本發(fā)明涉及電石冶煉技術領域，具體涉及一種流化床煤氣化和電石冶煉耦合的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

煤的焦化、氣化和合成電石,為有機化工工業(yè)提供了豐富的粗苯、焦油、焦爐氣、合成氣和乙炔,是煤化工領域的三條核心途徑。目前,煤焦化投資成本高、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(guī)模小、產業(yè)化程度低。相比之下,電石乙炔工藝路線簡單,產品附加值高，經(jīng)濟效益好,已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產,是一種比較有發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵜杭夹g和煤化工的途徑。電石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,電石乙炔的原料來源廣泛、價格低廉、設備投資低。乙炔比乙烯活性高,更利于有機合成反應的進行。

目前,電石合成的方法主要是電熱法。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(fā)生化合反應制取電石。電熱法雖然歷史悠久,但存在高能耗、高污染的缺點。電石合成反應是一個固相吸熱反應,原料傳質、傳熱效率低,化學動力學過程時間長。需要高溫加熱(2000～2200℃)，并需要高活性的焦炭作為原料。高溫加熱(2000～2200℃)的條件需要大量的能量，對設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，流程長、有機碳損耗高、電耗高、環(huán)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，實際操作中一般要使石灰過量20wt％(wt％質量百分數(shù))，增加了物耗和能耗。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，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生成電石，為固相吸熱反應，無論如何提高電石爐的電效率和熱效率，都無法改變該工藝高能耗、高物耗、高污染的現(xiàn)狀。為了提高電石生產能量、實現(xiàn)電石生產的綠色化和可持續(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。

在煤溫和氣化過程中，副產品半焦要占總反應產物的60wt％～90wt％。為了保證整個煤溫和氣化過程的經(jīng)濟性，并實現(xiàn)工業(yè)化，需要我們經(jīng)濟、有效、合理的利用半焦。煤溫和氣化半焦的性質主要取決于煤種、灰含量和反應條件等。

采用以較大水煤比的流化床溫和氣化，由于氣化溫度較低，碳轉化率相對較低，固體產物氣化半焦(氣化后殘渣)含有大量未反應的碳。目前，對于氣化半焦一般采用燃燒發(fā)電，資源利用效率較低。因此，迫切需要開發(fā)一種高值化的利用工藝，以提高資源的利用水平。

現(xiàn)有技術一般采用塊狀蘭碳與塊狀石灰，按一定比例進行混合，然后送入電石爐進行高溫冶煉。目前，電石爐所用物料必須是塊狀物料，難以采用半焦粉料，尤其高溫粉料，進行電石生產。尚未有采用溫和氣化半焦作為碳素材料進行電石冶煉的報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種充分高值化利用氣化半焦的方法，將粉狀氣化半焦與粉狀CaO按照一定的比例混合，并高溫成型生產電石，極大程度的降低損耗、節(jié)約能源。

本發(fā)明首先提供了一種流化床煤氣化和電石冶煉耦合的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括流化床氣化爐、混合裝置、高溫成型裝置、電石爐。

所述流化床氣化爐具有煤入口、氣化劑入口、煤氣出口、半焦出口。

所述混合裝置具有半焦入口、CaO入口、粘結劑入口、混合粉料出口。所述半焦入口與所述流化床氣化爐的半焦出口通過保溫輸送裝置連接。

所述高溫成型裝置具有混合粉料入口、混合塊料出口。所述混合粉料入口與所述混合裝置的混合粉料出口通過保溫輸送裝置連接。

所述電石爐具有混合塊料入口、電石出口、高溫電石爐氣出口。所述混合塊料入口與所述高溫成型裝置的混合塊料出口通過保溫輸送裝置連接。

優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括預熱器，所述預熱器具有粉狀CaO入口、預熱CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口。

