一种粉煤制备乙烯的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种以粉煤为原料制取乙烯的系统，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。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种以粉煤为原料制备乙烯的系统，利用其制备乙烯可减少工艺能耗，扩大氢源来源，实现副产物的回收利用，不仅有助于减少环境污染，而且降低乙烯生产成本，大大提高经济效益，更适用于大规模工业化生产。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]—种以粉煤为原料制备乙烯方法的系统，包括热解提质及冶炼生产电石单元、变压吸附提氢单元、C0变换脱碳制氢单元、乙炔发生单元、乙炔加氢反应单元；
[0006]其中，所述热解提质及冶炼生产电石单元为转底电石炉，其包括热解炉腔、与热解炉腔直接相连通的冶炼炉腔及多个辐射管燃烧器；其中，所述多个所述辐射管燃烧器设置于所述热解炉腔处的外周墙的内壁上且位于转底电石炉料板的上方；
[0007]所述热解炉腔的煤气出口与变压吸附提氢单元的进气口管道连接，所述冶炼炉腔的尾气出口与C0变换脱碳制氢单元的进气口管道连接；所述转底电石炉的出料口与乙炔发生单元的进料口管道连接；
[0008]所述变压吸附提氢单元的出气口与所述C0变换脱碳制氢单元的出气口经管道合并后与乙炔加氢反应单元的氢气进口管道连接；
[0009]所述乙炔发生单元的乙炔气体出口与乙炔加氢反应单元的乙炔进口管道连接；
[0010]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。
[0011]本实用新型通过转底电石炉将粉煤热解工序与电石冶炼工序组合在一起，使反应过程中产生的热量得以梯级充分利用，提高了工艺整体热效率，并降低能耗；同时，充分利用了热解气体产物变压吸附得到的氢气和电石炉尾气变换后得到的氢气作为乙炔加氢反应的氢源，并通过控制原料粉煤和生石灰粉料的配比，保证了所得氢气与电石法生产的乙炔的体积比，完全无需外供氢气。
[0012]为了充分利用制备过程中的废弃物，本实用新型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C0变换脱碳制氢单元的C02出口连接；电石冶炼尾气变换后的另一产物0)2与固废物电石渣反应生成纳米碳酸钙，不仅有助于减少环境污染，而且可以大大提高经济效益。
[0013]本实用新型所述系统中，所述热解炉腔内部还设有油气回收装置，用于回收热解产生的煤气和煤焦油。
[0014]本实用新型所述系统中，所述变压吸附提氢单元包括顺次连接的激冷装置、气液分离器、初冷器、电捕焦油器、洗苯塔和变压吸附系统，其中，变压吸附系统由2-6台并联的吸附器构成，每台吸附器内装填有吸附材料；各吸附器定时切换，交替吸附和再生，使热解气体产物不断输入，产品氢气不断输出。
[0015]本实用新型所述系统中，所述C0变换脱碳制氢单元包括电石冶炼尾气净化装置、C0变换装置、脱碳装置；其中，所述电石冶炼尾气净化装置包括顺序连接的吸附过滤器、氧化铁脱硫槽、离心式压缩机、升温炉、预铁钼加氢反应器、一级铁钼加氢反应器、一级氧化锌脱硫槽、镍钴钼加氢反应器和二级氧化锌脱硫槽；所述脱碳装置包括脱碳塔和再生塔，所述二级氧化锌脱硫槽通过管道连接所述脱碳塔的底部，所述脱碳塔顶部设置有醇胺溶液进口，脱碳塔底部设置有醇胺溶液出口，所述醇胺溶液出口通过管路连接再生塔，再生塔的醇胺溶液出口与脱碳塔的醇胺溶液进口相连，再生塔顶部设置的0)2出口连接所述电石渣碳化单元。
[0016]本实用新型所述系统中，所述乙炔发生单元包括乙炔发生器、清净塔、碱中和塔以及冷凝干燥装置；其中，乙炔发生器底部设置有出气口，其通过管路顺次连接有清净塔、碱中和塔、冷凝干燥装置，所述冷凝干燥装置的乙炔气体出口通过管路连接乙烯制备单元。优选地，所述乙炔发生器内设有双层筛板，上层筛板的板条的间距为300mm，下层筛板的板条的间距为80mm。
