一种中低阶粉煤催化热解耦合电石生产的系统的制作方法

本实用新型属于化工技术领域，具体地，涉及一种中低阶粉煤催化热解耦合电石生产的系统。

背景技术：

目前，电石冶炼的原料以优质块状兰炭和块状生石灰为主。不仅原料成本高，且块状兰炭与生石灰的接触面积小，传热速率慢，导致反应温度高，耗电量高。而且，煤炭中的挥发分大部分以废气、粉尘的形式排放到大气中，带来严重的环境问题。因此，目前的电石生产工艺存在着高温、高耗能、高污染的弊端。

针对这些问题，国内外研究者们都做了很多有益的探索，如使用低品质的中低阶煤为原料，通过成型技术制得满足电石生产要求的型球。但是，目前的粉煤热解技术普遍存在热解焦油收率低、重油组分含量高且油内含尘量大的问题，由此造成一系列工业运行问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种高效的中低阶粉煤催化热解耦合电石生产的系统，提高焦油收率以及热解气品质，并将热解产生的高温半焦与预热后的生石灰混合生产电石，实现高温半焦的高效综合利用，且不影响电石品质。

本实用新型提供的中低阶粉煤催化热解耦合电石生产的系统，包括搅拌槽、热解装置和气流床；

所述搅拌槽包括槽盖、槽壳和搅拌器，所述搅拌器设置在所述槽壳内；所述槽壳上设有催化剂溶液入口，所述槽壳内设有多个喷嘴，所述喷嘴位于所述搅拌器的上方，所述喷嘴与所述催化剂溶液入口相连；所述槽盖顶部设有粉煤入口，所述槽壳底部设有混合料出口；

所述热解装置设有物料入口、高温荒煤气出口和高温半焦出口，所述物料入口与所述搅拌槽的混合料出口相连；

所述气流床设有高温半焦入口、生石灰入口、富氧气体入口、电石炉气出口和电石出口，所述高温半焦入口与所述热解装置的高温半焦出口相连。

优选地，所述系统还包括换热器、引风机和油气分离器；

所述换热器设有高温荒煤气入口和荒煤气出口，所述高温荒煤气入口与所述热解装置的高温荒煤气出口相连；

所述引风机设有入气口和出气口，所述入气口与所述换热器的荒煤气出口相连；

所述油气分离装置设有荒煤气入口、热解气出口和油水混合物出口，所述荒煤气入口与所述引风机的出气口相连。

优选地，相邻所述喷嘴的距离为所述槽壳内径的1/8-1/4。

优选地，所述喷嘴交错排列，所述喷嘴与水平方向的夹角为30°-60°。

优选地，所述搅拌器为涡旋式搅拌器或螺旋搅拌器。

本实用新型采用喷淋式固体物料机械搅拌槽将催化剂水溶液均匀的喷洒到粉煤表面，催化剂不仅能均匀分散到粉煤表面，且可浸润到粉煤的内部，因此采用少量的催化剂即可达到较好的催化效果。

本实用新型通过添加催化剂，提高了粉煤快速热解过程的焦油产率，提高了高附加值产品的产量。

本实用新型采用模块式粉煤热解装置对物料进行热解，一方面装置采用蓄热式辐射管加热，兼具内热式系统效率高和外热法油气品质高的优势；另一方面，热解装置在各模块设置高温荒煤气出口，并在高温荒煤气出口外侧短距离连接换热器及引风机，实现了油水混合物的快速导出，进一步提高了焦油产量。

本实用新型充分利用了半焦含碳量高及温度高的优势，将热解产生的高温半焦采用密闭保温输送装置直接输送至电石生产装置，与生石灰混合，采用氧热法生产电石，实现了高温半焦的综合高效利用，降低了电石生产的能耗，且不影响电石品质。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的一种中低阶粉煤催化热解耦合电石生产的系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中的一种催化热解中低阶粉煤耦合生产电石的工艺流程图。

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，本实用新型提供的中低阶粉煤催化热解耦合电石生产的系统包括：搅拌槽1、热解装置2、气流床3、换热器4、引风机5和油气分离器6。

