本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域,具體地,涉及一種中低階粉煤催化熱解耦合電石生產(chǎn)的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
目前,電石冶煉的原料以優(yōu)質(zhì)塊狀蘭炭和塊狀生石灰為主。不僅原料成本高,且塊狀蘭炭與生石灰的接觸面積小,傳熱速率慢,導(dǎo)致反應(yīng)溫度高,耗電量高。而且,煤炭中的揮發(fā)分大部分以廢氣、粉塵的形式排放到大氣中,帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。因此,目前的電石生產(chǎn)工藝存在著高溫、高耗能、高污染的弊端。
針對這些問題,國內(nèi)外研究者們都做了很多有益的探索,如使用低品質(zhì)的中低階煤為原料,通過成型技術(shù)制得滿足電石生產(chǎn)要求的型球。但是,目前的粉煤熱解技術(shù)普遍存在熱解焦油收率低、重油組分含量高且油內(nèi)含塵量大的問題,由此造成一系列工業(yè)運(yùn)行問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明旨在提供一種高效的中低階粉煤催化熱解耦合電石生產(chǎn)的方法及系統(tǒng),提高焦油收率以及熱解氣品質(zhì),并將熱解產(chǎn)生的高溫半焦與預(yù)熱后的生石灰混合生產(chǎn)電石,實(shí)現(xiàn)高溫半焦的高效綜合利用,且不影響電石品質(zhì)。
本發(fā)明提供的中低階粉煤催化熱解耦合電石生產(chǎn)的系統(tǒng),包括攪拌槽、熱解裝置和氣流床;
所述攪拌槽包括槽蓋、槽殼和攪拌器,所述攪拌器設(shè)置在所述槽殼內(nèi);所述槽殼上設(shè)有催化劑溶液入口,所述槽殼內(nèi)設(shè)有多個噴嘴,所述噴嘴位于所述攪拌器的上方,所述噴嘴與所述催化劑溶液入口相連;所述槽蓋頂部設(shè)有粉煤入口,所述槽殼底部設(shè)有混合料出口;
所述熱解裝置設(shè)有物料入口、高溫荒煤氣出口和高溫半焦出口,所述物料入口與所述攪拌槽的混合料出口相連;
所述氣流床設(shè)有高溫半焦入口、生石灰入口、富氧氣體入口、電石爐氣出口和電石出口,所述高溫半焦入口與所述熱解裝置的高溫半焦出口相連。
優(yōu)選地,所述系統(tǒng)還包括換熱器、引風(fēng)機(jī)和油氣分離器;
所述換熱器設(shè)有高溫荒煤氣入口和荒煤氣出口,所述高溫荒煤氣入口與所述熱解裝置的高溫荒煤氣出口相連;
所述引風(fēng)機(jī)設(shè)有入氣口和出氣口,所述入氣口與所述換熱器的荒煤氣出口相連;
所述油氣分離裝置設(shè)有荒煤氣入口、熱解氣出口和油水混合物出口,所述荒煤氣入口與所述引風(fēng)機(jī)的出氣口相連。
優(yōu)選地,相鄰所述噴嘴的距離為所述槽殼內(nèi)徑的1/8-1/4。
優(yōu)選地,所述噴嘴交錯排列,所述噴嘴與水平方向的夾角為30°-60°。
優(yōu)選地,所述攪拌器為渦旋式攪拌器或螺旋攪拌器。
在此基礎(chǔ)上,本發(fā)明還提供了一種利用上述系統(tǒng)催化熱解中低階粉煤耦合生產(chǎn)電石的方法,包括如下步驟:
將粉煤送入所述攪拌槽內(nèi);
將催化劑與水配制成催化劑溶液,通過所述噴嘴噴灑在所述粉煤上,與所述粉煤混合均勻,獲得混合料;所述催化劑溶液為金屬的氯化物溶液或硝酸鹽溶液;
將所述混合料送入所述熱解裝置中進(jìn)行熱解,獲得高溫荒煤氣和高溫半焦;
將生石灰、富氧氣體和所述半焦送入所述氣流床制備電石,獲得電石和電石爐氣。
優(yōu)選地,所述方法還包括:將所述高溫荒煤氣冷卻后進(jìn)行分離,獲得油水混合物和熱解氣。
優(yōu)選地,所述催化劑與所述粉煤的質(zhì)量比為(0.05-0.2):100。
優(yōu)選地,所述催化劑與水的質(zhì)量比為1:(25-100)。
優(yōu)選地,所述催化劑溶液中金屬陽離子為fe3+、al3+、co2+、ni2+、cu2+、zn2+中的一種或幾種。
優(yōu)選地,采取分段采出、快速冷卻的方法將所述高溫荒煤氣從所述熱解裝置快速移出。
本發(fā)明采用噴淋式固體物料機(jī)械攪拌槽將催化劑水溶液均勻的噴灑到粉煤表面,催化劑不僅能均勻分散到粉煤表面,且可浸潤到粉煤的內(nèi)部,因此采用少量的催化劑即可達(dá)到較好的催化效果。
