一种粉煤制备乙烯的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种以粉煤为原料制备乙烯的方法及系统。所述方法包括：热解提质及冶炼生产电石、变压吸附提氢、CO变换、脱碳制氢、乙炔发生、乙炔加氢反应、深冷分离。该方法具有减少工艺能耗，扩大氢源来源，副产物回收利用的特点，不仅有助于减少环境污染，而且降低乙烯生产成本，大大提高经济效益，能够更好地用于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤制备乙烯的方法及系统
本专利技术涉及一种以粉煤为原料制取乙烯的方法及系统，属于煤化工

技术介绍
乙烯是石油化学工业的一种主要原料，目前制备工艺主要是石脑油的裂解制烯烃和煤制烯烃。2015年国内乙烯总产能将达到2200万t/a左右，2020年国内乙烯产能进一步增加到3250万t/a，预计到2020年国内乙烯消费量为4800万吨，需求大于产能，这对于石油储备并不丰富的我国来说形成了严重的战略威胁。因此，寻求另一种新的来源和工艺方法制备大宗基础有机化工原料-乙烯，在工业生产领域替代石油作为原料，能够很大程度上缓解我国对于石油的依赖性。煤烯烃工艺主要由煤气化制合成气、合成气制取甲醇、甲醇制烯烃组成。但是该工艺技术流程长、工艺复杂、投资大，碳排放量高、尤其是对于水的需求大导致在缺水的区域无法进行。本专利技术提供一种利用电石法制备乙炔进而加氢反应得到乙烯，不同于煤制烯烃过程，电石制乙烯过程流程短、投资小、碳排放量低，尤其是乙炔选择性加氢过程不需要水为反应原料，水作为反应器冷却和升温介质，可分别循环使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以粉煤为原料制备乙烯的方法，其具有减少工艺能耗，扩大氢源来源，副产物回收利用的特点，不仅有助于减少环境污染，而且降低乙烯生产成本，大大提高经济效益，能够更好地用于大规模工业化生产。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种以粉煤为原料制备乙烯的方法，包括如下步骤：(1)热解提质及冶炼生产电石将粉煤和生石灰粉料混合、成型，所得成型固体原料进入转底电石炉的热解炉腔内进行热解处理，得到固体产物和热解气体产物；所述固体产物直接进入转底电石炉的冶炼炉腔内进行冶炼处理，最终得到固态电石、电石冶炼尾气；(2)变压吸附提氢热解处理生成的热解气体产物净化后经变压吸附得到氢气；(3)CO变换、脱碳制氢冶炼处理生成的电石冶炼尾气中的CO与蒸汽发生CO变换反应，所得产物经脱碳、冷却分离得到氢气；(4)乙炔发生步骤(1)所得固态电石与水进行反应得到乙炔及电石渣，乙炔经冷却、净化、中和后送至乙炔加氢反应工序；(5)乙炔加氢反应步骤(3)所得氢气与步骤(2)所得氢气合并，再与步骤(4)制得的乙炔以体积比3～10:1混合，在催化剂作用下发生乙炔选择性加氢反应；(6)深冷分离采用压缩和深度冷却方法将乙炔加氢反应所得产物进行深冷分离得到产物乙烯。采用上述方法可直接以粉煤为原料制备乙烯，降低原材料成本；同时，通过转底电石炉分别控制热解炉腔和冶炼炉腔内热能分布、炉底转速以及反应时间，实现能量合理高效的利用；而且可使热解产物的显热得以充分利用，从而显著降低电石冶炼过程中的能耗；而且通过变压吸附提氢技术和CO变换反应制氢技术将反应中间产物得以充分利用，整个制乙烯过程中无外加氢源，有效降低生产成本。本专利技术所述方法中，步骤(1)中，所述热解处理条件为：热解温度为500～1000℃，热解时间为15～60min；所述冶炼处理条件为：冶炼温度为1200～1380℃，冶炼时间为35～60min；通过对热解处理工艺条件的合理设置，脱除粉煤中部分硫、汞等有害元素，且热解副产的热解气体产物经PSA提氢得到的氢气作为氢源之一，提氢后的热解气体产物作为热解装置的燃料，极大提高了整体工艺的经济性；同时在焦炭冶炼电石过程中充分利用热解焦炭的显热，其冶炼温度相比常规冶炼工艺低800～1000℃，可见采用本专利技术所述热解-冶炼工艺显著提高工艺整体热效率，降低能耗30％以上。