，到达气体分布器，打开CO2气体的气源并预热CO2气体；
步骤2，当电石渣料层厚度超过导料腔3下沿，形成稳定料封后，通过气体分布器向电石渣料层中导入经预热CO2的气体，CO2气体以分散状态导入导料腔下的电石渣料层；
步骤3，CO2气体与电石渣料堆反应达到设定的时间后，开启出料装置，将反应完实现乙炔脱附的碳酸钙粉料排出固定床反应器；
步骤4，将固定床反应器中反应残余的CO2气体、生成的水蒸汽及和碳酸钙粉料脱附的乙炔气通至乙炔分离设备，所述混合气体经过乙炔分离设备分离后得到乙炔回收气产品。
步骤2中CO2废气的温度为常温至200℃。
步骤2中CO2的喷气速度不低于3m/s。
步骤3中CO2气体与电石渣料堆反应设定的时长为1h～2h。
步骤3中出料装置的出料速度与固定床反应器上部皮带的送料速度一致，确保固定床反应器的料层稳定下移，或进行分批次间歇排料。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：固定床反应器的下部设置气体分布器，固定床反应器的上部设置导料腔，气体分布器连通CO2废气的气源，导料腔的底部开设有粉料进入固定床反应器下部的通道，使得CO2废气从下往上流动，反应需要的粉料从下往上，在固定床反应器中充分反应，提高CO2废气处理干法电石渣实现乙炔气回收的效率。
本发明首次提出利用CO2处理干法电石渣的工艺，通过CO2与粉状电石渣的反应将粉状电石渣转化为碳酸钙颗粒，从而使得固体电石渣料的比表面大大降低，吸附在电石渣料表面的乙炔气脱附析出，实现了低成本回收乙炔气的目的，电石渣反应过程中放出的热量以及生成的水蒸汽则会进一步加速乙炔气的脱附析出过程，同时本发明还将易飞散的粉状电石渣转化为了碳酸钙颗粒，便于储存转运，回收的乙炔气也避免了VOCs排放，具有较大的环保意义。
附图说明
图1是使用电厂和水泥厂CO2尾气处理干法电石渣回收乙炔的流程示意图；
附图中，1-固定床反应器，2-电石渣给料装置，3-导料腔，4-气体分布器，5-出料装置，6-气体外排腔，7-乙炔分离设备，8-CO2气体入口。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明进行详细说明。
CO2废气处理干法电石渣利用固定床反应器实现乙炔气的回收，如图1所示，为提高乙炔回收率，固定床反应器1中设置气体分布器4及导料腔3。固定床反应器1既可以重新设计制造，也可以借助现有的电石渣储仓改造来实现。根据生产需要对导料腔3的结构和位置进行优化和调整以及对气体分布器4的结构、位置和数量进行优化和调整。乙炔分离设备的目的在于将回收气中夹带的残余CO2和水蒸气脱除，便于回收气与粗乙炔气混合后进入后续净化工段实现回收利用。
如图1所示，一种处理干法电石渣实现乙炔气回收的装置，包括固定床反应器1，固定床反应器1的顶部开设进料口，固定床反应器1的上部设置有导料腔3，导料腔3与进料口连通，下部设置有气体分布器4，气体分布器4连通CO2废气的气源；固定床反应器1的底部设置出料装置5，固定床反应器1还连通有乙炔分离设备7，导料腔3包括上大下小的锥筒形，导料腔3的底部开设有电石渣料进入固定床反应器1下部的通道；固定床反应器1的侧壁还设置有气体收集外排腔6，乙炔分离设备7通过气体收集外排腔6与固定床反应器1连通，固定床反应器1的侧壁还设置有气体收集外排腔6沿固定床反应器1的侧壁高度方向设置有多个；气体分布器4设置在固定床反应器高度的1/3～1/2处，分布器4沿高度方向设置有多层；导料腔3设置在固定床反应器高度的1/2～1/3，导料腔3的上方还设置有用于防止电石渣料飞扬的挡板，挡板上开设有气孔。
