一种两段式电石炉粉煤制乙烯的工艺及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种两段式电石炉粉煤制乙烯的工艺及系统，属于煤化工技术领域。
【背景技术】
[0002]乙烯是石油化学工业的一种主要原料，目前制备工艺主要是石脑油的裂解制烯烃和煤制烯烃。2015年国内乙烯总产能将达到2200万t/a左右，2020年国内乙烯产能进一步增加到3250万t/a，预计到2020年国内乙烯消费量为4800万吨，需求大于产能，这对于石油储备并不丰富的我国来说形成了严重的战略威胁。因此，寻求另一种新的来源和工艺方法制备大宗基础有机化工原料-乙烯，在工业生产领域替代石油作为原料，能够很大程度上缓解我国对于石油的依赖性。煤烯烃工艺主要由煤气化制合成气、合成气制取甲醇、甲醇制烯烃组成。但是该工艺技术流程长、工艺复杂、投资大，碳排放量高、尤其是对于水的需求大导致在缺水的区域无法进行。本发明提供一种利用电石法制备乙炔进而加氢反应得到乙烯，不同于煤制烯烃过程，电石制乙烯过程流程短、投资小、碳排放量低，尤其是乙炔选择性加氢过程不需要水为反应原料，水作为反应器冷却和升温介质，可分别循环使用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种两段式电石炉粉煤制乙烯的工艺，其具有降低电耗，原料低廉，副产物充分利用等特点，不仅有助于减少环境污染，形成电石渣的回收利用系统，而且可以大大提高经济效益。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种两段式电石炉粉煤制乙烯的工艺，包括如下步骤:
[0006](I)两段式电石生产
[0007]将粉煤和生石灰粉料混合、成型，所得成型固体原料进入两段式电石炉的上段热解炉腔进行中高温热解处理，得到固体产物和热解气体产物；所述固体产物进入两段式电石炉的下段冶炼炉腔进行电石生产，最终得到电石、电石尾气；
[0008]所得电石尾气向上再进入两段式电石炉的上段与其中的成型固体原料进行换执.^ ，
[0009](2) CO变换、脱碳制氢
[0010]在两段式电石炉的上段换热后的电石尾气与热解气体产物混合得到混合尾气，经过净化后，一部分混合尾气中的CO与蒸汽发生CO变换反应，所得产物经脱碳、冷却分离得到氢气；
[0011](3)乙炔发生
[0012]步骤(I)所得电石与水进行反应得到乙炔及电石渣，乙炔经冷却、净化后送至乙炔加氢反应工序；
[0013](4)乙炔加氢反应
[0014]在一定压力下，采用液相溶剂吸收步骤(3)制得的乙炔，再将吸收乙炔的液相溶剂与步骤(2)所得氢气一并送入加氢反应器；
[0015](5)深冷分离
[0016]采用压缩和深度冷却方法将乙炔加氢反应所得产物进行深冷分离得到产物乙烯。
[0017]本发明采取上下两段式电石炉将热解工艺与电石生产工艺有机结合，实现了电石生产工艺的连续化和热能有效利用，从而有效降低电石生产能耗；并且以价格低廉的中粉煤作为碳素原料，不仅降低成本，而且增大了原料表面积，增加了反应活性，降低了电石冶炼温度，有效减少工艺能耗；同时，热解过程中获得高附加值的焦油和热解气副产物，提高了工艺整体经济性，此外本发明还采用液相溶剂吸收乙炔，避免了乙炔聚合爆炸危险，并实现尚压反应，从而提尚装置的生广能力。
[0018]本发明所述工艺中，步骤(I)中，所述上段热解炉腔处理条件为:温度为600?1000°C，时间为30?90min ;所述下段冶炼炉腔处理条件为:温度为1400°C?1750°C，时间为5?30min。冶炼产生的尾气不断上升至上段热解炉腔内，向上段热解炉腔内投入粉煤和生石灰粉料进行热解处理，热解所得的固体产物带有大量显热不断下降至下段冶炼炉腔内进行冶炼，冶炼产生的尾气又不断上升与上段炉腔内物料换热，以维持热解温度，从而有效降低电石生产能耗。
[0019]本发明所述工艺中，步骤(I)中，所述粉煤为粉煤，选自长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤、瘦煤中的一种或多种；所述粉煤和生石灰粉料进入两段式电石炉前需破碎至20?100 μ m0
