本發(fā)明總地涉及電石冶煉，具體涉及一種煤氣化和電石冶煉?cǎi)詈系南到y(tǒng)及用其制電石和煤氣的方法。
背景技術(shù)：
：煤的焦化、氣化和合成電石，為有機(jī)化工工業(yè)提供了豐富的粗苯、焦油、焦?fàn)t氣、合成氣和乙炔。目前，煤焦化投資成本高、產(chǎn)品精制不足、產(chǎn)品附加值不高；煤氣化技術(shù)進(jìn)步緩慢、效率低、規(guī)模小、產(chǎn)業(yè)化程度低。相比之下，電石乙炔工藝路線簡(jiǎn)單，產(chǎn)品附加值高、經(jīng)濟(jì)效益好，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，是一種比較有發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵜杭夹g(shù)和煤化工的途徑。電石乙炔可以用來(lái)合成苯、橡膠、聚氯乙烯、聚乙炔等有機(jī)產(chǎn)品。與石油乙烯路線相比，電石乙炔的原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、設(shè)備投資低，乙炔比乙烯活性高，更利于有機(jī)合成反應(yīng)進(jìn)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(zhuǎn)化為熱能，加熱熔融石灰和碳素原料焦炭發(fā)生化合反應(yīng)制取電石。電熱法雖然歷史悠久，但仍存在高能耗、高污染的缺點(diǎn)。電石合成反應(yīng)是一個(gè)固相吸熱反應(yīng)，原料傳質(zhì)、傳熱效率低，化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，因而需要高溫(2000-2200℃)加熱和高活性的焦炭作為原料。2000-2200℃的加熱條件需要大量的能量，對(duì)設(shè)備的耐熱性能要求高，增加了投資成本和能耗。焦炭一般由煤的焦化得到，該過(guò)程流程長(zhǎng)，有機(jī)碳損耗高、電耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重。為了提高石灰-電石共熔速度和產(chǎn)品中電石的含量，實(shí)際操作中一般要使石灰過(guò)量20％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，增加了物耗和能耗。副產(chǎn)物一氧化碳逸出反應(yīng)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(chǎn)中的電耗、提高能量利用率的兩大對(duì)策，科研工作者提出了一系列解決措施和方案。但是由于電熱法工藝基于石灰與焦炭直接反應(yīng)生成電石這一固相吸熱反應(yīng)，無(wú)論如何提高電石爐的電效率和熱效率，都無(wú)法改變?cè)摴に嚫吣芎摹⒏呶锖摹⒏呶廴镜默F(xiàn)狀。為了提高電石生產(chǎn)能量、實(shí)現(xiàn)電石生產(chǎn)的綠色化和可持續(xù)發(fā)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。在煤溫和氣化過(guò)程中，副產(chǎn)品半焦要占到整個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物的約60％-90％(質(zhì)量百分比)。如何經(jīng)濟(jì)、有效、合理的利用半焦將決定整個(gè)煤溫和氣化過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)現(xiàn)該過(guò)程工業(yè)化的可能性。煤溫和氣化所得半焦的性質(zhì)主要取決于煤種、灰含量和形成半焦的反應(yīng)條件等。下行床氣化類似于氣流床氣化，煤粉自反應(yīng)爐頂部由煤粉輸送系統(tǒng)送入，氣化劑由反應(yīng)爐頂部通入，氣化劑與煤粉并行向下運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行接觸反應(yīng)，一般煤粉及氣化劑在反應(yīng)系統(tǒng)中停留數(shù)秒的時(shí)間。