一种电石冶炼和煤炭气化耦合的系统及方法与流程

本发明涉及煤化工领域，具体涉及一种电石冶炼和煤炭气化耦合的系统及方法。

背景技术：

目前，在电石生产工艺中，电石在电石炉中由2000℃以上的液态电石流出至电石埚中，然后在自然状态冷却至室温，电石的大量显热没有得到充分利用，造成能源的极大浪费。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种电石冶炼和煤炭气化耦合的系统及方法，可充分利用液态电石的显热进行煤炭气化，制备煤气。

本发明提供了一种电石冶炼和煤炭气化耦合的系统，所述系统包括电石炉、电石显热回收器、气化炉。

所述电石炉用于电石冶炼，具有兰炭入口、CaO入口、液态电石出口。

所述电石显热回收器用于回收所述液态电石的显热，具有液态电石入口、固态电石出口、入水口、水蒸气出口。所述液态电石入口连接所述液态电石出口。

所述气化炉用于煤炭气化，具有进气口、煤炭入口、煤气出口。所述进气口连接所述水蒸气出口。

进一步的，所述电石炉还具有电石炉气出口。所述气化炉为气流床气化炉，其具有气化灰渣出口。

进一步的，所述气化炉的进气口为一个、两个或更多个，用于供入气化剂。

本发明还提供了一种利用上述系统制备电石和煤气的方法，包括以下步骤：

A、电石冶炼：将兰炭和CaO分别经由所述兰炭入口和CaO入口输送至所述电石炉中，在T1温度下反应得到所述液态电石。

B、显热回收：将所述液态电石经由所述液态电石入口输送至所述电石显热回收器中，与经由所述入水口加入的H₂O间接换热，得到水蒸气。

C、煤炭气化：将煤炭和所述气化剂分别经由所述煤炭入口和所述进气口加入所述气化炉中，在T2温度、P压力下所述煤炭发生气化反应，得到煤气。

上述制备电石和煤气的方法中，所述兰炭和所述CaO均为块状。其中，所述兰炭的粒径≤30㎜，优选粒径≤25㎜。所述CaO的粒径≤30㎜，优选粒径≤25㎜。

上述制备电石和煤气的方法中，所述兰炭和所述CaO的质量比为0.5：1～1：1，优选0.65：1。

上述制备电石和煤气的方法中，所述煤炭为中低阶煤粉，所述中低阶煤粉的粒径≤0.5㎜，优选粒径≤0.1㎜。所述煤炭的含水率≤8wt％，灰分含量≤15wt％，灰熔点≤1200℃。

上述制备电石和煤气的方法中，所述T1为1900～2200℃，优选为2100℃。所述T2为1200～2000℃，优选1600℃。

上述制备电石和煤气的方法中，所述气化剂包括O₂、CO₂中的一种或两种和水蒸气。

上述制备电石和煤气的方法中，所述水蒸气占所述煤炭的百分比≤65wt％，优选≤55wt％。所述O₂占所述煤炭的百分比≤25wt％，优选≤15wt％。

本发明公开的电石冶炼和煤炭气化耦合的系统和方法，可以充分利用电石冶炼过程生成的液态电石的显热产生水蒸气，为煤炭气化制备煤气的过程提供气化剂，极大程度的降低了能耗，实现了能量的回收利用。

附图说明

图1为本发明电石冶炼和煤炭气化耦合的系统示意图。

图2为本发明电石冶炼和煤炭气化耦合的方法流程示意图。

附图中的附图标记如下：

1、电石炉；2、电石显热回收器；3、气化炉。

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，而不是对本发明的限制。

如图1，为本发明电石冶炼和煤炭气化耦合的系统示意图。由图1所示，该系统包括依次连接的电石炉1、电石显热回收器2、气化炉3。

电石炉1用于电石冶炼过程，其具有兰炭入口、CaO入口、电石炉气出口、液态电石出口。

电石显热回收器2用于回收液态电石的显热，其具有液态电石入口、入水口、固态电石出口、水蒸气出口。其中，液态电石入口与电石炉1的液态电石出口连接。

气化炉3用于煤炭气化过程制备煤气，其具有进气口、煤炭入口、气化灰渣出口、煤气出口。其中，进气口与电石显热回收器2的水蒸气出口连接。

本发明实施例的气化炉3采用气流床气化炉。其中的进气口可为一个、两个或多个，用于向气化炉3中送入气化剂。

如图2，为本发明电石冶炼和煤炭气化耦合的方法流程示意图，可用于制备电石和煤气，该方法包括如下步骤：

(1)电石冶炼制备电石

将块状兰炭和块状CaO分别经由兰炭入口和CaO入口由定量输送装置送入电石炉1中，在一定温度下进行电石冶炼反应。在该反应温度下，兰炭和CaO反应会生成液态电石，反应过程生成的气体经由电石炉气出口排出。

其中，块状兰炭的粒径≤30㎜，本发明实施例优选块状兰炭的粒径≤25㎜。该块状兰炭的含水率≤2wt％，灰分含量≤12wt％，挥发分含量≤1.5wt％(wt％为质量百分数)。

块状CaO的粒径≤30㎜，本发明实施例优选块状CaO的粒径≤25㎜。并且，块状CaO中：CaO的含量≥93wt％，Al₂O₃≤1wt％，MgO的含量≤1wt％，SiO₂的含量≤1wt％。

