本發(fā)明屬于化工技術領域，尤其涉及一種煤粉和鈣基原料處理的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

煤加氫氣化是指使原煤粉與含氫反應氣體在高溫、高壓條件下(800℃～1000℃，3MPa～8MPa)反應生成富含甲烷的氣體以及輕質(zhì)油品的過程。與傳統(tǒng)的煤氣化相比，煤加氫氣化具有工藝簡單、熱效率高、污染小的特點，因而受到廣泛地關注和應用。但是，氫氣的價格昂貴，尋找氫氣的可替代氣氛成為許多研究者的關注點。

現(xiàn)有技術報道，粉狀的中低階煤與粉狀生石灰混合壓球后經(jīng)旋轉(zhuǎn)床熱解可得高溫活性球團，直接熱送進電石爐進行電石生產(chǎn)，可極大的降低原料成本、提高系統(tǒng)的熱效率、降低生產(chǎn)能耗。在該過程中，煤在旋轉(zhuǎn)床中的熱解屬于無熱載體熱解，所得熱解氣品質(zhì)高，尤其是其中的氫氣含量高，達50v％以上；所得焦油基本屬于重質(zhì)焦油，若想重新利用必須先經(jīng)過預處理后再進行加氫精制，但該過程比較復雜，且對催化劑和壓力的要求較高，未能實現(xiàn)對焦油的高效利用。

與此同時，煤加氫氣化是指使原煤粉與含氫反應氣體在高溫、高壓條件下(800℃～1000℃，3MPa～8MPa)反應生成富含甲烷的氣體以及輕質(zhì)油品的過程。與傳統(tǒng)的煤氣化相比，煤加氫氣化具有工藝簡單、熱效率高、污染小的特點，因而受到廣泛地關注和應用。但是，氫氣的價格昂貴，尋找氫氣的可替代氣氛成為許多研究者的關注點；同時，目前的加氫氣化爐一般采用冷卻水進行激冷，導致產(chǎn)生大量的廢水。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在將煤粉與鈣基原料混合，在煤粉快速熱解爐內(nèi)共熱解，熱解產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)高溫催化凈化單元除塵、焦油催化裂解后，在高溫下噴入煤粉氣化爐內(nèi)，與煤粉混合均勻發(fā)生加氫氣化反應；熱解產(chǎn)生的粉狀固體混合物經(jīng)高溫密閉輸送裝置直接送入電石反應器，氧化法合成電石，從而實現(xiàn)中低階煤炭的分質(zhì)梯級利用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種煤粉和鈣基原料處理的系統(tǒng)，包括熱解單元、氣體凈化單元、加氫氣化單元以及電石冶煉單元；其中，

所述熱解單元包括煤粉與鈣基原料混合物料入口、荒煤氣出口和高溫混合粉料出口，所述熱解單元用于煤粉與鈣基原料的高溫熱解；所述熱解單元使用的裝置為無熱載體蓄熱式下行床，所述無熱載體蓄熱式下行床內(nèi)部設置多層蓄熱式輻射管；

所述氣體凈化單元包括荒煤氣入口和凈煤氣出口，所述荒煤氣入口和所述荒煤氣出口相連，所述氣體凈化單元用于對荒煤氣進行處理得到凈煤氣；

所述加氫氣化單元包括煤粉噴嘴、凈煤氣噴嘴、焦渣出口以及油氣出口，所述凈煤氣噴嘴和所述凈煤氣出口相連，在所述加氫氣化單元，所述凈煤氣作為氫源與煤發(fā)生加氫氣化反應；

所述電石冶煉單元包括高溫混合粉料入口、氧氣噴嘴、電石爐氣出口和電石出口，所述高溫混合粉料入口和所述高溫混合粉料出口相連，所述電石冶煉單元用于對熱解產(chǎn)生的高溫混合粉料進行冶煉。

具體地，所述氣體凈化單元使用的裝置為凈化反應器。所述加氫氣化單元使用的裝置是氣化爐。所述電石冶煉單元使用的裝置為氣流床。

進一步地，所述凈煤氣噴嘴個數(shù)為偶數(shù)個，對稱排列在煤粉噴嘴的四周。

每層所述蓄熱式輻射管圍繞下行床四周平行且均勻分布，每個所述蓄熱書輻射管與相鄰上下兩層蓄熱式輻射管中的每一個蓄熱式輻射管平行且沿所述下行床的本體高度方向上錯開分布。

