CN106479576A - 一种流化床煤气化和电石冶炼耦合的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流化床煤气化和电石冶炼耦合的***和方法。所述***包括流化床气化炉、混合装置、高温成型装置、电石炉，流化床气化炉具有煤入口、气化剂入口、煤气出口、半焦出口；混合装置具有半焦入口、CaO入口、粘结剂入口、混合粉料出口，其中，半焦入口与半焦出口通过保温输送装置连接；高温成型装置具有混合粉料入口、混合块料出口，其中，混合粉料入口与混合粉料出口通过保温输送装置连接；电石炉具有混合块料入口、电石出口、高温电石炉气出口，其中，混合块料入口与混合块料出口通过保温输送装置连接。本发明可利用粉状半焦与粉状CaO生产电石，同时利用了气化半焦和高温电石炉气的显热，极大程度的回收利用能源，降低了能耗。

Description

一种流化床煤气化和电石冶炼耦合的***和方法

技术领域

本发明涉及电石冶炼技术领域，具体涉及一种流化床煤气化和电石冶炼耦合的***和方法。

背景技术

煤的焦化、气化和合成电石,为有机化工工业提供了丰富的粗苯、焦油、焦炉气、合成气和乙炔,是煤化工领域的三条核心途径。目前,煤焦化投资成本高、产品精制不足、产品附加值不高。煤气化技术进步缓慢、效率低、规模小、产业化程度低。相比之下,电石乙炔工艺路线简单,产品附加值高，经济效益好,已经实现大规模工业化生产,是一种比较有发展潜力的清洁煤技术和煤化工的途径。电石乙炔可以用来合成苯、橡胶、聚氯乙烯、聚乙炔等有机产品。与石油乙烯路线相比,电石乙炔的原料来源广泛、价格低廉、设备投资低。乙炔比乙烯活性高,更利于有机合成反应的进行。

目前,电石合成的方法主要是电热法。该方法借助电弧炉将电能转化为热能，加热熔融石灰和碳素原料焦炭发生化合反应制取电石。电热法虽然历史悠久,但存在高能耗、高污染的缺点。电石合成反应是一个固相吸热反应,原料传质、传热效率低,化学动力学过程时间长。需要高温加热(2000～2200℃)，并需要高活性的焦炭作为原料。高温加热(2000～2200℃)的条件需要大量的能量，对设备的耐热性能要求高，增加了投资成本和能耗。焦炭一般由煤的焦化得到，流程长、有机碳损耗高、电耗高、环境污染严重。为了提高石灰-电石共熔速度和产品中电石的含量，实际操作中一般要使石灰过量20wt％(wt％质量百分数)，增加了物耗和能耗。副产物一氧化碳逸出反应体系带走了大量的热量，造成能量损失。

提高电石炉的电效率和热效率是目前降低电石生产中的电耗，并提高能量利用率的两大对策，科研工作者提出了一系列解决措施和方案。但是，由于电热法工艺基于石灰与焦炭直接反应生成电石，为固相吸热反应，无论如何提高电石炉的电效率和热效率，都无法改变该工艺高能耗、高物耗、高污染的现状。为了提高电石生产能量、实现电石生产的绿色化和可持续发展，必须改革电热法合成路线，采用新的电石合成工艺和合成方法。

在煤温和气化过程中，副产品半焦要占总反应产物的60wt％～90wt％。为了保证整个煤温和气化过程的经济性，并实现工业化，需要我们经济、有效、合理的利用半焦。煤温和气化半焦的性质主要取决于煤种、灰含量和反应条件等。

采用以较大水煤比的流化床温和气化，由于气化温度较低，碳转化率相对较低，固体产物气化半焦(气化后残渣)含有大量未反应的碳。目前，对于气化半焦一般采用燃烧发电，资源利用效率较低。因此，迫切需要开发一种高值化的利用工艺，以提高资源的利用水平。

现有技术一般采用块状兰碳与块状石灰，按一定比例进行混合，然后送入电石炉进行高温冶炼。目前，电石炉所用物料必须是块状物料，难以采用半焦粉料，尤其高温粉料，进行电石生产。尚未有采用温和气化半焦作为碳素材料进行电石冶炼的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充分高值化利用气化半焦的方法，将粉状气化半焦与粉状CaO按照一定的比例混合，并高温成型生产电石，极大程度的降低损耗、节约能源。

