本發(fā)明主要涉及電石的生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種電石的生產(chǎn)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
電石作為一種重要的化工原料，主要用于生產(chǎn)乙炔和乙炔基化工產(chǎn)品，曾被譽(yù)為“有機(jī)合成工業(yè)之母”。從我國能源分布上考慮，“富煤、貧油、少氣”是我國能源結(jié)構(gòu)的典型特征，煤炭是我國的主要能源，約占一次能源的70％，因此，電石生產(chǎn)對(duì)于工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。
傳統(tǒng)電石生產(chǎn)主要采用電熱法，即以塊狀生石灰和塊狀焦炭為原料，在電石爐內(nèi)由電弧加熱到2000攝氏度以上，按方程CaO+3C＝CaC2+CO的反應(yīng)原理進(jìn)行高溫冶煉生產(chǎn)電石。從對(duì)碳素原料的要求考慮，傳統(tǒng)電石生產(chǎn)工藝主要存在以下缺陷：(1)要求碳素材料的粒度在5-30mm、固定碳含量>84％、灰分<15％，能夠滿足這些要求的只有焦炭、半焦、石油焦以及一些優(yōu)質(zhì)無煙煤，而這些原料儲(chǔ)量十分有限，價(jià)格不菲；(2)在原料破碎過程中會(huì)伴有15-20％的原料由于粒度小于5mm而被廢棄，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)；(3)電石生產(chǎn)中主要采用塊狀碳素原料和石灰，傳質(zhì)和傳熱效率低，反應(yīng)速率較低，電石冶煉爐熱效率僅為50％左右，電耗高達(dá)3250kWh/t電石左右。可見，碳素原料的質(zhì)量直接影響電石的產(chǎn)量、質(zhì)量、電力單耗和成本等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
從原煤的性質(zhì)考慮，原煤中含有灰、硫及其他少量礦物質(zhì)。大部分原煤的灰分都高于電石原料的灰分要求上限，需對(duì)原煤進(jìn)行分選脫灰處理。按分選介質(zhì)的不同可分為濕法分選和干法分選兩大類，濕法分選過程中煤與水充分接觸，增大選煤產(chǎn)品水分和后續(xù)碳素原料的脫水能耗；而常用的干法分選采用常溫空氣作為分選介質(zhì)，原煤的表面水分增加了顆粒之間的接觸粘附幾率，導(dǎo)致實(shí)際分選效果變差。另外，近年來，隨著煤炭機(jī)械化開采程度的提高，原煤在開采過程中的粉煤含量占到40-60％，硬度較差的低階煤甚至占到70％左右，這顯然與傳統(tǒng)的電石生產(chǎn)工藝要求碳素原料的粒度大于5mm是相悖的。
而且在生成電石的過程中有大量的余熱產(chǎn)生，如果不加以利用就白白浪費(fèi)了能量。
為解決傳統(tǒng)電石生產(chǎn)工藝對(duì)原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等缺點(diǎn)，拓寬電石碳基原料的范圍，電石生產(chǎn)技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)。
因此，針對(duì)上述問題，有必要提供一種電石的生產(chǎn)系統(tǒng)及方法，能解決傳統(tǒng)電石生產(chǎn)工藝對(duì)原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等問題，且對(duì)電石生產(chǎn)過程中的廢氣進(jìn)行回收利用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問題，本發(fā)明旨在提供一種電石的生產(chǎn)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法的目的是解決電石生產(chǎn)工藝中的余熱浪費(fèi)、高耗能問題。同時(shí)，本發(fā)明將要解決電石生產(chǎn)工藝對(duì)原料的高要求問題。
