一種粉煤制備乙烯的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種以粉煤為原料制取乙烯的系統(tǒng)，屬于煤化工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]乙烯是石油化學(xué)工業(yè)的一種主要原料，目前制備工藝主要是石腦油的裂解制烯烴和煤制烯烴。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。煤烯烴工藝主要由煤氣化制合成氣、合成氣制取甲醇、甲醇制烯烴組成。但是該工藝技術(shù)流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、投資大，碳排放量高、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。本發(fā)明提供一種利用電石法制備乙炔進(jìn)而加氫反應(yīng)得到乙烯，不同于煤制烯烴過(guò)程，電石制乙烯過(guò)程流程短、投資小、碳排放量低，尤其是乙炔選擇性加氫過(guò)程不需要水為反應(yīng)原料，水作為反應(yīng)器冷卻和升溫介質(zhì)，可分別循環(huán)使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種以粉煤為原料制備乙烯的系統(tǒng)，利用其制備乙烯可減少工藝能耗，擴(kuò)大氫源來(lái)源，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的回收利用，不僅有助于減少環(huán)境污染，而且降低乙烯生產(chǎn)成本，大大提高經(jīng)濟(jì)效益，更適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種以粉煤為原料制備乙烯方法的系統(tǒng)，包括熱解提質(zhì)及冶煉生產(chǎn)電石單元、變壓吸附提氫單元、C0變換脫碳制氫單元、乙炔發(fā)生單元、乙炔加氫反應(yīng)單元；
[0006]其中，所述熱解提質(zhì)及冶煉生產(chǎn)電石單元為轉(zhuǎn)底電石爐，其包括熱解爐腔、與熱解爐腔直接相連通的冶煉爐腔及多個(gè)輻射管燃燒器；其中，所述多個(gè)所述輻射管燃燒器設(shè)置于所述熱解爐腔處的外周墻的內(nèi)壁上且位于轉(zhuǎn)底電石爐料板的上方；
[0007]所述熱解爐腔的煤氣出口與變壓吸附提氫單元的進(jìn)氣口管道連接，所述冶煉爐腔的尾氣出口與C0變換脫碳制氫單元的進(jìn)氣口管道連接；所述轉(zhuǎn)底電石爐的出料口與乙炔發(fā)生單元的進(jìn)料口管道連接；
[0008]所述變壓吸附提氫單元的出氣口與所述C0變換脫碳制氫單元的出氣口經(jīng)管道合并后與乙炔加氫反應(yīng)單元的氫氣進(jìn)口管道連接；
[0009]所述乙炔發(fā)生單元的乙炔氣體出口與乙炔加氫反應(yīng)單元的乙炔進(jìn)口管道連接；
[0010]所述系統(tǒng)還包括一深冷分離單元，其通過(guò)管道與乙炔加氫反應(yīng)單元的氣體產(chǎn)物出口相連接。
[0011]本實(shí)用新型通過(guò)轉(zhuǎn)底電石爐將粉煤熱解工序與電石冶煉工序組合在一起，使反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量得以梯級(jí)充分利用，提高了工藝整體熱效率，并降低能耗；同時(shí)，充分利用了熱解氣體產(chǎn)物變壓吸附得到的氫氣和電石爐尾氣變換后得到的氫氣作為乙炔加氫反應(yīng)的氫源，并通過(guò)控制原料粉煤和生石灰粉料的配比，保證了所得氫氣與電石法生產(chǎn)的乙炔的體積比，完全無(wú)需外供氫氣。