本发明首先提供了一种流化床煤气化和电石冶炼耦合的***，所述***包括流化床气化炉、混合装置、高温成型装置、电石炉。

所述流化床气化炉具有煤入口、气化剂入口、煤气出口、半焦出口。

所述混合装置具有半焦入口、CaO入口、粘结剂入口、混合粉料出口。所述半焦入口与所述流化床气化炉的半焦出口通过保温输送装置连接。

所述高温成型装置具有混合粉料入口、混合块料出口。所述混合粉料入口与所述混合装置的混合粉料出口通过保温输送装置连接。

所述电石炉具有混合块料入口、电石出口、高温电石炉气出口。所述混合块料入口与所述高温成型装置的混合块料出口通过保温输送装置连接。

优选的，所述***还包括预热器，所述预热器具有粉状CaO入口、预热CaO出口、高温电石炉气入口、低温电石炉气出口。

所述预热CaO出口与所述混合装置的CaO入口通过保温输送装置连接，所述高温电石炉气入口与所述电石炉的高温电石炉气出口连接。

本发明还提出了一种利用上述***来制备煤气和电石的方法，包括以下步骤：

煤气化：将煤和气化剂分别经由所述煤入口和所述气化剂入口加入所述流化床气化炉中，在T1温度、P压力下所述煤气化，得到煤气和半焦。

混合：将CaO、粘结剂、所述半焦分别经由所述CaO入口、粘结剂入口、半焦入口加入到所述混合装置中，制备混合粉料。

成型：将所述混合粉料通过所述混合粉料入口加入所述高温成型装置中，得到混合块料。

电石冶炼：将所述混合块料通过所述混合块料入口加入所述电石炉中，在T2温度下反应得到电石。

上述制备煤气和电石的方法中，所述电石冶炼过程还会排出高温电石炉气。

所述高温电石炉气通入所述预热器中与粉状CaO进行换热，得到升温后的预热CaO送入所述混合装置中进行混合。

上述制备煤气和电石的方法中，所述高温电石炉气与所述粉状CaO的换热方式为直接换热或间接换热。

所述CaO的粒径≤5㎜，优选粒径为≤3㎜。

上述制备煤气和电石的方法中，所述煤的粒径≤5㎜，优选粒径≤3㎜。所述煤的含水率≤8wt％。

上述制备煤气和电石的方法中，所述T1为850～950℃，所述P≤0.1MPa。所述T2为1650～2150℃，其优选温度为1950℃。

上述制备煤气和电石的方法中，所述所述半焦、CaO、粘结剂的质量配比为0.60～0.70：1：0.01～0.03。

上述制备煤气和电石的方法中，所述气化剂为水蒸气和氧气。

上述制备煤气和电石的方法中，所述水蒸气占所述煤的百分比≤75wt％，优选≤60wt％。所述氧气占所述煤的百分比≤15wt％，优选≤10wt％。

本发明提出的流化床煤气化和电石冶炼耦合的***和方法，可充分利用流化床气化炉中煤温和气化产生的粉状气化半焦。在制备煤气的同时，利用粉状气化半焦与粉状CaO生产电石。可以同时利用气化半焦和高温电石炉气的显热，极大程度的回收利用能源，降低了能耗。

附图说明

图1为本发明流化床煤气化和电石冶炼耦合的***示意图。

图2利用图1所示的***制备煤气和电石的方法流程图。

附图中的附图标记为：

1、流化床气化炉；2、预热器；3、混合装置；4、高温成型装置；5、电石炉。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，为本发明提供的流化床煤气化和电石冶炼耦合的***示意图，包括流化床气化炉1、预热器2、混合装置3、高温成型装置4、电石炉5。

流化床气化炉1用于煤的气化反应，生成煤气和半焦。其具有煤入口、气化剂入口、煤气出口、半焦出口。

预热器2用于粉状CaO的升温预热，得到预热CaO。其具有粉状CaO入口、预热CaO出口、高温电石炉气入口、低温电石炉气出口。

混合装置3用于半焦和预热CaO的混合，得到混合粉料。其具有半焦入口、CaO入口、粘结剂入口、混合粉料出口。其中，半焦入口与流化床气化炉1的半焦出口通过保温输送装置连接，CaO入口与预热器2的预热CaO出口通过保温输送装置连接。

高温成型装置4用于粉状物料的成型，得到块状物料。其具有混合粉料入口、混合块料出口。其中，混合粉料入口与混合装置2的混合粉料出口通过保温输送装置连接。

电石炉5用于冶炼由半焦和CaO形成的混合块料，得到电石。其具有混合块料入口、电石出口、高温电石炉气出口。其中，混合块料入口与所高温成型装置4的混合块料出口通过保温输送装置连接，高温电石炉气出口与预热器2的高温电石炉气入口连接。

