本發(fā)明主要涉及電石的生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備富氫氣體和電石的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

以粉狀中低階煤和粉狀生石灰為原料先經(jīng)過熱解得高溫活性半焦后，再通過氧熱法制備電石的工藝已得到廣泛的研究。該工藝在原料成本及熱效率方面均取得了重大突破。但是，在該工藝中，熱解后活性半焦的熱量得到了充分利用，而荒煤氣所攜帶的大量熱量在后續(xù)分離過程中被冷卻浪費。另外，在繼續(xù)開發(fā)的電石乙炔化工工藝中，電石與水反應(yīng)，產(chǎn)生大量的電石渣(主要成分是氫氧化鈣)，若得不到有效利用不僅會造成資源浪費，還會對周圍環(huán)境造成惡劣環(huán)境。

同時，煤熱解產(chǎn)生的熱解氣中含有大量的甲烷和一氧化碳，而甲烷水蒸氣重整和一氧化碳變換反應(yīng)是目前工業(yè)上較成熟的含甲烷和一氧化碳?xì)庵聘粴錃怏w的方法，其主要反應(yīng)包括甲烷與水蒸氣反應(yīng)得一氧化碳與氫氣，以及一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)制二氧化碳和氫氣?？紤]到型球高溫?zé)峤馑脽峤鈿獾臏囟扰c甲烷水蒸氣重整反應(yīng)相近，若將熱解氣中的甲烷與一氧化碳通過水蒸氣重整反應(yīng)和變換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氫氣，則可將熱解氣變?yōu)楦籋₂氣體。

另外，因為在甲烷水蒸氣重整和一氧化碳變換過程中均需要水蒸氣，因此可以在作為電石生產(chǎn)原料的生石灰中添加部分電石渣。這樣不僅能將電石渣中的氧化鈣變?yōu)樵?，降低原料成本，還能使得電石渣中的水同樣變?yōu)闊峤鈿飧邷卮呋磻?yīng)的原料，可省掉電石渣漿干燥和煅燒的步驟，進(jìn)一步節(jié)省了能耗。

因此，針對上述問題，有必要發(fā)明一種制備富氫氣體和電石的系統(tǒng)及方法，能夠充分利用原料中的成分及熱解氣的能量，將其轉(zhuǎn)化為附加值更高的氣體產(chǎn)品。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種制備富氫氣體和電石的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法的目的是解決生產(chǎn)電石時熱解氣所攜帶熱量損失，熱解氣利用效率低的問題。進(jìn)一步地，本發(fā)明還可降低電石原料的成本，充分利用電石渣。

本發(fā)明提供的制備富氫氣體和電石的系統(tǒng)包括：高溫?zé)峤鈫卧?、催化重整單元、變換、脫碳單元以及電石冶煉單元，其中，所述高溫?zé)峤鈫卧悍廴肟?、鈣基原料入口、荒煤氣出口及高溫混合粉料出口，用于電石原料的熱解；所述催化重整單元包括荒煤氣入口和合成氣出口，用于甲烷與水蒸氣的催化重整；所述荒煤氣入口與所述高溫?zé)峤鈫卧幕拿簹獬隹谙噙B；所述變換、脫碳單元包括合成氣入口和富氫氣體出口，用于一氧化碳的催化變換反應(yīng)與生成氣體的脫碳處理；所述合成氣入口與所述催化重整單元的合成氣出口相連；所述電石冶煉單元包括固體物料入口、含氧氣體入口和電石出口，用于氧熱法制備電石；所述固體物料入口與所述高溫?zé)峤鈫卧母邷鼗旌戏哿铣隹谙噙B。

上述的系統(tǒng)，所述催化重整單元為重整反應(yīng)器，其內(nèi)部從下往上依次設(shè)有過濾層、焦油催化裂解的催化劑層、甲烷重整的催化劑層。

上述的系統(tǒng)，所述變換、脫碳單元包括變換爐，所述變換爐內(nèi)部設(shè)有變換催化劑層。

上述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括保溫輸送裝置，所述保溫輸送裝置與所述電石冶煉單元的固體物料入口及所述高溫?zé)峤鈫卧母邷鼗旌戏哿铣隹谙噙B。

進(jìn)一步地，上述的系統(tǒng)中，所述高溫?zé)峤鈫卧獮樾顭崾较滦写卜磻?yīng)器，其內(nèi)部設(shè)置有多層蓄熱式輻射管。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還可包括原料處理單元，所述原料處理單元包括依序相連的煤破碎裝置、煤中間儲倉及煤粉螺旋輸送裝置，以及依序相連的鈣基原料破碎裝置、鈣基原料中間儲倉、鈣基原料粉螺旋輸送裝置。

