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      一種高溫熱解氣回收利用的系統(tǒng)及方法與流程

      文檔序號:12857502閱讀:432來源:國知局
      一種高溫熱解氣回收利用的系統(tǒng)及方法與流程

      本發(fā)明屬于熱解設備技術領域,尤其涉及一種高溫熱解氣回收利用的系統(tǒng)及方法。



      背景技術:

      原料煤熱解干餾過程產(chǎn)生3種產(chǎn)品:蘭炭是熱解后的固體物質(zhì);煤焦油是熱解后的液體物質(zhì);熱解氣是煤熱解后散發(fā)的可燃性氣體混合物,主要成分是氫氣、甲烷和一氧化碳等。蘭炭在提取煤焦油和熱解氣后其固定碳的成分比煤要高,相比原煤要清潔,可替代焦炭、無煙煤和木炭而廣泛應用于鐵合金、電石、鋼鐵冶煉、化肥等產(chǎn)品生產(chǎn)中和居民用煤等領域。

      電石的主要成分是碳化鈣,是重要的有機化工原料,可以合成諸多有機物。電石主要用于生產(chǎn)乙炔氣,主要用于生產(chǎn)聚氯乙烯基和醋酸乙烯基產(chǎn)品。

      在電石生產(chǎn)過程中,熱解爐產(chǎn)生的熱解氣溫度很高,從熱解爐中出來的熱解氣直接進入焦油冷凝搜集系統(tǒng),其攜帶的顯熱未被回收利用。電石爐的尾氣也很高,其主要成分為可燃氣,電石爐的尾氣攜帶的大量顯熱和化學熱也沒有得到充分利用。



      技術實現(xiàn)要素:

      為了解決上述問題,本發(fā)明提出一種高溫熱解氣回收利用的系統(tǒng)及方法,實現(xiàn)了熱解氣和電石爐尾氣的顯熱的利用,同時鈣料的循環(huán)利用降低了系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。

      本發(fā)明的目的之一是提供一種高溫熱解氣回收利用的系統(tǒng),包括:

      熱解爐,設有進料口、出料口和高溫熱解氣出口;

      電石爐,設有進料口、電石出口和尾氣出口,所述熱解爐的出料口連接所述電石爐的進料口;

      乙炔發(fā)生裝置,設有電石入口、乙炔出口和電石渣出口,所述電石爐的電石出口連接所述乙炔發(fā)生裝置的電石入口;

      干燥裝置,設有電石渣入口、干電石渣出口、高溫熱解氣入口和低溫熱解氣出口,所述乙炔發(fā)生裝置的電石渣出口連接所述干燥裝置的電石渣入口,所述熱解爐的高溫熱解氣出口連接所述干燥裝置的高溫熱解氣入口;

      焙燒裝置,設有干電石渣入口和焙燒鈣料出口,所述干燥裝置的干電石渣出口連接所述焙燒裝置的干電石渣入口;

      混合裝置,設有物料入口和物料出口,所述焙燒裝置的焙燒鈣料出口連接所述混合裝置的物料入口;所述混合裝置的物料出口連接所述熱解爐的進料口。

      作為本發(fā)明優(yōu)選的方案,所述焙燒裝置還設有燃氣入口,所述電石爐的尾氣出口連接所述焙燒裝置的燃氣入口。

      作為本發(fā)明優(yōu)選的方案,在所述干燥裝置的高溫熱解氣入口設有氣流閥。

      作為本發(fā)明優(yōu)選的方案,所述干燥裝置設有焦油出口。

      作為本發(fā)明優(yōu)選的方案,所述系統(tǒng)還包括成型單元,所述成型單元具有入料口和出料口,所述成型單元的入料口與所述混合裝置的物料出口相連,所述成型單元的出料口與所述熱解爐的進料口相連。