固定床反应器1连接电石渣给料装置2，通过电石渣给料装置2向固定床反应器1顶部的进料口输送干法电石渣。
气体分布器4包括通气管道，管道上开设有若干气孔，还包括用于固定管道的支撑装置，气体分布器4通过所述支撑装置与固定床反应器1固定连接，通气孔的开口朝下，气孔孔径沿气体流向逐渐变大，气体分布器4上设置有用于电石渣料通过的孔；导料腔3底部开设有若干网孔。
气体外排腔6收集固定床反应器1的气体，固定床反应器1的气体内的气体汇聚到气体外排腔6中，然后去通入乙炔分离设备7。
采用CO2废气处理干法电石渣实现乙炔气回收工艺的具体步骤如下：
步骤1，向固定床反应器1中加入乙炔发生工段的干法电石渣，干法电石渣经导料腔3分布后在反应器内堆积成锥形料堆；当电石渣料层将气体分布器4淹没后，打开CO2气体的气源并预热CO2气体，所述CO2气体的成分和来源没有要求，包括来自周边电厂或水泥厂的CO2废气。
步骤2，当电石渣料层厚度超过导料腔3下沿，形成稳定料封后，通过气体分布器4向电石渣料层中导入经预热CO2的气体，经预热CO2的气体从CO2气体入口8进入气体分布器4，CO2的气体温度区间为常温至200℃，CO2气体以分散状态导入导料腔3下的电石渣料层；CO2的流量根据反应器内电石渣的稳定进料量调节，一般要求CO2气量为理论反应量的10％，为防止气体分布器上的气孔堵塞，要求CO2的喷出气速维持在3m/s以上，其压力据此进行调节。
步骤3，CO2气体与电石渣料堆反应1h-2h后，开启出料装置5，将反应完全实现乙炔脱附的碳酸钙粉料排出固定床反应器1，输送至缓冲仓或是水泥厂作为水泥的生产原料；出料装置5的出料速度与固定床反应器1上部皮带的送料速度协调，确保固定床反应器1的料层的稳定下移；或进行分批次间歇排料。
步骤4，将固定床反应器1中反应残余的CO2气体、生成的水蒸气及和碳酸钙粉料脱附的乙炔气通至乙炔分离设备7；乙炔分离设备7中采用生石灰床层脱除残余CO2和水蒸气并回收乙炔，或者使用常规乙炔清净流程实现，具体根据现场条件和工艺需要选择。
步骤5，步骤4所述混合气体经过乙炔分离设备7分离后得到乙炔回收气产品，经乙炔分离设备处理后得到的乙炔回收气即为产品，可与乙炔发生器中获得的粗乙炔混合后作为后续生产的原料。
实施例1
将来自干法乙炔发生器的电石渣填装在半径2厘米、高度8厘米的玻璃管内，并轻轻敲击玻璃管管壁使管内的电石渣粉料密实，电石渣粉料的装填量为75g。玻璃管的下部设置有承料板以气体分布板，100℃的CO2气体以0.5L/min的流量通入管内与电石渣接触反应，同步检测玻璃管上端的气流量及成分变化。通气2h后结束反应，并拆开玻璃管检测玻璃管内固体成分，发现部分电石渣转化成了碳酸钙，玻璃管上端气体的主要成分是水蒸汽与二氧化碳，收集到的粗乙炔气量约为0.07g。
实施例2
选用与实例1同批次的干法电石渣，将其填装在半径2厘米，高度8厘米的玻璃管内，并轻轻敲击玻璃管管壁使管内的电石渣粉料密实，电石渣粉料的装填量仍为75g。将100℃的CO2气体以0.75L/min的流量通过气体分布板导入电石渣料层与其接触反应，通气1h后结束反应，测定收集到的粗乙炔气量约为0.055g。
实施例3
按照图1所示装置制作固定床反应器1，其直径为0.3m，高度为0.5米，内部装填干法电石渣量为30公斤，固定床反应器1的底部设置有气体分布器4，将加热到120℃的CO2气体从固定床反应器1的气体分布器4导入电石渣料堆中，气流量控制在0.1Nm3/min，反应60min后从反应器上部收集到的粗乙炔气体量约为50g。
