一種處理煤粉和鈣基原料的系統和方法與流程

2024-02-24 05:20:15

本發明屬於化工技術領域，尤其涉及一種處理煤粉和鈣基原料的系統和方法。

背景技術：

煤加氫氣化是指使原煤粉與含氫反應氣體在高溫、高壓條件下(800℃～1000℃，3MPa～8MPa)反應生成富含甲烷的氣體以及輕質油品的過程。與傳統的煤氣化相比，煤加氫氣化具有工藝簡單、熱效率高、汙染小的特點，因而受到廣泛地關注和應用。但是，氫氣的價格昂貴，因此尋找氫氣的可替代氣氛成為許多研究者的關注點。

現有技術報導，粉狀的中低階煤與粉狀生石灰混合壓球後經預熱爐熱解可得高溫活性球團，直接熱送進電石爐進行電石生產。在該工藝中，原料為粉狀的中低階煤和粉狀生石灰、混合球團在預熱爐中的熱解屬於無熱載體熱解、高溫球團的輸送屬於高溫密閉輸送，因此可極大的降低電石生產的原料成本、提高熱解氣的品質和系統的熱效率、降低生產能耗。值得關注的是，氧化鈣與煤在預熱爐內共熱解時，氧化鈣作為催化劑可極大的提高熱解氣中的氫氣含量高，達50v％以上，若能將煤與生石灰混合熱解產生的熱解氣作為煤粉加氫氣化的氫氣來源，可極大的降低煤加氫氣化的成本。

技術實現要素：

本發明的目的是將煤粉與鈣基原料混合型球在預熱爐內熱解產生的油氣產品以及熱解固體在高溫下直接利用，以提高系統的熱利用率。

為實現上述目的，本發明提出了一種處理煤粉和鈣基原料的系統，包括熱解單元、氣體淨化單元、加氫氣化單元以及電石冶煉單元；其中，

所述熱解單元包括煤粉與鈣基原料混合型球入口、荒煤氣出口和熱解固體球團出口，所述熱解單元用於煤粉與鈣基原料混合型球的高溫熱解；

所述氣體淨化單元包括荒煤氣入口和淨煤氣出口，所述荒煤氣入口和所述荒煤氣出口相連，所述氣體淨化單元用於對荒煤氣除塵、並使荒煤氣中的焦油催化裂解；

所述加氫氣化單元包括煤粉噴嘴、淨煤氣噴嘴、焦渣出口以及油氣出口，所述淨煤氣噴嘴和所述淨煤氣出口相連，在所述加氫氣化單元，所述淨煤氣作為氫源與煤發生加氫氣化反應；

所述電石冶煉單元包括高溫固體球團入口、電石爐氣出口和電石出口，所述高溫固體球團入口和所述熱解固體球團出口相連，所述電石冶煉單元用於對熱解產生的高溫固體球團進行冶煉。

進一步地，所述系統還包括煤粉與鈣基原料預處理單元，所述煤粉與鈣基原料預處理單元包括煤粉與鈣基原料入口和煤粉與鈣基原料混合型球出口，所述煤粉與鈣基原料混合型球出口和所述煤粉與鈣基原料混合型球入口相連，所述煤粉與鈣基原料預處理單元用於將煤粉與鈣基原料進行處理得到煤粉與鈣基原料混合型球。

