CN115583652B - 一种co2净零排放的电石生产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种CO2净零排放的电石生产系统，属于工业低碳技术领域。该系统包含石灰煅烧竖窑、兰炭炉、密闭电石矿热炉、供氧系统和CO产品储罐，石灰煅烧竖窑采用oxy‑fuel燃烧，O2由供氧系统提供，石灰石受热分解产生石灰和CO2，石灰从竖窑底部排出，CO2从窑顶侧面引出；引出的CO2通入兰炭炉下部熄焦区进行还原，还原产物CO从兰炭炉料封区下部侧面引出；引出的CO通入CO产品储罐；熄焦后的近常温兰炭从兰炭炉底部排出，与石灰混合后送入密闭电石矿热炉进行熔炼，产生电石产品CaC2。该适用于高能耗、高排放的电石生产过程，通过能/质协同利用，实现了电石生产过程绿色低碳和CO2资源化利用。

Description

一种CO2净零排放的电石生产系统
技术领域
本发明涉及工业低碳技术领域，特别是指一种CO2净零排放的电石生产系统。
背景技术
电石(CaC2)是重要的基础化工原料，主要用于生产乙炔气、聚氯乙烯、石灰氮、双氰胺、钢铁脱硫剂等化工产品。以电石为原料的一系列有机化合物产品，广泛应用于工业、农业、医药等领域。
电石生产过程是典型的高耗能、高排放过程，主要涉及：石灰石CaCO3煅烧分解(1)、高温焦化、以及CaO与C电热反应(2)，如下：
CaCO3→CaO+CO2 (1)
CaO+C→CaC2+CO (2)
传统电石生产过程高CO2排放主要来自CaCO3煅烧分解过程，由于CaCO3分解产物自带CO2，石灰煅烧竖窑烟气中的CO2浓度比常规炉窑烟气大1倍左右，具有富集回收潜力。尽管如此，目前石灰生产过程中产生的烟气中CO2浓度仍仅～20％。由于烟气中CO2浓度过低，而气体分离等技术成本较高，使得此部分CO2难以进行有效回收利用，仍旧为无组织排放，严重影响环境。
此外，传统电石生产过程需要配以兰炭炉进行煤干馏生产兰炭。由于兰炭炉和密闭电石矿热炉两工序之间的时序不匹配性，使得干馏后的高温兰炭难以实现热装热送。而高温兰炭若未被及时熄焦(降温)则会在空气中迅速燃烧消耗。目前湿法熄焦无法有效回收利用高温兰炭的显热并且造成严重水污染；而干法熄焦需额外制备N2等惰性气体，设备复杂、投资成本高。
因此，为降低电石生产过程CO2排放、提高生产系统整体能源/资源利用效率，亟待开发一种可以实现石灰生产过程原位富集回收CO2、同时经济高效利用高温兰炭熄焦显热的电石生产系统，而oxy-fuel燃烧以其燃烧中富集CO2的优势，是实现二氧化碳减排与资源化利用的有效途径。
发明内容
本发明针对电石生产过程碳排放量高、高温兰炭熄焦余热未有效利用等问题，提供一种CO2净零排放的电石生产系统，该系统具体为石灰窑CO2炉内富集与兰炭炉CO2熄焦还原耦合的电石绿色低碳生产系统。利用oxy-fuel燃烧使石灰窑烟气中CO2实现炉内富集，进一步利用富集后的CO2对高温兰炭熄焦并利用其余热进行CO2还原，产生CO产品。
该系统包括石灰煅烧竖窑、兰炭炉、密闭电石矿热炉、供氧系统和CO产品储罐，
石灰煅烧竖窑下部侧面引入供氧系统的氧气，石灰石由石灰煅烧竖窑顶部入口加入，石灰煅烧竖窑中产生的二氧化碳从上部侧面引出，并通入兰炭炉下部熄焦区，兰炭炉中产生的CO从料封区下部侧面引出至CO产品储罐；兰炭炉内冷却后的近常温兰炭从炉底排出，与石灰煅烧竖窑中产生的石灰混合后送入密闭电石矿热炉进行熔炼，生成电石产品，密闭电石矿热炉中产生的CO和二氧化碳，作为燃料气供给石灰煅烧竖窑和兰炭炉，若燃气供给不足则由CO产品储罐进行补充。
其中，石灰煅烧竖窑采用oxy-fuel燃烧，燃烧产物气仅为CO2；石灰石在单一CO2氛围下分解，分解产物气仅为CO2，实现CO2炉内富集。
兰炭炉内自上而下分为干馏区、料封区和熄焦区；将石灰竖窑富集的CO2通入熄焦区使高温兰炭温度降低至接近常温(一般为25-75℃)，同时利用此余热和部分低品位焦粉进行CO2耦合还原产生CO产品。
石灰煅烧竖窑和兰炭炉内，燃料气CO/CO2与O2掺混后O2的比例均保持在25～35％，防止石灰石因O2浓度过高过烧或因CO2浓度过高被抑制分解。
CO产品储罐内的CO引入石灰煅烧竖窑进行燃烧或引入兰炭炉干馏区或进行资源化回收。
密闭电石矿热炉中加入的石灰和兰炭的质量比为7:3。
该系统中，石灰煅烧竖窑采用oxy-fuel燃烧，O2由供氧系统提供，并适当掺入石灰竖窑富集后循环的部分CO2以调节燃烧温度。
为防止石灰石、兰炭等进出料过程空气进入或CO、CO2泄露，石灰煅烧竖窑和兰炭炉两个装置均采用密封多级进出料装置。
