一种耦合制备电石的系统的制作方法

本实用新型涉及电石冶炼领域，具体涉及一种耦合制备电石的系统。

背景技术：

煤的焦化、气化、合成电石过程，为有机化工工业提供了丰富的粗苯、焦油、焦炉气、合成气和乙炔，是煤化工的三条核心途径。目前，煤焦化技术投资成本高、产品精制不足、产品附加值不高。煤气化技术进步缓慢、效率低、规模小、产业化程度低。而合成电石的工艺，路线简单、产品附加值高、经济效益好，已经实现大规模工业化生产，是一种比较有发展潜力的清洁煤技术和煤化工的途径。制备的电石(即乙炔)可以用来合成苯、橡胶、聚氯乙烯、聚乙炔等有机产品。与石油乙烯路线相比，煤合成电石具有原料来源广泛、价格低廉、设备投资低的优点。并且，乙炔比乙烯活性高，更利于有机合成反应的进行。

目前，电石合成方法主要是电热法。该方法借助电弧炉将电能转化为热能，加热熔融石灰和碳素原料焦炭，发生化合反应制取电石。电热法历史悠久，具有高能耗、高污染的缺点。电石合成反应为固相吸热反应，原料传质传热效率低，化学动力学过程时间长，需要高温(2000～2200℃)加热，和高活性的焦炭作为原料。该高温加热条件需要大量的能量，对设备的耐热性能要求高，且增加了投资成本和能耗。原料焦炭一般由煤的焦化得到，流程长、有机碳损耗高、电耗高、环境污染严重。为了提高石灰-电石共熔速度和产品中电石的含量，实际操作中一般要求石灰过量20wt％(wt％为质量百分数)，物耗和能耗较大。副产物一氧化碳逸出反应体系带走了大量的热量，造成能量损失。

提高电石炉的电效率和热效率是目前降低电石生产中的电耗，并提高能量利用率的两大对策。但是，由于电热法工艺基于石灰与焦炭直接反应生成电石，为固相吸热反应，无论如何提高电效率和热效率都无法改变该工艺高能耗、高物耗、高污染的现状。为了提高电石生产能量、实现电石生产的绿色化和可持续发展，必须改革电热法合成路线，采用新的电石合成工艺和合成方法。

传统的生产电石的方法为：将块状优质兰炭和块状石灰石按一定比例混合，并送入电石炉中进行电石冶炼。在煤进行热解脱除挥发分、热态固体兰炭降温、兰炭与石灰石混合升温的过程中，都会损失大量的显热。在兰炭降温的过程中，无论采用水熄焦工艺还是干熄焦工艺，都会导致兰炭中含有大量的水分。而电石生产工艺要求兰炭的水分低于1％，须进行烘干处理，浪费能量。现有技术一般难以利用粉状兰炭，尤其是高温粉状兰炭，造成资源浪费。

技术实现要素：

本实用新型旨在实现高温粉状兰炭的利用，以及不对高温兰炭进行降温处理直接进行电石冶炼，节省能源的同时可利用高温兰炭的显热。

本实用新型提供了一种耦合制备电石的系统，所述系统包括热解炉、筛分装置、混合装置、高温成型装置、电石炉。

所述热解炉包括煤入口、热解气出口、兰炭出口。

所述筛分装置包括兰炭入口、块状兰炭出口、粉状兰炭出口。所述兰炭入口与所述热解炉的兰炭出口通过输送装置连接。

所述混合装置包括第一混合装置和第二混合装置，所述第一混合装置包括块状兰炭入口、预热块状CaO入口、混合块料出口。所述块状兰炭入口与所述筛分装置的块状兰炭出口通过输送装置连接。

所述第二混合装置包括粉状兰炭入口、预热粉状CaO入口、粘结剂入口、混合粉料出口。所述粉状兰炭入口与所述筛分装置的粉状兰炭出口通过输送装置连接。

所述高温成型装置包括混合粉料入口、成型块料出口。所述混合粉料入口与所述第二混合装置的混合粉料出口通过输送装置连接。

所述电石炉包括混合块料入口、成型块料入口、电石出口、高温电石炉气出口。所述混合块料入口与所述第一混合装置的混合块料出口通过输送装置连接，所述成型块料入口与所述高温成型装置的成型块料出口通过输送装置连接。

优选的，所述筛分装置、第一混合装置、第二混合装置、高温成型装置均为保温装置。所述输送装置均为保温输送装置。

上述的系统中，还包括块状CaO预热器和粉状CaO预热器。

所述块状CaO预热器具有块状CaO入口、预热块状CaO出口、高温电石炉气入口、低温电石炉气出口，该预热块状CaO出口与所述第一混合装置的预热块状CaO入口连接。

所述粉状CaO预热器具有粉状CaO入口、预热粉状CaO出口、高温电石炉气入口、低温电石炉气出口，该预热粉状CaO出口与所述第二混合装置的预热粉状CaO入口连接。

所述高温电石炉气入口与所述电石炉的高温电石炉气出口连接。

利用高温兰炭的显热，避免兰炭降温过程中向兰炭中引入水分，节约了能源，并可以利用粉状兰炭进行电石冶炼生成电石。本实用新型的系统和方法可降低能量损失，提高资源利用效率。

