一种煤粉热解耦合电石生产的系统和方法与流程

本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种煤粉热解耦合电石生产的系统和方法。

背景技术：

煤热解是在一定的温度、绝氧环境下对煤进行加热，从而使煤中的挥发分分解，产生热解固体、热解气和焦油的过程，是实现煤炭分级分质利用的关键步骤。因此，将热解技术与其它技术耦合，实现热解产品的高效综合利用被认为是煤炭高效利用最有效的途径，是现代大型煤化工的主要方向。

但是，随着现代化采煤综合技术的广泛使用，块煤产量下降，粉煤产量升高(80％-90％)。而粉煤的粒度较小，在热解气作用下容易夹带，导致所得油气产品粉尘含量较高，这不仅会增大油气产品的后续利用难度，而且会造成大量固体煤粉或半焦的浪费。因此，必须寻找一种合适的方法，能降低油气产品中的粉尘量，并使其回收利用。其次，热解所得半焦温度较高，约占原煤总量的50％以上，因此，高温半焦的有效利用直接决定了煤炭利用效率的高低。

现有技术有报道，粉状的中低阶煤与粉状生石灰混合压球后经旋转床热解可得高温活性球团，直接热送进电石炉进行电石生产，可极大的降低生产能耗。现有技术还报道了一种适用于处理粉煤、无需热载体的低阶粉煤热解装置及热解方法，可获得高品质热解气。因此，将粉煤直接热解后与生石灰混合利用氧热法生产电石，会产生更好的节能效果。

同时，煤直接液化生产过程中，会产生大量的液化残渣，约为原煤质量的30％。液化残渣为一种高炭、高挥发分、含有液化催化剂的物质，其在一定温度下会发生软化，产生流动性，且具有很强的粘结性，若进一步升高温度，在绝氧环境下热解会产生大量的油气产品，因此液化残渣的利用研究具有很重要的意义。

技术实现要素：

本发明专利旨在提供一种中低阶煤粉耦合电石生产的系统和方法，并充分利用液化残渣的特性，对煤粉热解高温煤气除尘后，与煤粉共热解，以实现液化残渣的高效利用及夹带粉尘的回收。

为实现上述目的，本发明提出了一种煤粉热解耦合电石生产的系统，包括共热解单元、液化残渣除尘单元和电石生产单元；其中，

所述共热解单元包括煤粉入口、液化残渣入口、粗煤气出口和热解半焦出口，所述共热解单元用于煤粉和液化残渣的热解反应；

所述液化残渣除尘单元设有粗煤气入口、除尘煤气出口以及含尘液化残渣出口；所述粗煤气入口与所述粗煤气出口相连；所述含尘液化残渣出口与所述液化残渣入口相连，所述液化残渣除尘单元用于对粗煤气处理得到除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；

所述电石生产单元设置有混合半焦入口、生石灰入口、富氧气体喷嘴、电石炉气出口以及电石出口，所述混合半焦入口和所述热解半焦出口相连，所述电石生产单元用于混合半焦和生石灰的反应。

具体地，所述共热解单元使用的装置是蓄热式无热载体下行床。

进一步地，所述蓄热式无热载体下行床上段为低温干馏段，下段为高温干馏段，其内部设置有多层蓄热式辐射管，每层所述蓄热式辐射管围绕下行床四周平行且均匀分布，每个所述蓄热书辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行且沿所述下行床的本体高度方向上错开分布。

具体地，所述液化残渣除尘单元使用的装置是高温密闭保温容器。

所述电石生产单元使用的装置是气流床。

进一步地，所述系统还包括保温输送装置，所述混合半焦入口通过所述保温输送装置与所述热解半焦出口相连，所述高温输送装置为保温桶或保温链板。

本发明还提供一种利用上述系统进行煤粉热解耦合电石生产的方法，其特征在于，包括步骤：

A.共热解：将所述煤粉和所述液化残渣分别通过所述煤粉入口和所述液化残渣入口喷入所述共热解单元，得到所述粗煤气；

B.液化残渣除尘：将所述粗煤气和液态液化残渣进行接触，得到所述除尘煤气以及所述含尘煤液化残渣油浆；

C.液化残渣处理：在所述含尘煤液化残渣油浆中，对含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用，含尘浓度≥50wt％的油浆排出至所述共热解单元；

D.电石生产：在所述电石生产单元将所述混合半焦和所述生石灰进行冶炼。

进一步地，将所述煤粉粒度控制为<6mm，所述液化残渣的温度控制在260-360℃。

具体地，将所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比控制在1:0.1-0.5，热解时间为1-12s，优选为6-12s。

