本发明属于电石生产技术领域，具体涉及一种生产电石的系统及方法。
背景技术：
电石作为一种重要的化工原料，主要用于生产乙炔和乙炔基化工产品，曾被誉为“有机合成工业之母”。从我国能源分布上考虑，“富煤、贫油、少气”是我国能源结构的典型特征，煤炭是我国的主要能源，约占一次能源的70%，因此，电石生产对于工业经济发展意义重大。传统电石生产主要采用电热法，即以块状生石灰和块状焦炭为原料，在电石炉内由电弧加热到2000℃以上，按方程cao+3c=cac2+co高温冶炼生产电石。从对碳素原料的要求考虑，传统电石生产工艺主要存在以下缺陷：（1）要求碳素材料的粒度在5-30mm、固定碳含量>84%、灰分<15%，能够满足这些要求的只有焦炭、半焦、石油焦以及一些优质无烟煤，而这些原料储量十分有限，价格不菲；（2）在原料破碎过程中会伴有15-20%的原料由于粒度小于5mm而被废弃，造成资源的严重浪费；（3）电石生产中主要采用块状碳素原料和石灰，传质和传热效率低，反应速率较低，电石冶炼炉热效率仅为50%左右，电耗高达3250kwh/t电石左右。可见，碳素原料的质量直接影响电石的产量、质量、电力单耗和成本等经济指标。为解决传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等缺点，拓宽电石碳基原料的范围，电视生产技术还有待于进一步提高。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出了一种生产电石的系统及方法，通过耦合造球、热解、热装及电石冶炼技术，解决了传统电石生产过程中粉料无法利用且造成环境污染的问题，避免了煤中油气资源浪费，降低了电石冶炼过程能耗，减少活性球团输送过程的粉化及避免粉料进入电石炉，同时，降低电石生产成本，提高产品附加值。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明提出了一种生产电石的系统，包括：混料造块装置、球团热解装置、热送装置和电石冶炼装置，其中，所述混料造块装置，用于将煤粉与钙基粉末混合造球，得到生球团；所述球团热解装置与所述混料造块装置相连，将生球团热解，得到活性球团；所述热送装置包括：保温罐体、高温固体进出口和分级孔板，其中，所述高温固体进出口倾斜设置于所述保温罐体的顶部，且与所述球团热解装置的球团出口相连，所述分级孔板倾斜设置于所述保温罐体的内部；所述电石冶炼装置的入料口与所述高温固体进出口相连，所述电石冶炼装置的电石尾气出口与所述球团热解装置的气体热载体入口相连，将活性球团电石冶炼，得到电石和电石尾气，将所述电石尾气通入球团热解装置作为球团热解过程的气体热载体。
进一步的，还包括：煤粉仓和钙基粉末仓，均与所述混料造块装置相连。
进一步的，所述热送装置还包括：粉料出口，其设置于所述保温罐体的底部，经所述分级孔板分级后，分级后得到的粉料经粉料出口排出。
进一步的，所述粉料出口的直径为30-60cm；所述保温罐体的上部为圆柱形，底部为圆锥筒形。
进一步的，所述高温固体进出口的直径为50-100cm，与所述保温罐体顶部的倾斜夹角为30-60°。
进一步的，所述高温固体进出口倾斜设置于所述保温罐体顶部的拐角处，所述分级孔板靠近所述高温固体进出口的一侧高于远离所述高温固体进出口的一侧。
进一步的，所述分级孔板的开孔率为5-35%，孔径为3-7cm，与所述保温罐体底部的距离为10-50cm，与所述保温罐体顶部的距离为100-150cm，与所述保温罐体的内壁倾斜夹角为75-85°。
进一步的，所述高温固体进出口中设有进出料控制阀，所述粉料出口处设有粉料出口控制阀。
在本发明的另一方面，提出了一种利用前面所述的系统生产电石的方法，包括以下步骤：
（1）混料造块：将煤粉与钙基粉末按比例送入所述混料造块装置混合造球，得到生球团；
（2）热解处理：将生球团送入所述球团热解装置热解，得到活性球团、焦油和煤气；
（3）热送处理：调整所述热送装置的高温固体进出口处于上方，将活性球团送入所述热送装置，减少活性球团的热损失；
（4）电石冶炼：调整所述热送装置的高温固体进出口处于下方，将活性球团送入所述电石冶炼装置冶炼，得到电石和电石尾气，电石尾气通入球团热解装置作为球团热解过程的气体热载体。
进一步的，所述步骤（2）中，热解温度为600-950℃，得到的活性球团温度为500℃以上；所述步骤（4）中，冶炼温度为1700-2300℃。