其中，搅拌槽1是自制喷淋式固体物料机械搅拌槽，其包括槽盖1-1、槽壳1-2和搅拌器1-3，搅拌器1-3设置在槽壳1-2内；槽壳1-2上设有催化剂溶液入口12，槽壳1-2内设有多个喷嘴14，喷嘴14位于搅拌器1-3的上方，喷嘴14与催化剂溶液入口12相连；槽盖1-1的顶部设有粉煤入口11，槽壳1-2的底部设有混合料出口13。

本实用新型通过添加催化剂，提高了粉煤快速热解过程的焦油产率，提高了高附加值产品的产量。

本实用新型采用自制的喷淋式固体物料机械搅拌槽将催化剂水溶液均匀的喷洒到粉煤表面，催化剂不仅能均匀分散到粉煤表面，且可浸润到粉煤的内部，因此采用少量的催化剂即可达到较好的催化效果。

喷嘴14之间的距离由单个喷嘴的射程而定。喷嘴14之间的距离太大，会导致部分粉煤表面没有催化剂；距离太小，有部分粉煤表面会多喷催化剂。在本实用新型优选的实施例中，相邻的喷嘴14之间的距离为槽壳1-2内径的1/8-1/4。

为了均匀地将催化剂喷洒到粉煤表面，喷嘴14在槽壳1-2内交错排列。喷嘴14与水平方向呈一定夹角时，催化剂能更均匀地分散到粉煤表面。在本实用新型优选的实施例中，喷嘴14与水平方向的夹角为30°-60°。

搅拌器1-3通过搅拌轴与传动装置相连。在本实用新型优选的实施例中，搅拌器1-3为涡旋式搅拌器或螺旋搅拌器。

热解装置2设有物料入口21、高温荒煤气出口22和高温半焦出口23，物料入口21与搅拌槽1的混合料出口13相连。

热解装置2的加热器为蓄热式辐射管24，加热方式为内置外热法。内置外热法兼具内热法加热系统效率高和外热法油气产品品质高的优势。本实用新型优选的加热器为蓄热式下行床。

热解装置2由上到下分模块安装(诸如预热模块、热解模块，每个模块又可包括多个子模块)。蓄热式辐射管24和高温荒煤气出口22有多个，蓄热式辐射管24和高温荒煤气出口22根据不同模块所需的热解温度及热解产品的量及特性进行分区配置，实现了热解装置2内的温度分区精确控制以及油气的快速导出，避免了油水混合物的裂解，提高了焦油产率及品质。

气流床3设有高温半焦入口31、生石灰入口32、富氧气体入口33、电石炉气出口34和电石出口35，高温半焦入口31与热解装置2的高温半焦出口23相连。

本实用新型采用气流床3制备电石，充分利用了半焦含碳量高的优势，实现高温半焦的综合高效利用。在本实用新型优选的实施例中，采用密闭保温输送装置直接将高温半焦输送至气流床3中，即高温半焦入口31与热解装置2的高温半焦出口23通过密闭保温输送装置相连。充分利用了半焦温度高的优势，降低了电石生产的能耗，且不影响电石品质。

换热器4设有高温荒煤气入口41和荒煤气出口42，高温荒煤气入口41与热解装置2的高温荒煤气出口22相连。

图1中，换热器4有3个，需要说明的是，换热器4的个数不需要特别限定，只要高温荒煤气入口41的个数与热解装置2的高温荒煤气出口22个数相同即可。

引风机5设有入气口51和出气口52，入气口51与换热器4的荒煤气出口42相连。

换热器4及引风机5在热解装置2的高温荒煤气出口22的外侧短距离连接，能实现油水混合物的快速导出，提高焦油的产量。

油气分离装置6设有荒煤气入口61、热解气出口62和油水混合物出口63，荒煤气入口61与引风机5的出气口52相连。

如图2所示，本实用新型提供的利用上述系统催化热解中低阶粉煤耦合生产电石的方法，包括混合、热解、电石冶炼和冷却分离步骤。

混合：1)将粉煤送入搅拌槽1内；2)将催化剂与水配制成催化剂溶液，通过喷嘴14喷洒在粉煤上，与粉煤混合均匀，获得混合料。

催化剂溶液为金属的氯化物溶液或硝酸盐溶液，其优选金属的阳离子为Fe³⁺、Al³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺中的一种或几种。