本专利技术所述方法中，步骤(1)中，所述粉煤为低阶粉煤，选自长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤、瘦煤中的一种或多种；所述粉煤经破碎和筛分至1mm，之后磨至30μm以下；所述生石灰粉料为经过破碎和筛分至1mm、再磨至30μm以下的粉末状生石灰。本专利技术所述方法中，步骤(1)中，所述粉煤和生石灰粉料按照固定碳与氧化钙的摩尔比为(2.6-2.8):1进行混合。本专利技术所述方法中，步骤(2)中，所得氢气纯度≥99.99％；提氢后的热解气体产物回收作为热解装置的燃料。本专利技术所述方法中，步骤(3)中，所述净化后的电石冶炼尾气中总硫脱至0.02ppm；所述脱碳的溶液选自MDEA(N-甲基二乙醇胺)、二异丙醇胺(DIPA)、MDEA和MEA(乙醇胺)的混合物、加入烷基醇胺和硼酸盐的碳酸钾溶液、环丁砜与二异丙醇胺的混合物；脱碳后所述氢气中二氧化碳含量低于10ppm。本专利技术所述方法中，步骤(4)中，将所述电石破碎至粒度为200～400mm，送入乙炔发生器中与水进行反应，生成的乙炔气经冷却、净化脱除其中的磷化氢、硫化氢，再经碱中和去除其中的酸雾。本专利技术所述方法中，步骤(5)中，所述加氢反应条件为：反应压力为0.2～1.5MPa，反应温度为140～220℃；所述催化剂采用20～100μm的钯为主活性组分、银和钌为助剂、三氧化二铝为载体的催化剂。本专利技术所述加氢反应可在能够实现本专利技术所述效果的本领域常规反应器中进行，在本专利技术中优选浆态床反应器或鼓泡床等反应器，本专利技术对此不作具体限定。本专利技术所述方法中，步骤(1)中，所述转底电石炉分为2个区域，即热解炉腔、与热解炉腔下部相连通的冶炼炉腔，同时还包括设置于所述热解炉腔外周墙内壁且在转底电石炉料板上方的多个辐射管燃烧器。为了充分利用制备过程中的废弃物，将步骤(3)产生的CO2通入步骤(4)得到的电石渣中进行碳化反应得到碳酸钙，再经表面改性、脱水、干燥得到50～100nm的纺锤状的纳米碳酸钙。本专利技术还提出一种实现上述以粉煤为原料制备乙烯方法的系统，包括热解提质及冶炼生产电石单元、变压吸附提氢单元、CO变换脱碳制氢单元、乙炔发生单元、乙炔加氢反应单元；其中，所述热解提质及冶炼生产电石单元为转底电石炉，其包括热解炉腔、与热解炉腔直接相连通的冶炼炉腔及多个辐射管燃烧器；其中，所述多个所述辐射管燃烧器设置于所述热解炉腔处的外周墙的内壁上且位于转底电石炉料板的上方；所述热解炉腔的煤气出口与变压吸附提氢单元的进气口管道连接，所述冶炼炉腔的尾气出口与CO变换脱碳制氢单元的进气口管道连接；所述转底电石炉的出料口与乙炔发生单元的进料口管道连接；所述变压吸附提氢单元的出气口与所述CO变换脱碳制氢单元的出气口经管道合并后与乙炔加氢反应单元的氢气进口管道连接；所述乙炔发生单元的乙炔气体出口与乙炔加氢反应单元的乙炔进口管道连接；所述系统还包括一深冷分离单元，其通过管道与乙炔加氢反应单元的气体产物出口相连接。为了充分利用制备过程中的废弃物，本专利技术所述系统还包括电石渣碳化单元，其分别与乙炔发生单元的电石渣出口及CO变换脱碳制氢单元的CO2出口连接。本专利技术所述系统中，所述热解炉腔内部还设有油气回收装置，用于回收热解产生的煤气和煤焦油。本专利技术所述系统中，所述变压吸附提氢单元包括顺次连接的激冷装置、气液分离器、初冷器、电捕焦油器、洗苯塔和变压吸附系统，其中，变压吸附系统由2-6台并联的吸附器构成，每台吸附器内装填有吸附材料；各吸附器定时切换，交替吸附和再生，使热解气体产物不断输入，产品氢气不断输出。