发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，该系统构思巧妙、可操作性强，综合利用电石生产过程石灰石煅烧工序的CO2(物质)和焦化过程高温兰炭余热(能量)，通过能/质协同利用，构建绿色低碳排放的电石生产系统。一方面，利用oxy-fuel燃烧产物和石灰石分解产物仅为CO2的特征，实现石灰窑烟气中CO2炉内富集；另一方面，利用将高温兰炭冷却过程与CO2还原过程耦合，在熄兰炭的同时产生CO产品，在高效用能的同时实现CO2资源化利用。
附图说明
图1为本发明的CO2净零排放的电石生产系统结构示意图。
其中：1-石灰煅烧竖窑；2-供氧系统；3-兰炭炉；4-CO产品储罐；5-密闭电石矿热炉。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对电石生产过程碳排放量高、高温兰炭熄焦余热未有效利用等问题，提供一种CO2净零排放的电石生产系统。
如图1所示，该系统包括石灰煅烧竖窑1、兰炭炉3、密闭电石矿热炉5、供氧系统2和CO产品储罐4，
石灰煅烧竖窑1下部侧面引入供氧系统2的氧气，石灰石由石灰煅烧竖窑1顶部入口加入，石灰煅烧竖窑1中产生的二氧化碳从上部侧面引出，并通入兰炭炉下部熄焦区，兰炭炉3中产生的CO从料封区下部侧面引出至CO产品储罐4；兰炭炉内冷却后的近常温兰炭从炉底排出，与石灰煅烧竖窑中产生的石灰混合后送入密闭电石矿热炉5进行熔炼，生成电石产品，密闭电石矿热炉中产生的CO和二氧化碳，作为燃料气供给石灰煅烧竖窑和兰炭炉。
在运行过程中，供氧系统产生的O2与燃料气CO/CO2进行掺混，掺混后保证O2的浓度比例为25～35％为宜，以防止石灰石因O2浓度过高过烧或因CO2浓度过高被抑制分解。其中，O2可在系统中专门制备，也可通过管道从外部引入。
石灰煅烧竖窑内以密闭电石炉产物气CO/CO2为燃料，采用oxy-fuel燃烧，CO通入竖窑相当于在O2/CO2环境中燃烧，燃烧产物气仅为CO2并释放大量热量。石灰石在单一CO2氛围下受热分解产生石灰CaO产品，其分解产物气也仅为CO2。CaO产品从竖窑底部排出，燃烧产物气CO2和分解产物气CO2在炉内富集后，均从窑顶侧面引出。
兰炭炉自上而下分为干馏区、料封区、熄焦区。干馏产生的高温兰炭须及时进行熄焦，以防止其在空气中燃烧消耗。以石灰煅烧竖窑内富集的CO2作为熄焦介质，通入兰炭炉熄焦区用以冷却高温兰炭，并在此过程中利用兰炭余热和部分低品位焦粉进行CO2耦合还原，产出CO产品。
根据工艺特征，石灰煅烧竖窑引出的CO2通入兰炭炉下部熄焦区；CO2在兰炭炉中被还原后产生的CO从料封区下部侧面引出；引出的CO通入储罐，进行资源化回收。
从石灰煅烧竖窑底部排出的CaO产品与兰炭炉底部排出的兰炭预混后，送入密闭电石矿热炉进行熔炼，产生电石产品CaC2；密闭电石矿热炉产物气CO/CO2从炉顶侧面引出，可作为燃气供给石灰窑和兰炭炉，若燃气供给不足则由CO产品储罐进行补充。
通过综合利用石灰石煅烧工序的CO2(物质)和熄焦过程高温兰炭余热(能量)，构建了能/质协同利用的绿色低碳的电石生产系统。
在实际应用中，石灰煅烧竖窑和兰炭炉的固体散料均采用密封式多级进出料装置，旨在防止进出料过程空气进入或CO、CO2泄露。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种CO2净零排放的电石生产系统，其特征在于，包括石灰煅烧竖窑、兰炭炉、密闭电石矿热炉、供氧系统和CO产品储罐，
石灰煅烧竖窑下部侧面引入供氧系统的氧气，石灰石由石灰煅烧竖窑顶部入口加入，石灰煅烧竖窑中产生的二氧化碳从上部侧面引出，并通入兰炭炉下部熄焦区，兰炭炉中产生的CO从料封区下部侧面引出至CO产品储罐；兰炭炉内冷却后的近常温兰炭从炉底排出，与石灰煅烧竖窑中产生的石灰混合后送入密闭电石矿热炉进行熔炼，生成电石产品，密闭电石矿热炉中产生的CO和二氧化碳，作为燃料气供给石灰煅烧竖窑和兰炭炉；
所述石灰煅烧竖窑采用oxy-fuel燃烧，燃烧产物气仅为CO2；石灰石在单一CO2氛围下分解，分解产物气仅为CO2，实现CO2炉内富集；
所述石灰煅烧竖窑和兰炭炉内，燃料气CO/CO2与O2掺混后O2的比例均保持在25～35％；
所述密闭电石矿热炉中加入的石灰和兰炭质量比为7:3；
所述兰炭炉内自上而下分为干馏区、料封区和熄焦区；将石灰竖窑富集的CO2通入熄焦区使高温兰炭温度降低至25-75℃，同时利用此余热和部分低品位焦粉进行CO2耦合还原产生CO产品。
2.根据权利要求1所述的CO2净零排放的电石生产系统，其特征在于，所述CO产品储罐内的CO引入石灰煅烧竖窑进行燃烧或引入兰炭炉干馏区或进行资源化回收。
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