所述預熱CaO出口與所述混合裝置的CaO入口通過保溫輸送裝置連接，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(fā)明還提出了一種利用上述系統(tǒng)來制備煤氣和電石的方法，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加入所述流化床氣化爐中，在T1溫度、P壓力下所述煤氣化，得到煤氣和半焦。

混合：將CaO、粘結劑、所述半焦分別經(jīng)由所述CaO入口、粘結劑入口、半焦入口加入到所述混合裝置中，制備混合粉料。

成型：將所述混合粉料通過所述混合粉料入口加入所述高溫成型裝置中，得到混合塊料。

電石冶煉：將所述混合塊料通過所述混合塊料入口加入所述電石爐中，在T2溫度下反應得到電石。

上述制備煤氣和電石的方法中，所述電石冶煉過程還會排出高溫電石爐氣。

所述高溫電石爐氣通入所述預熱器中與粉狀CaO進行換熱，得到升溫后的預熱CaO送入所述混合裝置中進行混合。

上述制備煤氣和電石的方法中，所述高溫電石爐氣與所述粉狀CaO的換熱方式為直接換熱或間接換熱。

所述CaO的粒徑≤5㎜，優(yōu)選粒徑為≤3㎜。

上述制備煤氣和電石的方法中，所述煤的粒徑≤5㎜，優(yōu)選粒徑≤3㎜。所述煤的含水率≤8wt％。

上述制備煤氣和電石的方法中，所述T1為850～950℃，所述P≤0.1MPa。所述T2為1650～2150℃，其優(yōu)選溫度為1950℃。

上述制備煤氣和電石的方法中，所述所述半焦、CaO、粘結劑的質量配比為0.60～0.70：1：0.01～0.03。

上述制備煤氣和電石的方法中，所述氣化劑為水蒸氣和氧氣。

上述制備煤氣和電石的方法中，所述水蒸氣占所述煤的百分比≤75wt％，優(yōu)選≤60wt％。所述氧氣占所述煤的百分比≤15wt％，優(yōu)選≤10wt％。

本發(fā)明提出的流化床煤氣化和電石冶煉耦合的系統(tǒng)和方法，可充分利用流化床氣化爐中煤溫和氣化產生的粉狀氣化半焦。在制備煤氣的同時，利用粉狀氣化半焦與粉狀CaO生產電石。可以同時利用氣化半焦和高溫電石爐氣的顯熱，極大程度的回收利用能源，降低了能耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流化床煤氣化和電石冶煉耦合的系統(tǒng)示意圖。

圖2利用圖1所示的系統(tǒng)制備煤氣和電石的方法流程圖。

附圖中的附圖標記為：

1、流化床氣化爐；2、預熱器；3、混合裝置；4、高溫成型裝置；5、電石爐。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發(fā)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(fā)明的方案以及其各個方面的優(yōu)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(fā)明的限制。

如圖1所示，為本發(fā)明提供的流化床煤氣化和電石冶煉耦合的系統(tǒng)示意圖，包括流化床氣化爐1、預熱器2、混合裝置3、高溫成型裝置4、電石爐5。

流化床氣化爐1用于煤的氣化反應，生成煤氣和半焦。其具有煤入口、氣化劑入口、煤氣出口、半焦出口。

預熱器2用于粉狀CaO的升溫預熱，得到預熱CaO。其具有粉狀CaO入口、預熱CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口。

混合裝置3用于半焦和預熱CaO的混合，得到混合粉料。其具有半焦入口、CaO入口、粘結劑入口、混合粉料出口。其中，半焦入口與流化床氣化爐1的半焦出口通過保溫輸送裝置連接，CaO入口與預熱器2的預熱CaO出口通過保溫輸送裝置連接。

高溫成型裝置4用于粉狀物料的成型，得到塊狀物料。其具有混合粉料入口、混合塊料出口。其中，混合粉料入口與混合裝置2的混合粉料出口通過保溫輸送裝置連接。

電石爐5用于冶煉由半焦和CaO形成的混合塊料，得到電石。其具有混合塊料入口、電石出口、高溫電石爐氣出口。其中，混合塊料入口與所高溫成型裝置4的混合塊料出口通過保溫輸送裝置連接，高溫電石爐氣出口與預熱器2的高溫電石爐氣入口連接。