本发明中，发明人对混合装置3和高温成型装置4均做了保温处理，其内部的工作环境均为阻燃环境。并且，***中各装置之间的固体物料的输送均采用了保温输送装置，同时保证在阻燃的工况下进行。提高能量的利用效率。

如图2所示，为本发明利用图1所示的***制备煤气和电石的方法流程图。包括步骤：

(1)煤气化

将煤和气化剂分别经由煤入口和气化剂入口送入流化床气化炉1中，在温度T1为850～950℃，压力P≤0.1MPa的条件下，煤在温和流化床气化炉中进行部分气化，得到煤气和半焦。

其中，本发明选用的煤为中低阶煤炭，具有以下性质：粒径≤5㎜，本发明实施例中优选≤3㎜；煤的含水率≤8wt％，灰熔点≥1150℃。煤的干燥基灰分含量≤7wt％，干燥基挥发分含量≥30wt％。煤的粘结性指数≤10，本发明实施例中优选≤5。

本发明中的气化剂为水蒸气和氧气的混合气体。其中，水蒸气为0.6MPa、200℃的过热蒸汽。氧气为纯氧，纯度为99.999％。

其中，水蒸气占煤的百分比≤75wt％，本发明实施例优选≤60wt％。氧气占煤的百分比≤15wt％，本发明实施例优选≤10wt％。

(2)混合

上述步骤得到的半焦，即气化半焦，由保温输送装置在接近气化温度的条件下被热送至混合装置3中，送入混合装置3时的温度≥830℃。同时向混合装置3中加入热的CaO和粘结剂，且热的CaO和粘结剂与半焦的温度相近。经混合后，可得到半焦、CaO、粘结剂的混合粉料。

其中，CaO已经经过预热器2升温预热。本发明选用的CaO为粉状，其粒径≤5㎜，本发明实施例中优选的粒径为≤3㎜。粘结剂为干性、粉状粘结剂，其在高温下具有良好的黏结及固化性能，能显著增强成型物料的热强度。

粘结剂是以煤为原料进行提取并纯化、脱挥发分的有机物为主体，然后配入一定量的无机物而成的混合物。该粘结剂在较大温度范围内具有较高的热塑性及分散性能，能够充分分散在半焦、粉状CaO中促进混合物料的液相炭化，改善半焦的软化熔融性，使半焦各向异性组织变得发达，最终提高成型物料的热强度。

向混合装置3中加入的半焦、CaO、粘结剂的质量配比为0.60～0.70：1：0.01～0.03，该质量配比可通过定量输送装置进行控制。

(3)成型

将上述步骤得到的混合粉料通过混合粉料入口加入到高温成型装置4中，可得到混合块料。

并且，混合粉料经由保温输送装置送入高温成型装置4时的温度为≥815℃。

(4)电石冶炼

将上述步骤得到的混合块料通过混合块料入口加入到电石炉5中，在温度T2为1650～2150℃的条件下反应得到电石，并生成高温电石炉气。本发明实施例的优选反应温度T2为1950℃。

本发明中各装置之间设置的保温输送装置，可保证进入电石炉5的混合块料的温度不低于流化床气化炉1操作温度的50℃。混合块料经由保温输送装置送入电石炉5时的温度≥800℃。

本步骤得到的高温电石炉气被送入预热器2中，与其中的粉状CaO进行直接或间接换热，可使CaO的温度升高至≥830℃，来回收高温电石炉气的显热，得到的低温电石炉气经净化达标后外排。

实施例1

将粒径≤5mm、含水率为8％、干燥基灰分含量为7％、干燥基挥发分含量为30％、灰熔点为1150℃、粘结性指数为10的中低阶煤和气化剂送入流化床气化炉中。气化剂中水蒸气占煤的百分比为75％，氧气占煤的百分比15％。在温度为850℃、压力0.1MPa的条件下，中低阶煤在流化床气化炉中进行部分气化，得到煤气和半焦。将半焦由保温输送装置送入混合装置中，同时向其中加入粒径为≤5mm的CaO和粘结剂，三者的质量配比为：半焦：CaO：粘结剂＝0.7：1：0.03，可得到混合粉料。将混合粉料加入到高温成型装置中，可得到混合块料。然后，将混合块料送入到电石炉中，在温度为2150℃的条件下反应得到电石，并生成高温电石炉气。其中，高温电石炉气通入预热器中，对粉状CaO进行升温预热。