本發(fā)明提供的電石的生產(chǎn)系統(tǒng)包括：原料煤破碎系統(tǒng)、下行床立式熱解爐、石灰破碎單元、CaC2反應(yīng)器和尾氣換熱單元，其中，所述原料煤破碎系統(tǒng)包括原料煤入口和煤出口，用于原料煤的破碎；所述下行床立式熱解爐包括煤入口、高溫油氣采出口和高溫半焦出口，用于煤的熱解；所述煤入口與所述原料煤破碎系統(tǒng)的煤出口相連；所述石灰破碎單元包括石灰入口、上篩料出口和下篩料出口，用于石灰的破碎與篩分；所述尾氣換熱單元包括石灰上篩料入口、電石爐尾氣入口和加熱石灰上篩料出口，用于石灰上篩料與電石爐尾氣的換熱；所述石灰上篩料入口與所述石灰破碎單元的上篩料出口相連；所述CaC2反應(yīng)器包括電石原料入口、電石出料口和電石爐尾氣出口，用于冶煉合成電石產(chǎn)品；所述電石原料入口分別與所述下行床立式熱解爐的高溫半焦出口、所述石灰破碎單元的下篩料出口、所述尾氣換熱單元的加熱石灰上篩料出口相連；所述電石爐尾氣出口與所述尾氣換熱單元的電石爐尾氣入口相連。
進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)中所述尾氣換熱單元包括原料倉，換熱器、布袋除塵器；所述原料倉的入口與所述石灰上篩料出口相連接；所述原料倉的出口與所述換熱器的固體物料入口相連接；所述換熱器的固體物料出口與所述CaC2反應(yīng)器的電石原料入口相連接；所述換熱器的氣體入口與所述CaC2反應(yīng)器的電石爐尾氣出口相連接；所述換熱器的氣體出口與所述布袋除塵器的氣體入口相連接。
上述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括油水分離單元，其包括高溫油氣入口、熱解氣出口和油水出口；所述高溫油氣入口與所述下行床立式熱解爐的高溫油氣采出口相連。
上述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還可包括混料倉，其設(shè)于所述CaC2反應(yīng)器之前，包括石灰下篩料入口、高溫半焦入口、加熱石灰上篩料入口和混合物料出口；所述石灰下篩料入口與所述石灰破碎單元的下篩料出口相連，所述高溫半焦入口與所述下行床立式熱解爐的高溫半焦出口相連，所述加熱石灰上篩料入口與所述尾氣換熱單元的加熱石灰上篩料出口相連，所述混合物料出口與所述CaC2反應(yīng)器的電石原料入口相連。
本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行電石的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：將原料煤通過所述原料煤破碎系統(tǒng)破碎后送入所述下行床立式熱解爐進(jìn)行熱解，得到高溫半焦；將石灰經(jīng)所述石灰破碎單元破碎篩分后，得到上篩料和下篩料；將所述上篩料通入所述尾氣換熱單元進(jìn)行換熱后得到高溫石灰上篩料；將所述高溫半焦、所述下篩料和所述高溫石灰上篩料送入所述CaC2反應(yīng)器進(jìn)行冶煉，得到電石和電石爐尾氣；將所述電石爐尾氣送入所述尾氣換熱單元。
上述的方法，所述電石爐尾氣的溫度為600-1000℃。
上述的方法，所述高溫半焦的溫度為800℃以上。
上述的方法，所述下篩料的粒徑＜1mm，所述上篩料的粒徑為1mm-3mm.
上述的方法，所述破碎后的煤為＜3mm的粉狀顆粒。
上述的方法，所述方法還包括步驟：將所述下行床立式熱解爐產(chǎn)生的高
溫油氣通過油水分離單元進(jìn)行分離，得到熱解氣和焦油。
根據(jù)本發(fā)明的上述技術(shù)方案，既能解決傳統(tǒng)電石生產(chǎn)工藝對(duì)原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等問題，又對(duì)電石生產(chǎn)過程中的高溫尾氣顯熱進(jìn)行回收利用，降低了電石生產(chǎn)過程的能耗。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電石的生產(chǎn)系統(tǒng)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)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案以及各個(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)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
圖1為本發(fā)明提供的電石的生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖。
