本發(fā)明涉及煤化工領(lǐng)域，具體涉及一種電石冶煉和煤炭氣化耦合的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，在電石生產(chǎn)工藝中，電石在電石爐中由2000℃以上的液態(tài)電石流出至電石堝中，然后在自然狀態(tài)冷卻至室溫，電石的大量顯熱沒(méi)有得到充分利用，造成能源的極大浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種電石冶煉和煤炭氣化耦合的系統(tǒng)及方法，可充分利用液態(tài)電石的顯熱進(jìn)行煤炭氣化，制備煤氣。

本發(fā)明提供了一種電石冶煉和煤炭氣化耦合的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電石爐、電石顯熱回收器、氣化爐。

所述電石爐用于電石冶煉，具有蘭炭入口、CaO入口、液態(tài)電石出口。

所述電石顯熱回收器用于回收所述液態(tài)電石的顯熱，具有液態(tài)電石入口、固態(tài)電石出口、入水口、水蒸氣出口。所述液態(tài)電石入口連接所述液態(tài)電石出口。

所述氣化爐用于煤炭氣化，具有進(jìn)氣口、煤炭入口、煤氣出口。所述進(jìn)氣口連接所述水蒸氣出口。

進(jìn)一步的，所述電石爐還具有電石爐氣出口。所述氣化爐為氣流床氣化爐，其具有氣化灰渣出口。

進(jìn)一步的，所述氣化爐的進(jìn)氣口為一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)，用于供入氣化劑。

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：

A、電石冶煉：將蘭炭和CaO分別經(jīng)由所述蘭炭入口和CaO入口輸送至所述電石爐中，在T1溫度下反應(yīng)得到所述液態(tài)電石。

B、顯熱回收：將所述液態(tài)電石經(jīng)由所述液態(tài)電石入口輸送至所述電石顯熱回收器中，與經(jīng)由所述入水口加入的H₂O間接換熱，得到水蒸氣。

C、煤炭氣化：將煤炭和所述氣化劑分別經(jīng)由所述煤炭入口和所述進(jìn)氣口加入所述氣化爐中，在T2溫度、P壓力下所述煤炭發(fā)生氣化反應(yīng)，得到煤氣。

上述制備電石和煤氣的方法中，所述蘭炭和所述CaO均為塊狀。其中，所述蘭炭的粒徑≤30㎜，優(yōu)選粒徑≤25㎜。所述CaO的粒徑≤30㎜，優(yōu)選粒徑≤25㎜。

上述制備電石和煤氣的方法中，所述蘭炭和所述CaO的質(zhì)量比為0.5：1～1：1，優(yōu)選0.65：1。

上述制備電石和煤氣的方法中，所述煤炭為中低階煤粉，所述中低階煤粉的粒徑≤0.5㎜，優(yōu)選粒徑≤0.1㎜。所述煤炭的含水率≤8wt％，灰分含量≤15wt％，灰熔點(diǎn)≤1200℃。

上述制備電石和煤氣的方法中，所述T1為1900～2200℃，優(yōu)選為2100℃。所述T2為1200～2000℃，優(yōu)選1600℃。

上述制備電石和煤氣的方法中，所述氣化劑包括O₂、CO₂中的一種或兩種和水蒸氣。

上述制備電石和煤氣的方法中，所述水蒸氣占所述煤炭的百分比≤65wt％，優(yōu)選≤55wt％。所述O₂占所述煤炭的百分比≤25wt％，優(yōu)選≤15wt％。

本發(fā)明公開的電石冶煉和煤炭氣化耦合的系統(tǒng)和方法，可以充分利用電石冶煉過(guò)程生成的液態(tài)電石的顯熱產(chǎn)生水蒸氣，為煤炭氣化制備煤氣的過(guò)程提供氣化劑，極大程度的降低了能耗，實(shí)現(xiàn)了能量的回收利用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明電石冶煉和煤炭氣化耦合的系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明電石冶煉和煤炭氣化耦合的方法流程示意圖。

附圖中的附圖標(biāo)記如下：

1、電石爐；2、電石顯熱回收器；3、氣化爐。

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。

如圖1，為本發(fā)明電石冶煉和煤炭氣化耦合的系統(tǒng)示意圖。由圖1所示，該系統(tǒng)包括依次連接的電石爐1、電石顯熱回收器2、氣化爐3。

電石爐1用于電石冶煉過(guò)程，其具有蘭炭入口、CaO入口、電石爐氣出口、液態(tài)電石出口。

電石顯熱回收器2用于回收液態(tài)電石的顯熱，其具有液態(tài)電石入口、入水口、固態(tài)電石出口、水蒸氣出口。其中，液態(tài)電石入口與電石爐1的液態(tài)電石出口連接。

