CN206359487U - 联产乙炔和硅铁的系统 - Google Patents

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张顺利
贾懿曼
王欣
任爱林
吴道洪
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Abstract

本实用新型公开了联产乙炔和硅铁的系统，该系统包括：混料装置，其具有铁质原料入口、钙基原料入口、碳基原料入口和混合物料出口；成型装置，其具有混合物料入口和混合球团出口；热解装置，其具有混合球团入口、热解油气出口和热解固体产物出口；冶炼装置，其具有热解固体产物入口、液态电石出口和冶炼尾气出口；冷却装置，其具有液态电石入口和固态电石出口；乙炔发生装置，其具有固态电石入口、乙炔出口和固体渣出口；磁选装置，其具有固体渣入口、硅铁出口和尾渣出口。采用该系统可以同时制备得到乙炔和硅铁，并且过程投资小、能耗低，有利于提高整个系统的经济性。

Description

联产乙炔和硅铁的系统
技术领域
本实用新型属于化工技术领域，具体而言，本实用新型涉及联产乙炔和硅铁的系统。
背景技术
我国能源结构特点是“富煤贫油少气”，资源禀赋现状决定了我国必须要发展煤化工，以实现通过煤头获得化工产品，实现对石油和天然气的部分替代，以保障我国经济发展和能源安全。现代煤化工以煤气化为龙头，将煤炭在一定条件下转化为合成气(H2和CO)，然后通过合成气生产下游各种化工产品。我国煤化工事业经过几十年的发展，目前已经取得了可喜的成绩，但是现代煤化工依然普遍存在着“投资大、污染严重、能耗高、水耗高”等问题。
因此，现有煤化工技术有待进一步改进。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种联产乙炔和硅铁的系统，采用该系统可以同时制备得到乙炔和硅铁，并且过程投资小、能耗低，有利于提高整个系统的经济性。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种联产乙炔和硅铁的系统。根据本实用新型的实施例，所述系统包括：
混料装置，所述混料装置具有铁质原料入口、钙基原料入口、碳基原料入口和混合物料出口；
成型装置，所述成型装置具有混合物料入口和混合球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；
热解装置，所述热解装置具有混合球团入口、热解油气出口和热解固体产物出口，所述混合球团入口与所述混合球团出口相连；
冶炼装置，所述冶炼装置具有热解固体产物入口、液态电石出口和冶炼尾气出口，所述热解固体产物入口与所述热解固体产物出口相连；
冷却装置，所述冷却装置具有液态电石入口和固态电石出口，所述液态电石入口与所述液态电石出口相连；
乙炔发生装置，所述乙炔发生装置具有固态电石入口、乙炔出口和固体渣出口，所述固态电石入口与所述固态电石出口相连；
磁选装置，所述磁选装置具有固体渣入口、硅铁出口和尾渣出口，所述固体渣入口与所述固体渣出口相连，所述尾渣出口与所述混料装置相连。
由此，根据本实用新型实施例的联产乙炔和硅铁的系统通过将铁质原料与碳基原料、钙基原料混合成型后供给至热解装置中进行热解，添加的铁质原料可以增加混合物料的导热系数，从而增强混合球团在热解过程中的传热能力，进而促进热解反应的进行，同时因铁质原料中混杂有二氧化硅，钙基原料和碳基原料中也含有杂质二氧化硅，在冶炼装置中，混合物料中的碳元素会还原铁质原料中铁的氧化物，将铁的氧化物还原为单质铁，单质铁与混合物料中的二氧化硅原料发生反应，生成硅铁。由此，该系统可以同时制备得到乙炔和硅铁，并且过程投资小、能耗低，有利于提高整个系统的经济性。
另外，根据本实用新型上述实施例的联产乙炔和硅铁的系统，还可以具有如下附加的技术特征：
任选的，所述热解装置为旋转床热解炉。由此，可以避免产生二次污染物，同时达到较高的热解速率。
任选的，所述冶炼装置为密闭电石炉。由此，有利于提高硅铁和乙炔的生产效率。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一个实施例的联产乙炔和硅铁的系统结构示意图；
图2是根据本实用新型再一个实施例的联产乙炔和硅铁的系统实施联产乙炔和硅铁的方法流程示意图；