[0012]為了充分利用制備過(guò)程中的廢棄物，本實(shí)用新型所述系統(tǒng)還包括電石渣碳化單元，其分別與乙炔發(fā)生單元的電石渣出口及C0變換脫碳制氫單元的C02出口連接；電石冶煉尾氣變換后的另一產(chǎn)物0)2與固廢物電石渣反應(yīng)生成納米碳酸鈣，不僅有助于減少環(huán)境污染，而且可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0013]本實(shí)用新型所述系統(tǒng)中，所述熱解爐腔內(nèi)部還設(shè)有油氣回收裝置，用于回收熱解產(chǎn)生的煤氣和煤焦油。
[0014]本實(shí)用新型所述系統(tǒng)中，所述變壓吸附提氫單元包括順次連接的激冷裝置、氣液分離器、初冷器、電捕焦油器、洗苯塔和變壓吸附系統(tǒng)，其中，變壓吸附系統(tǒng)由2-6臺(tái)并聯(lián)的吸附器構(gòu)成，每臺(tái)吸附器內(nèi)裝填有吸附材料；各吸附器定時(shí)切換，交替吸附和再生，使熱解氣體產(chǎn)物不斷輸入，產(chǎn)品氫氣不斷輸出。
[0015]本實(shí)用新型所述系統(tǒng)中，所述C0變換脫碳制氫單元包括電石冶煉尾氣凈化裝置、C0變換裝置、脫碳裝置；其中，所述電石冶煉尾氣凈化裝置包括順序連接的吸附過(guò)濾器、氧化鐵脫硫槽、離心式壓縮機(jī)、升溫爐、預(yù)鐵鉬加氫反應(yīng)器、一級(jí)鐵鉬加氫反應(yīng)器、一級(jí)氧化鋅脫硫槽、鎳鈷鉬加氫反應(yīng)器和二級(jí)氧化鋅脫硫槽；所述脫碳裝置包括脫碳塔和再生塔，所述二級(jí)氧化鋅脫硫槽通過(guò)管道連接所述脫碳塔的底部，所述脫碳塔頂部設(shè)置有醇胺溶液進(jìn)口，脫碳塔底部設(shè)置有醇胺溶液出口，所述醇胺溶液出口通過(guò)管路連接再生塔，再生塔的醇胺溶液出口與脫碳塔的醇胺溶液進(jìn)口相連，再生塔頂部設(shè)置的0)2出口連接所述電石渣碳化單元。
[0016]本實(shí)用新型所述系統(tǒng)中，所述乙炔發(fā)生單元包括乙炔發(fā)生器、清凈塔、堿中和塔以及冷凝干燥裝置；其中，乙炔發(fā)生器底部設(shè)置有出氣口，其通過(guò)管路順次連接有清凈塔、堿中和塔、冷凝干燥裝置，所述冷凝干燥裝置的乙炔氣體出口通過(guò)管路連接乙烯制備單元。優(yōu)選地，所述乙炔發(fā)生器內(nèi)設(shè)有雙層篩板，上層篩板的板條的間距為300mm，下層篩板的板條的間距為80mm。
[0017]本實(shí)用新型所述系統(tǒng)中，所述乙炔加氫反應(yīng)單元原則上可選擇本領(lǐng)域技術(shù)人員所掌握的可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型所述效果的反應(yīng)器；在本實(shí)用新型中優(yōu)選漿態(tài)床反應(yīng)器；所述漿態(tài)床反應(yīng)器設(shè)置有乙炔進(jìn)口、氫氣進(jìn)口、氣體產(chǎn)物出口；其中，漿態(tài)床反應(yīng)器的乙炔進(jìn)口與乙炔發(fā)生單元相連，漿態(tài)床反應(yīng)器的氫氣進(jìn)口與氫氣合并管道相連，漿態(tài)床反應(yīng)器的氣體產(chǎn)物出口與深冷分離單元相連。其中，所述漿態(tài)床反應(yīng)器為有夾套的反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)的頂部設(shè)有氣液分離器、反應(yīng)器底部設(shè)有氣體分布器、指形管換熱器位于氣體分布器上方，冷凝器介于氣液分離器和指形管換熱器之間。
[0018]本實(shí)用新型所述系統(tǒng)中，所述深冷分離單元包括依次連接的閃蒸裝置、脫乙烷塔、乙烯精餾塔、脫丙烷塔、丙烯精餾塔、脫丁烷塔、反丁烯精餾塔。
[0019]利用本實(shí)用新型所述的系統(tǒng)制備乙烯，包括如下步驟:
