一種熱解氣循環利用的電石的生產系統及方法與流程
2023-05-11 21:13:11 2
本發明總地涉及一種電石的生產系統及方法，具體涉及一種熱解氣循環利用的電石的生產系統及方法。
背景技術：
：碳化鈣俗稱電石,由焦炭和氧化鈣反應製得,是重要的煤化工產品及基礎化工原料,主要用於生產乙炔及乙炔基化工產品，包括氯乙烯系列、醋酸乙烯系列和丙烯酸基等系列產品。電石對我國國民經濟發展具有十分重要的作用，近十年來電石產量不斷增加。儘管電石工業的發展已有多年的歷史,但目前電石的生產工藝仍然主要採用電弧加熱的方法，即通過電弧爐產生高溫以提供熱量來生產電石。利用電弧爐是利用電能生產電石。其具體生產過程是通過電爐上端的入口或管道將混合料加入電爐內，原料在開放或密閉的電爐中加熱至2200℃左右，在高溫下反應生成碳化鈣(電石)。熔化了的電石，從出料口排出，進入電石鍋冷卻。電石經冷卻破碎後作為成品包裝。反應中生成的一氧化碳則依電石爐的類型以不同方式排出。該技術的缺點是：需要利用高價的塊狀焦炭和石灰作為原料；利用電能發熱，電耗高，能耗成本高；由於電弧幾乎在電弧爐的中心位置，單位爐容利用效率有限，產量低；產生的高溫煙氣由於量比較少，每噸電石約產生400m3,相關熱能難以回收。目前氧熱法生產電石的方法是將塊狀含鈣原料和含碳原料在上段豎爐預熱至800-1300℃後，再使之進入下段電弧爐內。在電弧爐內由氧氣和煤粉噴吹燃燒與電極複合供熱使溫度升至1700-2200℃，電石原料反應生成高品位電石。產生的電石爐氣經除塵淨化後由燃氣輪機燃燒以驅動發電機發電，廢氣顯熱由余熱鍋爐回收。該技術的缺點是:需要利用高價的塊狀焦炭和石灰作為原料。現在氧熱法的主要問題是沒有解決塊狀料反應存在的問題，即由於塊狀原料比表面積小，使得原料需在較高溫度才能完成反應，因而造成系統的生產能耗高。目前氧熱法的生產原料仍然為價格比較高的塊狀焦炭和石灰石，沒有有效地降低原料成本。此外，熱解產生的熱解氣沒有得到有效的利用。因此，為了能直接利用低成本的石灰石粉和低階煤粉生產電石，並能控制原料的輸送速度和停留的時間，保證原料的反應效果，有效利用熱解氣，有必要提出一種新的電石的生產系統及方法。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種熱解氣循環利用的電石的生產系統及方法，使得該工藝能夠直接利用石灰石粉、煤粉等粉料在爐中完成反應，並能控制原料的輸送速度和停留時間，以保證原料的反應效果。本發明提供了一種熱解氣循環利用的電石的生產系統，所述系統包括可調節式熱解爐、氧熱法電石爐、氧槍和天然氣-氧氣噴槍，其中，所述可調節式熱解爐包括石灰石粉入料口、煤粉入料口、下料口、煙氣入口和熱解氣出口，所述石灰石粉入料口、所述煤粉入料口和所述熱解氣出口設於所述可調節式熱解爐的上部，所述下料口和煙氣入口設於所述可調節式熱解爐的下部；所述可調節式熱解爐的爐膛內設有可調節傾角的擋板，所述擋板設於所述石灰石粉入料口和所述煤粉入料口之下、所述下料口和所述煙氣入口之上；所述擋板與所述可調節式熱解爐的內壁留有間隙，所述擋板上布置有小孔；所述擋板由穿過所述可調節式熱解爐