附图说明

图1为本实用新型中耦合制备电石的系统示意图。

图2为本实用新型利用图1的系统耦合制备电石的流程图。

附图中的附图标记如下：

1、热解炉；

201、块状CaO预热器；202、粉状CaO预热器；

3、筛分装置；

401、第一混合装置；402、第二混合装置；

5、高温成型装置；

6、电石炉。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

如图1所示，为本实用新型中耦合制备电石的系统示意图。该系统包括热解炉1、块状CaO预热器201、粉状CaO预热器202、筛分装置3、第一混合装置401、第二混合装置402、高温成型装置5、电石炉6。其中，各装置的连接关系如下：

热解炉1用于煤的热解，可产生兰炭和热解气，其包括煤入口、热解气出口、兰炭出口。

块状CaO预热器201用于对块状CaO进行预热，其包括块状CaO入口、预热块状CaO出口、高温电石炉气入口、低温电石炉气出口。

粉状CaO预热器202用于对粉状CaO进行预热，其包括粉状CaO入口、预热粉状CaO出口、高温电石炉气入口、低温电石炉气出口。

筛分装置3用于对兰炭进行筛分，得到块状兰炭和粉状兰炭，其包括兰炭入口、块状兰炭出口、粉状兰炭出口。其中，兰炭入口与热解炉1的兰炭出口连接。

混合装置包括第一混合装置401和第二混合装置402。

第一混合装置401用于均匀混合块状兰炭和经预热的块状CaO，其包括块状兰炭入口、预热块状CaO入口、混合块料出口。其中，块状兰炭入口与筛分装置3的块状兰炭出口连接，预热块状CaO入口与块状CaO预热器201的预热块状CaO出口连接。

第二混合装置402用于均匀混合粉状兰炭和经预热的粉状CaO，其包括粉状兰炭入口、预热粉状CaO入口、粘结剂入口、混合粉料出口。其中，粉状兰炭入口与筛分装置3的粉状兰炭出口连接，预热粉状CaO入口与粉状CaO预热器202的预热粉状CaO出口连接。

高温成型装置5用于接收第二混合装置402输出的混合粉料，对其进行成型处理，其包括混合粉料入口、成型块料出口。其中，混合粉料入口与混合粉料出口连接。

电石炉6用于接收分别由第一混合装置401和高温成型装置5输送的混合块料和成型块料，进行冶炼可得到电石，其包括混合块料入口、成型块料入口、电石出口、高温电石炉气出口。其中，混合块料入口与混合块料出口连接，成型块料入口与成型块料出口连接，高温电石炉气出口与块状CaO预热器201以及粉状CaO预热器202的高温电石炉气入口连接。

本实用新型中，上述筛分装置3、第一混合装置401、第二混合装置402、高温成型装置5均为保温装置，并且，其内部的工作环境均为阻燃环境。上述系统中，各个装置单元之间固体物料的输送是通过输送装置实现的，并将输送装置全部设置为保温输送装置，且保证输送装置内部为阻燃环境。设置保温装置的目的是，保证进入电石炉6的混合块料和成型块料的温度不低于热解炉1的操作温度下100℃。

如图2所示，为本实用新型利用图1所示的系统耦合制备电石的流程图。包括步骤：

(1)煤热解

将煤送入热解炉1中，在600～950℃温度下进行热解反应脱除挥发分，生成热解气和兰炭。

本实用新型选用的原料煤为中低阶劣质煤，其含水率≤8wt％，灰分含量≤10wt％，挥发分含量≥30wt％。原料煤的粒径选用10～100㎜，本实用新型实施例中优选粒径为10～30㎜。

(2)预热CaO

将块状CaO和粉状CaO分别送入块状CaO预热器201和粉状CaO预热器202中，对CaO进行预热。并将经预热的块状CaO送入第一混合装置401中、预热粉状CaO送入第二混合装置402中。

本步骤中，选用的块状CaO的粒径≤100㎜，实施例中优选粒径为≤50㎜。粉状CaO的粒径≤5㎜，实施例中优选粒径为≤3㎜。

(2)兰炭筛分

将上述步骤得到的兰炭送入筛分装置3中，筛分后得到粒径＞5㎜的块状兰炭、粒径≤5㎜的粉状兰炭，分别送入第一混合装置401、第二混合装置402中。

(3)混合成型

块状兰炭和预热块状CaO在第一混合装置401中混合，可得到混合块料。向第二混合装置402中加入粘结剂，其与粉状兰炭、预热粉状CaO混合，可得到混合粉料，然后将混合粉料送入高温成型装置5制备成型块料，以满足电石炉6的进料要求。

本步骤中，粘结剂为干性、粉状粘结剂，其在高温下具有良好的粘接及固化的性能，能显著增强成型物块料的热强度。该粘结剂是以煤为原料进行提取纯化、脱除挥发分后的有机物，在较大的温度范围内具有较高的热塑性，能够充分促进液相炭化，改善粉状兰炭的软化熔融性，使粉状兰炭的各向异性组织变得发达，最终提高成型块料的热强度。