氣化爐3用于煤炭氣化過(guò)程制備煤氣，其具有進(jìn)氣口、煤炭入口、氣化灰渣出口、煤氣出口。其中，進(jìn)氣口與電石顯熱回收器2的水蒸氣出口連接。

本發(fā)明實(shí)施例的氣化爐3采用氣流床氣化爐。其中的進(jìn)氣口可為一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)，用于向氣化爐3中送入氣化劑。

如圖2，為本發(fā)明電石冶煉和煤炭氣化耦合的方法流程示意圖，可用于制備電石和煤氣，該方法包括如下步驟：

(1)電石冶煉制備電石

將塊狀蘭炭和塊狀CaO分別經(jīng)由蘭炭入口和CaO入口由定量輸送裝置送入電石爐1中，在一定溫度下進(jìn)行電石冶煉反應(yīng)。在該反應(yīng)溫度下，蘭炭和CaO反應(yīng)會(huì)生成液態(tài)電石，反應(yīng)過(guò)程生成的氣體經(jīng)由電石爐氣出口排出。

其中，塊狀蘭炭的粒徑≤30㎜，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選塊狀蘭炭的粒徑≤25㎜。該塊狀蘭炭的含水率≤2wt％，灰分含量≤12wt％，揮發(fā)分含量≤1.5wt％(wt％為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。

塊狀CaO的粒徑≤30㎜，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選塊狀CaO的粒徑≤25㎜。并且，塊狀CaO中：CaO的含量≥93wt％，Al₂O₃≤1wt％，MgO的含量≤1wt％，SiO₂的含量≤1wt％。

該步驟中，向電石爐1中加入的塊狀蘭炭和塊狀CaO的質(zhì)量比為0.5：1～1：1，該比例可通過(guò)定量輸送裝置進(jìn)行控制。本發(fā)明實(shí)施例中的優(yōu)選質(zhì)量比為0.65：1。

電石冶煉反應(yīng)的溫度為1900～2200℃，本發(fā)明實(shí)施例中優(yōu)選反應(yīng)溫度為2100℃。

(2)液態(tài)電石顯熱回收獲得水蒸氣

上述步驟生成的液態(tài)電石經(jīng)由液態(tài)電石入口送入電石顯熱回收器2中，高溫狀態(tài)的液態(tài)電石與經(jīng)由入水口加入的H₂O進(jìn)行間接換熱，使得液態(tài)H₂O升溫變成水蒸氣。

(3)煤炭氣化制備煤氣

上述步驟得到的水蒸氣作為氣化劑的其中一種組分經(jīng)由進(jìn)氣口送入氣化爐3中，氣化劑還包括O₂、CO₂中的一種或兩種。氣化劑可由同一個(gè)進(jìn)氣口送入氣化爐3中，也可由不同的進(jìn)氣口送入氣化爐3中。并且，經(jīng)由煤炭入口向氣化爐3中送入煤炭。在一定的溫度和壓力下，煤炭和氣化劑在氣化爐3中發(fā)生氣化反應(yīng)，制備煤氣。

上述作為氣化劑的O₂、CO₂的純度分別為：O₂中純O₂的體積分?jǐn)?shù)為99.999％；CO₂中純CO₂的體積分?jǐn)?shù)為99.999％。

本發(fā)明使用的煤炭為中低階煤粉，其粒徑≤0.5㎜，實(shí)施例中優(yōu)選粒徑≤0.1㎜。并且，煤炭的含水率≤8wt％，灰分含量≤15wt％，灰熔點(diǎn)≤1200℃。

該步驟的氣化反應(yīng)溫度為1200～2000℃，實(shí)施例中優(yōu)選溫度為1600℃。氣化反應(yīng)壓力可為任意氣化爐3所允許達(dá)到的壓力。

進(jìn)行氣化反應(yīng)時(shí)，水蒸氣占煤炭的百分比≤65wt％，實(shí)施例中優(yōu)選≤55wt％。O₂占煤炭的百分比≤25wt％，實(shí)施例中優(yōu)選≤15wt％。

