CN105647588A - 电石炉和竖炉联用的*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电石炉和竖炉联用的***。该***包括：电石炉，所述电石炉包括：炉体，所述炉体内限定出电石生产空间，具有合成气出口和电石出口；多个电极，所述多个电极从所述炉体嵌入到所述电石生产空间中；多个喷枪，所述多个喷枪从所述炉体的顶壁和/或侧壁嵌入到所述电石生产空间中，用于向所述电石生产空间中提供水蒸汽、氧气和煤粉；竖炉，所述竖炉与所述净化装置相连，利用所述合成气进行反应。该***通过在炉体上设置喷枪，利用喷枪提供反应原料，在制备电石的同时，也提高合成气的产量。并且，在利用喷枪提供煤粉和氧气的基础上，进一步提供水蒸汽，水蒸汽与煤粉反应生成大量的一氧化碳和氢气，便于合成气的后续利用。

Description

电石炉和竖炉联用的***
技术领域
本发明涉及电石炉和竖炉联用的***。
背景技术
中国电石行业的发展已有50多年的历史，取得了举世瞩目的成绩，产能、产量跃居世界首位，并呈高速上升趋势。近年来，由于过度投资、盲目发展，加之受到市场、原料、能源、环保等多方面的制约，2013年电石产量占世界电石产能90％以上。当前电石生产存在的主要问题是能耗高、污染严重、资源浪费、成本高、经济效益差经济指标落后。生产技术先进化、产品性能稳定化、能量利用最优化应成为电石生产企业当前追求的目标。
电石炉从炉型上来说分为开放式电石炉、半密闭(内燃式)电石炉和全密闭电石炉3种.炉型不同，其烟气性质完全不同。开放式电石炉烟气量大，烟温低，一般不超过200℃；半密闭电石炉烟温较高，一般达到400℃以上，烟气量大幅降低；全密闭电石炉烟温最高，达600～1000℃。密闭式电石炉生产1t电石一般副产电石炉气(也称合成气)400m3，其主要成分：一氧化碳占65-85％，氢气占7-12％，能源损失大，烟气量低，合成气主要当做燃料烧锅炉或发电，合成气用户单一。此外，现有合成气利用技术：净化脱硫脱碳变换后用于化工生产，合成气产量低，主要成分为一氧化碳，而氢气来源于制氢装置，工艺设备投资高，占地面积大。
由此，可以调节合成气的产量和成份的电石炉和竖炉联用的***有待研究。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电石炉和竖炉联用的***，通过喷枪调节喷吹煤量、水蒸汽、氧气量来调节电石炉的合成气的产量、成分，***结构简单、易操作，投资成本低。
因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种电石炉和竖炉联用的***。根据本发明的实施例，该***包括：
电石炉，所述电石炉包括：
炉体，所述炉体内限定出电石生产空间，具有合成气出口和电石出口；
多个电极，所述多个电极从所述炉体嵌入到所述电石生产空间中；
多个喷枪，所述多个喷枪从所述炉体的顶壁和/或侧壁嵌入到所述电石生产空间中，用于向所述电石生产空间中提供水蒸汽、氧气和煤粉；
竖炉，所述竖炉与所述合成气出口相连，利用所述合成气进行反应。
根据本发明实施例的电石炉和竖炉联用的***，通过在炉体上设置喷枪，利用喷枪提供反应原料，在制备电石的同时，也提高合成气的产量。并且，在利用喷枪提供煤粉和氧气的基础上，进一步提供水蒸汽，水蒸汽与煤粉反应生成大量的一氧化碳和氢气，便于合成气的后续利用。
另外，根据本发明上述实施例的电石炉和竖炉联用的***，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述多个喷枪中的每一个均包括：壳体，所述壳体内限定出容纳空间；煤粉喷管，所述煤粉喷管设置在所述容纳空间中；多个氧气喷管，所述多个氧气喷管设置于所述容纳空间中，且所述多个氧气喷管沿所述煤粉喷管的周向分布；以及多个水蒸汽喷管，所述多个水蒸汽喷管设置于所述容纳空间中，且所述多个水蒸汽喷管沿所述煤粉喷管的周向分布。