上述各物料是通过定量螺旋输送装置送入第一混合装置401和第二混合装置402中的。

本实用新型实施例中，加入第一混合装置401中的块状兰炭和预热块状CaO的质量配比为0.6～0.7：1，加入第二混合装置402中的粉状兰炭、预热粉状CaO、粘结剂的质量配比为0.6～0.7：1：0.01～0.03。

本步骤中，CaO经预热后再与兰炭进行混合，可以避免由于温度差导致兰炭的温度降低，为后续的电石冶炼过程节约能源。并且，CaO的预热是利用了电石冶炼过程生成的高温电石炉气的显热，实现资源的回收利用。

(4)电石冶炼

将上述步骤得到的混合块料和成型块料送入电石炉6中，在1900～2200℃的温度下进行冶炼制备电石，该步骤还会产生高温电石炉气。本实用新型实施中，优选电石冶炼温度为2050℃。

由于图1所示的系统做了保温处理，可保证该步骤的混合块料和成型块料的温度不低于热解炉1的操作温度下100℃，即不低于500℃。

该步骤得到的高温电石炉气送入块状CaO预热器201和粉状CaO预热器202中，与块状CaO和粉状CaO进行直接换热或间接换热，充分利用高温电石炉气的显热。

实施例1

将含水率为8％、灰分含量为10％、挥发分含量为30％、粒径10～100mm的煤炭送入热解炉中，在950℃温度下进行热解反应脱除挥发分，生成热解气和兰炭。兰炭送入筛分装置中，筛分后得到粒径＞5㎜的块状兰炭、粒径≤5㎜的粉状兰炭，分别送入第一混合装置、第二混合装置中。

将粒径≤100㎜的块状CaO和粒径≤5㎜的粉状CaO分别送入块状CaO预热器和粉状CaO预热器中，对CaO进行预热。并将经预热的块状CaO送入第一混合装置中、预热粉状CaO送入第二混合装置中。

块状兰炭和预热块状CaO按质量比0.7：1在第一混合装置中混合，可得到混合块料。向第二混合装置中加入粘结剂，其与粉状兰炭、预热粉状CaO按质量比0.03：0.7：1混合，可得到混合粉料，然后将混合粉料送入高温成型装置中制备成型块料。

将上述步骤得到的温度为851℃的混合块料和成型块料送入电石炉中，在2200℃的温度下进行冶炼制备电石。同时，生成的高温电石炉气送入块状CaO预热器和粉状CaO预热器中，对CaO进行预热。

实施例2

将含水率为5％、灰分含量为6.5％、挥发分含量为34％、粒径10～30mm的煤炭送入热解炉中，在850℃温度下进行热解反应脱除挥发分，生成热解气和兰炭。兰炭送入筛分装置中，筛分后得到粒径＞5㎜的块状兰炭、粒径≤5㎜的粉状兰炭，分别送入第一混合装置、第二混合装置中。

将粒径≤50㎜的块状CaO和粒径≤5㎜的粉状CaO分别送入块状CaO预热器和粉状CaO预热器中，对CaO进行预热。并将经预热的块状CaO送入第一混合装置中、预热粉状CaO送入第二混合装置中。

块状兰炭和预热块状CaO按质量比0.65：1在第一混合装置中混合，可得到混合块料。向第二混合装置中加入粘结剂，其与粉状兰炭、预热粉状CaO按质量比0.02：0.65：1混合，可得到混合粉料，然后将混合粉料送入高温成型装置制备成型块料。

将上述步骤得到的温度为750℃的混合块料和成型块料送入电石炉中，在2050℃的温度下进行冶炼制备电石。同时，生成的高温电石炉气送入块状CaO预热器和粉状CaO预热器中，对CaO进行预热。

实施例3

将含水率为3％、灰分含量为6.2％、挥发分含量为35％、粒径10～25mm的煤炭送入热解炉中，在600℃温度下进行热解反应脱除挥发分，生成热解气和兰炭。兰炭送入筛分装置中，筛分后得到粒径＞5㎜的块状兰炭、粒径≤5㎜的粉状兰炭，分别送入第一混合装置、第二混合装置中。

将粒径≤40㎜的块状CaO和粒径≤5㎜的粉状CaO分别送入块状CaO预热器和粉状CaO预热器中，对CaO进行预热。并将经预热的块状CaO送入第一混合装置中、预热粉状CaO送入第二混合装置中。

块状兰炭和预热块状CaO按质量比0.6：1在第一混合装置中混合，可得到混合块料。向第二混合装置中加入粘结剂，其与粉状兰炭、预热粉状CaO按质量比0.01：0.6：1混合，可得到混合粉料，然后将混合粉料送入高温成型装置制备成型块料。

将上述步骤得到的温度为527℃的混合块料和成型块料送入电石炉中，在1900℃的温度下进行冶炼制备电石。同时，生成的高温电石炉气送入块状CaO预热器和粉状CaO预热器中，对CaO进行预热。

上述实施例中的百分数均为质量百分数。

由上述实施例可得，本实用新型的系统可利用粉状兰炭进行电石冶炼制备电石，并提高资源利用效率。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。