進一步地，所述凈化反應器內(nèi)部有設在最下層的氣體分布器以及從下往上依次排列的過濾層和焦油催化裂解催化劑層。

所述過濾層為陶瓷過濾板，用于除去荒煤氣中的灰塵以及蓄熱。

所述焦油催化裂解催化劑層為CaO，用于將荒煤氣中的焦油充分催化獲取熱解氣以及輕質(zhì)焦油。

進一步地，所述系統(tǒng)還包括保溫輸送裝置，所述高溫混合粉料入口通過所述保溫輸送裝置與所述高溫混合粉料出口相連，所述高溫輸送裝置為保溫桶或保溫鏈板。

本發(fā)明還提供一種對煤粉和鈣基原料進行處理的方法，其特征在于，包括步驟：

A.熱解：將所述煤粉與所述鈣基原料送入所述熱解單元進行高溫熱解，得到煤熱解產(chǎn)物荒煤氣及高溫混合粉料；

B.氣體凈化：將所述荒煤氣送入所述氣體凈化單元，經(jīng)過過濾、焦油催化裂解得到所述凈煤氣；

C.加氫氣化：在所述加氫氣化單元以所述凈煤氣作為氫源與煤發(fā)生加氫氣化反應，得到富甲烷氣和輕質(zhì)焦油；

D.電石生產(chǎn)：在所述電石冶煉單元將熱解產(chǎn)生的所述高溫混合粉料進行冶煉，得到液態(tài)電石及電石爐氣。

進一步地，將所述熱解單元的熱解溫度控制在550-800℃，熱解時間即物料由爐頂落至爐底的時間為6s-10s。

具體地，將所述焦油催化裂解催化劑層的焦油催化裂解的溫度控制在700-900℃。

作為優(yōu)選的實施方案，將所述煤粉與所述鈣基原料的粒度均控制為≤1mm。

具體地，將所述加氫氣化單元反應溫度控制在800-1000℃，氣化時間小于2s。

作為優(yōu)選的實施方案，所述電石冶煉單元反應溫度為1800-2200℃。

本發(fā)明通過工藝耦合，將煤粉與鈣基原料在快速熱解爐內(nèi)熱解產(chǎn)生的油氣產(chǎn)品以及熱解固體在高溫下進行有效利用，提高系統(tǒng)熱效率的同時，真正實現(xiàn)煤炭的分質(zhì)梯級利用。

一方面，利用煤與鈣基原料在快速熱解爐內(nèi)共熱解所得熱解氣品質(zhì)高、含氫量高的優(yōu)勢，將其經(jīng)過高溫催化凈化后，直接作為煤加氫氣化的氫氣來源，降低煤粉氣化的氫源成本，并充分利用高溫凈煤氣的顯熱；另一方面，熱解產(chǎn)生的固體粉末可直接熱送進氣流床，采用氧熱法合成電石，降低電石生產(chǎn)的能耗。

采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，取得了以下效果：

(1)采用無熱載體蓄熱式下行床對煤粉和鈣基原料進行熱解，不僅可以提高熱利用率，還可提高熱解氣體的品質(zhì)，尤其是提高熱解氣中的氫氣含量，有利于其作為加氫熱解反應的氫源；

(2)煤粉與鈣基原料在下行床內(nèi)的運行方向與荒煤氣的運行方向相反，荒煤氣在上升過程中與混合物料接觸，不僅可對混合物料進行預熱，還可對荒煤氣進行部分凈化除塵，降低荒煤氣中的含塵量；

(3)煤粉與鈣基原料共熱解產(chǎn)生的荒煤氣直接輸入高溫催化凈化單元，進行除塵凈化，并利用其部分顯熱在催化劑作用下將焦油催化裂解，產(chǎn)生熱解氣及輕質(zhì)焦油，提高產(chǎn)品附加值，并再次在高溫下送入加氫氣化爐，充分利用荒煤氣的顯熱；

(4)高溫催化凈化單元的焦油催化裂解催化劑床層(CaO床層)在凈化氣體后可直接回用，作為電石生產(chǎn)的原料，避免了催化劑失活導成本過高及固廢產(chǎn)生的問題，并在反應過程中將附著在其上的焦油再次裂解；

(5)熱解產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)高溫凈化后直接作為加氫熱解單元的氫氣來源，不僅降低氫源的成本，還可減少氫氣的預熱耗能，降低加氫單元的反應能耗；

(6)熱解產(chǎn)生的高溫混合粉料經(jīng)密閉保溫輸送裝置，直接進入電石生產(chǎn)裝置，可充分利用熱解固體的顯熱，進一步降低電石生產(chǎn)的能耗。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明的生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提出了一種煤粉熱解、加氫氣化及電石生產(chǎn)耦合的方法，如圖1，包括以下步驟：