本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)制備富氫氣體和電石的方法，包括以下步驟：將粒徑<1mm的煤粉、粒徑<3mm的鈣基原料送入所述高溫?zé)峤鈫卧M(jìn)行熱解，得到荒煤氣及高溫混合粉料；將所述荒煤氣送入所述催化重整單元，經(jīng)過濾、焦油催化裂解以及甲烷催化重整得到合成氣；將所述合成氣送入所述變換、脫碳單元進(jìn)行變換反應(yīng)，使得所述合成氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳，再經(jīng)脫碳后制得富氫氣體；將所述高溫混合粉料送入所述電石冶煉單元，氧熱法冶煉制得電石。

上述的方法，所述鈣基原料包括電石渣和生石灰，所述電石渣的加入量為所述生石灰的20wt％-40wt％；所述鈣基原料與所述煤粉的加入質(zhì)量比為1.0-1.5:1。

上述方法中，所述催化重整的溫度為700-900℃，壓力為2-4MPa；所述變換反應(yīng)的溫度為200-320℃，所述變換反應(yīng)的催化劑為Co-Mo系耐硫?qū)挏卮呋瘎?/p>

上述的方法，所述方法還可包括步驟：將煤與鈣基原料送入所述原料處理單元，使得煤破碎至<1mm成為煤粉，使得所述鈣基原料破碎至<3mm；所述煤為中低價煤。

本發(fā)明的技術(shù)方案，使得攜帶高溫的水蒸氣與熱解氣在催化重整反應(yīng)器和變換爐內(nèi)催化反應(yīng)后，最終得到富氫氣體，一方面可以充分利用熱解氣的熱量，另一方面可以將成分復(fù)雜的熱解氣轉(zhuǎn)化為富氫氣體。

本發(fā)明還可用部分電石渣替代氧化鈣，使得電石渣變廢為寶，且無需經(jīng)過碳化和煅燒步驟，降低了原料成本。同時，利用氫氧化鈣分解產(chǎn)生的水蒸氣與熱解氣中的甲烷和一氧化碳反應(yīng)，由于氫氧化鈣分解產(chǎn)生的水蒸氣較多，可以減少催化劑的積碳，延長催化劑的壽命。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中熱解產(chǎn)生的高溫混合粉料可保溫輸送到電石爐，提高了系統(tǒng)的熱利用效率。

本發(fā)明通過氧熱法生產(chǎn)電石，原料從熱解到電石冶煉單元始終為粉料，省掉了成型單元，簡化了系統(tǒng)與操作工序，且提高了原料間的反應(yīng)接觸面積，因而提高了傳熱效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的制備富氫氣體和電石的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的制備富氫氣體和電石的系統(tǒng)流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明所描述的電石生產(chǎn)系統(tǒng)由原料處理單元1、高溫?zé)峤鈫卧?、催化重整單元3、變換、脫碳單元4以及電石冶煉單元5組成。

為了降低原料成本及充分發(fā)揮本系統(tǒng)的作用，本發(fā)明中的煤為中低階粉煤。

原料處理單元1用于對原料煤和石灰或電石渣的破碎，其包括煤破碎裝置11、鈣基原料破碎裝置12、煤中間儲倉13、鈣基原料中間儲倉14、煤粉螺旋輸送裝置15和鈣基原料粉螺旋輸送裝置16。所述破碎裝置依次與中間儲倉螺旋輸送裝置相連。當(dāng)然在本發(fā)明中，原料處理單元1不是必須設(shè)置，可根據(jù)來料大小決定是否需要設(shè)置。

高溫?zé)峤鈫卧?的裝置為快速熱解爐，設(shè)有煤粉入口21、鈣基原料入口22、荒煤氣出口23以及高溫混合粉料出口24；所述煤粉入口21可與煤粉螺旋輸送裝置15相連；所述鈣基原料入口22可與鈣基原料螺旋輸送裝置16相連；其中所述的快速熱解爐是指蓄熱式下行床反應(yīng)器，內(nèi)部設(shè)置有多層蓄熱式輻射管。高溫?zé)峤鈫卧?用于把原料熱解后輸出高溫混合粉料及荒煤氣。

