本發(fā)明涉及電石冶煉領(lǐng)域，具體涉及一種耦合制備電石的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

煤的焦化、氣化、合成電石過程，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，是煤化工的三條核心途徑。目前，煤焦化技術(shù)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。而合成電石的工藝，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。制備的電石(即乙炔)可以用來合成苯、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，煤合成電石具有原料來源廣泛、價(jià)格低廉、設(shè)備投資低的優(yōu)點(diǎn)。并且，乙炔比乙烯活性高，更利于有機(jī)合成反應(yīng)的進(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。電熱法歷史悠久，具有高能耗、高污染的缺點(diǎn)。電石合成反應(yīng)為固相吸熱反應(yīng)，原料傳質(zhì)傳熱效率低，化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程時(shí)間長(zhǎng)，需要高溫(2000～2200℃)加熱，和高活性的焦炭作為原料。該高溫加熱條件需要大量的能量，對(duì)設(shè)備的耐熱性能要求高，且增加了投資成本和能耗。原料焦炭一般由煤的焦化得到，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)際操作中一般要求石灰過量20wt％(wt％為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，物耗和能耗較大。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，并提高能量利用率的兩大對(duì)策。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，為固相吸熱反應(yīng)，無論如何提高電效率和熱效率都無法改變?cè)摴に嚫吣芎?、高物耗、高污染的現(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。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)電石的方法為：將塊狀優(yōu)質(zhì)蘭炭和塊狀石灰石按一定比例混合，并送入電石爐中進(jìn)行電石冶煉。在煤進(jìn)行熱解脫除揮發(fā)分、熱態(tài)固體蘭炭降溫、蘭炭與石灰石混合升溫的過程中，都會(huì)損失大量的顯熱。在蘭炭降溫的過程中，無論采用水熄焦工藝還是干熄焦工藝，都會(huì)導(dǎo)致蘭炭中含有大量的水分。而電石生產(chǎn)工藝要求蘭炭的水分低于1％，須進(jìn)行烘干處理，浪費(fèi)能量。現(xiàn)有技術(shù)一般難以利用粉狀蘭炭，尤其是高溫粉狀蘭炭，造成資源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)高溫粉狀蘭炭的利用，以及不對(duì)高溫蘭炭進(jìn)行降溫處理直接進(jìn)行電石冶煉，節(jié)省能源的同時(shí)可利用高溫蘭炭的顯熱。

本發(fā)明提供了一種耦合制備電石的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括熱解爐、篩分裝置、混合裝置、高溫成型裝置、電石爐。

所述熱解爐包括煤入口、熱解氣出口、蘭炭出口。

所述篩分裝置包括蘭炭入口、塊狀蘭炭出口、粉狀蘭炭出口。所述蘭炭入口與所述熱解爐的蘭炭出口通過輸送裝置連接。

所述混合裝置包括第一混合裝置和第二混合裝置，所述第一混合裝置包括塊狀蘭炭入口、預(yù)熱塊狀CaO入口、混合塊料出口。所述塊狀蘭炭入口與所述篩分裝置的塊狀蘭炭出口通過輸送裝置連接。

所述第二混合裝置包括粉狀蘭炭入口、預(yù)熱粉狀CaO入口、粘結(jié)劑入口、混合粉料出口。所述粉狀蘭炭入口與所述篩分裝置的粉狀蘭炭出口通過輸送裝置連接。

所述高溫成型裝置包括混合粉料入口、成型塊料出口。所述混合粉料入口與所述第二混合裝置的混合粉料出口通過輸送裝置連接。

所述電石爐包括混合塊料入口、成型塊料入口、電石出口、高溫電石爐氣出口。所述混合塊料入口與所述第一混合裝置的混合塊料出口通過輸送裝置連接，所述成型塊料入口與所述高溫成型裝置的成型塊料出口通過輸送裝置連接。