第一步：煤粉與鈣基原料共熱解：即將煤粉與鈣基原料混合物料通過皮帶輸送機送入快速熱解爐，高溫熱解得到荒煤氣及高溫混合粉料；其中，快速熱解爐為蓄熱式無熱載體下行床；煤粉與鈣基原料的粒度均≤1mm；熱解溫度為550-800℃，熱解時間即物料由爐頂落至爐底的時間，大約6s-10s；

第二步：荒煤氣高溫催化凈化：熱解產(chǎn)生的荒煤氣進入高溫催化凈化單元，首先在氣體分布器的作用下，均勻分布在高溫催化凈化器內(nèi)，并進一步經(jīng)過固體床層過濾和焦油催化裂解，得到凈煤氣；所述焦油裂解催化劑為CaO；焦油催化裂解的溫度為700-900℃；

第三步：煤粉加氫氣化：以凈化單元送來的凈煤氣作為氫源，與煤粉發(fā)生加氫氣化反應，得到富甲烷氣和輕質(zhì)焦油。加氫氣化的反應器為氣化爐；氣化溫度為800-1000℃；氣化時間小于2s；

第四步：電石生產(chǎn)：預熱爐熱解產(chǎn)生的高溫混合粉料經(jīng)保溫密閉輸送裝置送入電石反應裝置，在電石反應裝置內(nèi)加熱到1800-2200℃，冶煉制得液態(tài)電石及電石爐氣。

本發(fā)明還提出了一種煤粉熱解、加氫氣化及電石生產(chǎn)耦合的系統(tǒng)，如圖2：

本發(fā)明所描述的系統(tǒng)由混合粉料快速熱解單元1、高溫催化凈化單元2、加氫氣化單元3、高溫熱送單元4以及電石冶煉單元5組成。

混合粉料快速熱解單元1的裝置可以是無熱載體蓄熱式下行床，包括煤粉與鈣基原料混合物料入口11、荒煤氣出口12和高溫混合粉料出口13；所述煤粉與生石灰混合物料入口通過皮帶輸送機與強力混料機相連(未畫出)；所述強力混料機分別通過皮帶輸送機與煤粉及鈣基原料的儲倉相連(未畫出)。

所述無熱載體蓄熱式下行床內(nèi)部設置多層蓄熱式輻射管，每層所述蓄熱式輻射管圍繞下行床四周平行且均勻分布，每個所述蓄熱書輻射管與相鄰上下兩層蓄熱式輻射管中的每一個蓄熱式輻射管平行且沿所述下行床的本體高度方向上錯開分布。

高溫催化凈化單元2的裝置可以是高溫催化反應器，設有荒煤氣入口21和凈煤氣出口25；所述荒煤氣入口21與混合粉料快速熱解單元1的荒煤氣出口12相連；所述高溫催化凈化反應器內(nèi)部設有氣體分布器22、以及從下往上依次排列的過濾層23和焦油催化裂解催化劑層24；所述過濾層為陶瓷過濾板，目的是除去荒煤氣中的煙塵，并起到蓄熱的作用；所述焦油催化裂解催化劑層的目的是將荒煤氣中的焦油充分催化以獲取熱解氣及輕質(zhì)焦油。

加氫氣化單元3的裝置可以是氣化爐，設有煤粉噴嘴31、凈煤氣噴嘴32、焦渣出口33以及油氣出口34；所述凈煤氣噴嘴32與高溫催化凈化單元2的凈煤氣出口25相連；所述凈煤氣噴嘴32的個數(shù)為偶數(shù)，對稱排列在煤粉噴嘴31的四周，便于凈煤氣與煤粉進行充分的混合；

高溫固體輸送單元4的裝置是密閉保溫罐或密閉保溫輸送鏈板。保溫材料的耐溫溫度為900℃以上。

電石冶煉單元5的裝置可以是氣流床，設有高溫混合粉料入口51、氧氣噴嘴52、電石爐氣出口53和電石出口54；所述高溫混合粉料入口51與密閉保溫輸送裝置4的出口相連。

下面參考具體實施例，對本發(fā)明進行描述，需要說明的是，實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實施例1

利用本發(fā)明的系統(tǒng)，將粒度小于1mm的粉狀中低階煤粉和石灰用皮帶輸送機送入無熱載體蓄熱式下行床?；旌戏哿蠌南滦写驳捻敹巳肟谝揽恐亓ψ饔孟蛳逻\行，并在下行過程中在蓄熱式輻射管的加熱下發(fā)生熱解，熱解溫度為700℃，從而獲得荒煤氣和高溫混合粉料；出爐荒煤氣在高溫下直接輸送至高溫催化凈化反應器內(nèi)，首先經(jīng)過氣體分布器，均勻分布到反應器內(nèi)，之后依次經(jīng)過陶瓷過濾器和焦油催化裂解催化劑床層，保持反應器溫度為800℃，獲取凈煤氣和輕質(zhì)焦油；然后將凈煤氣通過凈煤氣噴嘴進入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進行充分混合，并在850℃下進行加氫氣化反應，獲取富甲烷氣和輕質(zhì)焦油；混合物料在下行床內(nèi)熱解產(chǎn)生的高溫熱解粉料經(jīng)密閉保溫輸送設備加入氣流床，在氧氣與部分煤粉反應產(chǎn)生的高溫下發(fā)生反應，反應溫度為1850℃下產(chǎn)生電石。

