CN100595143C - 一种电石炉炉气的纯化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电石炉炉气的纯化工艺，其特征是：将电石炉炉气和助燃氧气混合后引入到位于纯化塔底部的燃烧段进行部分燃烧，随后自下而上进入纯化塔中部的纯化段在蓄热还原填料的作用下进行纯化后，大部分气体从纯化塔中部引出降温至160℃以下后除尘，进入脱碳分离***除去其中的CO2，再用变压吸附装置使CO、H2与N2分离即可。本发明采用将电石炉炉气通入纯化塔中，通过向纯化塔中适量供氧及填充蓄热还原填料，使得电石炉炉气在经过纯化塔的三个阶段：炉气燃烧段、炉气纯化段及蓄热还原填料活化段后，除去了其中所含的甲烷、焦油、氧等杂质，再经除尘及脱碳分离，从而获得可作为化工原料使用的一氧化碳和氢气。本发明实现了电石生产中的以废制废、节能减排及对炉气的高附加值综合利用的目的，提高了企业经济效益。

Description

一种电石炉炉气的纯化工艺
技术领域
本发明涉及化工技术领域，特别是涉及一种电石炉炉气的纯化工艺。
背景技术
根据国家***颁布的《电石行业准入条件(2007年修订)》中第三条能源消耗和资源综合利用的第(二)、(三)款中明确规定：密闭式电石生产装置的炉气固体粉尘(指CO气体)必须综合利用，不允许炉气直排或点火炬，生产过程中产生的粉状炉料必须回收利用。电石炉气的主要成分为CO，另外还有O2，N2，H2，CH4，CnHm，固体粉尘。目前，国内电石生产企业的电石炉炉型正在进行由开放式、半密闭式向全密闭式的转化，但对电石炉炉气的利用仅仅停留在燃烧热的低水平层面，排出的二氧化碳气体直接污染着大气环境，没有实现真正意义上的综合利用。
在密闭电石炉生产过程中，每生产一吨电石可释放出炉气400Nm3，其中纯CO约为300Nm3，电石炉气的主要成份是CO，同时含有一定量的氧、氮、氢、甲烷及焦油(炉气中的焦油主要是大量采用了兰炭、电极糊等含焦油碳素原料所致)，理论上讲，电石炉气中的CO可以用于甲醇、合成氨的生产，也可用于醋酸等羰基化产品的生产，但是，由于氧、甲烷及焦油的存在，使电石炉气的净化及深加工等综合利用工艺受到很大的限制，因此，在国内形成的局面是一方面CO的用户通过煤气化大量合成CO，另一方面是大量的电石炉气中的CO被低水平的利用工艺做为燃料白白的烧掉了。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种从密闭电石炉炉气中提纯一氧化碳气体，从而解决电石炉炉气中CO由热能向化工原料的转变，实现电石生产的节能减排及高附加值的综合利用的电石炉炉气的纯化工艺。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种电石炉炉气的纯化工艺，其特征是：将电石炉炉气和助燃氧气混合后引入到位于纯化塔底部的燃烧段进行部分燃烧，随后自下而上进入纯化塔中部的纯化段在蓄热还原填料的作用下进行纯化后，大部分气体从纯化塔中部引出降温至140℃～180℃后除尘，进入脱碳分离***除去其中的CO2，再用变压吸附装置使CO、H2与N2分离即可；
上述电石炉炉气在与助燃氧气混合前首先用旋风分离装置除去其中的粗颗粒；
上述纯化后的少部分气体自下而上进入纯化塔上部的活化段后循环入纯化塔底部的燃烧段参与反应，上述活化段所用的活化介质为蓄热还原填料，活化段中高温气体对蓄热还原填料进行干燥的活化，除去其中的挥发份(如焦油、水份等)，防止蓄热还原填料中的挥发份对纯化气的二次污染；其中所述的蓄热还原填料是由60％～75％的兰炭粉、10％～25％的消石灰及15％～20％的煤焦油加工而成的直径为25～75mm的球体，其强度要求：冷强度≥60kg/个，热强度≥25kg/个。该蓄热还原填料具有两方面的作用，一是起到调节和稳定纯化塔操作温度；二是将气体中的CO2和氧还原为CO。消石灰作为碱土金属添加剂能较大幅度的提高还原反应活性；
将上述降温过程中的热能进行余热回收，回收的余热可副产蒸汽，热助燃氧气利用此余热先进行预热。
本发明采用将电石炉炉气通入纯化塔中，通过向纯化塔中适量供氧及填充蓄热还原填料，使得电石炉炉气在经过纯化塔的三个阶段：炉气燃烧段、炉气纯化段及蓄热还原填料活化段后，除去了其中所含的甲烷、焦油、氧等杂质，再经除尘及脱碳分离，从而获得可作为化工原料使用的一氧化碳和氢气。本发明实现了电石生产中的以废制废、节能减排及对炉气的高附加值综合利用的目的，提高了企业经济效益。
附图说明
图1为本发明的生产工艺框图；
图2为本发明所用的纯化塔结构示意简图。
具体实施方式
本发明的具体工艺过程为：
1.蓄热还原填料的制备：
将电石炉生产中产生的兰炭粉末、消石灰粉末及煤焦油按(60％～75％)∶(10％～25％)∶15％～20％的比例掺混(用兰炭粉加工可以达到以废制废的效果)，并在压球机中压制成直径为25～75mm，强度要求：冷强度≥60kg/个，热强度≥25kg/个的球状填料。将兰炭等制成球状是因为球体面相对光滑，不利于炉气中夹带粉尘在其表面的沉积，同时可防止架桥现象。然后将这种球状填料通过纯化塔塔顶的加料***1加入到纯化塔中，可连续加料，也可间歇加料。为了保证安全，兰炭球在加入以前进行N2或CO2置换。
2.将由电石炉出来的电石炉炉气用旋风分离装置除去其中的粗颗粒后，再将电石炉炉气和助燃热氧气(此氧气可根据不同的用途选择纯氧或空气)，通过喷射器混合后由纯化塔底部2引入到纯化塔的燃烧段(燃烧室3)进行燃烧，随后自下而上进入纯化塔的纯化段(纯化室4)，纯化段的温度控制在1200℃～1300℃，该温度可根据出炉炉气组份进行调节。
在上述炉气的燃烧及纯化过程中发生如下反应：
a、燃烧段的反应
CO燃烧：2CO+O2＝2CO2+136.2KCal/mol
甲烷燃烧：CH4+2O2＝CO2+2H2O+191.7KCal/mol
焦油燃烧：CnHm+(n+m/4)O2＝nCO2+m/2H2O+Q
氢燃烧：2H2+O2＝2H2O+571.8KCal/mol
碳燃烧：C+O2＝CO2
在此工艺过程中的固体粉尘不参加反应。
b、纯化反应：
燃烧放出的热量使炉气温度升高到1200～1300℃，进入蓄热还原填料纯化段(活性兰炭球纯化段)，在纯化段中发生以下反应：
除氧反应：2C+O2＝2CO+59.4KCal/mol
二氧化碳转换反应：CO2+C＝2CO
甲烷转化反应：CH4+CO2＝2CO+2H2-59.1KCal/mol
焦油转化反应：CnHm+(n+m/4)CO2＝2CO+2H2-59.1KCal/mol
水的转化反应：C+H2O＝CO+H2-17.9KCal/mol
除以上的反应外，由于纯化塔温度高达1300℃，还会发生产甲烷及焦油等的高温裂解反应，反应方程式为：
CnHm＝nC+m/2H2
在此工艺过程中的固体粉尘不参加反应。
3.经过纯化后的电石炉炉气分成两部分：
少部分的纯化气作为工艺用气由纯化段自下而上进入纯化塔上部的蓄热还原填料活化段(活化室5)，用高温蒸馏的形式对蓄热还原填料进行活化，使其中的焦油等挥发份蒸发，将挥发份循环导入纯化塔底部的燃烧段(燃烧室2)，通过燃烧段的氧化和纯化段的还原及裂解方式清除焦油及甲烷等烃类物质。
大部分纯化气体从纯化塔的中部纯化段引出进入后续处理***，由于这部分气体温度较高，所以首先经余热回收***降温到140℃～180℃后进入袋式除尘器，除去其中的固体粉尘及颗粒杂质。其中回收余热可副产蒸汽，部分热量用作燃烧段所用氧气或空气的预热。
4、将除尘净化后的炉气导入脱碳分离***，在脱碳分离***中首先用碳酸钾除去其中的CO2，再用变压吸附装置使CO、H2及N2分离，其中的氮气分离排空，使CO和H2的纯度分别达到下游用户的要求，即可作为化工原料进行进一步的加工或使用。