      本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述系統(tǒng)進行高溫熱解氣回收利用的方法,包括以下步驟:

      a、將原料在熱解爐中熱解,獲得固體產(chǎn)物和高溫熱解氣;

      b、將所述固體產(chǎn)物送入電石爐,加熱至2100~2250℃,生成電石和尾氣;

      c、將所述電石送入乙炔發(fā)生裝置,與水發(fā)生反應,生成乙炔和電石渣;

      d、將所述電石渣送入干燥裝置,將所述高溫熱解氣通入所述干燥裝置,對所述電石渣進行干燥,獲得干電石渣;

      e、將所述干電石渣送入焙燒裝置,加熱發(fā)生反應,獲得焙燒鈣料,所述焙燒裝置內(nèi)的溫度1000~1200℃;

      f、將所述焙燒鈣料送入混合裝置,與新鮮鈣料和煤粉混合,獲得步驟a中的所述原料。

      進一步的,步驟a中,熱解溫度為500~900℃,優(yōu)選為600~800℃;熱解時間為1-2h。

      更進一步的,步驟a中,固體產(chǎn)物為活性球團,作為電石爐原料。

      進一步的,本發(fā)明的方法還包括步驟:將所述尾氣作為燃料送入所述焙燒裝置。

      作為本發(fā)明優(yōu)選的方案,通過氣流閥調(diào)節(jié)所述干燥裝置的高溫熱解氣的進氣量,控制所述干燥裝置內(nèi)的電石渣的溫度在110~130℃之間。

      進一步的,步驟f中,所述焙燒鈣料:新鮮鈣料:煤粉的質(zhì)量比為:(0.5-0.6):(0.5-0.4):0.9。

      優(yōu)選的,步驟f具體為:所述焙燒鈣料、新鮮料和煤粉在混合裝置中混合之后得到混合物料,將所述混合物料送入成型單元,獲得成型物料,用作步驟a中的所述原料。

      更進一步的,焙燒鈣料中氧化鈣的質(zhì)量百分數(shù)≥80%。

      本發(fā)明提供的一種高溫熱解氣回收利用的系統(tǒng)及方法,實現(xiàn)了高溫熱解氣顯熱和電石渣鈣材循環(huán)的耦合;利用高溫熱解氣的顯熱對電石渣進行烘干,提高系統(tǒng)的熱效率;將電石爐的尾氣作為焙燒裝置的燃料,提高了系統(tǒng)的能源自給率,降低了生產(chǎn)成本。

      附圖說明

      圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的結構示意圖;

      圖2是本發(fā)明實施例的方法流程圖。

      具體實施方式

      以下結合附圖和實施例,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)明中所述的“連接”,除非另有明確的規(guī)定或限定,應作廣義理解,可以是直接相連,也可以是通過中間媒介相連。

      如圖1所示,本實施例提供一種高溫熱解氣回收利用的系統(tǒng),包括:熱解爐1、電石爐2、乙炔發(fā)生裝置3、干燥裝置4、焙燒裝置5、混合裝置6。本實施例的系統(tǒng)通過各個設備的配合,充分利用熱解爐的高溫熱解氣的顯熱,電石爐尾氣的顯熱和化學熱為系統(tǒng)提供熱量,顯著提高了系統(tǒng)的熱效率。

      熱解爐1用于生產(chǎn)電石之前,含碳物料的熱解。物料中含有的原料煤不適于電石的生產(chǎn),需對其進行熱解,提高其固定碳的成分比。熱解爐設有進料口11、出料口12和高溫熱解氣出口13。物料由進料口11進入熱解爐,熱解爐內(nèi)的溫度為500~900℃,優(yōu)選為600~800℃,物料受熱發(fā)生熱解反應,產(chǎn)生固體產(chǎn)物和熱解氣。固體產(chǎn)物用于電石的生產(chǎn),由出料口12排出熱解爐,高溫熱解氣的溫度在500~900℃,為高品位的熱源,由高溫熱解氣出口13排出熱解爐。

      電石爐2用于電石的生產(chǎn),電石爐內(nèi)發(fā)生的反應為:2c+cao=cac2+co,電石生產(chǎn)原料為生石灰和煤粉,其尾氣主要成分為co。電石爐2包括進料口21、電石出口22和尾氣出口23,熱解爐的出料口12連接電石爐的進料口21。熱解爐1產(chǎn)生的固體產(chǎn)物由進料口21進入電石爐2,進料口21位于電石爐2的頂部,便于固體產(chǎn)物的進入。固體產(chǎn)物在2100~2250℃溫度范圍,優(yōu)選2200℃的高溫下,發(fā)生反應,生產(chǎn)電石,電石由位于電石爐底部的電石出口22排出電石爐2。產(chǎn)生電石的同時,會生成尾氣,尾氣經(jīng)水冷壁冷卻后的溫度為400~600℃。電石爐2內(nèi)的溫度由上到下逐步降低,所以高溫的尾氣在電石爐內(nèi)上升。電石爐的尾氣出口23設在電石爐2的頂部,便于尾氣的收集。