催化重整單元3的裝置為重整反應(yīng)器，用于將熱解氣中的甲烷與水蒸氣進(jìn)行催化重整反應(yīng)，設(shè)有荒煤氣入口31和合成氣出口36。所述荒煤氣入口31與高溫?zé)峤鈫卧?的荒煤氣出口23相連。所述重整反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有氣體分布器32、以及從下往上依次排列的過濾層33、焦油催化裂解催化劑層34、甲烷重整催化劑層35。氣體分布器32用于使氣體能夠較均勻的通過催化劑層。所述過濾層可為陶瓷過濾板，目的是除去荒煤氣中的灰塵并起到蓄熱的作用。所述焦油催化裂解催化劑的目的是將荒煤氣中的焦油充分催化以獲取熱解氣。所述重整催化劑層的目的是催化熱解氣中的甲烷與水蒸氣反應(yīng)，將甲烷轉(zhuǎn)換為氫氣和一氧化碳。

變換、脫碳單元4的裝置包括變換爐和二氧化碳吸收裝置，用于一氧化碳的變換反應(yīng)及生成氣體的脫碳處理，以制得富氫氣體，設(shè)有合成氣入口41和富氫氣體出口44。所述合成氣入口41與催化重整單元3的合成氣出口36相連。所述變換爐內(nèi)部設(shè)有氣體分布器42和變換催化劑層43。氣體分布器42的設(shè)置是為了使氣體能夠較均勻的通過催化劑層。變換催化劑層43的目的是催化一氧化碳進(jìn)行變換反應(yīng)，生成富二氧化碳與氫氣。再經(jīng)二氧化碳吸收裝置脫去二氧化碳后，可制得富氫氣。

電石冶煉單元5的裝置是氣流床，用于氧熱法生成電石，設(shè)有固體物料入口51、含氧氣體入口52、電石爐氣出口53以及電石出口54。熔融的電石由電石液出口54導(dǎo)出后經(jīng)冷卻形成電石產(chǎn)品。所述固體物料入口51可通過保溫輸送裝置與高溫?zé)峤鈫卧母邷鼗旌戏哿铣隹?4相連。所述保溫輸送裝置可以是保溫桶或保溫鏈板中的一種。設(shè)置保溫輸送裝置可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的熱利用效率。該保溫輸送裝置也不是必須設(shè)置。

如圖2所示的系統(tǒng)流程圖，揭示了本發(fā)明利用上述系統(tǒng)制備富氫氣體和電石的方法，包括以下步驟：

原料預(yù)處理，即通過破碎裝置將中低階煤破碎至<1mm，鈣基原料破碎至<3mm；當(dāng)然該步驟不是必須設(shè)置，具體視來料大小而定。

混合熱解，將粉狀的煤、鈣基原料加入粉料熱解裝置，獲取荒煤氣和高溫混合粉料。其中，電石渣的加入量為生石灰的20wt％-40wt％；鈣基原料與煤粉的加入質(zhì)量比為1.0-1.5:1。熱解溫度為800-1100℃，熱解時間為15-45min。

催化重整，熱解荒煤氣進(jìn)入催化重整單元，經(jīng)過過濾、焦油催化裂解以及甲烷催化重整得到合成氣。其中，催化重整單元的溫度為700-900℃；壓力為2-4MPa。

催化變換、脫碳，催化重整后的合成氣，進(jìn)一步經(jīng)過變換反應(yīng)，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳，再經(jīng)脫碳后可得富氫氣體。變換反應(yīng)的溫度為200-320℃，所用催化劑為Co-Mo系耐硫?qū)挏卮呋瘎?/p>

高溫混合粉料經(jīng)保溫輸送裝置送入電石冶煉裝置，并在1750-2200℃氧熱法冶煉，制得液態(tài)電石及電石爐氣。

根據(jù)本發(fā)明的上述技術(shù)方案，將攜帶高溫的水蒸氣與熱解氣在催化重整反應(yīng)器和變換爐內(nèi)催化反應(yīng)后，最終得到富氫氣體，一方面可以充分利用熱解氣的熱量，另一方面可以將成分復(fù)雜的熱解氣轉(zhuǎn)化為富氫氣體。進(jìn)一步，本發(fā)明還可用部分電石渣替代氧化鈣，使得電石渣變廢為寶，且無需經(jīng)過碳化和煅燒步驟，降低了原料成本。同時，利用氫氧化鈣分解產(chǎn)生的水蒸氣與熱解氣中的甲烷和一氧化碳反應(yīng)，由于氫氧化鈣分解產(chǎn)生的水蒸氣較多，可以減少催化劑的積碳，延長催化劑的壽命。

作為拓展，本發(fā)明還可將得到的電石與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔和電石渣，電石渣經(jīng)凈化后又可作為原料，系統(tǒng)可形成閉路循環(huán)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中熱解產(chǎn)生的高溫混合粉料可保溫輸送到電石爐，進(jìn)一步提高了熱利用效率。