作为优选的实施方案，将所述蓄热式无热载体下行床的所低温干馏段热解温度控制为550-700℃，所述高温干馏段热解温度为800-950℃。

将所述液态液化残渣的温度控制在300-420℃。

具体地，将所述生石灰的粒度控制在＜5mm。

所述混合半焦与所述生石灰的反应温度为1700-2000℃。

在本发明中，首先，将煤粉热解所得的半焦通过高温密闭输送装置直接送至电石炉，生产电石，可充分利用热解半焦的显热，降低电石生产的能耗及原料成本；其次，利用液态液化残渣粘度高的特性，对热解粗煤气进行除尘，当液化残渣中含尘量达到50％以上时，将其在高温下与煤粉一起加入热解炉，在不同温度区间实现热解，产生油气产品，同时解决了热解后粗煤气的除尘问题以及液化残渣的高效利用问题；重要的是，液化残渣中含有的催化剂在高温下会促进焦油的催化裂解，可提高轻质油的含量。

该发明具有以下有益效果：

(1)通过煤粉热解与电石生产的耦合，直接以煤粉为原料，并将煤粉热解所得的半焦通过热送技术直接送至气流床，充分利用热解半焦的显热，采用氧热法生产电石，可极大的降低原料成本和生产能耗；

(2)充分利用煤液化残渣的特性，作为粗煤气的除尘剂，并在吸收饱和后与煤粉发生共热解，产生油气产品，实现液化残渣高附加值利用，变废为宝；

(3)液化残渣的粘度大，且粉尘与液体煤液化残渣介质的相溶性好，易于捕集粉尘，对粗煤气的除尘效率高；

(4)高温除尘过程以及煤与液化残渣共热解过程中，煤液化残渣中的催化剂，对于煤气中的重质组分具有很好的催化裂解作用，提高焦油轻质组分质量；

(5)高含尘煤液化残渣在高温下直接加入快速热解炉与煤粉发生共热解，可以充分利用液态液化残渣的显热，降低热解能耗，并将夹带出炉的粉尘重新回炉热解，提高了原料利用率，且在整个过程中不产生污染排放；

(6)利用蓄热式无热载体下行床作为共热解装置，利用辐射管加热，无需热载体，使得热解油气的品质较高；且可灵活控制不同热解段的温度，热效率高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明的生产工艺流程图；

图2是本发明的生产系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明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发明的方案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，而不是对本发明的限制。

本发明提出了一种中低阶煤粉与液化残渣共热解耦合电石生产的方法，如图1，包括以下步骤：

第一步：煤粉与液化残渣共热解：将热解煤粉和液化残渣分别通过煤粉入口和液化残渣入口喷入快速热解炉，在重力的作用下向下运行，并在运行的过程中发生热解反应，产生半焦和油气产品；

所述快速热解炉可以是蓄热式无热载体下行床；

所述煤粉的粒度为0-6mm；所述液化残渣为液态，温度为260-360℃；

所述煤粉与液化残渣的质量比为1:0.1-0.5；

所述快速热解炉上段为低温干馏段，热解温度为550-700℃；下段为高温干馏段，热解温度为800-950℃；

热解时间为6-12s，优选为6-12s；

第二步：液化残渣除尘：由快速热解炉排出的粗煤气进入液态液化残渣容器，与液态的液化残渣进行直接接触后，得到除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；

所述液态液化残渣的温度为300-420℃；

第三步：含尘液化残渣油浆处理：所述接触洗涤后得到的含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆，通过密闭保温罐直接输送至快速热解炉，与煤粉发生共热解，产生油气产品；

第四步：电石生产：煤粉与液化残渣共热解产生的混合半焦经保温密闭输送装置送入电石反应装置，与螺旋输送装置运输的粉状生石灰按照一定的比例混合后，喷入气流床；同时，从气流床下侧通入的含氧气体使部分混合半焦燃烧产生热量，使混合半焦与生石灰反应，产生电石。

所述生石灰的粒度＜5mm；

所述混合半焦与生石灰的反应温度为1700-2000℃。

本发明还提出了一种煤粉热解耦合电石生产的系统，如图2：

本发明所描述的系统由共热解单元1、液化残渣除尘单元2、电石生产单元3组成。

煤与液化残渣共热解单元1的装置可以是蓄热式无热载体下行床；包括煤粉入口11、液化残渣入口12、粗煤气出口13和热解半焦出口14；所述液化残渣入口12与液化残渣除尘单元2的含尘液化残渣出口23相连；

所述无热载体蓄热式下行床内部设置多层蓄热式辐射管，每层所述蓄热式辐射管围绕下行床四周平行且均匀分布，每个所述蓄热书辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行且沿所述下行床的本体高度方向上错开分布。

所述下行床低温干馏段和高温干馏段的温度通过辐射管内燃气流量或开启辐射管的数量来控制，并在不同段设置热电偶实时监测；

液化残渣除尘单元2的装置可以是高温密闭保温容器，设有粗煤气入口21、除尘煤气出口22以及含尘液化残渣出口23；所述粗煤气入口21与共热解单元1的粗煤气出口13相连；