實(shí)施例1

將塊狀蘭炭和塊狀CaO按1：1的質(zhì)量配比加入到電石爐中。其中，塊狀蘭炭的含水率為2％，灰分含量為12％，粒徑為3-30mm。塊狀CaO中：CaO的含量為93％，Al₂O₃的含量為1％，MgO的含量為1％，SiO₂的含量為1％，粒徑為5-30mm。塊狀蘭炭和塊狀CaO在2200℃的溫度下進(jìn)行電石冶煉反應(yīng)，生成液態(tài)電石。將液態(tài)電石送入電石顯熱回收器中，與通入的H₂O進(jìn)行充分間接換熱，生成水蒸氣。水蒸氣與O₂經(jīng)由進(jìn)氣口作為氣化劑通入到氣化爐中，與煤粉在氣化爐中進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成煤氣。其中煤粉的粒徑≤0.5mm，含水率為8％，灰分含量為14％，灰熔點(diǎn)為1200℃。氣化反應(yīng)的溫度為2000℃，水蒸氣與煤粉的質(zhì)量配比為0.65：1，O₂與煤粉的質(zhì)量配比為0.25：1。

實(shí)施例2

將塊狀蘭炭和塊狀CaO按0.65：1的質(zhì)量配比加入到電石爐中。其中，塊狀蘭炭的含水率為1.5％，灰分含量為10％，粒徑為3-25mm。塊狀CaO中：CaO的含量為98％，Al₂O₃的含量為0.8％，MgO的含量為0.2％，SiO₂的含量為0.4％，粒徑為5-25mm。塊狀蘭炭和塊狀CaO在2100℃的溫度下進(jìn)行電石冶煉反應(yīng)，生成液態(tài)電石。將液態(tài)電石送入電石顯熱回收器中，與通入的H₂O進(jìn)行充分間接換熱，生成水蒸氣。水蒸氣與O₂經(jīng)由進(jìn)氣口作為氣化劑通入到氣化爐中，與煤粉在氣化爐中進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成煤氣。其中煤粉的粒徑≤0.1mm，含水率為3％，灰分含量為11％，灰熔點(diǎn)為1150℃。氣化反應(yīng)的溫度為1600℃，水蒸氣與煤粉的質(zhì)量配比為0.55：1，O₂與煤粉的質(zhì)量配比為0.15：1。

實(shí)施例3

將塊狀蘭炭和塊狀CaO按0.55：1的質(zhì)量配比加入到電石爐中。其中，塊狀蘭炭的含水率為1.3％，灰分含量為7％，粒徑為3-20mm。塊狀CaO中：CaO的含量為95％，Al₂O₃的含量為0.6％，MgO的含量為0.3％，SiO₂的含量為0.1％，粒徑為5-20mm。塊狀蘭炭和塊狀CaO在1900℃的溫度下進(jìn)行電石冶煉反應(yīng)，生成液態(tài)電石。將液態(tài)電石送入電石顯熱回收器中，與通入的H₂O進(jìn)行充分間接換熱，生成水蒸氣。水蒸氣與O₂和CO₂經(jīng)由進(jìn)氣口作為氣化劑通入到氣化爐中，與煤粉在氣化爐中進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成煤氣。其中煤粉的粒徑≤0.3mm，含水率為6％，灰分含量為14％，灰熔點(diǎn)為1180℃。氣化反應(yīng)的溫度為1700℃，水蒸氣與煤粉質(zhì)量配比為0.55：1，O₂與煤粉的質(zhì)量配比為0.20：1，CO₂與煤粉的質(zhì)量配比為0.20：1。

實(shí)施例4

將塊狀蘭炭和塊狀CaO按0.60：1的質(zhì)量配比加入到電石爐中。其中，塊狀蘭炭的含水率為1.6％，灰分含量為9％，粒徑為3-28mm。塊狀CaO中：CaO的含量為93％，Al₂O₃的含量為0.9％，MgO的含量為0.7％，SiO₂的含量為0.3％，粒徑為5-26mm。塊狀蘭炭和塊狀CaO在2000℃的溫度下進(jìn)行電石冶煉反應(yīng)，生成液態(tài)電石。將液態(tài)電石送入電石顯熱回收器中，與通入的H₂O進(jìn)行充分間接換熱，生成水蒸氣。水蒸氣與CO₂經(jīng)由進(jìn)氣口作為氣化劑通入到氣化爐中，與煤粉在氣化爐中進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成煤氣。其中煤粉的粒徑≤0.2mm，含水率為7％，灰分含量為13％，灰熔點(diǎn)為1050℃。氣化反應(yīng)的溫度為1200℃，水蒸氣與煤粉的質(zhì)量配比為0.50：1，CO₂與煤粉的質(zhì)量配比為0.25：1。

上述實(shí)施例中的百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

通過(guò)上述實(shí)施例可以得出，本發(fā)明可充分利用電石冶煉過(guò)程生成的液態(tài)電石的顯熱產(chǎn)生水蒸氣，為煤炭氣化制備煤氣的過(guò)程提供氣化劑，同時(shí)制備電石和煤氣。

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。