優(yōu)選的，所述篩分裝置、第一混合裝置、第二混合裝置、高溫成型裝置均為保溫裝置。所述輸送裝置均為保溫輸送裝置。

上述的系統(tǒng)中，還包括塊狀CaO預(yù)熱器和粉狀CaO預(yù)熱器。

所述塊狀CaO預(yù)熱器具有塊狀CaO入口、預(yù)熱塊狀CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口，該預(yù)熱塊狀CaO出口與所述第一混合裝置的預(yù)熱塊狀CaO入口連接。

所述粉狀CaO預(yù)熱器具有粉狀CaO入口、預(yù)熱粉狀CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口，該預(yù)熱粉狀CaO出口與所述第二混合裝置的預(yù)熱粉狀CaO入口連接。

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)明還提供了一種利用上述系統(tǒng)耦合制備電石的方法，包括步驟：

煤熱解：將煤送入所述熱解爐中，在T1溫度下反應(yīng)生成熱解氣、蘭炭。

蘭炭篩分：將所述蘭炭送入所述篩分裝置，篩分得到塊狀蘭炭和粉狀蘭炭，將所述塊狀蘭炭送入所述第一混合裝置中，所述粉狀蘭炭送入所述第二混合裝置中。

混合成型：所述塊狀蘭炭、預(yù)熱塊狀CaO在所述第一混合裝置中混合，得到混合塊料。所述粉狀蘭炭、預(yù)熱粉狀CaO、粘結(jié)劑在所述第二混合裝置中混合，得到混合粉料，然后送入所述高溫成型裝置，制備成型塊料。

電石冶煉：將所述混合塊料和成型塊料送入所述電石爐中，在T2溫度下冶煉得到高溫電石爐氣和電石。

上述耦合制備電石的方法中，所述高溫電石爐氣通入所述塊狀CaO預(yù)熱器和粉狀CaO預(yù)熱器中，與所述塊狀CaO和粉狀CaO進(jìn)行換熱。

上述耦合制備電石的方法中，所述煤的粒徑為10～100㎜，優(yōu)選粒徑為10～30㎜。所述煤的含水率≤8wt％。

上述耦合制備電石的方法中，所述塊狀蘭炭的粒徑＞5㎜，所述粉狀蘭炭的粒徑≤5㎜。

上述耦合制備電石的方法中，所述塊狀CaO的粒徑≤100㎜，優(yōu)選粒徑為≤50㎜。所述粉狀CaO的粒徑≤5㎜，優(yōu)選粒徑為≤3㎜。

上述耦合制備電石的方法中，所述T1為600～950℃。所述T2為1900～2200℃，其優(yōu)選溫度為2050℃。

上述耦合制備電石的方法中，所述電石冶煉步驟中，所述混合塊料和成型塊料的溫度≥500℃。

利用高溫蘭炭的顯熱，避免蘭炭降溫過程中向蘭炭中引入水分，節(jié)約了能源，并可以利用粉狀蘭炭進(jìn)行電石冶煉生成電石。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可降低能量損失，提高資源利用效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中耦合制備電石的系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明利用圖1的系統(tǒng)耦合制備電石的方法流程圖。

附圖中的附圖標(biāo)記如下：

1、熱解爐；

201、塊狀CaO預(yù)熱器；202、粉狀CaO預(yù)熱器；

3、篩分裝置；

401、第一混合裝置；402、第二混合裝置；

5、高溫成型裝置；

6、電石爐。

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)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，為本發(fā)明中耦合制備電石的系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)包括熱解爐1、塊狀CaO預(yù)熱器201、粉狀CaO預(yù)熱器202、篩分裝置3、第一混合裝置401、第二混合裝置402、高溫成型裝置5、電石爐6。其中，各裝置的連接關(guān)系如下：

熱解爐1用于煤的熱解，可產(chǎn)生蘭炭和熱解氣，其包括煤入口、熱解氣出口、蘭炭出口。

塊狀CaO預(yù)熱器201用于對(duì)塊狀CaO進(jìn)行預(yù)熱，其包括塊狀CaO入口、預(yù)熱塊狀CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口。

粉狀CaO預(yù)熱器202用于對(duì)粉狀CaO進(jìn)行預(yù)熱，其包括粉狀CaO入口、預(yù)熱粉狀CaO出口、高溫電石爐氣入口、低溫電石爐氣出口。