該系統(tǒng)主要包括原料煤破碎系統(tǒng)、下行床立式熱解爐、石灰破碎單元、CaC2反應(yīng)器和尾氣換熱單元，利用原料煤破碎系統(tǒng)把原料煤破碎后再送入下行床立式熱解爐熱解，利用石灰破碎單元把石灰原料破碎后，再把煤粉與石灰粉混合送入CaC2反應(yīng)器冶煉合成電石。本發(fā)明的重點(diǎn)在于打破了常規(guī)各單元與CaC2反應(yīng)器單獨(dú)運(yùn)行的工藝框架，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程中能量的耦合，對(duì)生產(chǎn)中間過程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行了回收利用，降低CaC2合成反應(yīng)的能耗，提高了系統(tǒng)的能效。
具體地，原料煤破碎系統(tǒng)包括原料煤入口和煤出口，用于原料煤的破碎。
所述下行床立式熱解爐包括煤入口和高溫半焦出口，用于煤的熱解；所述煤入口與所述原料煤破碎系統(tǒng)的煤出口相連。
所述石灰破碎單元包括石灰入口、上篩料出口和下篩料出口，用于石灰的破碎與篩分。
需要說明的是，本文中的上篩料指石灰顆?；蚴覊K，下篩料指石灰粉。
所述尾氣換熱單元包括石灰上篩料入口、電石爐尾氣入口和加熱石灰上篩料出口，用于石灰上篩料與電石爐尾氣的換熱；所述石灰上篩料入口與所述石灰破碎單元的上篩料出口相連。
具體地，所述尾氣換熱單元包括原料倉，換熱器、布袋除塵器；所述原料倉的入口與所述石灰上篩料出口相連接；所述原料倉的出口與所述換熱器的固體物料入口相連接；所述換熱器的固體物料出口與所述CaC2反應(yīng)器的電石原料入口相連接；所述換熱器的氣體入口與所述CaC2反應(yīng)器的電石爐尾氣出口相連接；所述換熱器的氣體出口與所述布袋除塵器的氣體入口相連接。
所述CaC2反應(yīng)器包括電石原料入口、電石出料口和電石爐尾氣出口，用于冶煉合成電石產(chǎn)品；所述電石原料入口分別與所述下行床立式熱解爐的高溫半焦出口、所述石灰破碎單元的下篩料出口、所述尾氣換熱單元的加熱石灰上篩料出口相連；所述電石爐尾氣出口與所述尾氣換熱單元的電石爐尾氣入口相連。
為了回收利用熱解產(chǎn)生的油氣，系統(tǒng)還可包括油水分離單元，其包括高溫油氣入口、熱解氣出口和油水出口；所述高溫油氣入口與所述下行床立式熱解爐的高溫油氣采出口相連。
在把熱解后的煤與石灰上篩料和石灰下篩料送入CaC2反應(yīng)器前，為了實(shí)現(xiàn)熱解后固體物料的顯熱利用，需要把幾種物料進(jìn)行混合，因而上述的系統(tǒng)還可包括混料倉，其設(shè)于所述CaC2反應(yīng)器之前，包括石灰下篩料入口、高溫半焦入口、加熱石灰上篩料入口和混合物料出口；所述石灰下篩料入口與所述石灰破碎單元的下篩料出口相連，所述高溫半焦入口與所述下行床立式熱解爐的高溫半焦出口相連，所述加熱石灰上篩料入口與所述尾氣換熱單元的加熱石灰上篩料出口相連，所述混合物料出口與所述CaC2反應(yīng)器的電石原料入口相連。
本發(fā)明提供的電石的生產(chǎn)方法的具體操作步驟如下：
將原料煤破碎至＜3mm后送入下行床立式熱解爐，使之在800-900℃發(fā)生快速熱解反應(yīng)，生成高溫荒煤氣和800℃以上的高溫半焦，高溫荒煤氣經(jīng)過油水分離單元降溫分離，得到熱解氣和煤焦油。
石灰經(jīng)石灰破碎單元破碎篩分后，＜1mm的粉狀石灰可直接進(jìn)入CaC2反應(yīng)器，1mm-3mm的塊狀石灰進(jìn)入尾氣換熱單元，與高溫尾氣換熱?；厥针娛癄t尾氣顯熱后，1mm-3mm的塊狀石灰與＜1mm的石灰粉和下行床立式熱解爐的獲得800℃以上的高溫半焦粉，混合后一同進(jìn)入CaC2反應(yīng)器，在1800℃以上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaC2和以CO為主的600-1000℃的電石爐尾氣。600-1000℃的電石爐尾氣進(jìn)入尾氣換熱單元與冷石灰塊換熱后獲得低溫電石爐尾氣。
由上述方案可知，本發(fā)明提供的電石的生產(chǎn)系統(tǒng)及方法，通過塊狀石灰和尾氣換熱，能夠回收電石爐尾氣顯熱，解決了傳統(tǒng)電石冶煉爐尾氣沒有余熱回收，而是直接水冷降溫，電石爐水耗大，熱損失大，能效低。
本發(fā)明還可使熱解單元與CaC2發(fā)生器進(jìn)行能量耦合，即實(shí)現(xiàn)熱解后固體物料的顯熱利用，降低CaC2合成反應(yīng)的能耗，提高了系統(tǒng)的能效，打破了傳統(tǒng)電石冶煉過程，熱解單元和電石冶煉單元相對(duì)獨(dú)立，兩個(gè)單元沒有能量耦合的工藝框架，解決了系統(tǒng)能耗大的問題。