爐壁的轉軸支撐於所述可調節式熱解爐上；所述氧熱法電石爐包括入料口、煙氣出口和出料口，所述入料口連通所述可調節式熱解爐的下料口，所述煙氣出口連通所述可調節式熱解爐的煙氣入口；所述氧槍的噴槍頭設於所述氧熱法電石爐內，所述氧槍自所述氧熱法電石爐的爐頂伸入所述氧熱法電石爐內；所述天然氣-氧氣噴槍的噴槍頭設於所述氧熱法電石爐內，所述天然氣-氧氣噴槍自所述氧熱法電石爐的爐頂伸入所述氧熱法電石爐內；所述天然氣-氧氣噴槍的天然氣管道通過加壓裝置與所述可調節式熱解爐的熱解氣出口相連。上述的系統，所述可調節式熱解爐的爐膛內從上到下依次設有多個具有所述傾角的擋板，相鄰所述擋板的傾角相對所述可調節式熱解爐的豎直中心線對稱布置。上述的系統，所述擋板與水平面的夾角可調節為30°-60°；所述擋板上的小孔直徑為10mm-30mm。上述的系統，所述可調節式熱解爐為方形爐，所述擋板沿所述傾角的傾斜方向上的長度為所述可調節式熱解爐邊長的0.5-0.95倍，相鄰所述擋板的旋轉軸在所述可調節式熱解爐的豎直方向的距離為所述可調節式熱解爐邊長的0.2-1.5倍。上述的系統，所述擋板的材質為耐熱不鏽鋼；所述擋板與所述可調節式熱解爐的連接處設有密封裝置；所述轉軸上設有旋轉驅動杆。上述的系統，所述氧熱法電石爐的煙氣出口通過高溫煙氣管道連通所述可調節式熱解爐的煙氣進口。上述的系統，所述氧熱法電石爐的入料口設有雷達料位計或電容料位計；所述可調節式熱解爐的石灰石粉入料口連有石灰石粉調速給料機，所述可調節式熱解爐的煤粉入料口連有煤粉調速給料機。上述的系統，所述氧槍的結構為套筒式水冷噴槍，所述氧槍的噴槍頭的材質為銅，所述氧槍的套筒內層為氧氣噴吹層，最外側為冷卻循環水層；所述氧氣噴吹層的氧氣進口連接有氧氣管道。本發明提供了一種利用上述系統進行電石的生產方法，所述方法包括步驟：將石灰石粉和煤粉送入所述可調節式熱解爐進行反應與熱解，得到生石灰粉與焦炭；將所述生石灰粉與焦炭送入所述氧熱法電石爐，使所述氧槍向所述氧熱法電石爐噴吹氧氣，使所述天然氣-氧氣噴槍向所述氧熱法電石爐噴吹天然氣和氧氣，氧熱法生成電石；將所述氧熱法電石爐產生的高溫煙氣通入所述可調節式熱解爐；將所述可調節式熱解爐內產生的熱解氣經加壓後通入所述天然氣-氧氣噴槍的天然氣管道內。上述的方法，所述方法還包括步驟：通過調速給料機調節速度以控制所述石灰石粉和煤粉的送入量；從所述可調節式熱解爐的熱解氣中提取可燃氣或油；通過調節所述可調節式熱解爐內擋板的傾角以控制石灰石粉與煤粉的下滑速度；通過調節所述石灰石粉和煤粉在所述可調節式熱解爐內的停留時間以控制所述石灰石粉的反應程度；通過在所述氧熱法電石爐的入料口檢測料位後進一步控制所述石灰石粉和煤粉的給料速度來調節石灰石粉和煤粉的送入量，以防止所述下料口堵塞。本發明的有益效果在於，本工藝利用石灰石和煤粉生產電石，大幅度降低了原材料的成本。本發明的可調節式熱解爐可以方便地控制原料在爐內的反應時間，可以保證原料反應的程度和效率。本發明利用泡沫渣解決了電石生產中的粉料問題，利用粉料生產電石，降低了反應溫度，減少了能耗。本發明將熱解產生的天然氣經過加壓循環送入電石爐燃燒，為反應提供了熱量。