本發(fā)明通過添加催化劑,提高了粉煤快速熱解過程的焦油產(chǎn)率,提高了高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)量。
本發(fā)明采用模塊式粉煤熱解裝置對物料進(jìn)行熱解,一方面裝置采用蓄熱式輻射管加熱,兼具內(nèi)熱式系統(tǒng)效率高和外熱法油氣品質(zhì)高的優(yōu)勢;另一方面,熱解裝置在各模塊設(shè)置高溫荒煤氣出口,并在高溫荒煤氣出口外側(cè)短距離連接換熱器及引風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)了油水混合物的快速導(dǎo)出,進(jìn)一步提高了焦油產(chǎn)量。
本發(fā)明充分利用了半焦含碳量高及溫度高的優(yōu)勢,將熱解產(chǎn)生的高溫半焦采用密閉保溫輸送裝置直接輸送至電石生產(chǎn)裝置,與生石灰混合,采用氧熱法生產(chǎn)電石,實(shí)現(xiàn)了高溫半焦的綜合高效利用,降低了電石生產(chǎn)的能耗,且不影響電石品質(zhì)。
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的一種中低階粉煤催化熱解耦合電石生產(chǎn)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的一種催化熱解中低階粉煤耦合生產(chǎn)電石的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例,對本發(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,而不是對本發(fā)明的限制。
如圖1所示,本發(fā)明提供的中低階粉煤催化熱解耦合電石生產(chǎn)的系統(tǒng)包括:攪拌槽1、熱解裝置2、氣流床3、換熱器4、引風(fēng)機(jī)5和油氣分離器6。
其中,攪拌槽1是自制噴淋式固體物料機(jī)械攪拌槽,其包括槽蓋1-1、槽殼1-2和攪拌器1-3,攪拌器1-3設(shè)置在槽殼1-2內(nèi);槽殼1-2上設(shè)有催化劑溶液入口12,槽殼1-2內(nèi)設(shè)有多個噴嘴14,噴嘴14位于攪拌器1-3的上方,噴嘴14與催化劑溶液入口12相連;槽蓋1-1的頂部設(shè)有粉煤入口11,槽殼1-2的底部設(shè)有混合料出口13。
本發(fā)明通過添加催化劑,提高了粉煤快速熱解過程的焦油產(chǎn)率,提高了高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)量。
本發(fā)明采用自制的噴淋式固體物料機(jī)械攪拌槽將催化劑水溶液均勻的噴灑到粉煤表面,催化劑不僅能均勻分散到粉煤表面,且可浸潤到粉煤的內(nèi)部,因此采用少量的催化劑即可達(dá)到較好的催化效果。
噴嘴14之間的距離由單個噴嘴的射程而定。噴嘴14之間的距離太大,會導(dǎo)致部分粉煤表面沒有催化劑;距離太小,有部分粉煤表面會多噴催化劑。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,相鄰的噴嘴14之間的距離為槽殼1-2內(nèi)徑的1/8-1/4。
為了均勻地將催化劑噴灑到粉煤表面,噴嘴14在槽殼1-2內(nèi)交錯排列。噴嘴14與水平方向呈一定夾角時,催化劑能更均勻地分散到粉煤表面。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,噴嘴14與水平方向的夾角為30°-60°。
攪拌器1-3通過攪拌軸與傳動裝置相連。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,攪拌器1-3為渦旋式攪拌器或螺旋攪拌器。
熱解裝置2設(shè)有物料入口21、高溫荒煤氣出口22和高溫半焦出口23,物料入口21與攪拌槽1的混合料出口13相連。
熱解裝置2的加熱器為蓄熱式輻射管24,加熱方式為內(nèi)置外熱法。內(nèi)置外熱法兼具內(nèi)熱法加熱系統(tǒng)效率高和外熱法油氣產(chǎn)品品質(zhì)高的優(yōu)勢。本發(fā)明優(yōu)選的加熱器為蓄熱式下行床。