      乙炔發(fā)生裝置3用于電石與水反應生產(chǎn)乙炔。乙炔發(fā)生裝置3包括電石入口31、進水口32、乙炔出口33和電石渣出口34,電石爐的電石出口22連接乙炔發(fā)生裝置的電石入口31。電石爐2產(chǎn)生的電石,由電石入口31進入乙炔發(fā)生裝置3。進水口32位于乙炔發(fā)生裝置3的頂部,便于向乙炔發(fā)生裝置3內(nèi)注水。在乙炔發(fā)生裝置3內(nèi)電石與水發(fā)生反應,cac2+2h2o=ca(oh)2+c2h2,獲得乙炔氣體和電石渣。乙炔出口33位于乙炔發(fā)生裝置3的頂部,可收集乙炔氣體,用于下游的生產(chǎn)。電石渣出口34位于乙炔發(fā)生裝置3的底部,電石渣由電石渣出口34排出。此時的電石渣主要成分為ca(oh)2,含有近50%的水分,成濕潤狀態(tài),進行干燥后,有利于可回收利用。

      干燥裝置4為電石渣的干燥設備,用于去除電石渣內(nèi)的水分,為焙燒工藝做準備。本發(fā)明實施例選用的干燥裝置4為間接干燥設備,被干燥物不與熱源直接接觸。干燥裝置4包括電石渣入口41、干電石渣出口42、高溫熱解氣入口43、低溫熱解氣出口44和焦油出口45。乙炔發(fā)生裝置的電石渣出口34連接干燥裝置的電石渣入口41,熱解爐的高溫熱解氣出口13連接干燥裝置的高溫熱解氣入口43。乙炔發(fā)生裝置3產(chǎn)生的電石渣由電石渣入口41進入干燥裝置4,熱解爐產(chǎn)生的高溫熱解氣由高溫熱解氣入口43進入,高溫熱解氣具有高品位的顯熱,作為熱源對電石渣進行干燥,提高了系統(tǒng)的熱效率。高溫熱解氣在干燥裝置4內(nèi)進行熱交換后經(jīng)低溫熱解氣出口44排出。高溫熱解氣在干燥裝置中的停留時間為30-60min,溫度降低成為低溫熱解氣,低溫熱解氣的溫度保持在200-400℃,熱解氣在干燥裝置4內(nèi)降溫,會有部分焦油冷凝,干燥裝置4設有焦油出口45,可將焦油排出進行回收。

      在干燥裝置4的高溫熱解氣入口43處設有氣流閥(圖中未示出),氣流閥可調(diào)節(jié)高溫熱解氣進入干燥裝置4的進氣量,從而控制干燥裝置4內(nèi)的電石渣的溫度在110~130℃之間,實現(xiàn)電石渣的干燥,獲得干電石渣。

      干電石渣的主要成分為氫氧化鈣,氫氧化鈣在分解溫度以上,會發(fā)生反應,生成氧化鈣,氧化鈣即為生產(chǎn)電石所用的鈣料的成分。焙燒裝置5用于干電石渣的焙燒,獲得焙燒鈣料。本發(fā)明實施例的焙燒裝置5選用燃氣加熱。焙燒裝置5設有干電石渣入口51、焙燒鈣料出口52、燃氣入口53。干燥裝置的干電石渣出口42連接焙燒裝置的干電石渣入口51,干燥裝置4產(chǎn)生的干電石渣由干電石渣入口51進入焙燒裝置5。電石爐的尾氣出口23連接焙燒裝置的燃氣入口53,電石爐的尾氣主要成分為co,尾氣作為焙燒裝置5的燃料,為干電石渣的焙燒提供熱量,充分利用尾氣的顯熱和化學熱,提高系統(tǒng)的能量自給率。焙燒裝置5內(nèi)的溫度在1000~1200℃,可保證干電石渣充分反應,獲得焙燒鈣料。本實施例所選用的焙燒裝置5為石灰窯。