根据本发明的实施例，所述电石炉进一步包括：喷枪调节装置，所述喷枪调节装置与所述喷枪相连，用于调节所述水蒸汽、氧气和煤粉进入所述电石生产空间的位置和角度。
根据本发明的实施例，所述喷枪从所述炉体的侧壁伸入到所述电石生产空间中，且所述喷枪与所述炉体侧壁之间的夹角为15～90度，
根据本发明的实施例，所述喷枪的喷口与所述电石炉的中心轴线的距离为所述喷枪的喷口所在处的电石炉的径向长度的2/3-5/6。
根据本发明的实施例，该***进一步包括：净化装置，所述净化装置与所述电石炉和所述竖炉相连，用于对合成气进行净化处理，以便得到洁净的合成气。
根据本发明的实施例，净化装置包括：烟气洗涤器、除湿器、压缩机和脱硫脱碳变换器。
根据本发明的实施例，该***进一步包括：加热炉，该加热炉与净化装置和竖炉相连，用于对洁净的合成气进行加热，以便得到高温合成气。
本发明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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/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显示了根据本发明一个实施例的电石炉和竖炉联用的***的结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的电石炉的结构示意图；
图3显示了根据本发明一个实施例的电石炉的结构示意图；
图4显示了根据本发明一个实施例的电石炉的结构示意图；
图5显示了根据本发明一个实施例的电石炉的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种电石炉和竖炉联用的***。参考图1，根据本发明的实施例，对该电石炉和竖炉联用的***进行解释说明，该***包括：电石炉1000和竖炉2000。
参考图2，根据本发明的实施例，电石炉1000包括：炉体100、多个电极200和多个喷枪300。根据本发明的实施例，炉体100内限定出电石生产空间，具有合成气出口和电石出口；多个电极200从炉体100嵌入到所述电石生产空间中；多个喷枪300从炉体100的顶壁和/或侧壁嵌入到电石生产空间中，用于向电石生产空间中提供水蒸汽、氧气和煤粉。根据本发明的实施例，竖炉2000与合成气出口相连，利用合成气进行反应。
其中，需要说明的是，通过喷枪可以调节水蒸汽、氧气和煤粉的比例，控制合成气中氢气、一氧化碳和二氧化碳的比例。其中，生成合成气的反应如下：
H2O+C＝CO+H2，H2O+C＝CO2+H2，O2+C＝CO,O2+C＝CO2，CO2+C＝CO
从而，通过调节喷枪供给的水蒸汽、氧气和煤粉的比例，控制合成气中H2和CO的比例，从而满足下游生产需求。
根据本发明实施例的电石炉和竖炉联用的***，本发明的喷枪进一步提供水蒸汽，在制备电石的过程中，水蒸汽、氧气与煤粉反应生成大量的一氧化碳和氢气，并且，通过调整水蒸汽、氧气与煤粉的比例，可以生成不同H2/CO比值的合成气，合成气为竖炉提供还原剂，实现废物利用，并且，节省了制备合成气的***投资，降低了竖炉产品的生产成本。
根据本发明的实施例，所述多个喷枪中的每一个均包括：壳体，所述壳体内限定出容纳空间；煤粉喷管，所述煤粉喷管设置在所述容纳空间中；多个氧气喷管，所述多个氧气喷管设置于所述容纳空间中，且所述多个氧气喷管沿所述煤粉喷管的周向分布；以及多个水蒸汽喷管，所述多个水蒸汽喷管设置于所述容纳空间中，且所述多个水蒸汽喷管沿所述煤粉喷管的周向分布。由此，煤粉喷管提供的煤粉和氧气喷管提供的氧气，以及水蒸汽喷管提供的水蒸汽均匀混合，向合成气生产空间提供含有水蒸汽、氧气与煤粉的混合物，有利于水蒸汽和氧气与煤粉充分反应。