[0017]本实用新型所述系统中，所述乙炔加氢反应单元原则上可选择本领域技术人员所掌握的可实现本实用新型所述效果的反应器；在本实用新型中优选浆态床反应器；所述浆态床反应器设置有乙炔进口、氢气进口、气体产物出口；其中，浆态床反应器的乙炔进口与乙炔发生单元相连，浆态床反应器的氢气进口与氢气合并管道相连，浆态床反应器的气体产物出口与深冷分离单元相连。其中，所述浆态床反应器为有夹套的反应器，反应器内的顶部设有气液分离器、反应器底部设有气体分布器、指形管换热器位于气体分布器上方，冷凝器介于气液分离器和指形管换热器之间。
[0018]本实用新型所述系统中，所述深冷分离单元包括依次连接的闪蒸装置、脱乙烷塔、乙烯精馏塔、脱丙烷塔、丙烯精馏塔、脱丁烷塔、反丁烯精馏塔。
[0019]利用本实用新型所述的系统制备乙烯，包括如下步骤:
[0020](1)热解提质及冶炼生产电石
[0021]将粉煤和生石灰粉料混合、成型，所得成型固体原料进入转底电石炉的热解炉腔内进行热解处理，得到固体产物和热解气体产物；所述固体产物直接进入转底电石炉的冶炼炉腔内进行冶炼处理，最终得到固态电石、电石冶炼尾气；
[0022](2)变压吸附提氢
[0023]热解处理生成的热解气体产物净化后经变压吸附得到氢气；
[0024](3) C0变换、脱碳制氢
[0025]冶炼处理生成的电石冶炼尾气中的C0与蒸汽发生C0变换反应，所得产物经脱碳、冷却分离得到氢气；
[0026](4)乙炔发生
[0027]步骤(1)所得固态电石与水进行反应得到乙炔及电石渣，乙炔经冷却、净化、中和后送至乙炔加氢反应工序；
[0028](5)乙炔加氢反应
[0029]步骤(3)所得氢气与步骤(2)所得氢气合并，再与步骤(4)制得的乙炔以体积比3?10:1混合，在催化剂作用下发生乙炔选择性加氢反应；
[0030](6)深冷分离
[0031]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。
[0032]采用上述方法可直接以粉煤为原料制备乙烯，降低原材料成本；同时，通过转底电石炉分别控制热解炉腔和冶炼炉腔内热能分布、炉底转速以及反应时间，实现能量合理高效的利用；而且可使热解产物的显热得以充分利用，从而显著降低电石冶炼过程中的能耗；而且通过变压吸附提氢技术和C0变换反应制氢技术将反应中间产物得以充分利用，整个制乙烯过程中无外加氢源，有效降低生产成本。
[0033]其中，步骤(1)中，所述热解处理条件为:热解温度为500?1000°C，热解时间为15?60min ;所述冶炼处理条件为:冶炼温度为1200?1380°C，冶炼时间为35?60min ;通过对热解处理工艺条件的合理设置，脱除粉煤中部分硫、汞等有害元素，且热解副产的热解气体产物经PSA提氢得到的氢气作为氢源之一，提氢后的热解气体产物作为热解装置的燃料，极大提高了整体工艺的经济性；同时在焦炭冶炼电石过程中充分利用热解焦炭的显热，其冶炼温度相比常规冶炼工艺低800?1000°C，可见采用本实用新型所述热解-冶炼工艺显著提高工艺整体热效率，降低能耗30%以上。
[0034]其中，步骤⑴中，所述粉煤为低阶粉煤，选自长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤、瘦煤中的一种或多种；所述粉煤经破碎和筛分至1_，之后磨至30 μ m以下；所述生石灰粉料为经过破碎和筛分至1_、再磨至30 μ m以下的粉末状生石灰。
[0035]其中，步骤(1)中，所述粉煤和生石灰粉料按照固定碳与氧化钙的摩尔比为(2.6-2.8):1进行混合。
[0036]其中，步骤(2)中，所得氢气纯度彡99.99% ;提氢后的热解气体产物回收作为热解装置的燃料。
[0037]其中，步骤(3)中，所述净化后的电石冶炼尾气中总硫脱至0.02ppm