本发明优选的气体分布器4采用变孔径式气体分布盘，该气体分布盘上布气孔的孔径沿气体流通路径逐渐变大，以实现CO2气体的均布。
本发明的保护范围并不局限于上述的实施例，本领域技术人员在本专利所指定范围内做的简单技术指标变换和物料替换都包含在本专利的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种处理干法电石渣实现乙炔气回收的装置，其特征在于，包括固定床反应器（1），固定床反应器（1）的顶部开设进料口，固定床反应器（1）的上部设置有导料腔（3），下部设置有气体分布器（4），导料腔（3）连通进料口，气体分布器（4）连通CO2废气的气源；固定床反应器（1）的底部设置出料装置（5），固定床反应器（1）还连通有乙炔分离设备（7），导料腔（3）包括上大下小的锥筒形，导料腔（3）的底部开设有粉料进入固定床反应器（1）下部的通道；气体分布器（4）设置在固定床反应器高度的1/3~1/2处，气体分布器（4）沿高度方向设置有多层；导料腔（3）设置在固定床反应器高度的1/2~1/3；气体分布器（4）包括通气管道，管道上开设有若干气孔，还包括用于固定管道的支撑装置，气体分布器（4）通过所述支撑装置与固定床反应器（1）固定连接。
2.根据权利要求1所述的处理干法电石渣实现乙炔气回收的装置，其特征在于，固定床反应器（1）的侧壁还设置有气体收集外排腔（6），乙炔分离设备（7）通过气体收集外排腔（6）与固定床反应器（1）连通。
3.根据权利要求1所述的处理干法电石渣实现乙炔气回收的装置，其特征在于，通气孔的开口朝下，气孔孔径沿气体流向逐渐变大。
4.一种利用权利要求1-3任一项所述的装置处理干法电石渣实现乙炔气回收的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，向固定床反应器（1）中加入来自乙炔发生工段的干法电石渣，电石渣经导料腔（3）分布后，到达气体分布器（4），打开CO2气体的气源并预热CO2气体；
步骤2，当电石渣料层厚度超过导料腔（3）下沿，形成稳定料封后，通过气体分布器（4）向电石渣料层中导入经预热CO2的气体，CO2气体以分散状态导入导料腔（3）下的电石渣料层；
步骤3，CO2气体与电石渣料堆反应达到设定的时间后，开启出料装置（5），将反应完实现乙炔脱附的碳酸钙粉料排出固定床反应器（1）；
步骤4，将固定床反应器（1）中反应残余的CO2气体、生成的水蒸气及和碳酸钙粉料脱附的乙炔气通至乙炔分离设备（7），所述混合气体经过乙炔分离设备（7）分离后得到乙炔回收气产品。
5.根据权利要求4所述的处理干法电石渣实现乙炔气回收的工艺，其特征在于，步骤2中，CO2气体的温度为常温至200℃。
6.根据权利要求5所述的处理干法电石渣实现乙炔气回收的工艺，其特征在于，步骤2中CO2的喷气速度不低于3m/s。
7.根据权利要求5所述的处理干法电石渣实现乙炔气回收的工艺，其特征在于，步骤3中CO2气体与电石渣料堆反应设定的时长为1h~2h。
8.根据权利要求5所述的处理干法电石渣实现乙炔气回收的工艺，其特征在于，步骤3中出料装置（5）的出料速度与固定床反应器（1）上部皮带的送料速度一致，确保固定床反应器（1）的料层稳定下移，或进行分批次间歇排料。
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