熱解裝置2由上到下分模塊安裝(諸如預(yù)熱模塊、熱解模塊,每個模塊又可包括多個子模塊)。蓄熱式輻射管24和高溫荒煤氣出口22有多個,蓄熱式輻射管24和高溫荒煤氣出口22根據(jù)不同模塊所需的熱解溫度及熱解產(chǎn)品的量及特性進(jìn)行分區(qū)配置,實(shí)現(xiàn)了熱解裝置2內(nèi)的溫度分區(qū)精確控制以及油氣的快速導(dǎo)出,避免了油水混合物的裂解,提高了焦油產(chǎn)率及品質(zhì)。
氣流床3設(shè)有高溫半焦入口31、生石灰入口32、富氧氣體入口33、電石爐氣出口34和電石出口35,高溫半焦入口31與熱解裝置2的高溫半焦出口23相連。
本發(fā)明采用氣流床3制備電石,充分利用了半焦含碳量高的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)高溫半焦的綜合高效利用。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,采用密閉保溫輸送裝置直接將高溫半焦輸送至氣流床3中,即高溫半焦入口31與熱解裝置2的高溫半焦出口23通過密閉保溫輸送裝置相連。充分利用了半焦溫度高的優(yōu)勢,降低了電石生產(chǎn)的能耗,且不影響電石品質(zhì)。
換熱器4設(shè)有高溫荒煤氣入口41和荒煤氣出口42,高溫荒煤氣入口41與熱解裝置2的高溫荒煤氣出口22相連。
圖1中,換熱器4有3個,需要說明的是,換熱器4的個數(shù)不需要特別限定,只要高溫荒煤氣入口41的個數(shù)與熱解裝置2的高溫荒煤氣出口22個數(shù)相同即可。
引風(fēng)機(jī)5設(shè)有入氣口51和出氣口52,入氣口51與換熱器4的荒煤氣出口42相連。
換熱器4及引風(fēng)機(jī)5在熱解裝置2的高溫荒煤氣出口22的外側(cè)短距離連接,能實(shí)現(xiàn)油水混合物的快速導(dǎo)出,提高焦油的產(chǎn)量。
油氣分離裝置6設(shè)有荒煤氣入口61、熱解氣出口62和油水混合物出口63,荒煤氣入口61與引風(fēng)機(jī)5的出氣口52相連。
如圖2所示,本發(fā)明提供的利用上述系統(tǒng)催化熱解中低階粉煤耦合生產(chǎn)電石的方法,包括混合、熱解、電石冶煉和冷卻分離步驟。
混合:1)將粉煤送入攪拌槽1內(nèi);2)將催化劑與水配制成催化劑溶液,通過噴嘴14噴灑在粉煤上,與粉煤混合均勻,獲得混合料。
催化劑溶液為金屬的氯化物溶液或硝酸鹽溶液,其優(yōu)選金屬的陽離子為fe3+、al3+、co2+、ni2+、cu2+、zn2+中的一種或幾種。
用在粉煤上的催化劑過少,粉煤熱解時焦油的產(chǎn)量低;過多,造成浪費(fèi)。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,催化劑與粉煤的質(zhì)量比為(0.05-0.2):100。
催化劑與水的質(zhì)量比越大,催化劑溶液的濃度越高、總量越少,有可能造成部分粉煤表面沒有催化劑的情況;質(zhì)量比越小,得到的催化劑溶液總量越多,即噴灑在粉煤上的水越多,不僅給后續(xù)熱解等工序造成壓力,且影響產(chǎn)物的品質(zhì)。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,催化劑與水的質(zhì)量比為1:(25-100)。
粉煤的粒度越小,催化劑的噴灑更均勻,且后續(xù)的熱解過程越快,在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,粉煤的粒徑≤5mm,更優(yōu)選的≤3mm。
當(dāng)使用渦旋式攪拌器或螺旋攪拌器時,其工作時的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選為1.5m/s-3m/s;粉煤在槽內(nèi)的堆積高度為槽殼1-2高度的1/3-2/3。
熱解:將混合料送入熱解裝置2中進(jìn)行熱解,獲得高溫荒煤氣和高溫半焦。
為了避免高溫荒煤氣中的焦油裂解,在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,采取分段采出、快速冷卻的方法將高溫荒煤氣從熱解裝置2快速移出。移出后的荒煤氣首先經(jīng)過換熱裝置,并將其快速冷卻至低于焦油裂解溫度,之后在引風(fēng)機(jī)作用下混合到總管,完成油氣分離,可在最大程度上降低焦油裂解。