本發(fā)明通過氧熱法生產(chǎn)電石，原料從熱解到電石冶煉單元始終為粉料，省掉了成型單元，簡化了系統(tǒng)與操作工序，且提高了原料間的反應(yīng)接觸面積，因而提高了傳熱效率。

本文中出現(xiàn)的“wt％”均指重量百分比。

實施例1

以長焰煤和添加30wt％電石渣的生石灰為原料，首先通過破碎磨粉裝置將原煤粒度破碎到<1mm，鈣基原料粒度破碎到<3mm；然后將煤粉與鈣基原料粉以1.0:1.0的質(zhì)量比例混合經(jīng)螺旋輸送裝置送至高溫?zé)峤庋b置，并在850℃下熱解25min，獲得荒煤氣和高溫混合料粉?；拿簹庠诟邷叵轮苯虞斔椭链呋卣D(zhuǎn)換反應(yīng)器，保持反應(yīng)器內(nèi)溫度為800℃，壓力為2MPa，荒煤氣依次經(jīng)過凈化除塵、焦油催化裂解反應(yīng)后獲取合成氣，合成氣被輸送到變換爐內(nèi)320℃下催化變換后，最終使得熱解氣成分以二氧化碳和氫氣為主，之后再經(jīng)過脫碳，得到高濃度的富H2氣體；高溫混合粉料經(jīng)密閉保溫輸送設(shè)備送入電石冶煉單元內(nèi)，在1900℃下氧熱法生成電石；后續(xù)電石與水反應(yīng)后可得大量電石渣，凈化后可循環(huán)用作電石生產(chǎn)的原料。

實施例2

以長焰煤和添加20wt％電石渣的生石灰為原料，首先通過破碎磨粉裝置將原煤粒度破碎到<1mm，鈣基原料粒度破碎到<3mm；然后將煤粉與鈣基原料粉以1.0:1.5的質(zhì)量比例混合，經(jīng)螺旋輸送裝置送至高溫?zé)峤庋b置內(nèi)在900℃下熱解30min，獲得荒煤氣和高溫混合粉料?；拿簹庠诟邷叵轮苯虞斔椭链呋卣D(zhuǎn)換反應(yīng)器，保持反應(yīng)器內(nèi)溫度為700℃，壓力為4MPa，荒煤氣依次經(jīng)過凈化除塵、焦油催化裂解反應(yīng)后獲取合成氣，合成氣被輸送到變換爐內(nèi)260℃下催化變換后，最終使得熱解氣成分以二氧化碳和氫氣為主，之后再經(jīng)過脫碳，得到高濃度的富H₂氣體；高溫混合粉料經(jīng)密閉保溫輸送設(shè)備送入電石冶煉單元內(nèi)，在2000℃下氧熱法生成電石；后續(xù)電石與水反應(yīng)后可得大量電石渣，凈化后可循環(huán)用作電石生產(chǎn)的原料。

實施例3

以長焰煤和添加40wt％電石渣的生石灰為原料，首先通過破碎磨粉裝置將原煤粒度破碎到<1mm，鈣基原料粒度破碎到<3mm；然后將煤粉與鈣基原料粉以1.0:1.25:0.12的質(zhì)量比例混合，經(jīng)螺旋輸送裝置送至高溫?zé)峤庋b置內(nèi)在1000℃下熱解30min，獲得荒煤氣和高溫混合粉料?；拿簹庠诟邷叵轮苯虞斔椭链呋卣D(zhuǎn)換反應(yīng)器，保持反應(yīng)器內(nèi)溫度為900℃，壓力為3MPa，荒煤氣依次經(jīng)過凈化除塵、焦油催化裂解反應(yīng)后獲取合成氣，合成氣被輸送到變換爐內(nèi)200℃下催化變換后，最終使得熱解氣成分以二氧化碳和氫氣為主，之后再經(jīng)過脫碳，得到高濃度的富H₂氣體；高溫混合粉料經(jīng)密閉保溫輸送設(shè)備送入電石爐內(nèi)，在2000℃下下氧熱法生成電石；后續(xù)電石與水反應(yīng)后可得大量電石渣，凈化后可循環(huán)用作電石生產(chǎn)的原料。

由上述實施例可見，本發(fā)明的技術(shù)方案解決了生產(chǎn)電石時熱解氣浪費的問題。進(jìn)一步地，本發(fā)明還可降低電石原料的成本，充分利用電石渣。

最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)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(fā)明的保護(hù)范圍之中。