本發(fā)明中，發(fā)明人對混合裝置3和高溫成型裝置4均做了保溫處理，其內部的工作環(huán)境均為阻燃環(huán)境。并且，系統(tǒng)中各裝置之間的固體物料的輸送均采用了保溫輸送裝置，同時保證在阻燃的工況下進行。提高能量的利用效率。

如圖2所示，為本發(fā)明利用圖1所示的系統(tǒng)制備煤氣和電石的方法流程圖。包括步驟：

(1)煤氣化

將煤和氣化劑分別經(jīng)由煤入口和氣化劑入口送入流化床氣化爐1中，在溫度T1為850～950℃，壓力P≤0.1MPa的條件下，煤在溫和流化床氣化爐中進行部分氣化，得到煤氣和半焦。

其中，本發(fā)明選用的煤為中低階煤炭，具有以下性質：粒徑≤5㎜，本發(fā)明實施例中優(yōu)選≤3㎜；煤的含水率≤8wt％，灰熔點≥1150℃。煤的干燥基灰分含量≤7wt％，干燥基揮發(fā)分含量≥30wt％。煤的粘結性指數(shù)≤10，本發(fā)明實施例中優(yōu)選≤5。

本發(fā)明中的氣化劑為水蒸氣和氧氣的混合氣體。其中，水蒸氣為0.6MPa、200℃的過熱蒸汽。氧氣為純氧，純度為99.999％。

其中，水蒸氣占煤的百分比≤75wt％，本發(fā)明實施例優(yōu)選≤60wt％。氧氣占煤的百分比≤15wt％，本發(fā)明實施例優(yōu)選≤10wt％。

(2)混合

上述步驟得到的半焦，即氣化半焦，由保溫輸送裝置在接近氣化溫度的條件下被熱送至混合裝置3中，送入混合裝置3時的溫度≥830℃。同時向混合裝置3中加入熱的CaO和粘結劑，且熱的CaO和粘結劑與半焦的溫度相近。經(jīng)混合后，可得到半焦、CaO、粘結劑的混合粉料。

其中，CaO已經(jīng)經(jīng)過預熱器2升溫預熱。本發(fā)明選用的CaO為粉狀，其粒徑≤5㎜，本發(fā)明實施例中優(yōu)選的粒徑為≤3㎜。粘結劑為干性、粉狀粘結劑，其在高溫下具有良好的黏結及固化性能，能顯著增強成型物料的熱強度。

粘結劑是以煤為原料進行提取并純化、脫揮發(fā)分的有機物為主體，然后配入一定量的無機物而成的混合物。該粘結劑在較大溫度范圍內具有較高的熱塑性及分散性能，能夠充分分散在半焦、粉狀CaO中促進混合物料的液相炭化，改善半焦的軟化熔融性，使半焦各向異性組織變得發(fā)達，最終提高成型物料的熱強度。

向混合裝置3中加入的半焦、CaO、粘結劑的質量配比為0.60～0.70：1：0.01～0.03，該質量配比可通過定量輸送裝置進行控制。

(3)成型

將上述步驟得到的混合粉料通過混合粉料入口加入到高溫成型裝置4中，可得到混合塊料。

并且，混合粉料經(jīng)由保溫輸送裝置送入高溫成型裝置4時的溫度為≥815℃。

(4)電石冶煉

將上述步驟得到的混合塊料通過混合塊料入口加入到電石爐5中，在溫度T2為1650～2150℃的條件下反應得到電石，并生成高溫電石爐氣。本發(fā)明實施例的優(yōu)選反應溫度T2為1950℃。

