一种处理煤粉和钙基原料的系统和方法与流程

本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种处理煤粉和钙基原料的系统和方法。

背景技术：

煤加氢气化是指使原煤粉与含氢反应气体在高温、高压条件下(800℃～1000℃，3MPa～8MPa)反应生成富含甲烷的气体以及轻质油品的过程。与传统的煤气化相比，煤加氢气化具有工艺简单、热效率高、污染小的特点，因而受到广泛地关注和应用。但是，氢气的价格昂贵，因此寻找氢气的可替代气氛成为许多研究者的关注点。

现有技术报道，粉状的中低阶煤与粉状生石灰混合压球后经预热炉热解可得高温活性球团，直接热送进电石炉进行电石生产。在该工艺中，原料为粉状的中低阶煤和粉状生石灰、混合球团在预热炉中的热解属于无热载体热解、高温球团的输送属于高温密闭输送，因此可极大的降低电石生产的原料成本、提高热解气的品质和系统的热效率、降低生产能耗。值得关注的是，氧化钙与煤在预热炉内共热解时，氧化钙作为催化剂可极大的提高热解气中的氢气含量高，达50v％以上，若能将煤与生石灰混合热解产生的热解气作为煤粉加氢气化的氢气来源，可极大的降低煤加氢气化的成本。

技术实现要素：

本发明的目的是将煤粉与钙基原料混合型球在预热炉内热解产生的油气产品以及热解固体在高温下直接利用，以提高系统的热利用率。

为实现上述目的，本发明提出了一种处理煤粉和钙基原料的系统，包括热解单元、气体净化单元、加氢气化单元以及电石冶炼单元；其中，

所述热解单元包括煤粉与钙基原料混合型球入口、荒煤气出口和热解固体球团出口，所述热解单元用于煤粉与钙基原料混合型球的高温热解；

所述气体净化单元包括荒煤气入口和净煤气出口，所述荒煤气入口和所述荒煤气出口相连，所述气体净化单元用于对荒煤气除尘、并使荒煤气中的焦油催化裂解；

所述加氢气化单元包括煤粉喷嘴、净煤气喷嘴、焦渣出口以及油气出口，所述净煤气喷嘴和所述净煤气出口相连，在所述加氢气化单元，所述净煤气作为氢源与煤发生加氢气化反应；

所述电石冶炼单元包括高温固体球团入口、电石炉气出口和电石出口，所述高温固体球团入口和所述热解固体球团出口相连，所述电石冶炼单元用于对热解产生的高温固体球团进行冶炼。

进一步地，所述系统还包括煤粉与钙基原料预处理单元，所述煤粉与钙基原料预处理单元包括煤粉与钙基原料入口和煤粉与钙基原料混合型球出口，所述煤粉与钙基原料混合型球出口和所述煤粉与钙基原料混合型球入口相连，所述煤粉与钙基原料预处理单元用于将煤粉与钙基原料进行处理得到煤粉与钙基原料混合型球。

