CN117821117A - 一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺 - Google Patents

Abstract

一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，将5‑30mm的钙焦球团加入到移动床预热器中，与底部上升的空气与气体燃料燃烧的高温烟气逆流换热到900‑1300℃，然后通过高温下行移动床热器底部塞阀控制流入旋转窑反应器的窑尾；热钙焦球团在倾斜度1.5‑10°、2.0‑50转/分钟的旋转窑内加热到1700‑2000℃，部分反应生成电石的同时放出CO，含有CO的电石气被抽吸进入移动床预热器底部的气体燃料管线；生成电石的球团流入保温延迟移动反应床强化反应5‑90分钟后，从保温延迟移动反应床底部流入篦式冷却机降温到100℃以下后与水蒸气反应制取乙炔和电石渣，加热的氮气回收热量后又被加压循环回篦式冷却机；移动床预热器顶部的尾气补燃后通过废锅回收热量生产高压蒸汽后，被引风机外排。

Description

一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺

1.技术领域

本发明提供一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，涉及煤化工领域。

2.背景技术

目前乙炔主要是通过电石法大规模生产，是有机合成工业的重要原料。电石是以生石灰和碳素为原料，在电石炉中经过复杂的物理化学变化而生成的。作为一种新型碳素材料，半焦是以高挥发分的弱粘结或不粘结性煤为原料，经中、低温干馏炭化除去煤中焦油物质和大部分挥发分后的固体产品以其固定炭高、电阻率高含灰份低、硫含量低、磷含量低的特性和低廉的价格，正逐步被推广应用于电石、铁合金等产品的生产，以替代价格昂贵的冶金焦，半焦作为冶金行业重要原材料。

当前最为成熟的电石生产方法是传统的电热法。电热法生产工艺对块状原料的粒度和品质有一定的要求，块状生石灰中氧化钙的含量要大于92％，焦炭中的固定碳需大于84％、灰分要小于15％、水分小于3％，挥发份小于1.5％；原料的粒度对生产过程十分重要，尤其是生石灰的粒度，粒度过小会导致炉气不能顺利排出，造成“崩床”等问题，粒度过大会降低焦炭与氧化钙之间的接触面积，影响传递性能，降低反应速率；工业一般要求原料的粒径范围为5-30mm。由于块状焦炭和CaO(5-30mm)之间的接触面积小，固-固反应受传递过程的严重限制，反应过程需要经过生石灰熔融态和在焦炭块中渗入发生化学反应，使得电弧炉反应需在高温下进行(2000-2200℃)，反应时间长(1-2h)，单炉产能低(70kt/a)，每吨电石(纯度80％)的能耗高达3250kW·h，热效率不到50％；加之电石产品为间歇排出的高达2000℃以上的液体熔液，热量回收困难，工人操作劳动环境恶劣，存在二次污染和爆炸隐患，工艺亟待改进。

目前的电弧炉加热法工艺过程中生石灰和焦炭添加过程繁琐、复杂，且在石灰石和半焦炭在整个生产和使用过程中，始终伴随着固体破碎、固体筛分和固体运输等工序，这些工序均会产生大量小于6mm的粉状生石灰半焦或焦炭，亟待利用。另外由于优质石灰石资源较为紧张，开采对山体环境破坏严重，各地对石灰石开采量控制越来越严，成为国内生石灰生产的瓶颈，亟待充分利用电石渣中有效成分，提高石灰石的循环利用率。

氧热法电石生产工艺，就是利用燃料在电石炉中燃烧代替电加热来生产电石，避免燃煤发电过程中的能量损耗；并且可和煤炭热解提质耦合，减少工业废渣排放，有望形成一条煤炭综合利用的新工艺路线。从20世纪50年代开始，人们对于氧热法生产电石的研究从未停息，1960年左右，美国、德国和荷兰三国就己经搭建了中试规模的氧热法生产电石装置，国外目前也已有稍有规模的氧热法生产电石装置，根据有关报道，每生产一吨电石需要消耗氧气1560Nm3、消耗焦炭2.8t、生石灰1.2t，另外还需耗电600度。尽管刘振宇老师等根据氧热法的理念通过研究粉状焦炭和氧化钙的反应过程，提出了一种电石的新生产方法，采用粒度小于0.3mm的粉状含碳原料(煤或焦炭)和粉状含钙原料(碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙或电石渣)生产电石的工艺，并提出了二种反应器结构。但由于反应器结构以及没有考虑随碳化钙含量变化造成的电石熔点W型变化规律，氧热法所生产电石的技术路线和电热法一样是液态产品，钙焦比选择不合理，致使电石热量回收困难，原料预热还是利用副产高温CO，与国外氧热法工艺相比，氧耗和碳耗均未见大幅度降低，目前未见工业中试和工业化结果。