同時(shí)，本系統(tǒng)可利用粉料原料進(jìn)行電石的生產(chǎn)，克服了傳統(tǒng)電石生產(chǎn)工藝對(duì)原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等缺點(diǎn)。
下面結(jié)合具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
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)值范圍如前述說明書中所示。
實(shí)施例1
將原料煤破碎至＜3mm后送入下行床立式熱解爐，使之在800℃左右發(fā)生快速熱解反應(yīng)，生成高溫荒煤氣和800℃以上的高溫半焦，高溫荒煤氣經(jīng)過油水分離單元降溫分離，得到熱解氣和煤焦油。
石灰經(jīng)石灰破碎單元破碎篩分后，＜1mm的粉狀石灰可直接進(jìn)入CaC2反應(yīng)器，1mm-3mm的塊狀石灰進(jìn)入尾氣換熱單元，與高溫尾氣換熱?；厥针娛癄t尾氣顯熱后，1mm-3mm的塊狀石灰與＜1mm的石灰粉和下行床立式熱解爐的獲得800℃以上的高溫半焦粉，混合后一同進(jìn)入CaC2反應(yīng)器，在1800℃以上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaC2和以CO為主的600℃左右的電石爐尾氣。電石爐尾氣進(jìn)入尾氣換熱單元與冷石灰塊換熱后獲得低溫電石爐尾氣。
實(shí)施例2
將原料煤破碎至＜3mm后送入下行床立式熱解爐，使之在850℃左右發(fā)生快速熱解反應(yīng)，生成高溫荒煤氣和800℃以上的高溫半焦，高溫荒煤氣經(jīng)過油水分離單元降溫分離，得到熱解氣和煤焦油。
石灰經(jīng)石灰破碎單元破碎篩分后，＜1mm的粉狀石灰可直接進(jìn)入CaC2反應(yīng)器，1mm-3mm的塊狀石灰進(jìn)入尾氣換熱單元，與高溫尾氣換熱?；厥针娛癄t尾氣顯熱后，1mm-3mm的塊狀石灰與＜1mm的石灰粉和下行床立式熱解爐的獲得800℃以上的高溫半焦粉，混合后一同進(jìn)入CaC2反應(yīng)器，在1800℃以上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaC2和以CO為主的800℃左右的電石爐尾氣。電石爐尾氣進(jìn)入尾氣換熱單元與冷石灰塊換熱后獲得低溫電石爐尾氣。
實(shí)施例3
將原料煤破碎至＜3mm后送入下行床立式熱解爐，使之在900℃左右發(fā)生快速熱解反應(yīng)，生成高溫荒煤氣和800℃以上的高溫半焦，高溫荒煤氣經(jīng)過油水分離單元降溫分離，得到熱解氣和煤焦油。
石灰經(jīng)石灰破碎單元破碎篩分后，＜1mm的粉狀石灰可直接進(jìn)入CaC2反應(yīng)器，1mm-3mm的塊狀石灰進(jìn)入尾氣換熱單元，與高溫尾氣換熱?；厥针娛癄t尾氣顯熱后，1mm-3mm的塊狀石灰與＜1mm的石灰粉和下行床立式熱解爐的獲得800℃以上的高溫半焦粉，混合后一同進(jìn)入CaC2反應(yīng)器，在1800℃以上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaC2和以CO為主的1000℃左右的電石爐尾氣。電石爐尾氣進(jìn)入尾氣換熱單元與冷石灰塊換熱后獲得低溫電石爐尾氣。
由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明的技術(shù)方案能有效利用熱解高溫固體的顯熱，和高溫電石爐尾氣部分顯熱，能使用粉狀原料生產(chǎn)電石，朝著資源與能量利用最大化的方向發(fā)展，對(duì)整個(gè)電石生產(chǎn)行業(yè)與社會(huì)環(huán)境都有著積極的作用。
最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(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(dòng)。這里無需也無法對(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的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。