进一步地，所述热解单元使用的装置为无热载体蓄热式预热炉。

所述无热载体蓄热式预热炉中设置有上下两层蓄热式辐射管，平行均匀分布在料层的上方和下方，且相邻的上层辐射管与下层辐射管错开分布。

所述气体净化单元使用的装置为净化反应器。

所述加氢气化单元使用的装置为气化炉。

所述电石冶炼单元使用的装置为电石炉。

进一步地，所述净化反应器内部有设在最下层的气体分布器以及从下往上依次排列的过滤层和焦油催化裂解催化剂层。

具体地，所述过滤层为陶瓷过滤板，用于除去所述荒煤气中的灰尘以及蓄热。

所述焦油催化裂解催化剂层为CaO，用于将所述荒煤气中的焦油充分催化获取热解气以及轻质焦油。

优选地，所述净煤气喷嘴个数为偶数个，对称排列在所述煤粉喷嘴的四周。

进一步地，所述系统还包括保温输送装置，所述高温固体球团入口通过所述保温输送装置与所述热解固体球团出口相连；所述高温输送装置为保温桶或保温链板。

本发明还提供一种对煤粉和钙基原料进行处理的方法，其特征在于，包括步骤：

A.热解：将所述煤粉与钙基原料混合型球送入所述热解单元进行高温热解，得到煤热解产物荒煤气及高温固体球团；

B.气体净化：将所述荒煤气送入所述气体净化单元，经过过滤、焦油催化裂解得到所述净煤气；

C.加氢气化：在所述加氢气化单元以所述净煤气作为氢源与煤发生加氢气化反应，得到富甲烷气和轻质焦油；

D.电石生产：在所述电石冶炼单元将热解产生的所述高温固体球团进行冶炼，得到液态电石及电石炉气。

进一步地，所述方法还包括，预处理：在所述煤粉与钙基原料预处理单元将所述煤粉与所述钙基原料进行破碎筛分，然后与粘结剂混合并压制成型得到所述煤粉与钙基原料混合型球。

具体地，将所述热解单元的热解温度控制在800-1000℃，热解时间为15-30min。所述焦油催化裂解催化剂层的焦油催化裂解温度为700-900℃。

作为优选的实施方案，将所述煤粉与钙基原料混合型球中煤粉破碎粒度控制为<1mm。所述钙基原料破碎粒度控制为<3mm。所述粘结剂的加入量为混合物料的1.0wt％-10.0wt％。所述钙基原料与所述煤粉的加入质量比为0.8-1.2:1。

具体地，将所述加氢气化单元反应温度控制为800-1000℃，气化时间小于2s。

作为优选的实施方案，所述电石冶炼单元反应温度为1800-2200℃。

本发明将煤与钙基原料混合球团热解与煤加氢气化和电石生产工艺相耦合，利用煤与钙基原料在预热炉中共热解所得热解气品质高、含氢量高的优势，在生产电石的同时，可作为煤加氢气化的氢气来源，降低了氢气来源的成本，并利用高温热解气的显热，提高了系统热效率。

采用本发明的系统和方法，取得了以下效果：

(1)采用无热载体蓄热式预热炉进行热解，不仅可以提高热利用率，还可提高热解气体的品质；

(2)预热炉热解产生的荒煤气直接输入气体净化单元，利用其部分显热将其中携带的焦油在催化剂作用下裂解为气体及轻质焦油，提高产品的附加值；并再次在高温下送入加氢气化炉，充分利用荒煤气的显热；

(3)气体净化单元的焦油裂解催化剂床层(CaO床层)在净化气体后可直接回用，作为混料球团的原料，避免产生固废，并再次热解，将粘附在床层的焦油等再次裂解，避免浪费；

(4)热解产生的荒煤气经高温净化后直接作为加氢热解单元的氢气来源，不仅降低了氢源的成本，还可减少氢气的预热，降低加氢单元的反应能耗；

(5)热解产生的高温固体球团经密闭保温输送装置，直接入电石炉，可充分利用热解固体的显热，进一步降低电石生产的能耗。

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。

本发明提出了一种煤热解、加氢气化及电石生产耦合的方法，如图1，包括以下步骤：

第一步：煤粉与钙基原料混合球团热解：即将煤粉与钙基原料混合球团通过皮带输送机送入预热炉，高温热解得到煤热解产物荒煤气及高温固体球团；其中，热解反应器为无热载体蓄热式预热炉；热解温度为800-1000℃，热解时间为15-30min；

所述煤粉与钙基原料混合型球的制备方法如下：首先将中低阶煤与钙基原料进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；钙基原料破碎至<3mm；然后将煤粉、钙基原料及粘结剂混合，并压制成型；粘结剂的加入量为混合物料1.0wt％-10.0wt％；钙基原料与煤粉的加入质量比为0.8-1.2:1；

第二步：荒煤气净化：热解产生的荒煤气进入气体净化单元，经过固体床层过滤、焦油催化裂解得到净煤气；所述焦油催化裂解催化剂床层为CaO；焦油催化裂解的温度为700-900℃；

第三步：煤加氢气化：以净化单元送来的净煤气作为氢源，与煤粉发生加氢气化反应，得到富甲烷气和轻质焦油。加氢气化的反应器为气化炉；气化温度为800-1000℃；气化时间小于2s；

第四步：电石生产：预热炉热解产生的高温固体球团经保温密闭输送装置送入电石炉，在电石炉内加热到1800-2200℃，冶炼制得液态电石及电石炉气。

本发明提出了一种煤热解、加氢气化及电石生产耦合的系统，如图2：

本发明所描述的电石生产系统由预热炉热解单元1、荒煤气净化单元2、煤加氢气化单元3以及电石冶炼单元4组成。

预热炉热解单元的装置可以是无热载体蓄热式预热炉，包括煤粉与钙基原料混合型球入口11、荒煤气出口12和热解固体球团出口13；所述煤粉与钙基原料混合型球入口与型球输送皮带相连；

气体净化单元2的装置可以是净化反应器，设有荒煤气入口21和净煤气出口25；所述荒煤气入口21与预热炉热解单元1的荒煤气出口12相连。所述净化反应器内部设有气体分布器22、以及从下往上依次排列的过滤层23和焦油催化裂解催化剂层24；所述过滤层为陶瓷过滤板，目的是除去荒煤气中的灰尘并起到蓄热的作用；所述焦油催化裂解催化剂层的目的是将荒煤气中的焦油充分催化获取热解气以及轻质焦油；