篩分裝置3用于對(duì)蘭炭進(jìn)行篩分，得到塊狀蘭炭和粉狀蘭炭，其包括蘭炭入口、塊狀蘭炭出口、粉狀蘭炭出口。其中，蘭炭入口與熱解爐1的蘭炭出口連接。

混合裝置包括第一混合裝置401和第二混合裝置402。

第一混合裝置401用于均勻混合塊狀蘭炭和經(jīng)預(yù)熱的塊狀CaO，其包括塊狀蘭炭入口、預(yù)熱塊狀CaO入口、混合塊料出口。其中，塊狀蘭炭入口與篩分裝置3的塊狀蘭炭出口連接，預(yù)熱塊狀CaO入口與塊狀CaO預(yù)熱器201的預(yù)熱塊狀CaO出口連接。

第二混合裝置402用于均勻混合粉狀蘭炭和經(jīng)預(yù)熱的粉狀CaO，其包括粉狀蘭炭入口、預(yù)熱粉狀CaO入口、粘結(jié)劑入口、混合粉料出口。其中，粉狀蘭炭入口與篩分裝置3的粉狀蘭炭出口連接，預(yù)熱粉狀CaO入口與粉狀CaO預(yù)熱器202的預(yù)熱粉狀CaO出口連接。

高溫成型裝置5用于接收第二混合裝置402輸出的混合粉料，對(duì)其進(jìn)行成型處理，其包括混合粉料入口、成型塊料出口。其中，混合粉料入口與混合粉料出口連接。

電石爐6用于接收分別由第一混合裝置401和高溫成型裝置5輸送的混合塊料和成型塊料，進(jìn)行冶煉可得到電石，其包括混合塊料入口、成型塊料入口、電石出口、高溫電石爐氣出口。其中，混合塊料入口與混合塊料出口連接，成型塊料入口與成型塊料出口連接，高溫電石爐氣出口與塊狀CaO預(yù)熱器201以及粉狀CaO預(yù)熱器202的高溫電石爐氣入口連接。

本發(fā)明中，上述篩分裝置3、第一混合裝置401、第二混合裝置402、高溫成型裝置5均為保溫裝置，并且，其內(nèi)部的工作環(huán)境均為阻燃環(huán)境。上述系統(tǒng)中，各個(gè)裝置單元之間固體物料的輸送是通過輸送裝置實(shí)現(xiàn)的，并將輸送裝置全部設(shè)置為保溫輸送裝置，且保證輸送裝置內(nèi)部為阻燃環(huán)境。設(shè)置保溫裝置的目的是，保證進(jìn)入電石爐6的混合塊料和成型塊料的溫度不低于熱解爐1的操作溫度下100℃。

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

(1)煤熱解

將煤送入熱解爐1中，在600～950℃溫度下進(jìn)行熱解反應(yīng)脫除揮發(fā)分，生成熱解氣和蘭炭。

本發(fā)明選用的原料煤為中低階劣質(zhì)煤，其含水率≤8wt％，灰分含量≤10wt％，揮發(fā)分含量≥30wt％。原料煤的粒徑選用10～100㎜，本發(fā)明實(shí)施例中優(yōu)選粒徑為10～30㎜。

(2)預(yù)熱CaO

將塊狀CaO和粉狀CaO分別送入塊狀CaO預(yù)熱器201和粉狀CaO預(yù)熱器202中，對(duì)CaO進(jìn)行預(yù)熱。并將經(jīng)預(yù)熱的塊狀CaO送入第一混合裝置401中、預(yù)熱粉狀CaO送入第二混合裝置402中。

本步驟中，選用的塊狀CaO的粒徑≤100㎜，實(shí)施例中優(yōu)選粒徑為≤50㎜。粉狀CaO的粒徑≤5㎜，實(shí)施例中優(yōu)選粒徑為≤3㎜。