图3是根据本实用新型又一个实施例的联产乙炔和硅铁的系统结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种联产乙炔和硅铁的系统。根据本实用新型的实施例，参考图1，该系统包括：混料装置100、成型装置200、热解装置300、冶炼装置400、冷却装置500、乙炔发生装置600和磁选装置700。
根据本实用新型的实施例，混料装置100具有铁质原料入口101、钙基原料入口102、碳基原料入口103和混合物料出口104，且适于将铁质原料、钙基原料与碳基原料进行混合，以便得到混合物料。由此，有利于增加铁质原料、钙基原料与碳基原料三者之间的接触面积，从而提高后续乙炔和硅铁的生产效率。
根据本实用新型的一个实施例，铁质原料、钙基原料与碳基原料的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，可以将铁质原料、钙基原料与碳基原料按照质量比为(0.2～1)：(0.6～1.2)：(0.8～1.8)进行混合。发明人发现，若铁质原料添加量过高，则由于混合原料中Si含量不足，造成原料和能量浪费，若铁质原料添加量过低，无法完全脱除原料中的杂质Si；而钙基原料添加量过高，则原料中C含量不足，电石品质差，同时会带入过多的Si，影响脱除效果；若钙基原料添加量过低，则原料中C富余，影响电石品质、产量，并造成碳基原料的浪费和能量浪费；若碳基原料添加量过高，则钙基原料不足，影响电石品质，并造成碳基原料的浪费和能量浪费，若碳基原料添加量过低，则钙基原料反应不充分，影响电石品质。
根据本实用新型再一个实施例，铁质原料的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，铁质原料可以为选自铁矿粉、钢屑和铁精粉中的至少一种。发明人发现，通过将该类型的铁质原料与碳基原料和钙基原料混合，可以显著提高后续热解反应的反应速率，并且可以实现在生产乙炔的同时得到硅铁。
根据本实用新型又一个实施例，钙基原料并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，钙基原料可以为选自石灰、石灰石和电石渣中的至少一种。由此，可显著提高所得乙炔和硅铁的生产效率以及品位。
根据本实用新型又一个实施例，碳基原料并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，碳基原料可以为选自原煤、焦炭和兰炭中的至少一种。由此，可进一步提高所得乙炔和硅铁的生产效率以及品位。
根据本实用新型的实施例，成型装置200具有混合物料入口201和混合球团出口202，混合物料入口201与混合物料出口104相连，且适于将混合物料进行成型处理，以便得到混合球团。由此，有利于提高铁质原料、钙基原料和碳基原料三者之间的接触面积，从而提高混合球团在后续热解装置中热解反应的速率。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对所得混合球团的形状以及大小进行选择。
根据本实用新型的实施例，热解装置300具有混合球团入口301、热解油气出口302和热解固体产物出口303，混合球团入口301与混合球团出口202相连，且适于将混合球团进行热解处理，以便得到热解油气和热解固体产物。由此，可除去混合球团中的有机挥发分和油分，有利于后续硅铁和乙炔的生产。
根据本实用新型的一个实施例，热解装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，热解装置可以为旋转床热解炉。由此，可以避免产生二次污染物，同时达到较高的热解速率。
根据本实用新型的再一个实施例，热解处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，热解处理的温度可以为600～900摄氏度，时间可以为40～80分钟。由此，可进一步提高热解反应的热解速率。
根据本实用新型的实施例，冶炼装置400具有热解固体产物入口401、液态电石出口402和冶炼尾气出口403，热解固体产物入口401与热解固体产物出口303相连，且适于将热解固体产物进行冶炼处理，以便得到液态电石和冶炼尾气。
根据本实用新型的一个实施例，冶炼装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，冶炼装置可以为密闭电石炉。由此，可进一步提高硅铁和乙炔的生产效率。