實施例2

本實施例與上述實施例1所用系統(tǒng)一樣，但工藝條件不同，如下所述。將粒度小于1mm的粉狀中低階煤粉和電石渣用皮帶輸送機送入無熱載體蓄熱式下行床?；旌戏哿蠌南滦写驳捻敹巳肟谝揽恐亓ψ饔孟蛳逻\行，并在下行過程中在蓄熱式輻射管的加熱下發(fā)生熱解，熱解溫度為800℃，從而獲得荒煤氣和高溫混合粉料；出爐荒煤氣在高溫下直接輸送至高溫催化凈化反應器內(nèi)，首先經(jīng)過氣體分布器，均勻分布到反應器內(nèi)，之后依次經(jīng)過陶瓷過濾器和焦油催化裂解催化劑床層，保持反應器溫度為900℃，獲取凈煤氣和輕質(zhì)焦油；然后將凈煤氣通過凈煤氣噴嘴進入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進行充分混合，并在1000℃下進行加氫氣化反應，獲取富甲烷氣和輕質(zhì)焦油；混合物料在下行床內(nèi)熱解產(chǎn)生的高溫熱解粉料經(jīng)密閉保溫輸送設備加入氣流床，在氧氣與部分煤粉反應產(chǎn)生的高溫下發(fā)生反應，反應溫度為1800℃下產(chǎn)生電石。

實施例3

本實施例與上述實施例1所用系統(tǒng)一樣，但工藝條件不同，如下所述。將粒度小于1mm的粉狀中低階煤粉和生石灰用皮帶輸送機送入無熱載體蓄熱式下行床?；旌戏哿蠌南滦写驳捻敹巳肟谝揽恐亓ψ饔孟蛳逻\行，并在下行過程中在蓄熱式輻射管的加熱下發(fā)生熱解，熱解溫度為550℃，從而獲得荒煤氣和高溫混合粉料；出爐荒煤氣在高溫下直接輸送至高溫催化凈化反應器內(nèi)，首先經(jīng)過氣體分布器，均勻分布到反應器內(nèi)，之后依次經(jīng)過陶瓷過濾器和焦油催化裂解催化劑床層，保持反應器溫度為800℃，獲取凈煤氣和輕質(zhì)焦油；然后將凈煤氣通過凈煤氣噴嘴進入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進行充分混合，并在800℃下進行加氫氣化反應，獲取富甲烷氣和輕質(zhì)焦油；混合物料在下行床內(nèi)熱解產(chǎn)生的高溫熱解粉料經(jīng)密閉保溫輸送設備加入氣流床，在氧氣與部分煤粉反應產(chǎn)生的高溫下發(fā)生反應，反應溫度為2100℃下產(chǎn)生電石。

實施例4

本實施例與上述實施例1所用系統(tǒng)一樣，但工藝條件不同，如下所述。將粒度小于1mm的粉狀中低階煤粉和石灰石用皮帶輸送機送入無熱載體蓄熱式下行床?；旌戏哿蠌南滦写驳捻敹巳肟谝揽恐亓ψ饔孟蛳逻\行，并在下行過程中在蓄熱式輻射管的加熱下發(fā)生熱解，熱解溫度為600℃，從而獲得荒煤氣和高溫混合粉料；出爐荒煤氣在高溫下直接輸送至高溫催化凈化反應器內(nèi)，首先經(jīng)過氣體分布器，均勻分布到反應器內(nèi)，之后依次經(jīng)過陶瓷過濾器和焦油催化裂解催化劑床層，保持反應器溫度為700℃，獲取凈煤氣和輕質(zhì)焦油；然后將凈煤氣通過凈煤氣噴嘴進入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進行充分混合，并在900℃下進行加氫氣化反應，獲取富甲烷氣和輕質(zhì)焦油；混合物料在下行床內(nèi)熱解產(chǎn)生的高溫熱解粉料經(jīng)密閉保溫輸送設備加入氣流床，在氧氣與部分煤粉反應產(chǎn)生的高溫下發(fā)生反應，反應溫度為2200℃下產(chǎn)生電石。