(2)蘭炭篩分

將上述步驟得到的蘭炭送入篩分裝置3中，篩分后得到粒徑＞5㎜的塊狀蘭炭、粒徑≤5㎜的粉狀蘭炭，分別送入第一混合裝置401、第二混合裝置402中。

(3)混合成型

塊狀蘭炭和預(yù)熱塊狀CaO在第一混合裝置401中混合，可得到混合塊料。向第二混合裝置402中加入粘結(jié)劑，其與粉狀蘭炭、預(yù)熱粉狀CaO混合，可得到混合粉料，然后將混合粉料送入高溫成型裝置5制備成型塊料，以滿足電石爐6的進(jìn)料要求。

本步驟中，粘結(jié)劑為干性、粉狀粘結(jié)劑，其在高溫下具有良好的粘接及固化的性能，能顯著增強(qiáng)成型物塊料的熱強(qiáng)度。該粘結(jié)劑是以煤為原料進(jìn)行提取純化、脫除揮發(fā)分后的有機(jī)物，在較大的溫度范圍內(nèi)具有較高的熱塑性，能夠充分促進(jìn)液相炭化，改善粉狀蘭炭的軟化熔融性，使粉狀蘭炭的各向異性組織變得發(fā)達(dá)，最終提高成型塊料的熱強(qiáng)度。

上述各物料是通過定量螺旋輸送裝置送入第一混合裝置401和第二混合裝置402中的。

本發(fā)明實(shí)施例中，加入第一混合裝置401中的塊狀蘭炭和預(yù)熱塊狀CaO的質(zhì)量配比為0.6～0.7：1，加入第二混合裝置402中的粉狀蘭炭、預(yù)熱粉狀CaO、粘結(jié)劑的質(zhì)量配比為0.6～0.7：1：0.01～0.03。

本步驟中，CaO經(jīng)預(yù)熱后再與蘭炭進(jìn)行混合，可以避免由于溫度差導(dǎo)致蘭炭的溫度降低，為后續(xù)的電石冶煉過程節(jié)約能源。并且，CaO的預(yù)熱是利用了電石冶煉過程生成的高溫電石爐氣的顯熱，實(shí)現(xiàn)資源的回收利用。

(4)電石冶煉

將上述步驟得到的混合塊料和成型塊料送入電石爐6中，在1900～2200℃的溫度下進(jìn)行冶煉制備電石，該步驟還會(huì)產(chǎn)生高溫電石爐氣。本發(fā)明實(shí)施中，優(yōu)選電石冶煉溫度為2050℃。

由于圖1所示的系統(tǒng)做了保溫處理，可保證該步驟的混合塊料和成型塊料的溫度不低于熱解爐1的操作溫度下100℃，即不低于500℃。

該步驟得到的高溫電石爐氣送入塊狀CaO預(yù)熱器201和粉狀CaO預(yù)熱器202中，與塊狀CaO和粉狀CaO進(jìn)行直接換熱或間接換熱，充分利用高溫電石爐氣的顯熱。

實(shí)施例1

將含水率為8％、灰分含量為10％、揮發(fā)分含量為30％、粒徑10～100mm的煤炭送入熱解爐中，在950℃溫度下進(jìn)行熱解反應(yīng)脫除揮發(fā)分，生成熱解氣和蘭炭。蘭炭送入篩分裝置中，篩分后得到粒徑＞5㎜的塊狀蘭炭、粒徑≤5㎜的粉狀蘭炭，分別送入第一混合裝置、第二混合裝置中。

將粒徑≤100㎜的塊狀CaO和粒徑≤5㎜的粉狀CaO分別送入塊狀CaO預(yù)熱器和粉狀CaO預(yù)熱器中，對(duì)CaO進(jìn)行預(yù)熱。并將經(jīng)預(yù)熱的塊狀CaO送入第一混合裝置中、預(yù)熱粉狀CaO送入第二混合裝置中。

塊狀蘭炭和預(yù)熱塊狀CaO按質(zhì)量比0.7：1在第一混合裝置中混合，可得到混合塊料。向第二混合裝置中加入粘結(jié)劑，其與粉狀蘭炭、預(yù)熱粉狀CaO按質(zhì)量比0.03：0.7：1混合，可得到混合粉料，然后將混合粉料送入高溫成型裝置中制備成型塊料。