参考图3，根据本发明的一些实施例，该电石炉进一步包括：喷枪调节装置，该喷枪调节装置与多个喷枪(调节装置与喷枪可以是一对一的关系，也可以一个调节装置与多个喷枪相连)相连，用于调节所述喷枪***到所述电石生产空间中的位置。由此，可以根据物料的位置和熔池，调整喷枪***位置，使喷枪底部介于熔池上部与固体物料之间。
根据本发明的一些实施例，喷枪300从炉体100的顶壁伸入到电石生产空间中，且喷枪300与炉体100顶壁之间的夹角为15～90度。由此，便于根据炉内物料和电极的分布位置调整喷枪的角度，保证喷枪***电石炉熔池上部的物料中部，而不与熔池接触。
根据本发明的一些实施例，喷枪300从炉体300的侧壁伸入到电石生产空间400中，且喷枪300与炉体100侧壁之间的夹角为15～90度，便于根据炉内物料和电极的分布位置调整喷枪的角度，保证喷枪***电石炉熔池上部的物料中部，而不与熔池接触。
根据本发明的一些实施例，喷枪300的喷口与电石炉1000的中心轴线的距离为喷枪300的喷口所在处的电石炉的径向长度的2/3-5/6。其中，径向长度是指自中心线沿径向向外延伸至与侧壁相交的径向线段的长度，喷口所在处的径向长度是指喷口所在的径向线段的长度。由此，喷枪喷出的氧气和煤粉燃烧释放的热量分别与炉内周边有很多电弧不能作用或者作用效果非常差的地方，保证炉内热量分布均匀。
参考图4，根据本发明的实施例，该***进一步包括：净化装置3000，该净化装置3000与电石炉1000和竖炉2000相连，用于对合成气进行净化处理，以便得到洁净的合成气。由此，防止合成气中的杂质堵塞和腐蚀仪器。
参考图4，根据本发明的实施例，净化装置3000可以包括：烟气洗涤器3100、除湿器3200、压缩机3300和脱硫脱碳变换器3400。从而利用上述设备对合成气进行洗涤、除水蒸气、加压和脱硫脱炭处理，去除烟气中的杂质和二氧化碳、二氧化硫等非还原气体，使合成气的组分中还原气体的比例显著增加，得到洁净的合成气，防止合成气中的灰尘堵塞设备管道，影响设备管道的正常运行。
参考图5根据本发明的实施例，该***进一步包括：加热炉4000，该加热炉4000与净化装置3000和竖炉2000相连，用于对洁净的合成气进行加热，以便得到高温合成气。由此，高温合成气便于直接被竖炉利用进行反应，还原效果更高。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
原料：
以石灰为钙基原料，其中CaO含量为93％，粒度为5-40mm；
以兰炭为碳基原料，其中，固定碳含量为83％，粒度为5-20mm；
氧煤混喷：以粉煤为原料，粒度-200目>60％，固定碳含量为75％；粉煤载气为电石炉净化加压烟气；
水蒸气的压力为1.2MPa，水蒸汽的用量为450kg/t.电石。
制备方法：
(1)将石灰与兰炭按100:68混合，得到炉料；
(2)将混合好的物料通过皮带运输至炉顶料仓，将料仓炉料通过下料管下料到电石炉内启弧，加热炉料；
(3)当电石炉内出现三相电极穿井后，下料管继续下料，并开始煤/水蒸气混喷，煤/载气比例＝50kg:1kg，煤粉输送压力0.45MPa，水蒸气压力1.2MPa，水蒸汽用量450kg/t.电石，煤粉喷吹量为200kg/t.电石，煤/水蒸气混喷主要发生下列反应：H2O+C＝CO+H2，H2O+C＝CO2+H2，O2+C＝CO,O2+C＝CO2，CO2+C＝CO。混喷中添加了水蒸汽，合成气产量显著增加，可增加H2达560Nm3/t电石，合成气的产量由传统的400Nm3增加到1000NM3/t.电石，合成气H2/CO比为2：1，经脱硫脱碳净化后合成气满足甲醇生产原料气和竖炉直接还原气质量要求。即合理利用电石生产过程中产生的合成气，又省却了煤制气炉的投资，实现了资源的合理利用，降低了生产成本。
实施例2：
原料：
以石灰为钙基原料，其中CaO含量为93％，粒度为5-40mm；
以兰炭为碳基原料，其中，固定碳含量为83％，粒度为5-20mm；
氧煤混喷：以粉煤为原料，粒度-200目>60％，固定碳含量为75％；粉煤载气为电石炉净化加压烟气；