進一步地，所述熱解單元使用的裝置為無熱載體蓄熱式預熱爐。

所述無熱載體蓄熱式預熱爐中設置有上下兩層蓄熱式輻射管，平行均勻分布在料層的上方和下方，且相鄰的上層輻射管與下層輻射管錯開分布。

所述氣體淨化單元使用的裝置為淨化反應器。

所述加氫氣化單元使用的裝置為氣化爐。

所述電石冶煉單元使用的裝置為電石爐。

進一步地，所述淨化反應器內部有設在最下層的氣體分布器以及從下往上依次排列的過濾層和焦油催化裂解催化劑層。

具體地，所述過濾層為陶瓷過濾板，用於除去所述荒煤氣中的灰塵以及蓄熱。

所述焦油催化裂解催化劑層為CaO，用於將所述荒煤氣中的焦油充分催化獲取熱解氣以及輕質焦油。

優選地，所述淨煤氣噴嘴個數為偶數個，對稱排列在所述煤粉噴嘴的四周。

進一步地，所述系統還包括保溫輸送裝置，所述高溫固體球團入口通過所述保溫輸送裝置與所述熱解固體球團出口相連；所述高溫輸送裝置為保溫桶或保溫鏈板。

本發明還提供一種對煤粉和鈣基原料進行處理的方法，其特徵在於，包括步驟：

A.熱解：將所述煤粉與鈣基原料混合型球送入所述熱解單元進行高溫熱解，得到煤熱解產物荒煤氣及高溫固體球團；

B.氣體淨化：將所述荒煤氣送入所述氣體淨化單元，經過過濾、焦油催化裂解得到所述淨煤氣；

C.加氫氣化：在所述加氫氣化單元以所述淨煤氣作為氫源與煤發生加氫氣化反應，得到富甲烷氣和輕質焦油；

D.電石生產：在所述電石冶煉單元將熱解產生的所述高溫固體球團進行冶煉，得到液態電石及電石爐氣。

進一步地，所述方法還包括，預處理：在所述煤粉與鈣基原料預處理單元將所述煤粉與所述鈣基原料進行破碎篩分，然後與粘結劑混合併壓製成型得到所述煤粉與鈣基原料混合型球。

具體地，將所述熱解單元的熱解溫度控制在800-1000℃，熱解時間為15-30min。所述焦油催化裂解催化劑層的焦油催化裂解溫度為700-900℃。

作為優選的實施方案，將所述煤粉與鈣基原料混合型球中煤粉破碎粒度控制為<1mm。所述鈣基原料破碎粒度控制為<3mm。所述粘結劑的加入量為混合物料的1.0wt％-10.0wt％。所述鈣基原料與所述煤粉的加入質量比為0.8-1.2:1。

具體地，將所述加氫氣化單元反應溫度控制為800-1000℃，氣化時間小於2s。

作為優選的實施方案，所述電石冶煉單元反應溫度為1800-2200℃。

本發明將煤與鈣基原料混合球團熱解與煤加氫氣化和電石生產工藝相耦合，利用煤與鈣基原料在預熱爐中共熱解所得熱解氣品質高、含氫量高的優勢，在生產電石的同時，可作為煤加氫氣化的氫氣來源，降低了氫氣來源的成本，並利用高溫熱解氣的顯熱，提高了系統熱效率。

採用本發明的系統和方法，取得了以下效果：

(1)採用無熱載體蓄熱式預熱爐進行熱解，不僅可以提高熱利用率，還可提高熱解氣體的品質；

(2)預熱爐熱解產生的荒煤氣直接輸入氣體淨化單元，利用其部分顯熱將其中攜帶的焦油在催化劑作用下裂解為氣體及輕質焦油，提高產品的附加值；並再次在高溫下送入加氫氣化爐，充分利用荒煤氣的顯熱；

(3)氣體淨化單元的焦油裂解催化劑床層(CaO床層)在淨化氣體後可直接回用，作為混料球團的原料，避免產生固廢，並再次熱解，將粘附在床層的焦油等再次裂解，避免浪費；

(4)熱解產生的荒煤氣經高溫淨化後直接作為加氫熱解單元的氫氣來源，不僅降低了氫源的成本，還可減少氫氣的預熱，降低加氫單元的反應能耗；

(5)熱解產生的高溫固體球團經密閉保溫輸送裝置，直接入電石爐，可充分利用熱解固體的顯熱，進一步降低電石生產的能耗。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是本發明的生產工藝流程圖；

圖2是本發明的生產系統示意圖。

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。

本發明提出了一種煤熱解、加氫氣化及電石生產耦合的方法，如圖1，包括以下步驟：

第一步：煤粉與鈣基原料混合球團熱解：即將煤粉與鈣基原料混合球團通過皮帶輸送機送入預熱爐，高溫熱解得到煤熱解產物荒煤氣及高溫固體球團；其中，熱解反應器為無熱載體蓄熱式預熱爐；熱解溫度為800-1000℃，熱解時間為15-30min；