下行床溫和氣化由于氣化溫度較低、煤粉在氣化爐中停留時(shí)間較短、碳轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，氣化殘?jiān)写罅课捶磻?yīng)的碳，尤其單獨(dú)以水蒸氣為氣化劑在950℃的低溫下進(jìn)行氣化生產(chǎn)富氫合成氣后的固體產(chǎn)物氣化半焦(氣化后殘?jiān)?仍含有60％的碳，目前對(duì)于這些氣化半焦一般進(jìn)行燃燒發(fā)電，資源利用效率較低。迫切需要開(kāi)發(fā)一種高值化的利用工藝，以提高資源的利用水平。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種煤氣化和電石冶煉?cǎi)詈系南到y(tǒng)，所述系統(tǒng)包括下行床氣化爐、預(yù)熱器、混合裝置、成型裝置和電石爐；所述下行床氣化爐包括煤入口、氣化劑入口、煤氣出口和半焦出口；所述混合裝置包括半焦入口、熱CaO入口、粘結(jié)劑入口和混合料出口，所述半焦入口與所述下行床氣化爐的半焦出口相連；所述成型裝置包括混合料入口和型料出口，所述混合料入口與所述混合裝置的混合料出口相連；所述電石爐包括型料入口、高溫電石爐氣出口和液態(tài)電石出口，所述型料入口與所述成型裝置的型料出口相連。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述還包括預(yù)熱器，所述預(yù)熱器包括CaO入口、高溫電石爐氣入口、熱CaO出口和低溫電石爐氣出口；所述電石爐還包括高溫電石爐氣出口；所述高溫電石爐氣出口與所述高溫電石爐氣入口相連，所述熱CaO出口與所述混合裝置的熱CaO入口相連。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述下行床氣化爐還包括催化劑入口。此外，本發(fā)明還提供了一種利用上述系統(tǒng)制備電石和煤氣的方法，包括以下步驟：煤氣化：將煤和氣化劑分別經(jīng)由所述煤入口和所述氣化劑入口送入所述下行床氣化爐中，在T1溫度下所述煤氣化，得到煤氣和半焦；混合：將所述半焦、熱CaO和粘結(jié)劑分別經(jīng)由所述半焦入口、所述熱CaO入口和所述粘結(jié)劑入口送入所述混合裝置中混合，制備混合料；成型：將所述混合料經(jīng)由所述混合料入口送入所述成型裝置中，制備成型料；電石冶煉：將所述成型料送入所述電石爐中，在T2溫度下反應(yīng)得到液態(tài)電石；所述混合裝置、所述成型裝置進(jìn)行了保溫處理，內(nèi)部工作環(huán)境均為阻燃環(huán)境；所有固體物料的輸送均在保溫及阻燃的條件下進(jìn)行；所述成型料進(jìn)入所述電石爐時(shí)的溫度與其從所述氣化爐排出的溫度相差≤100℃。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述電石爐冶煉電石時(shí)還會(huì)排出高溫電石爐氣，先用所述高溫電石爐氣與CaO進(jìn)行換熱，然后再將升溫后的熱CaO送入所述混合裝置中進(jìn)行混合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在所述煤氣化步驟中，還往所述下行床氣化爐中通入了催化劑，所述催化劑為粉狀CaO，所述煤與所述粉狀CaO的質(zhì)量比例為25：1-15：1。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述煤的粒徑≤0.5mm，優(yōu)選粒徑≤0.1mm。所述煤的水分含量≤8wt％。所述煤的灰分含量≤7wt％。所述煤的揮發(fā)分含量≥30wt％。所述煤的灰熔點(diǎn)≥1150℃。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述熱CaO的粒徑≤0.5mm，優(yōu)選粒徑≤0.1mm。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述T1為850-1000℃。所述T2為1900-2100℃，其優(yōu)選為1950℃。