本發明涉及電石冶煉領域，具體涉及一種耦合制備電石的系統和方法。

背景技術：

煤的焦化、氣化、合成電石過程，為有機化工工業提供了豐富的粗苯、焦油、焦爐氣、合成氣和乙炔，是煤化工的三條核心途徑。目前，煤焦化技術投資成本高、產品精制不足、產品附加值不高。煤氣化技術進步緩慢、效率低、規模小、產業化程度低。而合成電石的工藝，路線簡單、產品附加值高、經濟效益好，已經實現大規模工業化生產，是一種比較有發展潛力的清潔煤技術和煤化工的途徑。制備的電石(即乙炔)可以用來合成苯、橡膠、聚氯乙烯、聚乙炔等有機產品。與石油乙烯路線相比，煤合成電石具有原料來源廣泛、價格低廉、設備投資低的優點。并且，乙炔比乙烯活性高，更利于有機合成反應的進行。

目前，電石合成方法主要是電熱法。該方法借助電弧爐將電能轉化為熱能，加熱熔融石灰和碳素原料焦炭，發生化合反應制取電石。電熱法歷史悠久，具有高能耗、高污染的缺點。電石合成反應為固相吸熱反應，原料傳質傳熱效率低，化學動力學過程時間長，需要高溫(2000～2200℃)加熱，和高活性的焦炭作為原料。該高溫加熱條件需要大量的能量，對設備的耐熱性能要求高，且增加了投資成本和能耗。原料焦炭一般由煤的焦化得到，流程長、有機碳損耗高、電耗高、環境污染嚴重。為了提高石灰-電石共熔速度和產品中電石的含量，實際操作中一般要求石灰過量20wt％(wt％為質量百分數)，物耗和能耗較大。副產物一氧化碳逸出反應體系帶走了大量的熱量，造成能量損失。

提高電石爐的電效率和熱效率是目前降低電石生產中的電耗，并提高能量利用率的兩大對策。但是，由于電熱法工藝基于石灰與焦炭直接反應生成電石，為固相吸熱反應，無論如何提高電效率和熱效率都無法改變該工藝高能耗、高物耗、高污染的現狀。為了提高電石生產能量、實現電石生產的綠色化和可持續發展，必須改革電熱法合成路線，采用新的電石合成工藝和合成方法。

傳統的生產電石的方法為：將塊狀優質蘭炭和塊狀石灰石按一定比例混合，并送入電石爐中進行電石冶煉。在煤進行熱解脫除揮發分、熱態固體蘭炭降溫、蘭炭與石灰石混合升溫的過程中，都會損失大量的顯熱。在蘭炭降溫的過程中，無論采用水熄焦工藝還是干熄焦工藝，都會導致蘭炭中含有大量的水分。而電石生產工藝要求蘭炭的水分低于1％，須進行烘干處理，浪費能量。現有技術一般難以利用粉狀蘭炭，尤其是高溫粉狀蘭炭，造成資源浪費。

技術實現要素：

本發明旨在實現高溫粉狀蘭炭的利用，以及不對高溫蘭炭進行降溫處理直接進行電石冶煉，節省能源的同時可利用高溫蘭炭的顯熱。

本發明提供了一種耦合制備電石的系統，所述系統包括熱解爐、篩分裝置、混合裝置、高溫成型裝置、電石爐。

所述熱解爐包括煤入口、熱解氣出口、蘭炭出口。

所述篩分裝置包括蘭炭入口、塊狀蘭炭出口、粉狀蘭炭出口。所述蘭炭入口與所述熱解爐的蘭炭出口通過輸送裝置連接。

所述混合裝置包括第一混合裝置和第二混合裝置，所述第一混合裝置包括塊狀蘭炭入口、預熱塊狀CaO入口、混合塊料出口。所述塊狀蘭炭入口與所述篩分裝置的塊狀蘭炭出口通過輸送裝置連接。

所述第二混合裝置包括粉狀蘭炭入口、預熱粉狀CaO入口、粘結劑入口、混合粉料出口。所述粉狀蘭炭入口與所述篩分裝置的粉狀蘭炭出口通過輸送裝置連接。

所述高溫成型裝置包括混合粉料入口、成型塊料出口。所述混合粉料入口與所述第二混合裝置的混合粉料出口通過輸送裝置連接。

所述電石爐包括混合塊料入口、成型塊料入口、電石出口、高溫電石爐氣出口。所述混合塊料入口與所述第一混合裝置的混合塊料出口通過輸送裝置連接，所述成型塊料入口與所述高溫成型裝置的成型塊料出口通過輸送裝置連接。