Claims (4)

1.一种电石炉炉气的纯化工艺，其特征是：将电石炉炉气和助燃氧气混合后引入到位于纯化塔底部的燃烧段进行部分燃烧，随后自下而上进入纯化塔中部的纯化段在蓄热还原填料的作用下进行纯化后，大部分气体从纯化塔中部引出降温至140℃～180℃后除尘，进入脱碳分离***除去其中的CO2，再用变压吸附装置使CO、H2与N2分离即可；
所述蓄热还原填料是由60％～75％的兰炭粉、10％～25％的消石灰及15％～20％的煤焦油加工而成的直径为25～75mm的球体，其强度要求：冷强度≥60kg/个，热强度≥25kg/个。
2.按照权利要求1所述的电石炉炉气的纯化工艺，其特征是：上述电石炉炉气在与助燃氧气混合前首先用旋风分离装置除去其中的粗颗粒。
3.按照权利要求1所述的电石炉炉气的纯化工艺，其特征是：上述纯化后的少部分气体自下而上进入纯化塔上部的活化段后循环入纯化塔底部的燃烧段参与反应；上述活化段所用的活化介质为蓄热还原填料，活化段中的高温气体对蓄热还原填料进行干燥的活化。
4.按照权利要求1所述的电石炉炉气的纯化工艺，其特征是：将上述降温过程中的热能进行余热回收，回收的余热可副产蒸汽，热助燃氧气利用此余热先进行预热。
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