將上述步驟得到的溫度為851℃的混合塊料和成型塊料送入電石爐中，在2200℃的溫度下進(jìn)行冶煉制備電石。同時(shí)，生成的高溫電石爐氣送入塊狀CaO預(yù)熱器和粉狀CaO預(yù)熱器中，對(duì)CaO進(jìn)行預(yù)熱。

實(shí)施例2

將含水率為5％、灰分含量為6.5％、揮發(fā)分含量為34％、粒徑10～30mm的煤炭送入熱解爐中，在850℃溫度下進(jìn)行熱解反應(yīng)脫除揮發(fā)分，生成熱解氣和蘭炭。蘭炭送入篩分裝置中，篩分后得到粒徑＞5㎜的塊狀蘭炭、粒徑≤5㎜的粉狀蘭炭，分別送入第一混合裝置、第二混合裝置中。

將粒徑≤50㎜的塊狀CaO和粒徑≤5㎜的粉狀CaO分別送入塊狀CaO預(yù)熱器和粉狀CaO預(yù)熱器中，對(duì)CaO進(jìn)行預(yù)熱。并將經(jīng)預(yù)熱的塊狀CaO送入第一混合裝置中、預(yù)熱粉狀CaO送入第二混合裝置中。

塊狀蘭炭和預(yù)熱塊狀CaO按質(zhì)量比0.65：1在第一混合裝置中混合，可得到混合塊料。向第二混合裝置中加入粘結(jié)劑，其與粉狀蘭炭、預(yù)熱粉狀CaO按質(zhì)量比0.02：0.65：1混合，可得到混合粉料，然后將混合粉料送入高溫成型裝置制備成型塊料。

將上述步驟得到的溫度為750℃的混合塊料和成型塊料送入電石爐中，在2050℃的溫度下進(jìn)行冶煉制備電石。同時(shí)，生成的高溫電石爐氣送入塊狀CaO預(yù)熱器和粉狀CaO預(yù)熱器中，對(duì)CaO進(jìn)行預(yù)熱。

實(shí)施例3

將含水率為3％、灰分含量為6.2％、揮發(fā)分含量為35％、粒徑10～25mm的煤炭送入熱解爐中，在600℃溫度下進(jìn)行熱解反應(yīng)脫除揮發(fā)分，生成熱解氣和蘭炭。蘭炭送入篩分裝置中，篩分后得到粒徑＞5㎜的塊狀蘭炭、粒徑≤5㎜的粉狀蘭炭，分別送入第一混合裝置、第二混合裝置中。

將粒徑≤40㎜的塊狀CaO和粒徑≤5㎜的粉狀CaO分別送入塊狀CaO預(yù)熱器和粉狀CaO預(yù)熱器中，對(duì)CaO進(jìn)行預(yù)熱。并將經(jīng)預(yù)熱的塊狀CaO送入第一混合裝置中、預(yù)熱粉狀CaO送入第二混合裝置中。

塊狀蘭炭和預(yù)熱塊狀CaO按質(zhì)量比0.6：1在第一混合裝置中混合，可得到混合塊料。向第二混合裝置中加入粘結(jié)劑，其與粉狀蘭炭、預(yù)熱粉狀CaO按質(zhì)量比0.01：0.6：1混合，可得到混合粉料，然后將混合粉料送入高溫成型裝置制備成型塊料。

將上述步驟得到的溫度為527℃的混合塊料和成型塊料送入電石爐中，在1900℃的溫度下進(jìn)行冶煉制備電石。同時(shí)，生成的高溫電石爐氣送入塊狀CaO預(yù)熱器和粉狀CaO預(yù)熱器中，對(duì)CaO進(jìn)行預(yù)熱。

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

由上述實(shí)施例可得，本發(fā)明可利用粉狀蘭炭進(jìn)行電石冶煉制備電石，并提高資源利用效率。

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。