电石生产单元3的装置可以是气流床，设有混合半焦入口31、粉状生石灰入口32、富氧气体喷嘴33、电石炉气出口34以及电石出口35；所述混合半焦入口31通过高温固体输送装置与煤与液化残渣共热解单元1的热解半焦出口14相连。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

利用本发明的系统，将粒度小于6mm的煤粉与液化残渣除尘单元送来的280℃的液化残渣分别喷入快速热解炉内，所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比为1:0.4，混合物料依靠重力的作用依次经过快速热解炉的低温干馏段和高温干馏段；其中，低温干馏段的温度为550-600℃，高温干馏段的温度为870-900℃；在低温干馏段，液化残渣基本热解完全，而煤粉在此段发生温和热解，产品以热解气和轻质焦油为主；在高温干馏段，煤粉热解完全，产生大量的油气产品，与低温干馏段产生的油气产品混合，共同从粗煤气出口采出，热解半焦从炉底的热解半焦出口采出，并通过高温密闭输送装置直接送至气流床电石生产装置，与生石灰混合后在1800℃下反应产生电石；

粗煤气进入液态液化残渣容器，与340℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；若含尘煤液化残渣油浆的含尘浓度＜50wt％可循环使用，当其含尘浓度≥50wt％时，通过高温密闭装置直接输送至快速热解炉热解，使液化残渣与所含的粉尘连同加入的煤粉共同热解，进一步获取油气资源。

实施例2

本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。利用本发明的系统，将粒度小于6mm的煤粉与液化残渣除尘单元送来的360℃的液化残渣分别喷入快速热解炉内，所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比为1:0.5，混合物料依靠重力的作用依次经过快速热解炉的低温干馏段和高温干馏段；其中，低温干馏段的温度为580-620℃，高温干馏段的温度为850-880℃；在低温干馏段，液化残渣基本热解完全，而煤粉在此段发生温和热解，产品以热解气和轻质焦油为主；在高温干馏段，煤粉热解完全，产生大量的油气产品，与低温干馏段产生的油气产品混合，共同从粗煤气出口采出，热解半焦从炉底的热解半焦出口采出，并通过高温密闭输送装置直接送至气流床电石生产装置，与生石灰混合后在1700℃下反应产生电石；

粗煤气进入液态液化残渣容器，与300℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；若含尘煤液化残渣油浆的含尘浓度＜50wt％可循环使用，当其含尘浓度≥50wt％时，通过高温密闭装置直接输送至快速热解炉热解，使液化残渣与所含的粉尘连同加入的煤粉共同热解，进一步获取油气资源。

实施例3

本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。利用本发明的系统，将粒度小于6mm的煤粉与液化残渣除尘单元送来的320℃的液化残渣分别喷入快速热解炉内，所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比为1:0.3，混合物料依靠重力的作用依次经过快速热解炉的低温干馏段和高温干馏段；其中，低温干馏段的温度为650-700℃，高温干馏段的温度为920-950℃；在低温干馏段，液化残渣基本热解完全，而煤粉在此段发生温和热解，产品以热解气和轻质焦油为主；在高温干馏段，煤粉热解完全，产生大量的油气产品，与低温干馏段产生的油气产品混合，共同从粗煤气出口采出，热解半焦从炉底的热解半焦出口采出，并通过高温密闭输送装置直接送至气流床电石生产装置，与生石灰混合后在1900℃下反应产生电石；

粗煤气进入液态液化残渣容器，与400℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；若含尘煤液化残渣油浆的含尘浓度＜50wt％可循环使用，当其含尘浓度≥50wt％时，通过高温密闭装置直接输送至快速热解炉热解，使液化残渣与所含的粉尘连同加入的煤粉共同热解，进一步获取油气资源。

实施例4

本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。利用本发明的系统，将粒度小于6mm的煤粉与液化残渣除尘单元送来的260℃的液化残渣分别喷入快速热解炉内，所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比为1:0.1，混合物料依靠重力的作用依次经过快速热解炉的低温干馏段和高温干馏段；其中，低温干馏段的温度为600-630℃，高温干馏段的温度为850-880℃；在低温干馏段，液化残渣基本热解完全，而煤粉在此段发生温和热解，产品以热解气和轻质焦油为主；在高温干馏段，煤粉热解完全，产生大量的油气产品，与低温干馏段产生的油气产品混合，共同从粗煤气出口采出，热解半焦从炉底的热解半焦出口采出，并通过高温密闭输送装置直接送至气流床电石生产装置，与生石灰混合后在2000℃下反应产生电石；

粗煤气进入液态液化残渣容器，与420℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；若含尘煤液化残渣油浆的含尘浓度＜50wt％可循环使用，当其含尘浓度≥50wt％时，通过高温密闭装置直接输送至快速热解炉热解，使液化残渣与所含的粉尘连同加入的煤粉共同热解，进一步获取油气资源。