本发明人提出的一种钙焦球团分级氧热法制取电石生产工艺(ZL201710455219.4)采用移动床预热器、旋转窑反应器和保温延迟移动反应床组合，选择不同助燃剂分级燃烧，降低了氧耗，减轻了尾气利用和处理难度；钙焦球团反应既解决了生石灰粉和焦粉的再利用难题，又降低反应温度、加快反应速度、降低生产能耗和成本、提高了电石炉的处理能力，还实现了优质石灰石资源的循环利用、消除了固废污染。在实际运行中，由于旋转窑为转动设备，密封和内部衬里材料价格昂贵且容易损坏，难以保证长周期稳定运行，存在较大的泄露和衬里破损烧穿的安全隐患；旋转窑头的纯氧半焦粉的燃烧器温度过高，磨损严重，设备投资高；另外，为了避免氮气与高温电石发生氰氨化钙反应，采用惰性气体作为直接冷却介质回收电石余热，成本高且来源稀缺；这些均严重影响了钙焦球团分级氧热法制取电石技术的推广应用。

因此急需开发设备结构简单、投资低、综合用能和成本低、能够长周期平稳运行的利用生石灰粉和焦粉连续生产乙炔新工艺和配套装备技术，提高电石渣的循环利用率，降低反应温度，加快反应速度，降低生产能耗和成本，提高电石炉的处理能力和热量回收率，消除二次污染。

3.发明内容

本发明的目的是为了克服现有氧热法生产乙炔的不足而发明的一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，合理选择钙焦/煤比，高效反应的同时确保产品为固相，便于余热回收利用；基于电石与氮气超过800℃才开始反应，采用氮气分级高效换热，提高换热效果的同时又实现了气体冷却介质来源广和成本低；选择不同助燃剂或外加热方式组合的梯级升温，降低了氧耗，减轻了尾气利用和处理难度；钙焦球团反应既解决了电石渣再利用难题，又降低反应温度、加快反应速度、降低生产能耗和成本、提高了电石炉的处理能力，还实现了优质石灰石资源的循环利用、消除了固废污染。

本发明的技术方案：

一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，将5-30mm的钙焦/煤球团通过进料器加入到移动床预热器中，与底部上升的预热空气与气体燃料燃烧的高温烟气逆流换热到900-1300℃，然后通过高温下行移动床加热器升温到1700-2000℃，部分反应生成电石的同时放出CO，含有CO的电石气被抽吸流入移动床预热器底部的气体燃料管线；生成电石的钙焦球团流入保温延迟移动反应床强化反应5-90分钟后，被换热管中的氮气降温到800℃以下，再从保温延迟移动反应床底部流入篦式冷却机；在篦式冷却机中被氮气直接接触换热，降温到100℃以下后与水蒸气流化反应制取乙炔和电石渣；高温氮气回收热量后又被加压送回换热管和篦式冷却机循环使用；移动床预热器顶部尾气补燃，通过空气预热器和废锅回收热量后被引风机抽吸外排；电石渣脱除灰分后，再与焦/煤粉以及粘合剂按照1.3-2.0:1:0-0.1(重量比)混合均匀，压制成型生产5-30mm的钙焦/煤球团。

其中，移动床预热器顶部中心设有旋转密封进料器和下料管，下料管长50-1000mm；顶部侧面设有尾气出口，分别依次连接气固分离器、补燃器、空气预热器、废热锅炉和引风机；底部为带有锥形炉箅式下降管的封头，便于预热空气与补入电石气的气体燃料燃烧产生的高温烟气进入移动床预热器加热钙焦球团，开孔率10％-70％、锥角45％-150％，锥形炉箅式下料管伸入到高温下行移动床加热器内200-800mm。

高温下行移动床加热器为通入纯氧燃烧加热或电磁感应外加热的反应器，与上部移动床预热器密封连接，通过伸入的锥形炉箅式下料管在高温下行移动床顶部形成局部空腔，空腔与气体燃料管线连通，便于含有CO的电石气聚集并被抽吸进入移动床预热器底部的气体燃料管线，锥形炉箅式下料管中的钙焦/煤球团形成了固体料封，增大压力防止倒吸。

