热等离子体裂解煤制乙炔的系统以及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种热等离子体裂解煤制乙炔的系统以及方法，所述系统包括：煤裂解单元，煤裂解单元具有煤进口、氢气进口以及第一混合物出口，煤裂解单元上设有用于向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，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，第一混合物进口与第一混合物出口相连；冷却水解单元，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，第二混合物进口与第二混合物出口相连；以及气‑固液分离单元，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，第三混合物出口与第三混合物进口相连。本发明专利技术的热等离子体裂解煤制乙炔的系统，能够提高原煤转化率和乙炔收率。

【技术实现步骤摘要】
热等离子体裂解煤制乙炔的系统以及方法
本专利技术涉及乙炔生产
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术还提出了一种利用该系统煤制裂解乙炔的方法。根据本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术的一些实施例，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。根据本专利技术的一些实施例，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。根据本专利技术的一些实施例，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。根据本专利技术的一些实施例，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。根据本专利技术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。根据本专利技术的一些实施例，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。根据本专利技术的一些实施例，所述碳化钙合成单元的反应温度为1970K-2730K。根据本专利技术的一些实施例，所述煤裂解单元的反应温度为3000K-8000K。根据本专利技术的一些实施例，所述冷却水解单元的反应温度小于80℃。根据本专利技术的一些实施例，在步骤S100中，通过第一载气进口将载气供给至所述煤裂解单元，在步骤S200中通过第二载气进口将载气供给至所述碳化钙合成单元。优选地，所述裂解煤制乙炔的方法还包括：S700：将含有氢气、载气、一氧化碳、乙炔的混合气体供给至气体净化分离单元，以便得到氢气、载气以及含有乙炔的燃气，并将分离得到的氢气通过氢气进口供给至所述煤裂解单元，将分离得到的载气通过所述第一载气进口供给至所述煤裂解单元、通过第二载气进口供给至所述碳化钙合成单元。根据本专利技术的一些实施例，还包括：S800：将氧化钙原料供给至所述氧化钙破碎单元中，以便得到超细氧化钙粉，并将所述超细氧化钙粉通过氧化钙进口供给至所述碳化钙合成单元。优选地，所述超细氧化钙粉的粒度小于200μm。优选地，所述超细氧化钙粉在所述氧化钙进口处的流速为10m/s-30m/s。优选地，所述原煤与所述氧化钙原料的质量比为0.8/1-1.4/1。根据本专利技术的一些实施例，还包括：S900：将所述含有电石渣和水的固液混合物供给至所述固液分离单元，以便分离得到电石渣和水，并将分离得到的水供给至所述冷却水解单元。附图说明图1是根据本专利技术实施例的热等离子体裂解煤制乙炔的系统的示意图。图2是根据本专利技术实施例的裂解煤制乙炔的方法的示意图。图3是根据本专利技术的一个具体实施例的热等离子体裂解煤制乙炔的工艺流程示意图。附图标记：热等离子体裂解煤制乙炔的系统1000，煤裂解单元100，煤进口101，氢气进口102，第一混合物出口103，等离子体发生器104，第一载气进口105，碳化钙合成单元200，第一混合物进口201，氧化钙进口202，第二混合物出口203，第二载气进口204，冷却水解单元300，第二混合物进口301，冷却水进口302，第三混合物出口303，气-固液分离单元400，第三混合物进口401，混合气体出口402，固液混合物出口403，固液分离单元500，固液混合物进口501，排水口502，电石渣出口503，原煤破碎单元600，原煤进口601，超细煤粉出口602，煤粉干燥单元700，超细煤粉进口701，干燥煤粉出口702，气体净化分离单元800，混合气体进口801，氢气出口802，燃气出口803，载气出口804，氧化钙破碎单元900，氧化钙原料进口901，超细氧化钙粉出口902，储氢单元900a。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照图1至图3详细描述根据本专利技术实施例的热等离子体裂解煤制乙炔的系统1000以及方法。如图1所示，根据本专利技术第一方面实施例的热等离子体裂解煤制乙炔的系统1000包括：煤裂解单元100、碳化钙合成单元200、冷却水解单元300以及气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热等离子体裂解煤制乙炔的系统，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种热等离子体裂解煤制乙炔的系统，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的热等离子体裂解煤制乙炔的系统，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的热等离子体裂解煤制乙炔的系统，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述的热等离子体裂解煤制乙炔的系统，其特征在于，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。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的热等离子体裂解煤制乙炔的系统，其特征在于，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。6.根据权利要求1-4中任一项所述的热等离子体裂解煤制乙炔的系统，其特征在于，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。7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的系统裂解煤制乙炔的方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭启海，丁力，肖磊，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