所述煤粉與鈣基原料混合型球的製備方法如下：首先將中低階煤與鈣基原料進行破碎篩分，將中低階煤破碎至<1mm；鈣基原料破碎至<3mm；然後將煤粉、鈣基原料及粘結劑混合，並壓製成型；粘結劑的加入量為混合物料1.0wt％-10.0wt％；鈣基原料與煤粉的加入質量比為0.8-1.2:1；

第二步：荒煤氣淨化：熱解產生的荒煤氣進入氣體淨化單元，經過固體床層過濾、焦油催化裂解得到淨煤氣；所述焦油催化裂解催化劑床層為CaO；焦油催化裂解的溫度為700-900℃；

第三步：煤加氫氣化：以淨化單元送來的淨煤氣作為氫源，與煤粉發生加氫氣化反應，得到富甲烷氣和輕質焦油。加氫氣化的反應器為氣化爐；氣化溫度為800-1000℃；氣化時間小於2s；

第四步：電石生產：預熱爐熱解產生的高溫固體球團經保溫密閉輸送裝置送入電石爐，在電石爐內加熱到1800-2200℃，冶煉製得液態電石及電石爐氣。

本發明提出了一種煤熱解、加氫氣化及電石生產耦合的系統，如圖2：

本發明所描述的電石生產系統由預熱爐熱解單元1、荒煤氣淨化單元2、煤加氫氣化單元3以及電石冶煉單元4組成。

預熱爐熱解單元的裝置可以是無熱載體蓄熱式預熱爐，包括煤粉與鈣基原料混合型球入口11、荒煤氣出口12和熱解固體球團出口13；所述煤粉與鈣基原料混合型球入口與型球輸送皮帶相連；

氣體淨化單元2的裝置可以是淨化反應器，設有荒煤氣入口21和淨煤氣出口25；所述荒煤氣入口21與預熱爐熱解單元1的荒煤氣出口12相連。所述淨化反應器內部設有氣體分布器22、以及從下往上依次排列的過濾層23和焦油催化裂解催化劑層24；所述過濾層為陶瓷過濾板，目的是除去荒煤氣中的灰塵並起到蓄熱的作用；所述焦油催化裂解催化劑層的目的是將荒煤氣中的焦油充分催化獲取熱解氣以及輕質焦油；

加氫氣化單元的裝置可以是氣化爐，設有煤粉噴嘴31、淨煤氣噴嘴32、焦渣出口33以及油氣出口34；所述淨煤氣噴嘴32與氣體淨化單元2的淨煤氣出口25相連；所述淨煤氣噴嘴個數為偶數，對稱排列在煤粉噴嘴31的四周，便於淨煤氣與煤粉進行充分的混合；

電石冶煉單元4的裝置可以是電石爐，設有高溫固體球團入口41、電石爐氣出口42和電石出口43；所述高溫固體球團入口41通過保溫輸送裝置與預熱爐熱解單元1的熱解固體球團出口13相連；所述高溫輸送裝置可以是保溫桶或保溫鏈板中的一種。

下面參考具體實施例，對本發明進行描述，需要說明的是，實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明。

實施例1

利用本發明的系統，先將中低階煤與石灰石進行破碎篩分，將中低階煤破碎至<1mm；石灰石破碎至<2mm；然後將煤粉、石灰石及粘結劑混合，並壓製成型，得到煤粉與石灰石混合型球；其中，粘結劑的加入量為混合物料1.0wt％，石灰石與煤粉的加入質量比為0.8:1。

然後將煤粉與石灰石混合型球用皮帶輸送機送入預熱爐熱解單元。混合球團在預熱爐內900℃下熱解20min，獲得荒煤氣和高溫固體球團；荒煤氣在高溫下直接輸送至淨化反應器，保持反應器內溫度為750℃，荒煤氣首先經過氣體分布器，以保證氣體在反應器內均勻分布，之後依次經過陶瓷過濾器進行淨化除塵和焦油催化裂解催化劑床層，獲得淨煤氣和輕質焦油；最後將該氣體通過淨煤氣噴嘴噴入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進行充分混合，並在850℃下進行加氫氣化反應，獲取富甲烷氣和輕質焦油，淨化分離後做進一步利用；預熱爐熱解單元獲取的高溫固體球團經密閉保溫輸送設備送入電石冶煉裝置，在1800℃下冶煉得到電石。

