一種熱解爐和電石爐聯用生產電石的系統及方法與流程

2023-06-18 05:36:26 1

本發明屬於電石生產領域，尤其涉及一種熱解爐和電石爐聯用生產電石的系統及方法。

背景技術：

電石的生產方法有氧熱法和電熱法兩種，目前工業上一般採用電熱法生產電石，即焦炭(C)和氧化鈣(CaO)在電石爐內，利用電弧高溫(＞2000℃)熔化反應而生成電石，電熱法製備電石的特點是採用塊狀原料進料和利用電能生產電石，它存在反應速率慢、反應時間長、反應溫度高，耗電量大，電石產量低、粉塵和尾氣治理困難的問題。正是由於傳統電石生產技術存在「高投入、高汙染、高電耗」的缺點，不符合節能減排和可持續發展的要求，因此其發展受限。

氧熱法是在氧的存在下使部分碳發生氧化反應放熱，產生的高溫熱量使剩餘碳和鈣發生反應生成電石，該法由於具有電能消耗小、反應時間短、反應溫度低、汙染小的優點逐漸被重視。

目前的氧熱法生產電石系統，使用的熱解單元和電石冶煉單元相對獨立，兩個單元之間沒有能量耦合，系統能耗大；熱解單元的半焦顯熱和氧熱法電石爐排出的高溫尾氣的顯熱沒有得到有效利用。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提出一種熱解爐和電石爐聯用生產電石的系統及方法，利用氧熱電石爐的尾氣顯熱為熱解爐提供熱量，降低了系統能耗，提高了能源利用率。

本發明的目的之一是提供一種熱解爐和電石爐聯用生產電石的系統，包括原煤破碎單元、熱解爐、原煤超細製備單元和電石爐；

所述原煤破碎單元包括顆粒煤出口和粉煤出口；

所述熱解爐包括高溫氣體入口、氣體分布器、原料入口和熱解料出口，所述氣體分布器設置在所述熱解爐內腔底部，所述氣體分布器包括多層布氣管網，各層布氣管網之間互相連通，所述布氣管網由相互交錯成網狀且互相連通的布氣管組成，所述布氣管下部設有布氣孔，所述高溫氣體入口設置在所述熱解爐底部的側壁上，與所述氣體分布器連通；

所述原煤超細製備單元包括粉煤入口和超細粉煤出口；

所述電石爐包括電石原料入口、氧氣入口、尾氣出口和電石出口；

所述顆粒煤出口連接所述熱解爐原料入口，所述熱解料出口連接所述電石原料入口，所述粉煤出口連接所述原煤超細製備單元的粉煤入口，所述超細粉煤出口連接所述電石爐氧氣入口，所述電石爐尾氣出口連接所述熱解爐高溫氣體入口。

進一步的，所述系統還包括石灰破碎單元，所述石灰破碎單元包括石灰出口，所述石灰出口連接所述熱解爐原料入口。

優選的，所述系統包括油水冷卻分離器，所述油水冷卻分離器包括熱解油氣入口、焦油出口和熱解氣出口，所述熱解爐進一步包括熱解油氣出口，所述熱解爐熱解油氣出口連接所述油水冷卻分離器熱解油氣入口。

所述熱解爐更進一步包括燃燒器。

具體的，所述氣體分布器的相鄰布氣管網水平面之間的距離為500mm～2000mm。

優選的，所述布氣管相互交錯成方格網狀。

進一步的，所述布氣管方格的邊距為300mm～600mm。

優選的，所述氣體分布器進一步包括布氣罩，所述布氣罩固定在所述布氣管上方。

本發明的另一目的是提供一種利用上述系統生產電石的方法，包括以下步驟：

A、將原料煤破碎至3mm以下；將直徑1～3mm的顆粒煤和破碎後的石灰送入所述熱解爐；將直徑＜1mm的粉煤送入所述原煤超細製備單元，獲得＜200μm的超細粉煤；

B、將所述顆粒煤和石灰在熱解爐中進行熱解，熱解溫度450～900℃，獲得高溫半焦和石灰；

C、將所述高溫半焦和石灰送入所述電石爐，在1700℃～2200℃的溫度下發生反應，獲得電石和高溫電石爐尾氣；將所述超細粉煤和氧氣混合後噴入電石爐，氧氣與煤粉在電石爐內發生氧化反應放熱，為電石爐提供熱量；