優選的，所述篩分裝置、第一混合裝置、第二混合裝置、高溫成型裝置均為保溫裝置。所述輸送裝置均為保溫輸送裝置。

上述的系統中，還包括塊狀CaO預熱器和粉狀CaO預熱器。

所述塊狀CaO預熱器具有塊狀CaO入口、預熱塊狀CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口，該預熱塊狀CaO出口與所述第一混合裝置的預熱塊狀CaO入口連接。

所述粉狀CaO預熱器具有粉狀CaO入口、預熱粉狀CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口，該預熱粉狀CaO出口與所述第二混合裝置的預熱粉狀CaO入口連接。

所述高溫電石爐氣入口與所述電石爐的高溫電石爐氣出口連接。

本發明還提供了一種利用上述系統耦合制備電石的方法，包括步驟：

煤熱解：將煤送入所述熱解爐中，在T1溫度下反應生成熱解氣、蘭炭。

蘭炭篩分：將所述蘭炭送入所述篩分裝置，篩分得到塊狀蘭炭和粉狀蘭炭，將所述塊狀蘭炭送入所述第一混合裝置中，所述粉狀蘭炭送入所述第二混合裝置中。

混合成型：所述塊狀蘭炭、預熱塊狀CaO在所述第一混合裝置中混合，得到混合塊料。所述粉狀蘭炭、預熱粉狀CaO、粘結劑在所述第二混合裝置中混合，得到混合粉料，然后送入所述高溫成型裝置，制備成型塊料。

電石冶煉：將所述混合塊料和成型塊料送入所述電石爐中，在T2溫度下冶煉得到高溫電石爐氣和電石。

上述耦合制備電石的方法中，所述高溫電石爐氣通入所述塊狀CaO預熱器和粉狀CaO預熱器中，與所述塊狀CaO和粉狀CaO進行換熱。

上述耦合制備電石的方法中，所述煤的粒徑為10～100㎜，優選粒徑為10～30㎜。所述煤的含水率≤8wt％。

上述耦合制備電石的方法中，所述塊狀蘭炭的粒徑＞5㎜，所述粉狀蘭炭的粒徑≤5㎜。

上述耦合制備電石的方法中，所述塊狀CaO的粒徑≤100㎜，優選粒徑為≤50㎜。所述粉狀CaO的粒徑≤5㎜，優選粒徑為≤3㎜。

上述耦合制備電石的方法中，所述T1為600～950℃。所述T2為1900～2200℃，其優選溫度為2050℃。

上述耦合制備電石的方法中，所述電石冶煉步驟中，所述混合塊料和成型塊料的溫度≥500℃。

利用高溫蘭炭的顯熱，避免蘭炭降溫過程中向蘭炭中引入水分，節約了能源，并可以利用粉狀蘭炭進行電石冶煉生成電石。本發明的系統和方法可降低能量損失，提高資源利用效率。

附圖說明

圖1為本發明中耦合制備電石的系統示意圖。

圖2為本發明利用圖1的系統耦合制備電石的方法流程圖。

附圖中的附圖標記如下：

1、熱解爐；

201、塊狀CaO預熱器；202、粉狀CaO預熱器；

3、篩分裝置；

401、第一混合裝置；402、第二混合裝置；

5、高溫成型裝置；

6、電石爐。

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。

如圖1所示，為本發明中耦合制備電石的系統示意圖。該系統包括熱解爐1、塊狀CaO預熱器201、粉狀CaO預熱器202、篩分裝置3、第一混合裝置401、第二混合裝置402、高溫成型裝置5、電石爐6。其中，各裝置的連接關系如下：

熱解爐1用于煤的熱解，可產生蘭炭和熱解氣，其包括煤入口、熱解氣出口、蘭炭出口。

塊狀CaO預熱器201用于對塊狀CaO進行預熱，其包括塊狀CaO入口、預熱塊狀CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口。

粉狀CaO預熱器202用于對粉狀CaO進行預熱，其包括粉狀CaO入口、預熱粉狀CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口。

篩分裝置3用于對蘭炭進行篩分，得到塊狀蘭炭和粉狀蘭炭，其包括蘭炭入口、塊狀蘭炭出口、粉狀蘭炭出口。其中，蘭炭入口與熱解爐1的蘭炭出口連接。

混合裝置包括第一混合裝置401和第二混合裝置402。

第一混合裝置401用于均勻混合塊狀蘭炭和經預熱的塊狀CaO，其包括塊狀蘭炭入口、預熱塊狀CaO入口、混合塊料出口。其中，塊狀蘭炭入口與篩分裝置3的塊狀蘭炭出口連接，預熱塊狀CaO入口與塊狀CaO預熱器201的預熱塊狀CaO出口連接。