本發(fā)明中各裝置之間設置的保溫輸送裝置，可保證進入電石爐5的混合塊料的溫度不低于流化床氣化爐1操作溫度的50℃。混合塊料經(jīng)由保溫輸送裝置送入電石爐5時的溫度≥800℃。

本步驟得到的高溫電石爐氣被送入預熱器2中，與其中的粉狀CaO進行直接或間接換熱，可使CaO的溫度升高至≥830℃，來回收高溫電石爐氣的顯熱，得到的低溫電石爐氣經(jīng)凈化達標后外排。

實施例1

將粒徑≤5mm、含水率為8％、干燥基灰分含量為7％、干燥基揮發(fā)分含量為30％、灰熔點為1150℃、粘結性指數(shù)為10的中低階煤和氣化劑送入流化床氣化爐中。氣化劑中水蒸氣占煤的百分比為75％，氧氣占煤的百分比15％。在溫度為850℃、壓力0.1MPa的條件下，中低階煤在流化床氣化爐中進行部分氣化，得到煤氣和半焦。將半焦由保溫輸送裝置送入混合裝置中，同時向其中加入粒徑為≤5mm的CaO和粘結劑，三者的質量配比為：半焦：CaO：粘結劑＝0.7：1：0.03，可得到混合粉料。將混合粉料加入到高溫成型裝置中，可得到混合塊料。然后，將混合塊料送入到電石爐中，在溫度為2150℃的條件下反應得到電石，并生成高溫電石爐氣。其中，高溫電石爐氣通入預熱器中，對粉狀CaO進行升溫預熱。

實施例2

將粒徑≤3mm、含水率為5.4％、干燥基灰分含量為6.5％、干燥基揮發(fā)分含量為36％、灰熔點為1204℃、粘結性指數(shù)為5的中低階煤和氣化劑送入流化床氣化爐中。氣化劑中水蒸氣占煤的百分比為58％，氧氣占煤的百分比10％。在溫度為950℃、壓力0.08MPa的條件下，中低階煤在流化床氣化爐中進行部分氣化，得到煤氣和半焦。將半焦由保溫輸送裝置送入混合裝置中，同時向其中加入粒徑為≤2.5mm的CaO和粘結劑，三者的質量配比為：半焦：CaO：粘結劑＝0.64：1：0.015，可得到混合粉料。將混合粉料加入到高溫成型裝置中，可得到混合塊料。然后，將混合塊料送入到電石爐中，在溫度為2000℃的條件下反應得到電石，并生成高溫電石爐氣。其中，高溫電石爐氣通入預熱器中，對粉狀CaO進行升溫預熱。

實施例3

將粒徑≤2mm、含水率為4.7％、干燥基灰分含量為6.3％、干燥基揮發(fā)分含量為34％、灰熔點為1196℃、粘結性指數(shù)為0的中低階煤和氣化劑送入流化床氣化爐中。氣化劑中水蒸氣占煤的百分比為60％，氧氣占煤的百分比7.5％。在溫度為900℃、壓力0.09MPa的條件下，中低階煤在流化床氣化爐中進行部分氣化，得到煤氣和半焦。將半焦由保溫輸送裝置送入混合裝置中，同時向其中加入粒徑為≤3mm的CaO和粘結劑，三者的質量配比為：半焦：CaO：粘結劑＝0.60：1：0.01，可得到混合粉料。將混合粉料加入到高溫成型裝置中，可得到混合塊料。然后，將混合塊料送入到電石爐中，在溫度為1950℃的條件下反應得到電石，并生成高溫電石爐氣。其中，高溫電石爐氣通入預熱器中，對粉狀CaO進行升溫預熱。

上述實施例中的百分數(shù)均為質量百分數(shù)。

由上述實施例可見，本發(fā)明可在制備煤氣的同時，利用粉狀氣化半焦與粉狀CaO生產電石。實現(xiàn)了能源的回收利用，節(jié)省能耗。

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(fā)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(fā)明的保護范圍之中。