一種利用粉煤制取乙烯的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤化工領(lǐng)域，具體涉及一種用粉煤制取乙烯的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]乙烯是石油化學(xué)工業(yè)的一種主要原料，巨大的需求量進(jìn)一步鞏固了其重要性。2015-2020年世界乙烯產(chǎn)能增速將提高至4.1%左右，需求增速則提高到4.0%，需求和產(chǎn)能增速相當(dāng)，裝置開(kāi)工率相當(dāng)。2015年國(guó)內(nèi)乙烯總產(chǎn)能將達(dá)到2200萬(wàn)t/a左右，2020年國(guó)內(nèi)乙烯產(chǎn)能進(jìn)一步增加到3250萬(wàn)t/a，預(yù)計(jì)到2020年國(guó)內(nèi)乙烯消費(fèi)量為4800萬(wàn)噸，需求大于產(chǎn)能，這對(duì)于石油儲(chǔ)備并不豐富的我國(guó)來(lái)說(shuō)形成了嚴(yán)重的戰(zhàn)略威脅。因此，尋求另一種新的來(lái)源和工藝方法制備大宗基礎(chǔ)有機(jī)化工原料-乙烯，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域替代石油作為原料，能夠很大程度上緩解我國(guó)對(duì)于石油的依賴性。國(guó)內(nèi)外正積極開(kāi)發(fā)原料來(lái)源更豐富的乙烯生產(chǎn)路線，其中煤基或天然氣基的合成氣生產(chǎn)甲醇或二甲醚生產(chǎn)以乙烯和丙烯為主的低碳烯烴工藝，但是上述工藝技術(shù)流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、投資大，尤其是對(duì)于水的需求大導(dǎo)致在缺水的區(qū)域無(wú)法進(jìn)行。
[0003]我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，低階煤占我國(guó)已探明儲(chǔ)量的55%，其中褐煤占總量的13%，長(zhǎng)焰煤、弱黏煤、不黏煤等低變質(zhì)煙煤占總量的42%。低階煤具有碳含量低，水分高，揮發(fā)分高，易粉化自燃，浸水、落下強(qiáng)度差等特點(diǎn)，不適宜遠(yuǎn)距離輸送，限制了低階煤的直接利用，制約了其液化、氣化和干餾等轉(zhuǎn)化利用。若將低階煤熱解提質(zhì)后可得到優(yōu)質(zhì)的半焦、煤焦油和煤氣等多種煤基產(chǎn)品，提高了低階煤的可靠性和利用率，具有工藝簡(jiǎn)單，建設(shè)投資少，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品可綜合利用等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種利用粉煤制乙烯的工藝，該工藝以廉價(jià)的粉煤為制電石的碳素原料，以粉煤熱解提質(zhì)中熱解氣經(jīng)變壓吸附(PSA)得到的氫氣和電石爐尾氣經(jīng)變換產(chǎn)生的氫氣作為乙炔加氫制乙烯的氫源，電石爐尾氣經(jīng)變換反應(yīng)產(chǎn)生的CO2與電石渣發(fā)生碳化學(xué)反應(yīng)，制成納米碳酸鈣。
[0005]本發(fā)明還提出一種利用粉煤制取乙烯的系統(tǒng)。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案為:
[0007]一種利用粉煤制取乙烯的方法，包括步驟:
[0008]I)熱解提質(zhì)
[0009]將粉煤和生石灰粉料充分混合、成型，將得到的成型固體原料進(jìn)行熱解處理，得到熱解氣體產(chǎn)物和熱解固體產(chǎn)物；
[0010]2)變壓吸附提氫
[0011]所述熱解氣體產(chǎn)物經(jīng)氣液分離得到焦油，氣相經(jīng)變壓吸附獲得氫氣；
[0012]3)冶煉生產(chǎn)電石
[0013]將經(jīng)過(guò)熱解后的熱解固體產(chǎn)物直接熱送至電石爐，使熱解固體產(chǎn)物在電石爐中進(jìn)行冶煉處理，獲得液態(tài)電石；
[0014]電石爐中生成尾氣的反應(yīng)為:
[0015]3C+CaO — CaC2+CO (I)
[0016]4) CO變換、脫碳制氫
[0017]電石爐尾氣中的CO與蒸汽經(jīng)過(guò)CO變換，CO變換后的產(chǎn)物經(jīng)脫碳、冷卻分離后得到氫氣；
[0018]CO變換產(chǎn)生0)2的反應(yīng)為:
[0019]CCHH2O — C02+H2 (2)
[0020]5)乙炔發(fā)生
[0021]冷卻步驟3)所得液態(tài)電石，冷卻后的電石與水進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生乙炔氣，并排出電石渣，反應(yīng)生成的乙炔氣送入乙炔加氫反應(yīng)工序；