在本發明中，在可調節式熱解爐中的石灰促進了煤的熱解反應，同時煤粉又可以把生產石灰產生的CO2還原成CO，使得最終出口輸出為可燃氣體，方便進一步加以利用。此外，還可從熱解煙氣中提取可燃氣或油以產生新的效益。附圖說明圖1為本發明實施例的系統結構簡圖；圖2為本發明實施例的可調節式熱解爐內部擋板正視圖結構示意圖；以及圖3為圖2中可調節式熱解爐內部擋板的A向結構示意圖。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以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。下面將結合附圖1對本發明的實施例作進一步的詳細描述。本實施例的熱解氣循環利用的電石的生產系統包括:1、石灰石粉料鬥；2、調速給料機；3、可調節式熱解爐；4、擋板；5、氧氣管道；6、氧槍；7、氧熱法電石爐；8、出料口；9、天然氣-氧氣噴槍；10、氧氣管道；11、天然氣管道；12、高溫煙氣管道；13、加壓裝置；14、排氣管道；15、調速給料機；16、煤粉料鬥。其中，石灰石粉料鬥1、煤粉料鬥16、調速給料機2和15等可根據實際需要設置或更換為其它裝置。所述可調節式熱解爐3包括石灰石粉入料口、煤粉入料口、下料口、煙氣入口和熱解氣出口。所述石灰石粉入料口、所述煤粉入料口和熱解氣出口設於所述可調節式熱解3爐的上部，所述下料口和煙氣入口設於所述可調節式熱解爐3的下部。所述可調節式熱解爐3的爐膛內設有可調節傾角的擋板4，所述擋板4設於所述石灰石粉入料口、所述煤粉入料口和熱解氣出口之下、所述下料口和所述煙氣入口之上。所述擋板4與所述可調節式熱解爐3的內壁留有間隙，所述擋板4上布置有小孔。所述擋板4由穿過所述可調節式熱解爐3爐壁的轉軸41支撐於所述可調節式熱解爐3上。所述氧熱法電石爐7包括入料口、煙氣出口和出料口8。所述入料口連通所述可調節式熱解爐3的下料口，所述煙氣出口連通所述可調節式熱解爐3的煙氣入口。所述氧槍6的噴槍頭設於所述氧熱法電石爐7內，所述氧槍6自所述氧熱法電石爐7的爐頂伸入所述氧熱法電石爐7內。所述可調節式熱解爐3的爐膛內從上到下依次設有多個具有所述傾角的擋板4，相鄰所述擋板4的傾角相對所述可調節式熱解爐3的豎直中心線對稱布置。料鬥內0-1mm的石灰石粉和0-2mm的煤粉通過封閉式調速給料機下到可調節式熱解爐3，調速給料機可設計為螺旋調速給料機，在給料的同時保證可調節式熱解爐3和原料料鬥之間的密封。給料機的給料速度根據氧熱法電石爐7內的反應速度控制，反應速度較快，給料速度增加，反之則減少。石灰石粉和煤粉的比例根據生成物的成分調節控制，如果電石中CaO含量高，則增加碳的比例，反之則減少。物料下降的速度可由擋板4的角度控制，角度大，下降速度快，爐內停留時間短；角度小，下降速度慢，爐內停留時間長。調節的依據可根據氧熱法電石爐7的出口溫度而定，一般出口溫度在1500℃-1100℃之間。出口溫度高，停留時間短，反之則停留時間長。擋板4的設計原則是物料路徑最長原則，同時又要保證對可調節式熱解爐3內的煙氣阻力不能太大。