本专利技术所述系统中，所述CO变换脱碳制氢单元包括电石冶炼尾气净化装置、CO变换装置、脱碳装置；其中，所述电石冶炼尾气净化装置包括顺序连接的吸附过滤器、氧化铁脱硫槽、离心式压缩机、升温炉、预铁钼加氢反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以粉煤为原料制备乙烯的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)热解提质及冶炼生产电石将粉煤和生石灰粉料混合、成型，所得成型固体原料进入转底电石炉的热解炉腔内进行热解处理，得到固体产物和热解气体产物；所述固体产物直接进入转底电石炉的冶炼炉腔内进行冶炼处理，最终得到固态电石、电石冶炼尾气；(2)变压吸附提氢热解处理生成的热解气体产物净化后经变压吸附得到氢气；(3)CO变换、脱碳制氢冶炼处理生成的电石冶炼尾气中的CO与蒸汽发生CO变换反应，所得产物经脱碳、冷却分离得到氢气；(4)乙炔发生步骤(1)所得固态电石与水进行反应得到乙炔及电石渣，乙炔经冷却、净化、中和后送至乙炔加氢反应工序；(5)乙炔加氢反应步骤(3)所得氢气与步骤(2)所得氢气合并，再与步骤(4)制得的乙炔以体积比3～10:1混合，在催化剂作用下发生乙炔选择性加氢反应；(6)深冷分离采用压缩和深度冷却方法将乙炔加氢反应所得产物进行深冷分离得到产物乙烯。

【技术特征摘要】
1.一种以粉煤为原料制备乙烯的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)热解提质及冶炼生产电石将粉煤和生石灰粉料按照固定碳与氧化钙的摩尔比为(2.6-2.8):1进行混合、成型，所得成型固体原料进入转底电石炉的热解炉腔内进行热解处理，热解温度为500～1000℃，热解时间为15～60min；得到固体产物和热解气体产物；所述固体产物直接进入转底电石炉的冶炼炉腔内进行冶炼处理，冶炼温度为1200～1380℃，冶炼时间为35～60min；最终得到固态电石、电石冶炼尾气；(2)变压吸附提氢热解处理生成的热解气体产物净化后经变压吸附得到氢气；所得氢气纯度≥99.99％；提氢后的热解气体产物回收作为热解装置的燃料；(3)CO变换、脱碳制氢冶炼处理生成的电石冶炼尾气中的CO与蒸汽发生CO变换反应，所得产物经脱碳、冷却分离得到氢气；脱碳后所述氢气中二氧化碳含量低于10ppm；(4)乙炔发生步骤(1)所得固态电石与水进行反应得到乙炔及电石渣，乙炔经冷却、净化、中和后送至乙炔加氢反应工序；(5)乙炔加氢反应步骤(3)所得氢气与步骤(2)所得氢气合并，再与步骤(4)制得的乙炔以体积比3～10:1混合，在催化剂作用下发生乙炔选择性加氢反应；(6)深冷分离采用压缩和深度冷却方法将乙炔加氢反应所得产物进行深冷分离得到产物乙烯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述粉煤为低阶粉煤，选自长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤、瘦煤中的一种或多种；所述粉煤经破碎和筛分至1mm，之后磨至30μm以下；所述生石灰粉料为经过破碎和筛分至1mm、再磨至30μm以下的粉末状生石灰。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，将所述电石破碎至粒度为200～400mm，送入乙炔发生器中与水进行反应，生成的乙炔气经冷却、净化脱除其中的磷化氢、硫化氢，再经碱中和去除其中的酸雾。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述催化剂采用钯为主活性组分、银和钌为助剂、三氧化二铝为...

【专利技术属性】
技术研发人员：车中山，史雪君，余海鹏，曹志成，吴道洪，
申请(专利权)人：北京神雾环境能源科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11