用在粉煤上的催化剂过少，粉煤热解时焦油的产量低；过多，造成浪费。在本实用新型优选的实施例中，催化剂与粉煤的质量比为(0.05-0.2)：100。

催化剂与水的质量比越大，催化剂溶液的浓度越高、总量越少，有可能造成部分粉煤表面没有催化剂的情况；质量比越小，得到的催化剂溶液总量越多，即喷洒在粉煤上的水越多，不仅给后续热解等工序造成压力，且影响产物的品质。在本实用新型优选的实施例中，催化剂与水的质量比为1：(25-100)。

粉煤的粒度越小，催化剂的喷洒更均匀，且后续的热解过程越快，在本实用新型优选的实施例中，粉煤的粒径≤5mm，更优选的≤3mm。

当使用涡旋式搅拌器或螺旋搅拌器时，其工作时的旋转速度优选为1.5m/s-3m/s；粉煤在槽内的堆积高度为槽壳1-2高度的1/3-2/3。

热解：将混合料送入热解装置2中进行热解，获得高温荒煤气和高温半焦。

为了避免高温荒煤气中的焦油裂解，在本实用新型优选的实施例中，采取分段采出、快速冷却的方法将高温荒煤气从热解装置2快速移出。移出后的荒煤气首先经过换热装置，并将其快速冷却至低于焦油裂解温度，之后在引风机作用下混合到总管，完成油气分离，可在最大程度上降低焦油裂解。

热解的温度越高，热解速度越快。在本实用新型优选的实施例中，热解的温度为650℃-750℃。

粉煤的热解时间即粉煤从热解装置2的炉顶落至炉底的时间，取决于热解装置2的高度。在上述热解温度下，粉煤的热解时间最好为6s-12s。

电石冶炼：将生石灰、富氧气体和半焦送入气流床3中制备电石，获得电石和电石炉气。

本实用新型采用氧热法生产电石，高温半焦与粉状生石灰混合后，喷入气流床2中；同时，从气流床2下侧通入的富氧气体使部分半焦燃烧产生热量，使得半焦与生石灰反应，产生电石。

电石冶炼时需要高温，温度过低，无法制得电石，温度过高，浪费能源。在本实用新型优选的实施例中，冶炼温度为1750℃-2000℃。

本实用新型制得的电石中碳化钙的质量百分含量≥80％，达到优级品电石级别。

冷却分离：将高温荒煤气依次送入换热器4、引风机5和油气分离器6中，将高温荒煤气冷却后进行分离，获得油水混合物和热解气。

在换热器4中，高温荒煤气的温度降至400℃-500℃，为了避免荒煤气中的焦油裂解，设置了引风机5，在引风机5的作用下，进入油气分离装置6中，获得油水混合物和热解气。

需要说明的是，高温荒煤气也可不按照上述方法处理，即，系统可不含换热器4、引风机5和油气分离装置6。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述实用新型内容中所示，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的方法处理粒度≤5mm的粉状中低阶粉煤。

槽壳1-2的内径为12m，高度为4m。相邻的喷嘴14之间的距离为2m。喷嘴14在槽壳1-2内交错排列，喷嘴14与水平方向的夹角为30°。搅拌器1-3为涡旋式搅拌器，热解装置2为蓄热式下行床。高温荒煤气出口22有6个，换热器4有6个。

具体工艺步骤如下：

将粉煤通过加料管输送到搅拌槽1内，同时开启催化剂溶液入口12的开关及喷嘴14的开关，将浓度(质量百分含量)为1％的锌系催化剂溶液喷洒到不断进行搅拌的粉煤表面，催化剂与粉煤的质量比为0.05:100。

搅拌均匀后通过出料机和皮带输送机将物料送入热解装置2，从热解装置2的顶端入口依靠重力作用向下运行，并在下行过程中在蓄热式辐射管24的加热下发生热解，热解终温为750℃，热解的时间为6s，从而获得高温荒煤气和高温半焦。

高温荒煤气从热解装置2各模块的高温荒煤气出口22快速导出，并短距离通过换热器4，使荒煤气的温度低于焦油裂解温度，最大程度上提高焦油的产率，进一步通过后续的油气分离装置6获得热解气和油水混合物。