      混合裝置6用于將焙燒鈣料、新鮮鈣料和煤粉混合,所得混合物料作為生產(chǎn)電石的原料。本發(fā)明實施例中的新鮮鈣料是指氧化鈣?;旌涎b置6設有物料入口61和物料出口,焙燒裝置的焙燒鈣料出口52連接混合裝置的物料入口61,混合裝置的物料出口連接熱解爐的進料口11。焙燒裝置5產(chǎn)生的焙燒鈣料由物料入口61進入混合裝置6。本實施中的混合裝置6可選用攪拌裝置,用于焙燒鈣料、新鮮鈣料和煤粉的混合。

      本實施例的系統(tǒng)還包括成型單元(圖中未示出),成型單元具有入料口和出料口,成型單元的入料口與混合裝置的物料出口相連,成型單元的出料口與所述熱解爐的進料口相連。所述成型單元可以是例如壓球裝置,以將混合物料造球,球型物料更有利于電石的生產(chǎn)。

      本實施例的系統(tǒng)還包括鈣料檢測裝置,用于檢測分析焙燒鈣料中的氧化鈣的含量。生產(chǎn)電石的鈣料中,焙燒鈣料的摻混比例不宜過高,因為存在灰分累積的問題,多次重復利用之后的電石渣的灰分含量過高,會影響電石產(chǎn)品的質(zhì)量。焙燒裝置5生產(chǎn)出的每批次的焙燒鈣料,都需進行檢測,確保其中氧化鈣含量在80%以上,否則棄用。

      如圖2所示,另一方面,本實施例供一種利用上述系統(tǒng)進行高溫熱解氣回收利用的方法,包括以下步驟:

      1、將原料在熱解爐中熱解,熱解溫度為500-900℃,熱解時間為1-2h,獲得固體產(chǎn)物和高溫熱解氣。

      2、將固體產(chǎn)物送入電石爐,加熱至2100~2250℃,生成電石和尾氣,加熱時間為40min-50min。

      3、將電石送入乙炔發(fā)生裝置,與水發(fā)生反應,生成乙炔和電石渣。

      4、將電石渣送入干燥裝置,將高溫熱解氣通入干燥裝置,對電石渣進行干燥,獲得干電石渣和低溫熱解氣;通過氣流閥調(diào)節(jié)干燥裝置的高溫熱解氣的進氣量,高溫熱解氣對電石渣干燥的時間控制在30-60min,以使電石渣充分干燥,干燥后的電石渣溫度在110~130℃之間,從干燥裝置中排出的熱解氣溫度在200-400℃。

      5、將尾氣作為燃料送入焙燒裝置燃燒,將干電石渣送入焙燒裝置,加熱發(fā)生反應,獲得含氧化鈣的焙燒鈣料,焙燒裝置內(nèi)的溫度1000~1200℃,焙燒時間0.5~1小時。

      6、將焙燒鈣料送入混合裝置,與新鮮鈣料和煤粉混合,獲得步驟1中的原料,其中,焙燒鈣料、新鮮鈣料與煤粉的質(zhì)量比為:(0.5-0.6):(0.5-0.4):0.9。

      在步驟6之前,需對焙燒鈣料進行檢測,保證進入混合裝置的焙燒鈣料中氧化鈣的質(zhì)量百分數(shù)≥80%。

      優(yōu)選的,步驟6具體為:焙燒鈣料、新鮮鈣料和煤粉在混合裝置中混合之后得到混合物料,將混合物料送入成型單元例如壓球裝置,獲得成型物料例如型球,作為步驟1中的所述原料。

      實施例1

      1、將原料在熱解爐中熱解,熱解溫度為900℃,熱解時間為1h,獲得固體產(chǎn)物和高溫熱解氣。

      2、將固體產(chǎn)物送入電石爐,加熱至2250℃,生成電石和尾氣,加熱時間為40min。

      3、將電石送入乙炔發(fā)生裝置,與水發(fā)生反應,生成乙炔和電石渣。

      4、將電石渣送入干燥裝置,將高溫熱解氣通入干燥裝置,對電石渣進行干燥,獲得干電石渣和低溫熱解氣;通過氣流閥調(diào)節(jié)干燥裝置的高溫熱解氣的進氣量,高溫熱解氣對電石渣干燥的時間控制在60min,以使電石渣充分干燥,干燥后的電石渣溫度在110℃,從干燥裝置中排出的熱解氣溫度在200℃。