具体的，来自热解装置的热解固体产物，送至密闭电石炉中，由电极电弧加热，将物料温度升至1200℃左右时，原料中的C与原料中的铁氧化物发生氧化还原反应，生成单质铁，当物料温度达到1700℃左右时，铁与原料中的二氧化硅反应，生成硅铁，当物料温度升高至2000℃左右时，发生电石生成反应，生成电石，液态电石由炉底排出炉外，产出的尾气由炉顶排出，经净化除尘处理后排放。
根据本实用新型的实施例，冷却装置500具有液态电石入口501和固态电石出口502，液态电石入口501与液态电石出口402相连，且适于将液态电石进行冷却处理，以便得到固态电石。由此，可进一步提高乙炔的生产效率。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷却装置的具体类型进行选择。
根据本实用新型的实施例，乙炔发生装置600具有固态电石入口601、乙炔出口602和固体渣出口603，固态电石入口601与固态电石出口502相连，且适于将固态电石进行乙炔发生反应，以便得到乙炔和固体渣。具体的，在乙炔发生装置中向固态电石中加入水，电石遇水即发生反应产出乙炔，反应方程式如下：CaC2+2H2O＝Ca(OH)2+C2H2。
根据本实用新型的实施例，磁选装置700具有固体渣入口701、硅铁出口702和尾渣出口703，固体渣入口701与固体渣出口603相连，尾渣出口703与混料装置100相连，且适于将固体渣进行磁选处理，以便得到硅铁和尾渣，并将尾渣返回至混料装置中作为钙基原料使用。由此，实现了生产乙炔的同时联产硅铁的目的，且所得尾渣可作为钙基原料回用于整个系统，有利于提高整个系统的经济性。
根据本实用新型实施例的联产乙炔和硅铁的系统通过将铁质原料与碳基原料、钙基原料混合成型后供给至热解装置中进行热解，添加的铁质原料可以增加混合物料的导热系数，从而增强混合球团在热解过程中的传热能力，进而促进热解反应的进行，同时因铁质原料中混杂有二氧化硅，钙基原料和碳基原料中也含有杂质二氧化硅，在冶炼装置中，混合物料中的碳元素会还原铁质原料中铁的氧化物，将铁的氧化物还原为单质铁，单质铁与混合物料中的二氧化硅原料发生反应，生成硅铁。由此，该系统可以同时制备得到乙炔和硅铁，并且过程投资小、能耗低，有利于提高整个系统的经济性。
如上所述，根据本实用新型实施例的处理锌浸出渣的系统可具有选自下列的优点至少之一：
根据本实用新型实施例的联产乙炔和硅铁的系统通过将铁质原料与钙基原料和碳基原料进行混合，可以增加混合物料的导热系数，从而增加混合球团在热解过程中的传热效率，有利于提高热解反应的速率；
根据本实用新型实施例的联产乙炔和硅铁的系统由于混合物料中含有二氧化硅和铁质原料，在冶炼过程中混合物料中的碳元素会还原铁质原料中的铁的氧化物，将铁的氧化物还原为单质铁，单质铁再与混合物料中的杂质二氧化硅发生反应，生成硅铁。如此，一方面可副产硅铁，一方面可降低电石中杂质二氧化硅的含量；
根据本实用新型实施例的联产乙炔和硅铁的系统冶炼装置采用密闭电石炉，可以防止冶炼过程中被还原的铁进一步被氧化，从而保证了硅铁的生成。
根据本实用新型实施例的联产乙炔和硅铁的系统磁选处理之后的尾渣可作为钙基原料返回至混料装置中，有利于降低整个系统的原料成本。
为了方便理解，下面参考图2对采用本实用新型实施例的联产乙炔和硅铁的系统实施联产乙炔和硅铁的方法进行详细描述。根据本实用新型的实施例，该方法包括：
S100：将铁质原料、钙基原料与碳基原料供给至混料装置中进行混合
该步骤中，将铁质原料、钙基原料与碳基原料供给至混料装置中进行混合，以便得到混合物料。由此，有利于增加铁质原料、钙基原料与碳基原料三者之间的接触面积，从而提高后续乙炔和硅铁的生产效率。
根据本实用新型的一个实施例，在S100中，铁质原料、钙基原料与碳基原料的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，可以将铁质原料、钙基原料与碳基原料按照质量比为(0.2～1)：(0.6～1.2)：(0.8～1.8)进行混合。发明人发现，若铁质原料添加量过高，则由于混合原料中Si含量不足，造成原料和能量浪费，若铁质原料添加量过低，无法完全脱除原料中的杂质Si；而钙基原料添加量过高，则原料中C含量不足，电石品质差，同时会带入过多的Si，影响脱除效果；若钙基原料添加量过低，则原料中C富余，影响电石品质、产量，并造成碳基原料的浪费和能量浪费；若碳基原料添加量过高，则钙基原料不足，影响电石品质，并造成碳基原料的浪费和能量浪费，若碳基原料添加量过低，则钙基原料反应不充分，影响电石品质。