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述氣化劑為水蒸氣，其與所述煤的質(zhì)量比≤0.96，優(yōu)選質(zhì)量比≤0.80。本發(fā)明將煤氣化和電石冶煉技術(shù)相耦合，解決了煤氣化后產(chǎn)生的大量粉狀半焦難以處理的問(wèn)題，提高了粉狀半焦的利用價(jià)值。此外，本發(fā)明所有的設(shè)備均是在保溫、密閉及阻燃的條件下工作的，物料在各個(gè)設(shè)備間的輸送也均是在保溫及阻燃的條件下進(jìn)行的，充分了利用了氣化及電石冶煉的高溫顯熱，極大地降低了損耗，節(jié)約了能源。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的一種煤氣化和電石冶煉?cǎi)詈系南到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的一種利用上述系統(tǒng)制備電石和煤氣的工藝流程圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案以及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說(shuō)明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的一種煤氣化和電石冶煉?cǎi)詈系南到y(tǒng)包括：下行床氣化爐1、混合裝置2、成型裝置3、電石爐4和預(yù)熱器5。其中，下行床氣化爐1包括煤入口101、氣化劑入口102、煤氣出口103和半焦出口。下行床氣化爐1用于將煤低溫溫和氣化，制備煤氣。此外，還可在下行床氣化爐1設(shè)置催化劑入口，用于往下行床氣化爐1添加催化劑，以提高煤氣化的效果。混合裝置2包括半焦入口、熱CaO入口、粘結(jié)劑入口201和混合料出口，半焦入口與下行床氣化爐1的半焦出口相連。混合裝置2用于混合粉狀半焦、CaO和粘結(jié)劑。成型裝置3包括混合料入口和型料出口，述混合料入口與混合裝置2的混合料出口相連。成型裝置3用于將從混合裝置2排出的混合料壓制成型。電石爐4包括型料入口、高溫電石爐氣出口和液態(tài)電石出口401，型料入口與成型裝置3的型料出口相連。電石爐4用于冶煉從成型裝置3中排出的型料，以制備電石。預(yù)熱器5包括CaO入口501、高溫電石爐氣入口、熱CaO出口和低溫電石爐氣出口502，高溫電石爐氣入口與電石爐4的高溫電石爐氣入口相連，熱CaO出口與混合裝置2的熱CaO入口相連。預(yù)熱器5并是不系統(tǒng)的必備設(shè)備，預(yù)熱器5用從電石爐4中排出的高溫電石爐氣預(yù)熱CaO，以充分利用系統(tǒng)熱量，減少能源的損耗。當(dāng)然，從電石爐4中排出的高溫電石爐氣也可另做他用，CaO也可不經(jīng)過(guò)預(yù)熱，直接進(jìn)入混合裝置2中與半焦和粘結(jié)劑進(jìn)行混合，制備型料。圖2所示為本發(fā)明一種利用上述系統(tǒng)制備電石和煤氣的方法，該方法主要包括以下步驟：煤氣化：將煤和氣化劑分別經(jīng)由煤入口101和氣化劑入口102送入下行床氣化爐1中，在T1溫度下煤氣化，得到煤氣和半焦；混合：將半焦、熱CaO和粘結(jié)劑分別經(jīng)由半焦入口、熱CaO入口和粘結(jié)劑入口201送入混合裝置2中混合，制備混合料；成型：將混合料經(jīng)由混合料入口送入成型裝置3中，制備成型料；電石冶煉：將成型料送入電石爐4中，在T2溫度下反應(yīng)得到液態(tài)電石；上述熱CaO是由電石冶煉時(shí)產(chǎn)生的高溫電石爐氣預(yù)熱得到的；上述混合裝置、上述成型裝置進(jìn)行了保溫處理，其內(nèi)部的工作環(huán)境均為阻燃環(huán)境；上述所有各單元間固體物料的輸送均在保溫及阻燃的條件下進(jìn)行；成型料進(jìn)入電石爐時(shí)的溫度與其從氣化爐排出的溫度相差≤100℃。本發(fā)明將煤氣化和電石冶煉技術(shù)相耦合，解決了煤氣化后產(chǎn)生的大量粉狀半焦難以處理的問(wèn)題，提高了粉狀半焦的利用價(jià)值。此外，本發(fā)明所有的設(shè)備均是在保溫、密閉及阻燃的條件下工作的，物料在各個(gè)設(shè)備間的輸送也均是在保溫及阻燃的條件下進(jìn)行的，充分了利用了氣化及電石冶煉的高溫顯熱，極大地降低了損耗，節(jié)約了能源。