根據以上原則，同時根據擋板4和原料粉的摩擦係數，對於正方形的熱解爐，設計擋板4沿所述傾角的傾斜方向上的長度為熱解爐邊長的0.5-0.95倍，優選為0.75倍左右。相鄰擋板的旋轉軸之間的高度差為熱解爐邊長的0.2-1.5倍，優選為0.5倍左右。擋板4與水平面的夾角的調節範圍確定為30°-60°。具體實例的結構與尺寸見圖2和圖3所示。圖中的具體結構與尺寸只是示例性說明。當然熱解爐還可是別的形狀如圓形。當熱解爐是別的形狀時，也是按照物料路徑最長原則及考慮對直接熱解爐內的煙氣阻力不能太大，來設計擋板的結構與布置形式。例如，當擋板4與水平面的夾角為36°時，料流的總路程為熱解爐高度的2.1倍左右。由於摩擦力和碰撞的影響，物料下落由自由落體運動變成了低速往復下滑運動，與全程為自由下落的情況(未設置擋板)相比，原料粉下落時間是自由下落時間的5-12倍。以上具體參數可根據熱解爐內的風速和原料粉的粒度範圍做適當調整。擋板4的材質為耐熱不鏽鋼。擋板布置有直徑10mm-30mm的小孔，高溫氣體由熱解爐的下方流過小孔及熱解爐與擋板4之間的間隙向上流動，以保證原料粉和高溫氣體的接觸。擋板4具有可使擋板活動的轉軸41以及與可調節式熱解爐3之間的密封裝置。可在擋板4上設加強筋42以保障擋板4的強度與剛度。擋板4的轉動可手工轉動也可機器帶動，在擋板4上可設計有旋轉驅動杆43。原料粉和可調節式熱解爐3內的高溫氣體逆向流動。石灰石粉在高溫條件下反應生成CaO和CO2，煤粉在高溫下發生熱解反應，生成焦炭和熱解氣。生成的氣體隨高溫煙氣排出，進入後期處理系統。熱解產生的熱解蒸汽經過冷凝、淨化得到高品質的油、氣產品。生成的CaO和碳粉進入後續的氧熱法電石爐7內反應生成電石。原料粉在從可調節式熱解爐3上部到下部下落的過程中，逐步分級反應，通過調節在可調節式熱解爐3內的停留時間以控制反應程度。可調節式熱解爐3出口處的反應程度可達到95％左右。氧熱法電石爐7的進料口通過設置雷達料位計或電容料位計等設施感應下料情況，防止下料口堵塞。如果發現下料口集料太多，通過控制上部的給料速度來減少下料量，防止堵塞。氧槍6的結構為套筒式水冷噴槍，其中，中間噴吹氧氣，外側為冷卻循環水，氧槍頭部材質為銅製噴槍頭。所述天然氣-氧氣噴槍9的噴槍頭設於所述氧熱法電石爐7內，所述天然氣-氧氣噴槍9自所述氧熱法電石爐7的爐頂伸入所述氧熱法電石爐7內；所述天然氣-氧氣噴槍9的天然氣管道11通過加壓裝置13與所述可調節式熱解爐3的熱解氣出口相連。可調節式熱解爐3輸出的部分熱解氣從排氣管道14出來後經過加壓裝置13後，再經過天然氣-氧氣噴槍9循環進入氧熱法電石爐7內燃燒，為電石的生產提供輔助的熱量。在氧熱法電石爐7內，焦炭和生石灰粉進入氧熱法電石爐。碳粉在純氧條件下燃燒，同時碳粉和氧氣反應生成CO。利用生成的CO和部分熔劑使電石爐上部形成泡沫渣，利用泡沫渣捕捉石灰粉和碳粉，反應在泡沫渣內進行。碳粉一部分和氧氣反應提供熱量和反應需要的溫度，另一部分和CaO反應生成電石。反應完後通過出料口8間斷性排出。電石通過出料口8後再被排到電石鍋內冷卻。本發明可以利用石灰石粉和煤粉生產電石，大幅度降低了原材料的成本。本發明的可調節式熱解爐可以方便地控制原料在爐內的反應時間，可以保證原料反應的程度和效率。