D、將所述高溫電石爐尾氣通入所述熱解爐的氣體分布器。

優選的，所述步驟B中的熱解爐還產生熱解油氣，將所述熱解油氣送入所述油氣冷卻分離器，獲得焦油和熱解氣。

本發明提供的熱解爐和電石爐聯用生產電石的系統和方法，將高溫半焦和預熱後的石灰直接熱送電石爐，同時，熱解爐利用電石爐的高溫尾氣作為熱源，實現了熱解爐和電石爐的能量耦合；合理利用了氧熱法的尾氣；超細煤粉燃燒快速放熱，保證電石爐溫度場的均勻。

附圖說明

圖1是本發明實施例熱解爐和電石爐聯用系統的示意圖；

圖2是本發明實施例的系統生產電石的方法流程圖。

圖中：

100-石灰破碎單元，101-石灰出口；

200-原煤破碎單元，201-顆粒煤出口，202-粉煤出口；

300-熱解爐，301-原料入口，302-熱解料出口，303-熱解油氣出口，304-高溫氣體入口，305-氣體分布器；

400-電石爐，401-電石原料入口，402-氧氣入口，403-尾氣出口，404-電石出口；

500-油氣冷卻分離器，501-熱解油氣入口，502-焦油出口，503-熱解氣出口；

600-原煤超細製備單元，601-粉煤入口，602-超細粉煤出口。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

如圖1所示，一方面，本發明實施例提供一種熱解爐和電石爐聯用生產電石的系統，包括石灰破碎單元100、原煤破碎單元200、熱解爐300、電石爐400、油氣冷卻分離器500、原煤超細製備單元600。

石灰破碎單元100包括石灰出口101，石灰出口101連接熱解爐原料入口301。石灰破碎單元100用於將石灰破碎至合適的大小，送入熱解爐。

原煤破碎單元200包括顆粒煤出口201和粉煤出口202。原煤破碎單元200用於將原料煤的破碎到粒徑不大於3mm。1～3mm的顆粒煤通過顆粒煤出口201供給熱解爐使用，顆粒直徑＜1mm的粉煤通過粉煤出口202供給原煤超細製備單元。顆粒煤出口201接熱解爐原料入口301，粉煤出口202連接原煤超細製備單元的粉煤入口601。

熱解爐300包括原料入口301、熱解料出口302、熱解油氣出口303、高溫氣體入口304、氣體分布器305。

原料入口301位於熱解爐的頂部，便於熱解原料進入熱解爐的爐腔。

熱解料出口302位於熱解爐的底部，熱解爐為下行熱解爐，熱解原料在熱解爐中逐步下降。煤熱解後生成半焦和熱解油氣，半焦通過熱解料出口302排出熱解爐。熱解料出口302連接電石原料入口401。

熱解油氣出口303位於熱解爐上部的側壁上，用於收集熱解產生的熱解油氣。熱解爐熱解油氣出口303連接油水冷卻分離器熱解油氣入口501。

高溫氣體入口304設置在熱解爐底部的側壁上，用於高溫氣體的進入。高溫氣體入口304與氣體分布器305連通。

氣體分布器305設置在熱解爐300的內腔底部。氣體分布器305包括多層布氣管網，各層布氣管網之間互相連通，布氣管網由相互交錯成網狀且互相連通的布氣管組成，布氣管下部設有布氣孔。

本發明實施例中，氣體分布器305的相鄰布氣管網水平面之間的距離為1000mm。相鄰布氣管網之間的距離根據實際使用中物料的不同，熱解爐型號的大小可適當調整，優選的相鄰布氣管網之間的距離為500mm～2000mm。