[0020]本发明所述工艺中，步骤(I)中，所述粉煤和生石灰粉料按照质量比(1-1.2:1):1
进行混合。
[0021]本发明所述工艺中，步骤(2)中，所述净化后的混合尾气中总硫脱至0.02ppm，具体净化过程为:混合尾气经循环氨水冷激温度降至80°C，再经高效气液分离、文氏塔与电捕焦等步骤分离回收其中所含焦油与萘，最后经过螺杆压缩机压缩到0.SMpaG后进入吸附过滤器，进一步除去萘、焦油等杂质后进入氧化铁脱硫槽，脱除大部分无机硫和部分有机硫，之后经过离心式压缩机压缩至3.5MPaG进入升温炉和预铁钼和一级铁钼加氢反应器，使电石尾气中的大部分有机硫转化为无机硫，再进入一级氧化锌脱硫槽，脱除其中的硫化氢，最后进入镍钴钼加氢反应器和二级氧化锌脱硫槽，使气体中的总硫脱至0.02ppm。
[0022]本发明所述工艺中，步骤(2)中，所述脱碳的溶液选自N-甲基二乙醇胺MDEA、二异丙醇胺(DIPA)、MDEA和乙醇胺(MEA)的混合物、加入烷基醇胺和硼酸盐的碳酸钾溶液、环丁砜与二异丙醇胺的混合物；脱碳后所述氢气中二氧化碳含量低于lOppm。
[0023]本发明所述工艺中，步骤(3)中，将所述电石破碎至粒度为200?400mm，送入乙炔发生器中与水进行反应，生成的乙炔气经冷却、净化脱除其中的磷化氢、硫化氢，再经碱中和去除其中的酸雾。
[0024]本发明所述工艺中，步骤(3)中，净化后的乙炔气中磷化氢含量低于0.1ppmJMt氢含量低于0.1ppm和砷化氢含量低于0.1ppm0
[0025]本发明所述工艺中，步骤(4)中，所述氢气与乙炔体积比为3?10:1 ;所述催化剂采用钯为主活性组分、银和钌为助剂、三氧化二铝为载体的催化剂；所述加氢反应条件为:反应压力为1.5?7.5MPa，反应温度为130?185°C。
[0026]本发明所述工艺中，步骤(4)中，所述加氢反应是在浆态床反应器中进行。
[0027]本发明所述工艺中，步骤(5)中，所述深冷分离具体为:将乙炔加氢的产物压缩至3.4?3.9MPa，然后气相逐级冷却和闪蒸，最后冷却至-163?_169°C，在氢气罐中分理出氢气，各闪蒸罐的液相进去脱乙烷塔，脱乙烷塔气相产品进入乙烯精馏塔得到乙烯产品，液相产品进入脱丙烷塔，脱丙烷塔气相产品进入丙烯精馏塔得到丙烯产品，液相产品进入脱丁烷塔，脱丁烷塔气相产品进入反丁烯精馏塔，塔顶得到反丁烯产品，液相产品为和混合的C5
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[0028]为了充分利用制备过程中的废弃物，将步骤(2)产生的0)2通入步骤(3)得到的电石渣中进行碳化反应得到碳酸钙，再经表面改性、脱水、干燥得到粉状碳酸钙。
[0029]本发明所述工艺中，步骤(2)中，另一部分净化后的混合尾气送入两段式电石炉的下段作为燃料。
[0030]本发明还提供一种实现上述两段式电石炉粉煤制乙烯工艺的系统，包括两段式电石生产单元、CO变换脱碳制氢单元、乙炔发生单元、乙炔吸收单元、乙炔加氢反应单元；
[0031]其中，所述两段式电石生产单元为两段式电石炉，所述两段式电石炉包括连通的上段热解炉腔和下段冶炼炉腔，且下段冶炼炉腔内设有加热装置；
[0032]作为本发明另一实施方式，所述两段式电石生产单元的下段也可以是燃气熔分炉，其在本发明中的作用与下段冶炼炉腔相同。
[0033]所述两段式电石生产单元的出气口与CO变换脱碳制氢单元的进气口管道连接，所述两段式电石生产单元的电石出料口与乙炔发生单元的进料口管道连接；
[0034]所述乙炔发生单元的出气口与乙炔吸收单元的进气口管道相连；
[0035]所述乙炔加氢反应单元的进气口与所述CO变换脱碳制氢单元的氢气出气口管道连接，其液相进口与所述乙炔吸收单元的液相出口管道相连；
[0036]所述系统还包括一深冷分离单元，其通过管道与乙炔加氢反应单元的气体产物出口相连接。
[0037]为了充分利用制备过程中的废弃物，本发明所述系统还包括电石渣碳化单元，其分别与乙炔发生单元的电石渣出口及CO变换脱碳制氢单元的CO2出口连接。
[0038]本发明所述系统中，所述CO变换脱碳制氢单元包括混合尾气净化装置、CO变换装置、脱碳装置；其中，所述混合尾气净化装置包括顺序连接的吸附过滤器、氧化铁脱硫槽、离心式