该步骤中，向电石炉1中加入的块状兰炭和块状CaO的质量比为0.5：1～1：1，该比例可通过定量输送装置进行控制。本发明实施例中的优选质量比为0.65：1。

电石冶炼反应的温度为1900～2200℃，本发明实施例中优选反应温度为2100℃。

(2)液态电石显热回收获得水蒸气

上述步骤生成的液态电石经由液态电石入口送入电石显热回收器2中，高温状态的液态电石与经由入水口加入的H₂O进行间接换热，使得液态H₂O升温变成水蒸气。

(3)煤炭气化制备煤气

上述步骤得到的水蒸气作为气化剂的其中一种组分经由进气口送入气化炉3中，气化剂还包括O₂、CO₂中的一种或两种。气化剂可由同一个进气口送入气化炉3中，也可由不同的进气口送入气化炉3中。并且，经由煤炭入口向气化炉3中送入煤炭。在一定的温度和压力下，煤炭和气化剂在气化炉3中发生气化反应，制备煤气。

上述作为气化剂的O₂、CO₂的纯度分别为：O₂中纯O₂的体积分数为99.999％；CO₂中纯CO₂的体积分数为99.999％。

本发明使用的煤炭为中低阶煤粉，其粒径≤0.5㎜，实施例中优选粒径≤0.1㎜。并且，煤炭的含水率≤8wt％，灰分含量≤15wt％，灰熔点≤1200℃。

该步骤的气化反应温度为1200～2000℃，实施例中优选温度为1600℃。气化反应压力可为任意气化炉3所允许达到的压力。

进行气化反应时，水蒸气占煤炭的百分比≤65wt％，实施例中优选≤55wt％。O₂占煤炭的百分比≤25wt％，实施例中优选≤15wt％。

实施例1

将块状兰炭和块状CaO按1：1的质量配比加入到电石炉中。其中，块状兰炭的含水率为2％，灰分含量为12％，粒径为3-30mm。块状CaO中：CaO的含量为93％，Al₂O₃的含量为1％，MgO的含量为1％，SiO₂的含量为1％，粒径为5-30mm。块状兰炭和块状CaO在2200℃的温度下进行电石冶炼反应，生成液态电石。将液态电石送入电石显热回收器中，与通入的H₂O进行充分间接换热，生成水蒸气。水蒸气与O₂经由进气口作为气化剂通入到气化炉中，与煤粉在气化炉中进行气化反应，生成煤气。其中煤粉的粒径≤0.5mm，含水率为8％，灰分含量为14％，灰熔点为1200℃。气化反应的温度为2000℃，水蒸气与煤粉的质量配比为0.65：1，O₂与煤粉的质量配比为0.25：1。

实施例2

将块状兰炭和块状CaO按0.65：1的质量配比加入到电石炉中。其中，块状兰炭的含水率为1.5％，灰分含量为10％，粒径为3-25mm。块状CaO中：CaO的含量为98％，Al₂O₃的含量为0.8％，MgO的含量为0.2％，SiO₂的含量为0.4％，粒径为5-25mm。块状兰炭和块状CaO在2100℃的温度下进行电石冶炼反应，生成液态电石。将液态电石送入电石显热回收器中，与通入的H₂O进行充分间接换热，生成水蒸气。水蒸气与O₂经由进气口作为气化剂通入到气化炉中，与煤粉在气化炉中进行气化反应，生成煤气。其中煤粉的粒径≤0.1mm，含水率为3％，灰分含量为11％，灰熔点为1150℃。气化反应的温度为1600℃，水蒸气与煤粉的质量配比为0.55：1，O₂与煤粉的质量配比为0.15：1。

实施例3

将块状兰炭和块状CaO按0.55：1的质量配比加入到电石炉中。其中，块状兰炭的含水率为1.3％，灰分含量为7％，粒径为3-20mm。块状CaO中：CaO的含量为95％，Al₂O₃的含量为0.6％，MgO的含量为0.3％，SiO₂的含量为0.1％，粒径为5-20mm。块状兰炭和块状CaO在1900℃的温度下进行电石冶炼反应，生成液态电石。将液态电石送入电石显热回收器中，与通入的H₂O进行充分间接换热，生成水蒸气。水蒸气与O₂和CO₂经由进气口作为气化剂通入到气化炉中，与煤粉在气化炉中进行气化反应，生成煤气。其中煤粉的粒径≤0.3mm，含水率为6％，灰分含量为14％，灰熔点为1180℃。气化反应的温度为1700℃，水蒸气与煤粉质量配比为0.55：1，O₂与煤粉的质量配比为0.20：1，CO₂与煤粉的质量配比为0.20：1。

实施例4

将块状兰炭和块状CaO按0.60：1的质量配比加入到电石炉中。其中，块状兰炭的含水率为1.6％，灰分含量为9％，粒径为3-28mm。块状CaO中：CaO的含量为93％，Al₂O₃的含量为0.9％，MgO的含量为0.7％，SiO₂的含量为0.3％，粒径为5-26mm。块状兰炭和块状CaO在2000℃的温度下进行电石冶炼反应，生成液态电石。将液态电石送入电石显热回收器中，与通入的H₂O进行充分间接换热，生成水蒸气。水蒸气与CO₂经由进气口作为气化剂通入到气化炉中，与煤粉在气化炉中进行气化反应，生成煤气。其中煤粉的粒径≤0.2mm，含水率为7％，灰分含量为13％，灰熔点为1050℃。气化反应的温度为1200℃，水蒸气与煤粉的质量配比为0.50：1，CO₂与煤粉的质量配比为0.25：1。

上述实施例中的百分数均为质量百分数。

通过上述实施例可以得出，本发明可充分利用电石冶炼过程生成的液态电石的显热产生水蒸气，为煤炭气化制备煤气的过程提供气化剂，同时制备电石和煤气。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，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发明的保护范围之中。