加氢气化单元的装置可以是气化炉，设有煤粉喷嘴31、净煤气喷嘴32、焦渣出口33以及油气出口34；所述净煤气喷嘴32与气体净化单元2的净煤气出口25相连；所述净煤气喷嘴个数为偶数，对称排列在煤粉喷嘴31的四周，便于净煤气与煤粉进行充分的混合；

电石冶炼单元4的装置可以是电石炉，设有高温固体球团入口41、电石炉气出口42和电石出口43；所述高温固体球团入口41通过保温输送装置与预热炉热解单元1的热解固体球团出口13相连；所述高温输送装置可以是保温桶或保温链板中的一种。

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，先将中低阶煤与石灰石进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；石灰石破碎至<2mm；然后将煤粉、石灰石及粘结剂混合，并压制成型，得到煤粉与石灰石混合型球；其中，粘结剂的加入量为混合物料1.0wt％，石灰石与煤粉的加入质量比为0.8:1。

然后将煤粉与石灰石混合型球用皮带输送机送入预热炉热解单元。混合球团在预热炉内900℃下热解20min，获得荒煤气和高温固体球团；荒煤气在高温下直接输送至净化反应器，保持反应器内温度为750℃，荒煤气首先经过气体分布器，以保证气体在反应器内均匀分布，之后依次经过陶瓷过滤器进行净化除尘和焦油催化裂解催化剂床层，获得净煤气和轻质焦油；最后将该气体通过净煤气喷嘴喷入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在850℃下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油，净化分离后做进一步利用；预热炉热解单元获取的高温固体球团经密闭保温输送设备送入电石冶炼装置，在1800℃下冶炼得到电石。

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。将中低阶煤与生石灰进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；电石渣破碎至<3mm；然后将煤粉、生石灰及粘结剂混合，并压制成型，得到煤粉与生石灰混合型球；其中，粘结剂的加入量为混合物料10.0wt％，生石灰与煤粉的加入质量比为1.2:1。

然后将煤粉与生石灰混合型球用皮带输送机送入预热炉热解单元。混合球团在预热炉内800℃下热解15min，获得荒煤气和高温固体球团；荒煤气在高温下直接输送至净化反应器，保持反应器内温度为850℃，荒煤气首先经过气体分布器，以保证气体在反应器内均匀分布，之后依次经过陶瓷过滤器进行净化除尘和焦油催化裂解催化剂床层，获得净煤气和轻质焦油；最后将该气体通过净煤气喷嘴喷入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在800℃下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油，净化分离后做进一步利用；预热炉热解单元获取的高温固体球团经密闭保温输送设备送入电石冶炼装置，在2000℃下冶炼得到电石。

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。将中低阶煤与电石渣进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；电石渣破碎至<3mm；然后将煤粉、电石渣及粘结剂混合，并压制成型，得到煤粉与电石渣混合型球；其中，粘结剂的加入量为混合物料4.0wt％，电石渣与煤粉的加入质量比为1:1。

然后将煤粉与电石渣混合型球用皮带输送机送入预热炉热解单元。混合球团在预热炉内800℃下热解30min，获得荒煤气和高温固体球团；荒煤气在高温下直接输送至净化反应器，保持反应器内温度为700℃，荒煤气首先经过气体分布器，以保证气体在反应器内均匀分布，之后依次经过陶瓷过滤器进行净化除尘和焦油催化裂解催化剂床层，获得净煤气和轻质焦油；最后将该气体通过净煤气喷嘴喷入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在1000℃下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油，净化分离后做进一步利用；预热炉热解单元获取的高温固体球团经密闭保温输送设备送入电石冶炼装置，在2200℃下冶炼得到电石。

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。将中低阶煤与石灰进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；石灰破碎至<3mm；然后将煤粉、石灰及粘结剂混合，并压制成型，得到煤粉与石灰混合型球；其中，粘结剂的加入量为混合物料8.0wt％，石灰与煤粉的加入质量比为1.2:1。

然后将煤粉与石灰混合型球用皮带输送机送入预热炉热解单元。混合球团在预热炉内1000℃下热解15min，获得荒煤气和高温固体球团；荒煤气在高温下直接输送至净化反应器，保持反应器内温度为900℃，荒煤气首先经过气体分布器，以保证气体在反应器内均匀分布，之后依次经过陶瓷过滤器进行净化除尘和焦油催化裂解催化剂床层，获得净煤气和轻质焦油；最后将该气体通过净煤气喷嘴喷入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在850℃下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油，净化分离后做进一步利用；预热炉热解单元获取的高温固体球团经密闭保温输送设备送入电石冶炼装置，在2000℃下冶炼得到电石。