本发明的有益效果至少包括：本发明所述生产电石的系统及方法，通过耦合造球、热解、热装及电石冶炼技术，避免了煤中油气资源浪费，降低了电石冶炼过程能耗，减少活性球团输送过程的粉化及避免粉料进入电石炉，解决了传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等缺点，拓宽电石碳基原料的范围，同时，降低电石生产成本，提高产品附加值。
附图说明
图1为本发明生产电石的系统结构示意图。
图2为本发明生产电石的方法流程图。
图3为本发明热送装置的结构示意图。
图4为本发明分级孔板结构示意图。
其中，煤粉仓1、钙基粉末仓2、混料造块装置3、煤粉入口301、钙基粉末入口302、生球团出口303、球团热解装置4、生球团入口401、气体热载体入口402、球团出口403、热解油气出口404、热送装置5、保温罐体501、高温固体进出口502、分级孔板503、粉料出口504、进出料控制阀505、粉料出口控制阀506、电石冶炼装置6、入料口601、电石尾气出口602、电石出口603。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
根据本发明的实施例，图1为本发明生产电石的系统结构示意图，参照图1所示，本发明所述生产电石的系统包括：煤粉仓1、钙基粉末仓2、混料造块装置3、球团热解装置4、热送装置5和电石冶炼装置6。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述煤粉仓中存储3mm以下、水分小于5%的煤粉，所述钙基粉末仓存储钙基粉末。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述混料造块装置包括：煤粉入口301、钙基粉末入口302和生球团出口303，其中，所述煤粉入口与所述煤粉仓的出料口相连，所述钙基粉末入口与所述钙基粉末仓的出料口相连，将煤粉与钙基粉末按比例混合造球，得到生球团，经所述生球团出口送入所述球团热解装置。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述球团热解装置包括：生球团入口401、气体热载体入口402、球团出口403和热解油气出口404，其中，所述生球团入口与所述混料造块装置的生球团出口相连，将生球团热解，得到活性球团、焦油和热解气，其中，所述活性球团经所述球团出口送入所述热送装置，所述焦油和热解气经所述热解油气出口排出收集，用于其他工段使用。
根据本发明的实施例，图3为本发明热送装置的结构示意图，参照图3所示，本发明所述热送装置包括：保温罐体、高温固体进出口、分级孔板和粉料出口，其中，所述保温罐体的上部为圆柱形，底部为圆锥筒形，顶部密封。
根据本发明的实施例，参照图1和3所示，所述高温固体进出口倾斜设置于所述保温罐体的顶部，且与所述球团热解装置的球团出口相连，将活性球团热装后送入所述电石冶炼装置。
根据本发明的一些实施例，所述高温固体进出口倾斜设置于所述保温罐体顶部的拐角处，更具体的，与所述保温罐体顶部的倾斜夹角为30-60°，用于减少进出料过程因碰撞、跌落引起的破碎现象，进料过程的粉化率小于2%；所述高温固体进出口的直径为50-100cm；所述高温固体进出口中设有进出料控制阀，进出料过程由所述进出料控制阀控制。
根据本发明的实施例，参照图3所示，本发明所述分级孔板倾斜设置于所述保温罐体的内部，更具体的，所述分级孔板靠近所述高温固体进出口的一侧高于远离所述高温固体进出口的一侧。
根据本发明的一些实施例，图4为本发明分级孔板结构示意图，参照图3和4所示，所述分级孔板的开孔率为5-35%，孔径为3-7cm，与所述保温罐体底部的距离为10-50cm，与所述保温罐体顶部的距离为100-150cm，与所述保温罐体的内壁倾斜夹角为75-85°，减少落料时的破碎现象；同时这样可以使物料在分级孔板上运动，提高分级效率，有效分级效率大于90%。。
根据本发明的实施例，参照图3所示，本发明所述粉料出口的直径为30-60cm，其设置于所述保温罐体的底部，所述粉料出口处设有粉料出口控制阀，出料过程由所述粉料出口控制阀控制，经所述分级孔板分级后，分级后得到的粉料经粉料出口排出。
根据本发明的一些实施例，本发明还可以包括用于调整所述热送装置进行旋转的旋转装置或者旋转机构，具体种类不受限制。