[0020](1)熱解提質(zhì)及冶煉生產(chǎn)電石
[0021]將粉煤和生石灰粉料混合、成型，所得成型固體原料進(jìn)入轉(zhuǎn)底電石爐的熱解爐腔內(nèi)進(jìn)行熱解處理，得到固體產(chǎn)物和熱解氣體產(chǎn)物；所述固體產(chǎn)物直接進(jìn)入轉(zhuǎn)底電石爐的冶煉爐腔內(nèi)進(jìn)行冶煉處理，最終得到固態(tài)電石、電石冶煉尾氣；
[0022](2)變壓吸附提氫
[0023]熱解處理生成的熱解氣體產(chǎn)物凈化后經(jīng)變壓吸附得到氫氣；
[0024](3) C0變換、脫碳制氫
[0025]冶煉處理生成的電石冶煉尾氣中的C0與蒸汽發(fā)生C0變換反應(yīng)，所得產(chǎn)物經(jīng)脫碳、冷卻分離得到氫氣；
[0026](4)乙炔發(fā)生
[0027]步驟(1)所得固態(tài)電石與水進(jìn)行反應(yīng)得到乙炔及電石渣，乙炔經(jīng)冷卻、凈化、中和后送至乙炔加氫反應(yīng)工序；
[0028](5)乙炔加氫反應(yīng)
[0029]步驟(3)所得氫氣與步驟(2)所得氫氣合并，再與步驟(4)制得的乙炔以體積比3?10:1混合，在催化劑作用下發(fā)生乙炔選擇性加氫反應(yīng)；
[0030](6)深冷分離
[0031]采用壓縮和深度冷卻方法將乙炔加氫反應(yīng)所得產(chǎn)物進(jìn)行深冷分離得到產(chǎn)物乙烯。
[0032]采用上述方法可直接以粉煤為原料制備乙烯，降低原材料成本；同時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)底電石爐分別控制熱解爐腔和冶煉爐腔內(nèi)熱能分布、爐底轉(zhuǎn)速以及反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)能量合理高效的利用；而且可使熱解產(chǎn)物的顯熱得以充分利用，從而顯著降低電石冶煉過(guò)程中的能耗；而且通過(guò)變壓吸附提氫技術(shù)和C0變換反應(yīng)制氫技術(shù)將反應(yīng)中間產(chǎn)物得以充分利用，整個(gè)制乙烯過(guò)程中無(wú)外加氫源，有效降低生產(chǎn)成本。
[0033]其中，步驟(1)中，所述熱解處理?xiàng)l件為:熱解溫度為500?1000°C，熱解時(shí)間為15?60min ;所述冶煉處理?xiàng)l件為:冶煉溫度為1200?1380°C，冶煉時(shí)間為35?60min ;通過(guò)對(duì)熱解處理工藝條件的合理設(shè)置，脫除粉煤中部分硫、汞等有害元素，且熱解副產(chǎn)的熱解氣體產(chǎn)物經(jīng)PSA提氫得到的氫氣作為氫源之一，提氫后的熱解氣體產(chǎn)物作為熱解裝置的燃料，極大提高了整體工藝的經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)在焦炭冶煉電石過(guò)程中充分利用熱解焦炭的顯熱，其冶煉溫度相比常規(guī)冶煉工藝低800?1000°C，可見(jiàn)采用本實(shí)用新型所述熱解-冶煉工藝顯著提高工藝整體熱效率，降低能耗30%以上。
[0034]其中，步驟⑴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；所述粉煤經(jīng)破碎和篩分至1_，之后磨至30 μ m以下；所述生石灰粉料為經(jīng)過(guò)破碎和篩分至1_、再磨至30 μ m以下的粉末狀生石灰。
[0035]其中，步驟(1)中，所述粉煤和生石灰粉料按照固定碳與氧化鈣的摩爾比為(2.6-2.8):1進(jìn)行混合。
[0036]其中，步驟(2)中，所得氫氣純度彡99.99% ;提氫后的熱解氣體產(chǎn)物回收作為熱解裝置的燃料。
[0037]其中，步驟(3)中，所述凈化后的電石冶煉尾氣中總硫脫至0.02ppm