根据本实用新型再一个实施例，在S100中，铁质原料并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，铁质原料可以为选自铁矿粉、钢屑和铁精粉中的至少一种。发明人发现，通过将该类型的铁质原料与碳基原料和钙基原料混合，可以显著提高后续热解反应的反应速率，并且可以实现在生产乙炔的同时得到硅铁。
根据本实用新型又一个实施例，在S100中，钙基原料并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，钙基原料可以为选自石灰、石灰石和电石渣中的至少一种。由此，可显著提高所得乙炔和硅铁的生产效率以及品位。
根据本实用新型又一个实施例，在S100中，碳基原料并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，碳基原料可以为选自原煤、焦炭和兰炭中的至少一种。由此，可进一步提高所得乙炔和硅铁的生产效率以及品位。
S200：将混合物料供给至成型装置中进行成型处理
该步骤中，将混合物料供给至成型装置中进行成型处理，以便得到混合球团。由此，有利于提高铁质原料、钙基原料和碳基原料三者之间的接触面积，从而提高混合球团在后续热解装置中热解反应的速率。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对所得混合球团的形状以及大小进行选择。
S300：将混合球团供给至热解装置中进行热解处理
该步骤中，将混合球团供给至热解装置中进行热解处理，以便得到热解油气和热解固体产物。由此，可除去混合球团中的有机挥发分和油分，有利于后续硅铁和乙炔的生产。
根据本实用新型的一个实施例，热解装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，热解装置可以为旋转床热解炉。由此，可以避免产生二次污染物，同时达到较高的热解速率。
根据本实用新型的再一个实施例，热解处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，热解处理的温度可以为600～900摄氏度，时间可以为40～80分钟。由此，可进一步提高热解反应的热解速率。
S400：将热解固体产物供给至冶炼装置中进行冶炼处理
该步骤中，将热解固体产物供给至冶炼装置中进行冶炼处理，以便得到液态电石和冶炼尾气。由此，可进一步提高硅铁和乙炔的生产效率。
根据本实用新型的一个实施例，冶炼装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，冶炼装置可以为密闭电石炉。由此，可进一步提高硅铁和乙炔的生产效率。
具体的，来自热解装置的热解固体产物，送至密闭电石炉中，由电极电弧加热，将物料温度升至1200℃左右时，原料中的C与原料中的铁氧化物发生氧化还原反应，生成单质铁，当物料温度达到1700℃左右时，铁与原料中的二氧化硅反应，生成硅铁，当物料温度升高至2000℃左右时，发生电石生成反应，生成电石，液态电石由炉底排出炉外，产出的尾气由炉顶排出，经净化除尘处理后排放。
S500：将液态电石供给至冷却装置中进行冷却处理
该步骤中，将液态电石供给至冷却装置中进行冷却处理，以便得到固态电石。由此，可进一步提高乙炔的生产效率。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷却装置的具体类型进行选择。
S600：将固态电石供给至乙炔发生装置中进行乙炔发生反应
该步骤中，将固态电石供给至乙炔发生装置中，以便得到乙炔和固体渣。由此，可将固态电石中的乙炔充分回收，提高了整个系统的经济性。具体的，在乙炔发生装置中向固态电石中加入水，电石遇水即发生反应产出乙炔，反应方程式如下：CaC2+2H2O＝Ca(OH)2+C2H2。
S700：将固体渣供给至磁选装置中进行磁选处理，并将分离得到的尾渣返回至步骤S100
该步骤中，将固体渣供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到硅铁和尾渣，并将尾渣返回至S100中的混料装置中作为钙基原料使用。由此，实现了生产乙炔的同时联产硅铁的目的，且所得尾渣可作为钙基原料回用于整个系统，有利于提高整个系统的经济性。