實施例2

本實施例與上述實施例1所用系統一樣，但工藝條件不同，如下所述。將中低階煤與生石灰進行破碎篩分，將中低階煤破碎至<1mm；電石渣破碎至<3mm；然後將煤粉、生石灰及粘結劑混合，並壓製成型，得到煤粉與生石灰混合型球；其中，粘結劑的加入量為混合物料10.0wt％，生石灰與煤粉的加入質量比為1.2:1。

然後將煤粉與生石灰混合型球用皮帶輸送機送入預熱爐熱解單元。混合球團在預熱爐內800℃下熱解15min，獲得荒煤氣和高溫固體球團；荒煤氣在高溫下直接輸送至淨化反應器，保持反應器內溫度為850℃，荒煤氣首先經過氣體分布器，以保證氣體在反應器內均勻分布，之後依次經過陶瓷過濾器進行淨化除塵和焦油催化裂解催化劑床層，獲得淨煤氣和輕質焦油；最後將該氣體通過淨煤氣噴嘴噴入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進行充分混合，並在800℃下進行加氫氣化反應，獲取富甲烷氣和輕質焦油，淨化分離後做進一步利用；預熱爐熱解單元獲取的高溫固體球團經密閉保溫輸送設備送入電石冶煉裝置，在2000℃下冶煉得到電石。

實施例3

本實施例與上述實施例1所用系統一樣，但工藝條件不同，如下所述。將中低階煤與電石渣進行破碎篩分，將中低階煤破碎至<1mm；電石渣破碎至<3mm；然後將煤粉、電石渣及粘結劑混合，並壓製成型，得到煤粉與電石渣混合型球；其中，粘結劑的加入量為混合物料4.0wt％，電石渣與煤粉的加入質量比為1:1。

然後將煤粉與電石渣混合型球用皮帶輸送機送入預熱爐熱解單元。混合球團在預熱爐內800℃下熱解30min，獲得荒煤氣和高溫固體球團；荒煤氣在高溫下直接輸送至淨化反應器，保持反應器內溫度為700℃，荒煤氣首先經過氣體分布器，以保證氣體在反應器內均勻分布，之後依次經過陶瓷過濾器進行淨化除塵和焦油催化裂解催化劑床層，獲得淨煤氣和輕質焦油；最後將該氣體通過淨煤氣噴嘴噴入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進行充分混合，並在1000℃下進行加氫氣化反應，獲取富甲烷氣和輕質焦油，淨化分離後做進一步利用；預熱爐熱解單元獲取的高溫固體球團經密閉保溫輸送設備送入電石冶煉裝置，在2200℃下冶煉得到電石。

實施例4

本實施例與上述實施例1所用系統一樣，但工藝條件不同，如下所述。將中低階煤與石灰進行破碎篩分，將中低階煤破碎至<1mm；石灰破碎至<3mm；然後將煤粉、石灰及粘結劑混合，並壓製成型，得到煤粉與石灰混合型球；其中，粘結劑的加入量為混合物料8.0wt％，石灰與煤粉的加入質量比為1.2:1。

然後將煤粉與石灰混合型球用皮帶輸送機送入預熱爐熱解單元。混合球團在預熱爐內1000℃下熱解15min，獲得荒煤氣和高溫固體球團；荒煤氣在高溫下直接輸送至淨化反應器，保持反應器內溫度為900℃，荒煤氣首先經過氣體分布器，以保證氣體在反應器內均勻分布，之後依次經過陶瓷過濾器進行淨化除塵和焦油催化裂解催化劑床層，獲得淨煤氣和輕質焦油；最後將該氣體通過淨煤氣噴嘴噴入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進行充分混合，並在850℃下進行加氫氣化反應，獲取富甲烷氣和輕質焦油，淨化分離後做進一步利用；預熱爐熱解單元獲取的高溫固體球團經密閉保溫輸送設備送入電石冶煉裝置，在2000℃下冶煉得到電石。