本發明利用泡沫渣解決了電石生產中的粉料問題，利用粉料生產電石，降低了反應溫度，減少了能耗。本發明將熱解產生的天然氣經過加壓循環送入電石爐燃燒，為反應提供了熱量。在可調節式熱解爐中，石灰促進了煤的熱解反應，同時煤粉又可以把生產石灰產生的CO2還原成CO，使得最終出口輸出為可燃氣體，方便進一步加以利用。此外，還可從熱解煙氣中提取可燃氣或油以產生新的效益。實施例石灰石粉和煤粉首先分別放入料鬥1和料鬥16，通過下部的調速給料機2和給料機15，按照一定的比例和速度送入可調節式熱解爐3。粉料在可調節式熱解爐內沿著擋板4下滑，同時在高溫煙氣的條件下反應，石灰石粉在高溫條件下反應生成CaO和CO2。煤粉在高溫下發生熱解反應，生成焦炭和熱解氣。部分生成的氣體隨高溫煙氣從排氣管道14排出，進入後期處理系統。碳粉和生石灰進入氧熱法電石爐7內反應。部分熱解氣通過加壓裝置13加壓後通過管道11進入天然氣-氧氣噴槍9，同時氧氣通過氧氣管道10同時進入天然氣-氧氣噴槍9，天然氣與氧氣在電石爐7內燃燒，為電石反應提供了輔助熱量。氧氣通過氧氣管道5進入氧槍6，在氧熱法電石爐7內和碳粉燃燒為電石反應提供主要熱量並使爐內溫度升溫。在高溫條件下，生石灰和碳粉反應生成電石，通過出料口8間歇排除。反應產生的高溫煙氣通過管道12進入可調節式熱解爐3。以下分步驟進行具體說明。首先把石灰石粉放入料鬥1。石灰石粒度範圍為0-1mm。經過可調節式熱解爐3高溫反應後生成生石灰粉，生石灰粉成分如下表：表1名稱CaO％MgO％活性度ml活性石灰≥90≤0.7≥300煤粉放入料鬥16，煤粉粒度為0-2mm，煤粉的成分如下表：表2組成，％固定碳揮發份灰分S煤粉65～7520～257～100.2～0.3煤粉在可調節式熱解爐3的高溫環境下熱解，生成焦炭和熱解氣，焦炭成分如下表：表3組成，％MadAadVadFCad碳粉0.507.555.0886.87焦炭和生石灰粉進入氧熱法電石爐7，碳粉在純氧條件下燃燒。控制爐內溫度在2000℃-2200℃之間，同時碳粉和氧氣反應生成CO，利用生成的CO和部分熔劑使電石爐上部形成泡沫渣，利用泡沫渣捕捉生石灰粉和碳粉，反應在泡沫渣內進行。形成的電石通過出料口排到電石鍋內冷卻。電石成分如下表：表4組成CaC2CaOSiO2MgOFe2O3+Al2O3C含量％85.39.52.10.351.451.2氧熱法電石爐7的煙氣出口溫度控制在1500℃左右，可調節式熱解爐3的熱解氣出口溫度為800℃左右。可調節式熱解爐熱解氣出口的熱解氣通過循環裝置重新進入氧熱法電石爐燃燒，提供反應需要的部分熱量。熱解氣成分如下表：表5成分H2CH4COCO2O2N2CnHm比例(V％)26271028126其中，表3中的Mad代表空氣乾燥基水分；Aad代表乾燥基灰分；Vad代表空氣乾燥基揮發分；FCad代表空氣乾燥基固定碳。由上述實施例可見，本發明的技術方案能有效將石灰石粉和煤粉生成電石，且合理利用了熱解氣。最後應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之中。當前第1頁1 2 3