实施例2

将粒径≤3mm、含水率为5.4％、干燥基灰分含量为6.5％、干燥基挥发分含量为36％、灰熔点为1204℃、粘结性指数为5的中低阶煤和气化剂送入流化床气化炉中。气化剂中水蒸气占煤的百分比为58％，氧气占煤的百分比10％。在温度为950℃、压力0.08MPa的条件下，中低阶煤在流化床气化炉中进行部分气化，得到煤气和半焦。将半焦由保温输送装置送入混合装置中，同时向其中加入粒径为≤2.5mm的CaO和粘结剂，三者的质量配比为：半焦：CaO：粘结剂＝0.64：1：0.015，可得到混合粉料。将混合粉料加入到高温成型装置中，可得到混合块料。然后，将混合块料送入到电石炉中，在温度为2000℃的条件下反应得到电石，并生成高温电石炉气。其中，高温电石炉气通入预热器中，对粉状CaO进行升温预热。

实施例3

将粒径≤2mm、含水率为4.7％、干燥基灰分含量为6.3％、干燥基挥发分含量为34％、灰熔点为1196℃、粘结性指数为0的中低阶煤和气化剂送入流化床气化炉中。气化剂中水蒸气占煤的百分比为60％，氧气占煤的百分比7.5％。在温度为900℃、压力0.09MPa的条件下，中低阶煤在流化床气化炉中进行部分气化，得到煤气和半焦。将半焦由保温输送装置送入混合装置中，同时向其中加入粒径为≤3mm的CaO和粘结剂，三者的质量配比为：半焦：CaO：粘结剂＝0.60：1：0.01，可得到混合粉料。将混合粉料加入到高温成型装置中，可得到混合块料。然后，将混合块料送入到电石炉中，在温度为1950℃的条件下反应得到电石，并生成高温电石炉气。其中，高温电石炉气通入预热器中，对粉状CaO进行升温预热。

上述实施例中的百分数均为质量百分数。

由上述实施例可见，本发明可在制备煤气的同时，利用粉状气化半焦与粉状CaO生产电石。实现了能源的回收利用，节省能耗。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种流化床煤气化和电石冶炼耦合的***，其特征在于，所述***包括流化床气化炉、混合装置、高温成型装置、电石炉；

所述流化床气化炉具有煤入口、气化剂入口、煤气出口、半焦出口；

所述混合装置具有半焦入口、CaO入口、粘结剂入口、混合粉料出口；所述半焦入口与所述流化床气化炉的半焦出口通过保温输送装置连接；

所述高温成型装置具有混合粉料入口、混合块料出口；所述混合粉料入口与所述混合装置的混合粉料出口通过保温输送装置连接；

所述电石炉具有混合块料入口、电石出口、高温电石炉气出口；所述混合块料入口与所述高温成型装置的混合块料出口通过保温输送装置连接。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括预热器，所述预热器具有粉状CaO入口、预热CaO出口、高温电石炉气入口、低温电石炉气出口；

所述预热CaO出口与所述混合装置的CaO入口通过保温输送装置连接，所述高温电石炉气入口与所述电石炉的高温电石炉气出口连接。

3.一种利用权利要求1-2之一所述的***来制备煤气和电石的方法，其特征在于，包括以下步骤：

煤气化：将煤和气化剂分别经由所述煤入口和所述气化剂入口加入所述流化床气化炉中，在T1温度、P压力下所述煤气化，得到煤气和半焦；

混合：将所述半焦、CaO、粘结剂分别经由所述半焦入口、CaO入口、粘结剂入口加入到所述混合装置中，制备混合粉料；

成型：将所述混合粉料通过所述混合粉料入口加入所述高温成型装置中，得到混合块料；

电石冶炼：将所述混合块料通过所述混合块料入口加入所述电石炉中，在T2温度下反应得到电石。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电石冶炼过程还会排出高温电石炉气；

所述高温电石炉气通入所述预热器中与粉状CaO进行换热，得到升温后的预热CaO送入所述混合装置中进行混合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述高温电石炉气与所述粉状CaO的换热方式为直接换热或间接换热；所述CaO的粒径≤5㎜，优选粒径为≤3㎜。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述煤的粒径≤5㎜，优选粒径≤3㎜；所述煤的含水率≤8wt％。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述T1为850～950℃，所述P≤0.1MPa；

所述T2为1650～2150℃，其优选温度为1950℃。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述半焦、CaO、粘结剂的质量配比为0.60～0.70：1：0.01～0.03。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述气化剂为水蒸气和氧气。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述水蒸气占所述煤的百分比≤75wt％，优选≤60wt％；

所述氧气占所述煤的百分比≤15wt％，优选≤10wt％。