在煤氣化時(shí)，還可往下行床氣化爐1中通入催化劑，以提高煤氣化的效果。CaO在煤氣化過(guò)程中具有較好的催化作用，并兼具良好的固硫性能，在提高煤氣化的反應(yīng)速率的同時(shí)，能實(shí)現(xiàn)煤的潔凈轉(zhuǎn)化。此外，由于煤氣化后得到的粉狀半焦還需和CaO混合制備電石，因此，本發(fā)明中，優(yōu)選粉狀的CaO作為煤氣化的催化劑。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粉狀CaO的添加量為煤的質(zhì)量的1/25-1/15時(shí)，其催化效果最好。煤的粒徑越小、水分含量越少，氣化的效果越好。本申請(qǐng)中，煤的粒徑優(yōu)選≤0.5mm，更好地，粒徑最好≤0.1mm。同樣地，煤的水分含量越少、灰分含量越少、揮發(fā)分含量越多，其氣化的效果也越好。本申請(qǐng)中，煤的水分含量?jī)?yōu)選≤8wt％，灰分含量?jī)?yōu)選≤7wt％，揮發(fā)分含量?jī)?yōu)選≥30wt％。為了使氣化煤的灰分在氣化過(guò)程中不熔融，煤的灰熔點(diǎn)優(yōu)選≥1150℃。為了能更好的與粉狀半焦混合均勻制備成型料冶煉電石，加入混合裝置2中的熱CaO的粒徑最好也不要太大，本發(fā)明中，其粒徑優(yōu)選≤0.5mm，更好地，粒徑最好≤0.1mm。煤氣化時(shí)的溫度T1最好為850℃-1000℃，冶煉制備電石的溫度T2優(yōu)選為1900℃-2100℃，更好地，T2最好為1950℃。溫度太低，煤氣化及冶煉電石的效果不好；溫度太高，浪費(fèi)能源。煤氣化時(shí)可采用水蒸汽為氣化劑。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其與煤的質(zhì)量比≤0.96比較好，若該質(zhì)量比≤0.80，煤氣化的效果更好，且也不浪費(fèi)能源。下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述
發(fā)明內(nèi)容中所示。下述實(shí)施例所用的檢測(cè)方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測(cè)方法。實(shí)施例1本實(shí)施例采用圖1所示的系統(tǒng)及圖2所示的工藝路線制備電石和煤氣，具體如下：準(zhǔn)備原料：將水分含量為5wt％、揮發(fā)分含量為wt30％、灰分含量7wt％、灰熔點(diǎn)為1300℃的煤煤破碎，取選取粒徑≤0.5mm的煤粉；。將CaO破碎，選取粒徑≤0.5mm的粉狀CaO。煤氣化：將1000kg煤粉送入下行床氣化爐1中，往下行床氣化爐1通入800kg水蒸氣。在1000℃下進(jìn)行氣化，氣化得到半焦和煤氣，將煤氣收集。混合：將半焦、粉狀CaO和耐高溫復(fù)合粘結(jié)劑送入混合裝置2中，制備混合料。半焦、粉狀CaO和耐高溫復(fù)合粘結(jié)劑的質(zhì)量比為70:100:3。成型：將上述混合料送入成型裝置3中，制備成型料。電石冶煉：將上述成型料送入電石爐4中冶煉電石，冶煉溫度為1900℃。將電石冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的高溫電石爐氣送入預(yù)熱器5中，用于預(yù)熱送入下行床氣化爐1中的粉狀CaO。上述所有裝置均進(jìn)行了保溫處理，其內(nèi)部的工作環(huán)境均為阻燃環(huán)境。上述所有固體物料的輸送均在保溫及阻燃的條件下進(jìn)行。成型料進(jìn)入電石爐時(shí)的溫度與其從氣化爐排出的溫度相差≤100℃。產(chǎn)物的產(chǎn)量及各裝置某些產(chǎn)物出口的溫度請(qǐng)見(jiàn)表1。實(shí)施例2本實(shí)施例采用圖1所示的系統(tǒng)及圖2所示的工藝路線制備電石和煤氣，具體如下：準(zhǔn)備原料：將水分含量為8wt％、揮發(fā)分含量為35wt％、灰分含量5wt％、灰熔點(diǎn)為1100℃的煤破碎，取選取粒徑≤0.1mm的煤粉。將CaO破碎，選取粒徑≤0.1mm的粉狀CaO。