当需要将所述活性球团通入所述热送装置时，所述旋转装置或者旋转机构调整所述高温固体进出口位于上方，将活性球团送入所述热送装置中的分级孔板上，经所述分级孔板分级后，分级后得到的粉料经底部的粉料出口排出后，此时，热装分级后的活性球团位于所述分级孔板上，为了使所述活性球团排出，所述旋转装置或者旋转机构需要调整所述高温固体进出口位于下方，所述活性球团经所述高温固体进出口排出，送入所述电石冶炼装置冶炼。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述电石冶炼装置包括：入料口601、电石尾气出口602、电石出口603，其中，所述入料口与所述热送装置的高温固体进出口相连，所述电石尾气出口与所述球团热解装置的气体热载体入口相连，将活性球团电石冶炼，得到电石和电石尾气，将所述电石尾气通入球团热解装置作为球团热解过程的气体热载体，循环利用过程中产生的资源，解决了传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等缺点，拓宽电石碳基原料的范围，同时，降低电石生产成本，提高产品附加值。
在本发明的另一方面，提出了一种利用前面所述的系统生产电石的方法，图2为本发明生产电石的方法流程图，参照图2所示，具体包括以下步骤。
（1）混料造块：将将3mm以下的煤粉与钙基粉末按比例送入所述混料造块装置混合，在所述混料造块装置的成型机上设定成型压力，压制成型造球，得到生球团。
根据本发明的一些实施例，本发明所述煤粉和钙基粉末的质量百分比含量分别为40%-60%和40%-60%，成型压力为17-25mpa。
（2）热解处理：设定热解温度为600-950℃，将生球团送入所述球团热解装置热解，得到活性球团、焦油和煤气，其中，得到的活性球团温度为500℃以上。
可以理解的是，本发明所述球团热解装置具有本领域常规的热解功能，即具有相对应的热解系统，例如：加热管、蓄热室辐射管和热解炉等。
（3）热送处理：将所述活性球团通入所述热送装置，所述旋转装置或者旋转机构调整所述高温固体进出口位于上方，将活性球团送入所述热送装置中的分级孔板上，经所述分级孔板分级后，记录输送过程的粉化率，分级后得到的粉料经底部的粉料出口排出后，此时，热装分级后的活性球团位于所述分级孔板上，为了使所述活性球团排出，所述旋转装置或者旋转机构需要调整所述高温固体进出口位于下方，所述活性球团经所述高温固体进出口排出，送入所述电石冶炼装置冶炼，减少了活性球团的热损失，并且减少了进料过程因碰撞、跌落引起的破碎现象，进料过程的粉化率小于2%。
（4）电石冶炼：将活性球团送入所述电石冶炼装置冶炼，冶炼温度为1700-2300℃，得到电石和电石尾气，其中，温度为800℃的电石尾气经所述气体热载体入口通入所述球团热解装置作为球团热解过程的气体热载体，充分利用冶炼尾气的余热；球团的冷压强度按工业球团冷压强度测试方法（mt/t748-1997），机械强度按煤的机械强度测试方法（gb/t15458-1995）。
实施例1：生球团的煤粉：钙基粉末原料质量配比为60%：40%；成型压力为21mpa/个，热解温度为850℃。该实施例的生球团和活性球团的强度测试结果如表1。出球团热解装置的活性球团的温度为715℃；热送过程的温降为38℃，热送过程的粉化率为0.12%；电石冶炼装置的反应温度为1850℃，电石产品的发气量为318升/千克。
表1：生球团和活性球团的强度测试结果
实施例2：生球团的煤粉：钙基粉末原料的质量配比为50%：50%；成型压力为23mpa/个，热解温度为950℃。该实施例的生球团和活性球团的强度测试结果如表2。出球团热解装置的活性球团温度为825℃；热送过程的温降为42℃，热送过程的粉化率为0.05%；电石冶炼装置的反应温度为1950℃，电石产品的发气量为338升/千克。
表2：生球团和活性球团的强度测试结果
实施例3：生球团的煤粉：钙基粉末原料质量配比为40%：60%；成型压力为19mpa/个，热解温度为650℃。该实施例的生球团和活性球团的强度测试结果如表3。出球团热解装置的活性球团的温度为505℃；热送过程的温降为50℃，热送过程的粉化率为0.35%；电石冶炼装置的反应温度为1750℃，电石产品的发气量为288升/千克。
表3：生球团和活性球团的强度测试结果
发明人发现，根据本发明所述生产电石的系统及方法，通过耦合造球、热解、热装及电石冶炼技术，避免了煤中油气资源浪费，降低了电石冶炼过程能耗，减少活性球团输送过程的粉化及避免粉料进入电石炉，解决了传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等缺点，拓宽电石碳基原料的范围，同时，降低电石生产成本，提高产品附加值。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。