進一步的，布氣管相互交錯成方格網狀。方格的網狀布氣管更有利於物料的均勻受熱，增加氣體與固體物料接觸的均勻性。布氣管方格的邊距為500mm，在實際使用中，根據實際要求布氣管方格的邊距優選為300mm～600mm。

布氣管的上方設有布氣罩。布氣罩為三角板，扣在布氣管上，起到保護布氣管道不會摩擦受損，有利於熱解物料分布的作用。

採取原料煤和石灰一同進入熱解爐，有兩個好處。其一，利用了石灰的催化效果，增加氣體產量，尤其甲烷氣和氫氣的含量，甲烷氣可直接分離做天然氣產品。氫氣可以和電石爐尾氣中的一氧化碳氣體作為下遊化工合成原料氣。其二，石灰在預熱爐中與電石氣和蓄熱式輻射管燃燒器換熱後，與熱解後的高溫半焦產品直接進入氧熱電石爐，降低了電石爐的氧氣和煤消耗量。

熱解爐300進一步包括蓄熱式輻射管燃燒器。熱解爐採用氧熱電石爐尾氣作為熱載體加熱為主，蓄熱式輻射管燃燒器加熱為輔。這樣設置有兩個好處，其一，氧熱電石爐尾氣80％以上為一氧化碳、氫氣等有效氣體組分，作為熱解爐熱載體，沒有混入惰性氣體，熱解氣純度高、品質好，可作為燃料和化工原料；其二採用蓄熱式輻射管燃燒器為輔，可實現煙氣和熱解氣的隔絕，獲得的熱解氣純度高、品質好，同時蓄熱式輻射管燃燒器可靈活布置，作為輔助供熱，可實現熱解爐的溫度場調配。

電石爐400包括電石原料入口401、氧氣入口402、尾氣出口403和電石出口404。電石爐400用於利用氧熱發將熱解爐排出的高溫半焦和石灰反應，產生電石。

尾氣出口403連接熱解爐的高溫氣體入口304。電石爐產生的高溫尾氣作為熱解爐的熱載體送入熱解爐。

油水冷卻分離器500包括熱解油氣入口501、焦油出口502和熱解氣出口503。油水冷卻分離器500可將熱解油氣分離為焦油和熱解氣，用於後續的生產。

原煤超細製備單元600包括粉煤入口601和超細粉煤出口602。原煤破碎單元產生的粒徑小於1mm的粉煤通過粉煤入口601進入原煤超細製備單元600。超細粉煤出口602連接電石爐氧氣入口402。原煤超細製備單元生產的超細粉煤和氧氣混合後噴入電石爐，燃燒放熱，為電石生產提供熱量。

採用氧氣作為載氣，輸送超細煤粉，由電石爐側壁中部噴入電石爐，可實現超細煤粉的快速氧化放熱，同時採用可霧化易分散的超細粉煤噴入方式氧化提供熱量，可實現氧熱電石爐的溫度場均勻。

如圖2所示，另一方面，本發明實施例提供一種利用上述系統生產電石的方法，包括以下步驟：

1、將原料煤破碎至3mm以下；將直徑1～3mm的顆粒煤和破碎後的石灰送入熱解爐；將直徑＜1mm的粉煤送入原煤超細製備單元，獲得＜200μm的超細粉煤。

2、將顆粒煤和石灰在熱解爐中進行熱解，熱解溫度450～900℃，獲得高溫半焦和石灰及熱解油氣。

3、將高溫半焦和石灰送入電石爐，在1700℃～2200℃的溫度下發生反應，獲得電石和高溫電石爐尾氣；將超細粉煤和氧氣混合後噴入電石爐，氧氣與煤粉在電石爐內發生氧化反應放熱，為電石爐提供熱量。

4、將高溫電石爐尾氣通入熱解爐的氣體分布器，為熱解反應提供熱能。

5、將熱解油氣送入油氣冷卻分離器，獲得焦油和熱解氣。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發明而非限制本發明的範圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下對本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的範圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數形式出現的詞包括複數形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那麼任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。