熱解的溫度越高,熱解速度越快。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,熱解的溫度為650℃-750℃。
粉煤的熱解時間即粉煤從熱解裝置2的爐頂落至爐底的時間,取決于熱解裝置2的高度。在上述熱解溫度下,粉煤的熱解時間最好為6s-12s。
電石冶煉:將生石灰、富氧氣體和半焦送入氣流床3中制備電石,獲得電石和電石爐氣。
本發(fā)明采用氧熱法生產(chǎn)電石,高溫半焦與粉狀生石灰混合后,噴入氣流床2中;同時,從氣流床2下側(cè)通入的富氧氣體使部分半焦燃燒產(chǎn)生熱量,使得半焦與生石灰反應(yīng),產(chǎn)生電石。
電石冶煉時需要高溫,溫度過低,無法制得電石,溫度過高,浪費(fèi)能源。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中,冶煉溫度為1750℃-2000℃。
本發(fā)明制得的電石中碳化鈣的質(zhì)量百分含量≥80%,達(dá)到優(yōu)級品電石級別。
冷卻分離:將高溫荒煤氣依次送入換熱器4、引風(fēng)機(jī)5和油氣分離器6中,將高溫荒煤氣冷卻后進(jìn)行分離,獲得油水混合物和熱解氣。
在換熱器4中,高溫荒煤氣的溫度降至400℃-500℃,為了避免荒煤氣中的焦油裂解,設(shè)置了引風(fēng)機(jī)5,在引風(fēng)機(jī)5的作用下,進(jìn)入油氣分離裝置6中,獲得油水混合物和熱解氣。
需要說明的是,高溫荒煤氣也可不按照上述方法處理,即,系統(tǒng)可不含換熱器4、引風(fēng)機(jī)5和油氣分離裝置6。
下面參考具體實(shí)施例,對本發(fā)明進(jìn)行說明。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)值范圍如前述發(fā)明內(nèi)容中所示,對于未特別注明的工藝參數(shù),可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。下述實(shí)施例所用的檢測方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測方法。
實(shí)施例1
本實(shí)施例采用圖1所示的系統(tǒng)及圖2所示的方法處理粒度≤5mm的粉狀中低階粉煤。
槽殼1-2的內(nèi)徑為12m,高度為4m。相鄰的噴嘴14之間的距離為2m。噴嘴14在槽殼1-2內(nèi)交錯排列,噴嘴14與水平方向的夾角為30°。攪拌器1-3為渦旋式攪拌器,熱解裝置2為蓄熱式下行床。高溫荒煤氣出口22有6個,換熱器4有6個。
具體工藝步驟如下:
將粉煤通過加料管輸送到攪拌槽1內(nèi),同時開啟催化劑溶液入口12的開關(guān)及噴嘴14的開關(guān),將濃度(質(zhì)量百分含量)為1%的鋅系催化劑溶液噴灑到不斷進(jìn)行攪拌的粉煤表面,催化劑與粉煤的質(zhì)量比為0.05:100。
攪拌均勻后通過出料機(jī)和皮帶輸送機(jī)將物料送入熱解裝置2,從熱解裝置2的頂端入口依靠重力作用向下運(yùn)行,并在下行過程中在蓄熱式輻射管24的加熱下發(fā)生熱解,熱解終溫為750℃,熱解的時間為6s,從而獲得高溫荒煤氣和高溫半焦。
高溫荒煤氣從熱解裝置2各模塊的高溫荒煤氣出口22快速導(dǎo)出,并短距離通過換熱器4,使荒煤氣的溫度低于焦油裂解溫度,最大程度上提高焦油的產(chǎn)率,進(jìn)一步通過后續(xù)的油氣分離裝置6獲得熱解氣和油水混合物。
高溫半焦經(jīng)密閉保溫輸送裝置直接送至氣流床3,與同時輸送到氣流塔的生石灰進(jìn)行混合,并與由氣流床3的側(cè)壁噴入的富氧氣體充分接觸,部分焦粉與富氧氣體在氣流床內(nèi)混合燃燒,將物料加熱到1850℃,形成液態(tài)電石,由氣流床3底部的出口排出。
制得的電石中碳化鈣的質(zhì)量百分含量為81.8%,為優(yōu)級品電石。
實(shí)施例2
本實(shí)施例采用實(shí)施例1所述的系統(tǒng)及圖2所示的方法處理粒度≤3mm的粉狀中低階粉煤。
具體工藝步驟如下:
將粉煤通過加料管輸送到攪拌槽1內(nèi),同時開啟催化劑溶液入口12的開關(guān)及噴嘴14的開關(guān),將濃度(質(zhì)量百分含量)為4%的鎳系催化劑溶液噴灑到不斷進(jìn)行攪拌的粉煤表面,催化劑與粉煤的質(zhì)量比為0.2:100。