水蒸气的压力为1.2MPa，水蒸汽的用量为405kg/t.电石。
制备方法：
(1)将石灰与兰炭按100:68混合，得到炉料；
(2)将混合好的物料通过皮带运输至炉顶料仓，将料仓炉料通过下料管下料到电石炉内启弧，加热炉料；
(3)当电石炉内出现三相电极穿井后，下料管继续下料，并开始煤/水蒸气混喷，煤/载气比例＝50kg:1kg，煤粉输送压力0.45MPa，水蒸气压力1.2MPa，水蒸汽用量405kg/t.电石，煤粉喷吹量为200kg/t.电石，煤/水蒸气混喷主要发生下列反应：H2O+C＝CO+H2，H2O+C＝CO2+H2，O2+C＝CO,O2+C＝CO2，CO2+C＝CO。混喷中添加了水蒸汽，合成气产量显著增加，可增加H2达450Nm3/t电石，可增加CO达56Nm3/t。电石合成气的产量由传统的400Nm3增加到1000NM3/t.电石，合成气H2/CO比为1.5：1，经脱硫脱碳净化后合成气满足乙二醇生产原料气和竖炉直接还原气的质量要求。即合理利用电石生产过程中产生的合成气，又省却了煤制气炉的投资，实现了资源的合理利用，降低了生产成本。
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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种电石炉和竖炉联用的***，其特征在于，包括：
电石炉，所述电石炉包括：
炉体，所述炉体内限定出电石生产空间，具有合成气出口和电石出口；
多个电极，所述多个电极从所述炉体嵌入到所述电石生产空间中；
多个喷枪，所述多个喷枪从所述炉体的顶壁和/或侧壁嵌入到所述电石生产空间中，用于向所述电石生产空间中提供水蒸汽、氧气和煤粉；
竖炉，所述竖炉与所述合成气出口相连，利用所述合成气进行反应。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述多个喷枪中的每一个均包括：
壳体，所述壳体内限定出容纳空间；
煤粉喷管，所述煤粉喷管设置在所述容纳空间中；
多个氧气喷管，所述多个氧气喷管设置于所述容纳空间中，且所述多个氧气喷管沿所述煤粉喷管的周向分布；以及
多个水蒸汽喷管，所述多个水蒸汽喷管设置于所述容纳空间中，且所述多个水蒸汽喷管沿所述煤粉喷管的周向分布。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电石炉进一步包括：
喷枪调节装置，所述喷枪调节装置与所述喷枪相连，用于调节所述水蒸汽、氧气和煤粉进入所述电石生产空间的位置和角度。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述喷枪从所述炉体的侧壁伸入到所述电石生产空间中，且所述喷枪与所述炉体侧壁之间的夹角为15～90度。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述喷枪的喷口与所述电石炉的中心轴线的距离为所述喷枪的喷口所在处的所述电石炉的径向长度的2/3-5/6。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括：净化装置，所述净化装置与所述电石炉和所述竖炉相连，用于对所述合成气进行净化处理，以便得到洁净的合成气。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述净化装置包括烟气洗涤器、除湿器、压缩机和脱硫脱碳变换器。
8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，进一步包括：加热炉，所述加热炉与所述净化装置和所述竖炉相连，用于对所述洁净的合成气进行加热，以便得到高温合成气。
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