煤氣化：將1000kg煤粉送入下行床氣化爐1中，往里面通入960kg水蒸氣。再往下行床氣化爐1中加入67kg粉狀CaO。在950℃下進(jìn)行氣化，氣化得到半焦和煤氣，將煤氣收集。混合：將半焦、粉狀CaO和粘結(jié)劑送入混合裝置2中，制備混合料。半焦、粉狀CaO和耐高溫復(fù)合粘結(jié)劑的質(zhì)量比為60:100:2。成型：將上述混合料送入成型裝置3中，制備成型料。電石冶煉：將上述成型料送入電石爐4中冶煉電石，冶煉溫度為1950℃。將電石冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的高溫電石爐氣送入預(yù)熱器5中，用于預(yù)熱送入下行床氣化爐1中的粉狀CaO。上述所有裝置均進(jìn)行了保溫處理，其內(nèi)部的工作環(huán)境均為阻燃環(huán)境。上述所有固體物料的輸送均在保溫及阻燃的條件下進(jìn)行。成型料進(jìn)入電石爐時(shí)的溫度與其從氣化爐排出的溫度相差≤100℃。產(chǎn)物的產(chǎn)量及各裝置某些產(chǎn)物出口的溫度請(qǐng)見(jiàn)表1。實(shí)施例3本實(shí)施例采用圖1所示的系統(tǒng)及圖2所示的工藝路線制備電石和煤氣，具體如下：準(zhǔn)備原料：將水分含量為6wt％、揮發(fā)分含量為36wt％、灰分含量6wt％、灰熔點(diǎn)為1200℃的煤煤破碎，取選取粒徑≤0.3mm的煤粉。將CaO破碎，選取粒徑≤0.3mm的粉狀CaO。煤氣化：將1000kg煤粉送入下行床氣化爐1中，往里面通入700kg水蒸氣。再往下行床氣化爐1中加入40kg粉狀CaO。在850℃下進(jìn)行氣化，氣化得到半焦和煤氣，將煤氣收集。混合：將半焦、粉狀CaO和粘結(jié)劑送入混合裝置2中，制備混合料。半焦、粉狀CaO和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為65:100:1.5。成型：將上述混合料送入成型裝置3中，制備成型料。電石冶煉：將上述成型料送入電石爐4中冶煉電石，冶煉溫度為2100℃。將電石冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的高溫電石爐氣送入預(yù)熱器5中，用于預(yù)熱送入下行床氣化爐1中的粉狀CaO。上述所有裝置均進(jìn)行了保溫處理，其內(nèi)部的工作環(huán)境均為阻燃環(huán)境。上述所有固體物料的輸送均在保溫及阻燃的條件下進(jìn)行。成型料進(jìn)入電石爐時(shí)的溫度與其從氣化爐排出的溫度相差≤100℃。產(chǎn)物的產(chǎn)量及各裝置某些產(chǎn)物出口的溫度請(qǐng)見(jiàn)表1。表1各實(shí)施例產(chǎn)物及各裝置某些產(chǎn)物出口的溫度實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3煤氣/m3469694637半焦/kg573612596電石/kg812890847半焦出口/℃989939841混合料出口/℃922846778型料出口/℃901803759高溫電石爐氣出口/℃178918061851熱CaO出口/℃843844850從表1可以看出，由于對(duì)所有裝置均進(jìn)行了保溫處理，固體物料在輸送過(guò)程中也均在采用了保溫處理，充分利用了半焦和電石爐氣的高溫顯熱，極大的降低了損耗，節(jié)約了能源。此外，從表1還可以看出，實(shí)施例2和實(shí)施例3中煤氣化的效果明顯比實(shí)施例1好，說(shuō)明加在氣化中加入催化劑有明顯改善煤氣化的效果。綜上，本發(fā)明將煤氣化和電石冶煉技術(shù)相耦合，解決了煤氣化后產(chǎn)生的大量粉狀半焦難以處理的問(wèn)題，提高了粉狀半焦的利用價(jià)值。此外，本發(fā)明所有的設(shè)備均是在保溫、密閉及阻燃的條件下工作的，物料在各個(gè)設(shè)備間的輸送也均是在保溫及阻燃的條件下進(jìn)行的，充分了利用了氣化及電石冶煉的高溫顯熱，極大地降低了損耗，節(jié)約了能源。最后應(yīng)說(shuō)明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3