攪拌均勻后通過出料機(jī)和皮帶輸送機(jī)將物料送入熱解裝置2,從熱解裝置2的頂端入口依靠重力作用向下運(yùn)行,并在下行過程中在蓄熱式輻射管24的加熱下發(fā)生熱解,熱解終溫為650℃,熱解的時間為12s,從而獲得高溫荒煤氣和高溫半焦。
高溫荒煤氣從熱解裝置2各模塊的高溫荒煤氣出口22快速導(dǎo)出,并短距離通過換熱器4,使荒煤氣的溫度低于焦油裂解溫度,最大程度上提高焦油的產(chǎn)率,進(jìn)一步通過后續(xù)的油氣分離裝置6獲得熱解氣和油水混合物。
高溫半焦經(jīng)密閉保溫輸送裝置直接送至氣流床3,與同時輸送到氣流塔的生石灰進(jìn)行混合,并與由氣流床3的側(cè)壁噴入的富氧氣體充分接觸,部分焦粉與富氧氣體在氣流床內(nèi)混合燃燒,將物料加熱到2000℃,形成液態(tài)電石,由氣流床3底部的出口排出。
制得的電石中碳化鈣的質(zhì)量百分含量為82%,為優(yōu)級品電石。
實(shí)施例3
本實(shí)施例采用實(shí)施例1所述的系統(tǒng)及圖2所示的方法處理粒度≤1mm的粉狀中低階粉煤。
具體工藝步驟如下:
將粉煤通過加料管輸送到攪拌槽1內(nèi),同時開啟催化劑溶液入口12的開關(guān)及噴嘴14的開關(guān),將濃度(質(zhì)量百分含量)為2%的鈷系催化劑溶液噴灑到不斷進(jìn)行攪拌的粉煤表面,催化劑與粉煤的質(zhì)量比為0.1:100。
攪拌均勻后通過出料機(jī)和皮帶輸送機(jī)將物料送入熱解裝置2,從熱解裝置2的頂端入口依靠重力作用向下運(yùn)行,并在下行過程中在蓄熱式輻射管24的加熱下發(fā)生熱解,熱解終溫為700℃,熱解的時間為10s,從而獲得高溫荒煤氣和高溫半焦。
高溫荒煤氣從熱解裝置2各模塊的高溫荒煤氣出口22快速導(dǎo)出,并短距離通過換熱器4,使荒煤氣的溫度低于焦油裂解溫度,最大程度上提高焦油的產(chǎn)率,進(jìn)一步通過后續(xù)的油氣分離裝置6獲得熱解氣和油水混合物。
高溫半焦經(jīng)密閉保溫輸送裝置直接送至氣流床3,與同時輸送到氣流塔的生石灰進(jìn)行混合,并與由氣流床3的側(cè)壁噴入的富氧氣體充分接觸,部分焦粉與富氧氣體在氣流床內(nèi)混合燃燒,將物料加熱到1750℃,形成液態(tài)電石,由氣流床3底部的出口排出。
制得的電石中碳化鈣的質(zhì)量百分含量為80.6%,為優(yōu)級品電石。
從上述實(shí)施例可知,本發(fā)明制得的電石品質(zhì)好。
綜上,本發(fā)明通過添加催化劑,提高了粉煤快速熱解過程的焦油產(chǎn)率,提高了高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)量。
本發(fā)明采用噴淋式固體物料機(jī)械攪拌槽將催化劑水溶液均勻的噴灑到粉煤表面,催化劑不僅能均勻分散到粉煤表面,且可浸潤到粉煤的內(nèi)部,因此采用少量的催化劑即可達(dá)到較好的催化效果。
本發(fā)明采用模塊式粉煤熱解裝置對物料進(jìn)行熱解,一方面裝置采用蓄熱式輻射管加熱,兼具內(nèi)熱式系統(tǒng)效率高和外熱法油氣品質(zhì)高的優(yōu)勢;另一方面,熱解裝置在各模塊設(shè)置高溫荒煤氣出口,并在高溫荒煤氣出口外側(cè)短距離連接換熱器及引風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)了油水混合物的快速導(dǎo)出,進(jìn)一步提高了焦油產(chǎn)量。
本發(fā)明充分利用了半焦含碳量高及溫度高的優(yōu)勢,將熱解產(chǎn)生的高溫半焦采用密閉保溫輸送裝置直接輸送至電石生產(chǎn)裝置,與生石灰混合,采用氧熱法生產(chǎn)電石,實(shí)現(xiàn)了高溫半焦的綜合高效利用,降低了電石生產(chǎn)的能耗,且不影響電石品質(zhì)。
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,而并非對實(shí)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(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仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。