保温延迟移动反应床为矩形结构，顶部通过天方地圆与高温下行移动床加热器连接，中部向下设有氮气换热管，底部设置锥形封头，锥形夹角45％-150％，中心开有与移动床等长度的窄条缝，宽度50-300mm。

钙焦/煤球团将除去灰分的电石渣与粘合剂按重量比(1.3-2.0)：(0-0.1)混合均匀，制取改性电石渣；再将改性电石渣和焦粉/煤粉按重量比1.3-2.1:1混合均匀，送入压力成型机压制成型生产钙焦/煤球团；粘合剂为高软化点沥青、低阶煤、焦煤、煤焦油沥青、高分子合成有机物中的一种或多种。

100℃以下的电石与水蒸气流化反应制取乙炔时，流化床底部排出灰分、顶部气固分离器分别排出乙炔和电石渣。

本发明将实施例来详细叙述本发明的特点。

4.附图说明

附图1为本发明的工艺示意图。

附图的图面说明如下：

1、进料器2、移动床预热器3、气固分离器4、补燃式空气预热器5、废热锅炉6、引风机

7、锥形炉箅式下降管8、燃烧器9、高温下行移动床加热器10、电石气管线11、封头12、保温延迟移动反应床13、电磁感应外加热器14、换热管15、加压风机16、电石产品排料阀17、篦式冷却机18、换热器A、钙焦球团B、气体燃料C、空气

下面结合附图和实施例来详述本发明的工艺特点。

5.具体实施方式

一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，将5-30mm的钙焦/煤球团通过进料器(1)加入到移动床预热器(2)中，预热空气与气体燃料及其电石气在燃烧器(8)中燃烧，高温烟气从移动床预热器(2)底部上升与钙焦/煤球团逆流换热到900-1300℃，然后通过高温下行移动床加热器(9)在电磁感应外加热器(13)加热升温到1700-2000℃，部分反应生成电石的同时放出CO，含有CO的电石气通过电石气管线(10)被抽吸流入移动床预热器(2)底部的气体燃料(A)管线；生成电石的球团流入保温延迟移动反应床(9)强化反应5-90分钟后，被换热管(14)中的氮气降温到800℃以下，再从保温延迟移动反应床(12)底部流入篦式冷却机(13)；在篦式冷却机(13)中被氮气直接接触换热，降温到100℃以下后与水蒸气流化反应制取乙炔和电石渣，高温氮气被换热器(18)回收热量后又被加压送回换热管(14)和篦式冷却机(13)循环使用；移动床预热器(2)顶部尾气被补燃式空气预热器(4)布燃和预热空气后，通过废热锅炉(5)回收热量后被引风机(6)抽吸外排；电石渣脱除灰分后，再与焦/煤粉以及粘合剂按照1.3-2.0:1:0-0.1(重量比)混合均匀，压制成型生产5-30mm的钙焦/煤球团。

其中，移动床预热器(2)顶部中心设有旋转密封进料器(1)和下料管，下料管长50-1000mm；顶部侧面设有尾气出口，分别依次连接气固分离器(3)、补燃式空气预热器(4)、废热锅炉(5)和引风机(6)；底部为带有锥形炉箅式下降管(7)的封头(11)，便于预热空气与补入电石气的气体燃料燃烧产生的高温烟气进入移动床预热器(2)加热钙焦球团，开孔率10％-70％、锥角45％-150％，锥形炉箅式下料管(7)伸入到高温下行移动床加热器(9)内200-800mm。

高温下行移动床加热器(9)为通入纯氧燃烧加热或电磁感应外加热的反应器，与上部移动床预热器(2)密封连接，通过伸入的锥形炉箅式下料管(7)在高温下行移动床加热器(9)顶部形成局部空腔，空腔与气体燃料管线通过电石气管线(10)连通，便于含有CO的电石气聚集并被抽吸进入移动床预热器(2)底部的气体燃料管线，锥形炉箅式下料管(7)中的钙焦/煤球团形成了固体料封，增大压力防止倒吸。

保温延迟移动反应床(12)为矩形结构，顶部通过天方地圆与高温下行移动床加热器(9)连接，中部向下设有氮气换热管(14)，底部设置锥形封头，锥形夹角45％-150％，中心开有与移动床等长度的窄条缝，宽度50-300mm。

钙焦/煤球团将除去灰分的电石渣与粘合剂按重量比(1.3-2.0)：(0-0.1)混合均匀，制取改性电石渣；再将改性电石渣和焦粉/煤粉按重量比1.3-2.1:1混合均匀，送入压力成型机压制成型生产钙焦/煤球团；粘合剂为高软化点沥青、低阶煤、焦煤、煤焦油沥青、高分子合成有机物中的一种或多种。