第二混合裝置402用于均勻混合粉狀蘭炭和經預熱的粉狀CaO，其包括粉狀蘭炭入口、預熱粉狀CaO入口、粘結劑入口、混合粉料出口。其中，粉狀蘭炭入口與篩分裝置3的粉狀蘭炭出口連接，預熱粉狀CaO入口與粉狀CaO預熱器202的預熱粉狀CaO出口連接。

高溫成型裝置5用于接收第二混合裝置402輸出的混合粉料，對其進行成型處理，其包括混合粉料入口、成型塊料出口。其中，混合粉料入口與混合粉料出口連接。

電石爐6用于接收分別由第一混合裝置401和高溫成型裝置5輸送的混合塊料和成型塊料，進行冶煉可得到電石，其包括混合塊料入口、成型塊料入口、電石出口、高溫電石爐氣出口。其中，混合塊料入口與混合塊料出口連接，成型塊料入口與成型塊料出口連接，高溫電石爐氣出口與塊狀CaO預熱器201以及粉狀CaO預熱器202的高溫電石爐氣入口連接。

本發明中，上述篩分裝置3、第一混合裝置401、第二混合裝置402、高溫成型裝置5均為保溫裝置，并且，其內部的工作環境均為阻燃環境。上述系統中，各個裝置單元之間固體物料的輸送是通過輸送裝置實現的，并將輸送裝置全部設置為保溫輸送裝置，且保證輸送裝置內部為阻燃環境。設置保溫裝置的目的是，保證進入電石爐6的混合塊料和成型塊料的溫度不低于熱解爐1的操作溫度下100℃。

如圖2所示，為本發明利用圖1所示的系統耦合制備電石的方法流程圖。包括步驟：

(1)煤熱解

將煤送入熱解爐1中，在600～950℃溫度下進行熱解反應脫除揮發分，生成熱解氣和蘭炭。

本發明選用的原料煤為中低階劣質煤，其含水率≤8wt％，灰分含量≤10wt％，揮發分含量≥30wt％。原料煤的粒徑選用10～100㎜，本發明實施例中優選粒徑為10～30㎜。

(2)預熱CaO

將塊狀CaO和粉狀CaO分別送入塊狀CaO預熱器201和粉狀CaO預熱器202中，對CaO進行預熱。并將經預熱的塊狀CaO送入第一混合裝置401中、預熱粉狀CaO送入第二混合裝置402中。

本步驟中，選用的塊狀CaO的粒徑≤100㎜，實施例中優選粒徑為≤50㎜。粉狀CaO的粒徑≤5㎜，實施例中優選粒徑為≤3㎜。

(2)蘭炭篩分

將上述步驟得到的蘭炭送入篩分裝置3中，篩分后得到粒徑＞5㎜的塊狀蘭炭、粒徑≤5㎜的粉狀蘭炭，分別送入第一混合裝置401、第二混合裝置402中。

(3)混合成型

塊狀蘭炭和預熱塊狀CaO在第一混合裝置401中混合，可得到混合塊料。向第二混合裝置402中加入粘結劑，其與粉狀蘭炭、預熱粉狀CaO混合，可得到混合粉料，然后將混合粉料送入高溫成型裝置5制備成型塊料，以滿足電石爐6的進料要求。

本步驟中，粘結劑為干性、粉狀粘結劑，其在高溫下具有良好的粘接及固化的性能，能顯著增強成型物塊料的熱強度。該粘結劑是以煤為原料進行提取純化、脫除揮發分后的有機物，在較大的溫度范圍內具有較高的熱塑性，能夠充分促進液相炭化，改善粉狀蘭炭的軟化熔融性，使粉狀蘭炭的各向異性組織變得發達，最終提高成型塊料的熱強度。

上述各物料是通過定量螺旋輸送裝置送入第一混合裝置401和第二混合裝置402中的。

本發明實施例中，加入第一混合裝置401中的塊狀蘭炭和預熱塊狀CaO的質量配比為0.6～0.7：1，加入第二混合裝置402中的粉狀蘭炭、預熱粉狀CaO、粘結劑的質量配比為0.6～0.7：1：0.01～0.03。

本步驟中，CaO經預熱后再與蘭炭進行混合，可以避免由于溫度差導致蘭炭的溫度降低，為后續的電石冶煉過程節約能源。并且，CaO的預熱是利用了電石冶煉過程生成的高溫電石爐氣的顯熱，實現資源的回收利用。

(4)電石冶煉

將上述步驟得到的混合塊料和成型塊料送入電石爐6中，在1900～2200℃的溫度下進行冶煉制備電石，該步驟還會產生高溫電石爐氣。本發明實施中，優選電石冶煉溫度為2050℃。

