[发明专利]热等离子体裂解煤制乙炔的系统以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及乙炔生产技术领域，具体而言，涉及一种热等离子体裂解煤制乙炔的系统以及方法。

背景技术

相关技术中，对热等离子体裂解煤制乙炔工艺的研究，主要从乙炔收率角度出发，乙炔收率及比能耗是衡量热等离子体裂解制乙炔可行性的重要指标，而反应器结构又对乙炔收率及比能耗有显著影响。纵观所有等离子体煤制乙炔反应器，热等离子体煤制乙炔过程中，仅裂解煤中挥发分转化为乙炔，乙炔收率仅有20％-40％，原煤转化率低，占有50％以上的固体半焦没有参与反应，通过急冷后排出反应器。此部分固体半焦在煤制乙炔过程中没有转化利用，直接急冷后排出反应器，不仅能源转化效率低，而且带出的高温显热通过急冷过程没有在工艺过程中利用，系统能量利用率大大降低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种提高原煤转化率以及乙炔收率的热等离子体裂解煤制乙炔的系统。

本发明还提出了一种利用该系统煤制裂解乙炔的方法。

根据本发明第一方面实施例的热等离子体裂解煤制乙炔的系统，包括：煤裂解单元，所述煤裂解单元具有煤进口、氢气进口以及第一混合物出口，所述煤裂解单元上设有用于向所述煤裂解单元内发射等离子体的等离子体发生器；碳化钙合成单元，所述碳化钙合成单元具有第一混合物进口、氧化钙进口以及第二混合物出口，所述第一混合物进口与所述第一混合物出口相连；冷却水解单元，所述冷却水解单元具有第二混合物进口、冷却水进口以及第三混合物出口，所述第二混合物进口与所述第二混合物出口相连；以及气-固液分离单元，所述气-固液分离单元具有第三混合物进口、混合气体出口以及固液混合物出口，所述第三混合物出口与所述第三混合物进口相连。

根据本发明实施例的热等离子体裂解煤制乙炔的系统，能够提高原煤转化率以及乙炔收率。

根据本发明的一些实施例，还包括：原煤破碎单元，所述原煤破碎单元具有原煤进口以及超细煤粉出口；以及煤粉干燥单元，所述煤粉干燥单元具有超细煤粉进口以及干 燥煤粉出口，所述超细煤粉进口与所述超细煤粉出口相连，所述干燥煤粉出口与所述煤进口相连。

根据本发明的一些实施例，还包括：储氢单元，所述储氢单元用于向所述氢气进口通入氢气；气体净化分离单元，所述气体净化分离单元具有混合气体进口、氢气出口、以及燃气出口，所述混合气体进口与所述混合气体出口相连，所述氢气出口与所述储氢单元相连。

优选地，所述煤裂解单元还具有第一载气进口，所述碳化钙合成单元还具有第二载气进口，所述气体净化分离单元具有载气出口，所述载气出口与所述第一载气进口、所述第二载气进口相连。

根据本发明的一些实施例，还包括：氧化钙破碎单元，所述氧化钙破碎单元具有氧化钙原料进口和超细氧化钙粉出口，所述超细氧化钙粉出口与所述氧化钙进口相连。

根据本发明的一些实施例，还包括：固液分离单元，所述固液分离单元具有固液混合物进口、排水口以及电石渣出口，所述固液混合物进口与所述固液混合物出口相连，所述排水口与所述冷却水进口相连。

根据本发明第二方面实施例的利用上述系统裂解煤制乙炔的方法，包括：S100：将煤、氢气供给至所述煤裂解单元，所述煤粉与氢气在等离子发生器发射的等离子体的作用下反应，以便得到含有半焦和乙炔的第一混合物；S200：将含有半焦、乙炔的第一混合物与氧化钙供给至所述碳化钙合成单元，以便得到含有碳化钙、一氧化碳以及乙炔的第二混合物；S300：将含有碳化钙、一氧化碳、乙炔的第二混合物与冷却水供给至所述冷却水解单元，以便得到含有电石渣、水以及乙炔的第三混合物；S400：将含有电石渣、水、乙炔的第三混合物供给至所述气-固液分离单元，以便得到含有氢气、一氧化碳、乙炔的混合气体与含有电石渣和水的固液混合物。

根据本发明的一些实施例，还包括：S500：将原煤供给至原煤破碎单元中，以便得到超细煤粉；S600：将所述超细煤粉供给至煤粉干燥单元，以便得到干燥煤粉，并将所述干燥煤粉通过所述煤进口供给至所述煤裂解单元中。

优选地，所述干燥煤粉的粒度小于200μm。

优选地，所述干燥煤粉的质量含水率小于2％。

优选地，所述干燥煤粉在所述煤进口处的流速为40m/s-80m/s。

根据本发明的一些实施例，所述碳化钙合成单元的反应温度为1970K-2730K。

根据本发明的一些实施例，所述煤裂解单元的反应温度为3000K-8000K。

根据本发明的一些实施例，所述冷却水解单元的反应温度小于80℃。