[0022]6)乙炔加氫反應(yīng)
[0023]粉煤的熱解氣體產(chǎn)物經(jīng)步驟2)變壓吸附提氫后的氫氣與步驟3)電石爐尾氣經(jīng)CO變換后產(chǎn)生的氫氣混合，再與乙炔以3?10:1的體積比例混合進(jìn)入乙炔加氫反應(yīng)工序的漿態(tài)床反應(yīng)器，進(jìn)行乙炔選擇性催化加氫反應(yīng)；
[0024]7)深冷分離
[0025]對(duì)乙炔加氫反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行深冷分離，采用壓縮和深度冷卻方法進(jìn)行分離得到產(chǎn)物乙烯。
[0026]其中，所述粉煤為低階粉煤，選自長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、貧煤、瘦煤中的一種或多種，經(jīng)破碎和篩分至3?5_，之后磨至150 μ m以下，所述生石灰粉料為經(jīng)過(guò)破碎和篩分至3?5mm、再磨至150 μm以下的粉末狀生石灰。
[0027]其中，步驟I)中粉煤和生石灰粉料按照質(zhì)量比(1-1.2):1進(jìn)行混合。
[0028]步驟I)中，成型固體原料送在800?900°C的熱解過(guò)程中，粉煤與生石灰通過(guò)熱解處理，脫除了粉煤中的部分硫和汞等有害元素，而且熱解過(guò)程中能副產(chǎn)大量的焦油和熱解煤氣。熱解煤氣經(jīng)PSA提氫后用于乙炔加氫反應(yīng)，提氫后的熱解煤氣作為熱解裝置的燃料，極大提高了整體工藝的經(jīng)濟(jì)性；熱解后的?800°C原料棒經(jīng)過(guò)與電石爐連接的導(dǎo)管直接熱送至電石爐內(nèi)，充分利用熱解的原料棒的顯熱，提高工藝整體熱效率，并降低電石爐電耗。
[0029]步驟2)中，每個(gè)吸附器內(nèi)裝填有吸附材料，其中一臺(tái)吸附器通過(guò)熱解煤氣時(shí)，熱解煤氣中的雜質(zhì)組分被吸附劑吸附而獲得高純度的氫氣，氫氣純度多99.99%，同時(shí)其它吸附器處于吸附床再生的不同階段，各臺(tái)吸附器定時(shí)切換，交替吸附和再生，使熱解煤氣不斷輸入，產(chǎn)品氫氣不斷輸出。
[0030]其中，步驟I)中的熱解溫度是800?900°C。步驟3)中將經(jīng)過(guò)熱解后熱解固體產(chǎn)物溫度為600?800°C，步驟3)所述電石爐中的冶煉溫度是1600?2000°C。
[0031]其中，步驟2)中變壓吸附提氫后的氣相殘余作為燃料為熱解處理提供熱量。
[0032]其中，步驟4)中，電石爐尾氣首先經(jīng)過(guò)凈化，再與蒸汽混合，所述電石爐尾氣與蒸汽混合的體積比為(1.2?3): 1，在240?300°C溫度下發(fā)生CO變換反應(yīng)，所述凈化包括:電石爐尾氣被壓縮到后通過(guò)過(guò)濾器和脫硫槽，除去電石爐尾氣中的萘、焦油類雜質(zhì)，并將總硫脫至0.02ppm ;脫碳后所述氫氣中二氧化碳含量低于lOppm。
[0033]其中，步驟5)中，將所述電石破碎為粒度80?350mm，(可控制小于80mm的電石不超過(guò)總質(zhì)量的5% )，送入乙炔發(fā)生器與水進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)生成的乙炔氣經(jīng)冷卻、凈化脫除乙炔氣中磷化氫，硫化氫后，再除去乙炔氣中的酸霧，凈化后的乙炔氣中氣中磷化氫含量低于0.lppm、硫化氫含量低于0.lppm、砷化氫含量低于0.1ppm和水的含量低于80ppm。
[0034]其中，所述步驟4)中脫碳塔內(nèi)醇胺溶液為MDEA、二異丙醇胺(DIPA)、MDEA、MEA的混合物、加入烷基醇胺和硼酸鹽的碳酸鉀溶液或是環(huán)丁砜與二異丙醇胺的混合物中的一種或多種。
[0035]進(jìn)一步地，所述步驟4)中脫碳塔內(nèi)醇胺溶液反應(yīng)后，從脫碳塔底部進(jìn)入再生塔在105?110°C進(jìn)行再生，再生后的醇胺溶液經(jīng)換熱、冷卻后進(jìn)入脫碳塔內(nèi)循環(huán)使用。
[0036]進(jìn)一步地，步驟5)產(chǎn)生的電石渣用水洗滌，再使渣、水分離，分離后的電石渣與電石爐尾氣變換產(chǎn)生的CO2碳化反應(yīng)生成碳酸鈣，碳酸鈣經(jīng)表面改性、脫水、干燥后得到50?10nm的紡錘狀的納米碳酸鈣。
[0037]所述步驟5)中反應(yīng)生成的乙炔氣經(jīng)洗滌冷卻后進(jìn)入清凈塔用0.11%?0.12%次氯酸鈉溶液噴淋清洗，然后進(jìn)入堿中和塔，堿中和塔中噴淋10%?14%的NaOH溶液，然后乙炔氣被增壓和冷凝，送入乙炔加氫反應(yīng)工序。
[0038]其中，步驟5)產(chǎn)生的電石渣用水洗滌，然后用板框式壓濾機(jī)擠壓，使渣、水分離(分離后的水流回回水池中作為生產(chǎn)用水)，分離后的電石渣與電石爐尾氣變換產(chǎn)生的CO2反應(yīng)生成納米碳酸鈣