100℃以下的电石与水蒸气流化反应制取乙炔时，流化床底部排出灰分、顶部气固分离器分别排出乙炔和电石渣。

本发明所提供的一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，选择合理钙焦比，使电石中碳化钙含量大于80％，确保电石产品为固态，便于流动和余热回收；焦粉/煤粉制备钙焦球团原位反应生产电石，选择不同助燃剂或外加热方式组合的梯级升温，降低氧耗70％以上(与氧热法相比)，减轻了尾气利用和处理难度，同时电石渣中杂质分离难度降低；钙焦球团原位反应制电石利用了廉价的煤粉/焦粉和粉状电石渣，降低反应温度300℃以上，加快反应速度2倍以上，实现了乙炔连续生产，降低生产成本50％以上，降低电耗60％(与电弧法相比)，还实现了电石渣循环利用率大于90％，消除了电石渣污染；通过廉价且来源广泛的氮气作为换热介质，利用换热管和篦式冷却机低成本分级回收排出电石余热90％以上，消除了高温电石液体排放的二次污染和爆炸危险，避免氰氨化钙副产物的生成，改善了工人的劳动环境。

Claims (6)

1.一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，其特征在于将5-30mm的钙焦/煤球团通过进料器加入到移动床预热器中，与底部上升的预热空气与气体燃料燃烧的高温烟气逆流换热到900-1300℃，然后通过高温下行移动床加热器升温到1700-2000℃，部分反应生成电石的同时放出CO，含有CO的电石气被抽吸流入移动床预热器底部的气体燃料管线；生成电石的球团流入保温延迟移动反应床强化反应5-90分钟后，被换热管中的氮气降温到800℃以下，再从保温延迟移动反应床底部流入篦式冷却机；在篦式冷却机中被氮气直接接触换热，降温到100℃以下后与水蒸气流化反应制取乙炔和电石渣；高温氮气回收热量后又被加压送回换热管和篦式冷却机循环使用；移动床预热器顶部尾气补燃，通过空气预热器和废锅回收热量后被引风机抽吸外排；电石渣脱除灰分后，再与焦/煤粉以及粘合剂按照1.3-2.0:1:0-0.1(重量比)混合均匀，压制成型生产5-30mm的钙焦/煤球团。

2.根据权利要求1所述的一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，其特征在于移动床预热器顶部中心设有旋转密封进料器和下料管，下料管长50-1000mm；顶部侧面设有尾气出口，分别依次连接气固分离器、补燃器、空气预热器、废热锅炉和引风机；底部为带有锥形炉箅式下降管的封头，便于预热空气与补入电石气的气体燃料燃烧产生的高温烟气进入移动床预热器加热钙焦球团，开孔率10％-70％、锥角45％-150％，锥形炉箅式下料管伸入到高温下行移动床加热器内200-800mm。

3.根据权利要求1所述的一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，其特征在于高温下行移动床加热器为通入纯氧燃烧加热或电磁感应外加热的反应器，与上部移动床预热器密封连接，通过伸入的锥形炉箅式下料管在高温下行移动床顶部形成局部空腔，空腔与气体燃料管线连通，便于含有CO的电石气聚集并被抽吸进入移动床预热器底部的气体燃料管线，锥形炉箅式下料管中的钙焦/煤球团形成了固体料封，增大压力防止倒吸。

4.根据权利要求1所述的一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，其特征在于保温延迟移动反应床为矩形结构，顶部通过天方地圆与高温下行移动床加热器连接，中部向下设有氮气换热管，底部设置锥形封头，锥形夹角45％-150％，中心开有与移动床等长度的窄条缝，宽度50-300mm。

5.根据权利要求1所述的一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，其特征在于钙焦/煤球团将除去灰分的电石渣与粘合剂按重量比(1.3-2.0)：(0-0.1)混合均匀，制取改性电石渣；再将改性电石渣和焦粉/煤粉按重量比1.3-2.1:1混合均匀，送入压力成型机压制成型生产钙焦/煤球团；粘合剂为高软化点沥青、低阶煤、焦煤、煤焦油沥青、高分子合成有机物中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种钙焦/煤球团分级加热法连续制取乙炔工艺，其特征在于100℃以下的电石与水蒸气流化反应制取乙炔时，流化床底部排出灰分、顶部气固分离器分别排出乙炔和电石渣。