      5、將尾氣作為燃料送入焙燒裝置燃燒,將干電石渣送入焙燒裝置,加熱發(fā)生反應,獲得含氧化鈣的焙燒鈣料,焙燒裝置內(nèi)的溫度1000℃,焙燒時間1小時。

      6、對焙燒鈣料進行檢測,保證進入混合裝置的焙燒鈣料中氧化鈣的質(zhì)量百分數(shù)≥80%;將焙燒鈣料送入混合裝置,與新鮮鈣料和煤粉混合,獲得步驟1中的原料,其中,焙燒鈣料、新鮮鈣料與煤粉的質(zhì)量比為:0.6:0.5:0.9。

      進一步的步驟6具體為:焙燒鈣料、新鮮料和煤粉在混合裝置中混合之后得到混合物料,將混合物料送入壓球裝置,獲得型球,作為步驟1中的所述原料。

      實施例2

      1、將原料在熱解爐中熱解,熱解溫度為600℃,熱解時間為1.5h,獲得固體產(chǎn)物和高溫熱解氣。

      2、將固體產(chǎn)物送入電石爐,加熱至2200℃,生成電石和尾氣,加熱時間為45min。

      3、將電石送入乙炔發(fā)生裝置,與水發(fā)生反應,生成乙炔和電石渣。

      4、將電石渣送入干燥裝置,將高溫熱解氣通入干燥裝置,對電石渣進行干燥,獲得干電石渣和低溫熱解氣;通過氣流閥調(diào)節(jié)干燥裝置的高溫熱解氣的進氣量,高溫熱解氣對電石渣干燥的時間控制在50min,以使電石渣充分干燥,干燥后的電石渣溫度在120℃,從干燥裝置中排出的熱解氣溫度在300℃。

      5、將尾氣作為燃料送入焙燒裝置燃燒,將干電石渣送入焙燒裝置,加熱發(fā)生反應,獲得含氧化鈣的焙燒鈣料,焙燒裝置內(nèi)的溫度1100℃,焙燒時間0.8小時。

      6、對焙燒鈣料進行檢測,保證進入混合裝置的焙燒鈣料中氧化鈣的質(zhì)量百分數(shù)≥80%;將焙燒鈣料送入混合裝置,與新鮮鈣料和煤粉混合,獲得步驟1中的原料,其中,焙燒鈣料、新鮮鈣料與煤粉的質(zhì)量比為:0.5:0.4:0.9。

      進一步的步驟6具體為:焙燒鈣料、新鮮料和煤粉在混合裝置中混合之后得到混合物料,將混合物料送入壓球裝置,獲得型球,作為步驟1中的所述原料。

      實施例3

      1、將原料在熱解爐中熱解,熱解溫度為500℃,熱解時間為2h,獲得固體產(chǎn)物和高溫熱解氣。

      2、將固體產(chǎn)物送入電石爐,加熱至2100℃,生成電石和尾氣,加熱時間為50min。

      3、將電石送入乙炔發(fā)生裝置,與水發(fā)生反應,生成乙炔和電石渣。

      4、將電石渣送入干燥裝置,將高溫熱解氣通入干燥裝置,對電石渣進行干燥,獲得干電石渣和低溫熱解氣;通過氣流閥調(diào)節(jié)干燥裝置的高溫熱解氣的進氣量,高溫熱解氣對電石渣干燥的時間控制在30min,以使電石渣充分干燥,干燥后的電石渣溫度在130℃,從干燥裝置中排出的熱解氣溫度在400℃。

      5、將尾氣作為燃料送入焙燒裝置燃燒,將干電石渣送入焙燒裝置,加熱發(fā)生反應,獲得含氧化鈣的焙燒鈣料,焙燒裝置內(nèi)的溫度1200℃,焙燒時間0.5小時。

      6、對焙燒鈣料進行檢測,保證進入混合裝置的焙燒鈣料中氧化鈣的質(zhì)量百分數(shù)≥80%;將焙燒鈣料送入混合裝置,與新鮮鈣料和煤粉混合,獲得步驟1中的原料,其中,焙燒鈣料、新鮮鈣料與煤粉的質(zhì)量比為:0.6:0.4:0.9。

      進一步的步驟6具體為:焙燒鈣料、新鮮料和煤粉在混合裝置中混合之后得到混合物料,將混合物料送入壓塊機,獲得塊狀物料,作為步驟1中的所述原料。

      需要說明的是,以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍,本領域的普通技術人員應當理解,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換,均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外,除上下文另有所指外,以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復數(shù)形式,反之亦然。另外,除非特別說明,那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。

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