方法通过将铁质原料与碳基原料、钙基原料混合成型后供给至热解装置中进行热解，添加的铁质原料可以增加混合物料的导热系数，从而增强混合球团在热解过程中的传热能力，进而促进热解反应的进行，同时因铁质原料中混杂有二氧化硅，钙基原料和碳基原料中也含有杂质二氧化硅，在冶炼过程中，混合物料中的碳元素会还原铁质原料中铁的氧化物，将铁的氧化物还原为单质铁，单质铁与混合物料中的二氧化硅原料发生反应，生成硅铁。由此，该方法可以同时制备得到乙炔和硅铁，并且过程投资小、能耗低，有利于提高整个系统的经济性。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
实施例
参考图3，将铁质原料(粉状的铁矿粉)与碳基原料(原煤)和钙基原料(石灰)按质量比为铁矿粉：原煤：石灰＝0.5：1.5：1进行混合得到混合物料，其中，铁矿粉的成分组成见表1，原煤的成分组成见表2，石灰的成分组成见表3；将上述混合物料供给至成型装置(对辊成型机)中挤压成型，得到混合球团；混合球团经输送装置送入热解装置(无热载体旋转床)中，无热载体旋转床采用蓄热式辐射管加热，无热载体旋转床内热解终温为650摄氏度，热解时间为45min，热解压力为200Pa，混合球团在无热载体旋转床内逐渐升温，至600摄氏度时发生热解反应，得到热解油气和热解固体产物，因混合球团中含有铁矿粉，可以增加混合物料的导热系数，从而增加混合球团在热解过程中的传热效率，有利于提高热解反应的速率，热解油气经开设在无热载体旋转床顶部的热解油气出口排出，所得的热解油气经冷凝净化分离后，热解气送入气柜储存，热解油直接售卖，热解所得的热解固体产物直接送至冶炼装置(密闭电石炉)中加热，将热解固体产物的温度逐渐升高至2000摄氏度，得到液态电石和冶炼尾气，在冶炼过程中混合物料中的碳元素会还原铁质原料中的铁的氧化物，将铁的氧化物还原为单质铁，单质铁再与混合物料中的杂质二氧化硅发生反应，生成硅铁，然后将上述所得的液态电石排出密闭电石炉外，经冷却装置后送入乙炔发生装置，冶炼尾气经冶炼装置上部排出，净化处理后送入气柜储存。所得的液态电石中含碳化钙60.74wt％，含硅铁约30wt％，发气量为226L/kg。冷却后所得的固态电石送至干法乙炔发生装置，产出乙炔和固体渣，乙炔经净化处理后送至储罐储存，固体渣送至磁选装置，经磁选后，获得硅铁副产物，提纯后的固体尾渣可返回至混合装置中作为钙基原料使用。
表1铁矿粉的成分组成
表2原煤的成分组成
项目 单位 数值 备注
全水 wt％ 11.9 收到基
固定碳 wt％ 50.3 干基
挥发分 wt％ 33.1 干基
灰分 wt％ 16.6 干基
表3石灰的成分组成
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实用新型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须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实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种联产乙炔和硅铁的系统，其特征在于，包括：
混料装置，所述混料装置具有铁质原料入口、钙基原料入口、碳基原料入口和混合物料出口；
成型装置，所述成型装置具有混合物料入口和混合球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；
热解装置，所述热解装置具有混合球团入口、热解油气出口和热解固体产物出口，所述混合球团入口与所述混合球团出口相连；
冶炼装置，所述冶炼装置具有热解固体产物入口、液态电石出口和冶炼尾气出口，所述热解固体产物入口与所述热解固体产物出口相连；
冷却装置，所述冷却装置具有液态电石入口和固态电石出口，所述液态电石入口与所述液态电石出口相连；
乙炔发生装置，所述乙炔发生装置具有固态电石入口、乙炔出口和固体渣出口，所述固态电石入口与所述固态电石出口相连；
磁选装置，所述磁选装置具有固体渣入口、硅铁出口和尾渣出口，所述固体渣入口与所述固体渣出口相连，所述尾渣出口与所述混料装置相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解装置为旋转床热解炉。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述冶炼装置为密闭电石炉。
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