高温半焦经密闭保温输送装置直接送至气流床3，与同时输送到气流塔的生石灰进行混合，并与由气流床3的侧壁喷入的富氧气体充分接触，部分焦粉与富氧气体在气流床内混合燃烧，将物料加热到1850℃，形成液态电石，由气流床3底部的出口排出。

制得的电石中碳化钙的质量百分含量为81.8％，为优级品电石。

实施例2

本实施例采用实施例1所述的系统及图2所示的方法处理粒度≤3mm的粉状中低阶粉煤。

具体工艺步骤如下：

将粉煤通过加料管输送到搅拌槽1内，同时开启催化剂溶液入口12的开关及喷嘴14的开关，将浓度(质量百分含量)为4％的镍系催化剂溶液喷洒到不断进行搅拌的粉煤表面，催化剂与粉煤的质量比为0.2:100。

搅拌均匀后通过出料机和皮带输送机将物料送入热解装置2，从热解装置2的顶端入口依靠重力作用向下运行，并在下行过程中在蓄热式辐射管24的加热下发生热解，热解终温为650℃，热解的时间为12s，从而获得高温荒煤气和高温半焦。

高温荒煤气从热解装置2各模块的高温荒煤气出口22快速导出，并短距离通过换热器4，使荒煤气的温度低于焦油裂解温度，最大程度上提高焦油的产率，进一步通过后续的油气分离装置6获得热解气和油水混合物。

高温半焦经密闭保温输送装置直接送至气流床3，与同时输送到气流塔的生石灰进行混合，并与由气流床3的侧壁喷入的富氧气体充分接触，部分焦粉与富氧气体在气流床内混合燃烧，将物料加热到2000℃，形成液态电石，由气流床3底部的出口排出。

制得的电石中碳化钙的质量百分含量为82％，为优级品电石。

实施例3

本实施例采用实施例1所述的系统及图2所示的方法处理粒度≤1mm的粉状中低阶粉煤。

具体工艺步骤如下：

将粉煤通过加料管输送到搅拌槽1内，同时开启催化剂溶液入口12的开关及喷嘴14的开关，将浓度(质量百分含量)为2％的钴系催化剂溶液喷洒到不断进行搅拌的粉煤表面，催化剂与粉煤的质量比为0.1:100。

搅拌均匀后通过出料机和皮带输送机将物料送入热解装置2，从热解装置2的顶端入口依靠重力作用向下运行，并在下行过程中在蓄热式辐射管24的加热下发生热解，热解终温为700℃，热解的时间为10s，从而获得高温荒煤气和高温半焦。

高温荒煤气从热解装置2各模块的高温荒煤气出口22快速导出，并短距离通过换热器4，使荒煤气的温度低于焦油裂解温度，最大程度上提高焦油的产率，进一步通过后续的油气分离装置6获得热解气和油水混合物。

高温半焦经密闭保温输送装置直接送至气流床3，与同时输送到气流塔的生石灰进行混合，并与由气流床3的侧壁喷入的富氧气体充分接触，部分焦粉与富氧气体在气流床内混合燃烧，将物料加热到1750℃，形成液态电石，由气流床3底部的出口排出。

制得的电石中碳化钙的质量百分含量为80.6％，为优级品电石。

从上述实施例可知，本实用新型制得的电石品质好。

综上，本实用新型通过添加催化剂，提高了粉煤快速热解过程的焦油产率，提高了高附加值产品的产量。

本实用新型采用喷淋式固体物料机械搅拌槽将催化剂水溶液均匀的喷洒到粉煤表面，催化剂不仅能均匀分散到粉煤表面，且可浸润到粉煤的内部，因此采用少量的催化剂即可达到较好的催化效果。

本实用新型采用模块式粉煤热解装置对物料进行热解，一方面装置采用蓄热式辐射管加热，兼具内热式系统效率高和外热法油气品质高的优势；另一方面，热解装置在各模块设置高温荒煤气出口，并在高温荒煤气出口外侧短距离连接换热器及引风机，实现了油水混合物的快速导出，进一步提高了焦油产量。

本实用新型充分利用了半焦含碳量高及温度高的优势，将热解产生的高温半焦采用密闭保温输送装置直接输送至电石生产装置，与生石灰混合，采用氧热法生产电石，实现了高温半焦的综合高效利用，降低了电石生产的能耗，且不影响电石品质。

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。