由于圖1所示的系統做了保溫處理，可保證該步驟的混合塊料和成型塊料的溫度不低于熱解爐1的操作溫度下100℃，即不低于500℃。

該步驟得到的高溫電石爐氣送入塊狀CaO預熱器201和粉狀CaO預熱器202中，與塊狀CaO和粉狀CaO進行直接換熱或間接換熱，充分利用高溫電石爐氣的顯熱。

實施例1

將含水率為8％、灰分含量為10％、揮發分含量為30％、粒徑10～100mm的煤炭送入熱解爐中，在950℃溫度下進行熱解反應脫除揮發分，生成熱解氣和蘭炭。蘭炭送入篩分裝置中，篩分后得到粒徑＞5㎜的塊狀蘭炭、粒徑≤5㎜的粉狀蘭炭，分別送入第一混合裝置、第二混合裝置中。

將粒徑≤100㎜的塊狀CaO和粒徑≤5㎜的粉狀CaO分別送入塊狀CaO預熱器和粉狀CaO預熱器中，對CaO進行預熱。并將經預熱的塊狀CaO送入第一混合裝置中、預熱粉狀CaO送入第二混合裝置中。

塊狀蘭炭和預熱塊狀CaO按質量比0.7：1在第一混合裝置中混合，可得到混合塊料。向第二混合裝置中加入粘結劑，其與粉狀蘭炭、預熱粉狀CaO按質量比0.03：0.7：1混合，可得到混合粉料，然后將混合粉料送入高溫成型裝置中制備成型塊料。

將上述步驟得到的溫度為851℃的混合塊料和成型塊料送入電石爐中，在2200℃的溫度下進行冶煉制備電石。同時，生成的高溫電石爐氣送入塊狀CaO預熱器和粉狀CaO預熱器中，對CaO進行預熱。

實施例2

將含水率為5％、灰分含量為6.5％、揮發分含量為34％、粒徑10～30mm的煤炭送入熱解爐中，在850℃溫度下進行熱解反應脫除揮發分，生成熱解氣和蘭炭。蘭炭送入篩分裝置中，篩分后得到粒徑＞5㎜的塊狀蘭炭、粒徑≤5㎜的粉狀蘭炭，分別送入第一混合裝置、第二混合裝置中。

將粒徑≤50㎜的塊狀CaO和粒徑≤5㎜的粉狀CaO分別送入塊狀CaO預熱器和粉狀CaO預熱器中，對CaO進行預熱。并將經預熱的塊狀CaO送入第一混合裝置中、預熱粉狀CaO送入第二混合裝置中。

塊狀蘭炭和預熱塊狀CaO按質量比0.65：1在第一混合裝置中混合，可得到混合塊料。向第二混合裝置中加入粘結劑，其與粉狀蘭炭、預熱粉狀CaO按質量比0.02：0.65：1混合，可得到混合粉料，然后將混合粉料送入高溫成型裝置制備成型塊料。

將上述步驟得到的溫度為750℃的混合塊料和成型塊料送入電石爐中，在2050℃的溫度下進行冶煉制備電石。同時，生成的高溫電石爐氣送入塊狀CaO預熱器和粉狀CaO預熱器中，對CaO進行預熱。

實施例3

將含水率為3％、灰分含量為6.2％、揮發分含量為35％、粒徑10～25mm的煤炭送入熱解爐中，在600℃溫度下進行熱解反應脫除揮發分，生成熱解氣和蘭炭。蘭炭送入篩分裝置中，篩分后得到粒徑＞5㎜的塊狀蘭炭、粒徑≤5㎜的粉狀蘭炭，分別送入第一混合裝置、第二混合裝置中。

將粒徑≤40㎜的塊狀CaO和粒徑≤5㎜的粉狀CaO分別送入塊狀CaO預熱器和粉狀CaO預熱器中，對CaO進行預熱。并將經預熱的塊狀CaO送入第一混合裝置中、預熱粉狀CaO送入第二混合裝置中。

塊狀蘭炭和預熱塊狀CaO按質量比0.6：1在第一混合裝置中混合，可得到混合塊料。向第二混合裝置中加入粘結劑，其與粉狀蘭炭、預熱粉狀CaO按質量比0.01：0.6：1混合，可得到混合粉料，然后將混合粉料送入高溫成型裝置制備成型塊料。

將上述步驟得到的溫度為527℃的混合塊料和成型塊料送入電石爐中，在1900℃的溫度下進行冶煉制備電石。同時，生成的高溫電石爐氣送入塊狀CaO預熱器和粉狀CaO預熱器中，對CaO進行預熱。

上述實施例中的百分數均為質量百分數。

由上述實施例可得，本發明可利用粉狀蘭炭進行電石冶煉制備電石，并提高資源利用效率。

最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于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。這里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于本發明的保護范圍之中。