CN101817525A - 两段法粉状原料生产电石的工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

一种两段法粉状原料生产电石的工艺是将粉状含碳物料和粉状含钙物料与氧气燃烧，使竖炉内的炉料升温至1300℃以上，竖炉底部出来的热炉料进入电弧炉，在电极电弧热作用下，热炉料温度升至1700～2200℃，反应生成电石。竖炉内含有固体的气体从竖炉顶部炉气出口管经旋风除尘器分离，分离出的气体经二级除尘、余热回收、布袋除尘，使其含尘量降到1～5mg/Nm3以下，温度降至30～45℃，可作为燃料气或化工原料气回收利用。本发明具有粉状原料，能耗少，成本低，可连续生产，电石品位高的优点。

Description

两段法粉状原料生产电石的工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种电石的生产工艺及装置，具体涉及两段法粉状原料电石生产的工艺及装置。
背景技术
电石的主要成分为CaC2，是有机合成工业的重要原料，在化学工业中具有重要作用。生产电石的方法主要有电热法和氧热法，目前工业上生产电石全部采用电热法，该法发展历史已有110多年，近年来尽管采用了空心电极、密闭生产和自动控制等技术，但仍需消耗大量电能，一般电耗为3500～3800kWh/t电石，且综合能耗非常高，不利于节能和社会的可持续发展。
氧热法生产电石目前仍处于实验阶段，国内外关于氧热法电石生产有大量的文献报道，如：《电石生产加工与产品开发利用及污染》一书介绍了联邦德国第三大电石公司——巴登苯胺纯碱公司早在1939年就建成了氧热法半工业化生产电石装置，于1948年恢复生产，采用甲烷氧热解法，竖炉生产能力为日产电石70～100吨(含CaC280％)。日本专利昭61-178412公开了以竖炉全焦、纯氧或富氧氧热法实验室生产电石。国内专利CN1843907A《竖炉氧燃喷吹生产碳化钙的方法及装置》介绍了采用富氧空气预热、以焦炭为燃料、辅以喷吹煤粉和重油等的氧热法生产电石的方法及装置。
目前电热法和氧热法生产电石均采用固定床反应器，电热法只能使用3～40cm的块状原料，而氧热法对块度要求更高，以保障产物CO气体的排出，避免气流不畅导致“崩床″。然而，块状原料的反应面小、反应速率慢，在炉内的停留时间长、生产能力小，单位产品能耗很高。另外，块状原料在备料中的损失很大，一般约20％以上的原料由于粉碎粒度过小而不能使用[魏泽民，电石工业节能技术的研究，中国氯碱，1998]。因此，电石生产“高投入、高能耗”的关键原因是采用块状原料和单纯电弧供热的方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种能耗小、成本低的使用粉状原料生产电石的工艺及装置。
本发明的制备方法如下：
(1)、含碳原料和含钙原料先分别破碎、筛分到粒度小于8mm，烘干至水分＜4wt％，两种原料按比例配合；
(2)、经预热到900～1500℃的氧气从竖炉下部的氧气喷嘴喷入竖炉内，配合后的钙质原料和含碳原料从竖炉的原料入口进入竖炉，氧气与含碳原料燃烧反应使竖炉内的炉料升温至1300℃以上，竖炉底部出来的热炉料通过下料管，从电弧炉的热炉气口进入电弧炉，在电极电弧热作用下，热炉料温度升至1700～2200℃，反应生成电石，同时生成热炉气，热炉气从热炉气口排出，经下料管上升至竖炉，高温电石液体从电弧炉的底部排液口排出，并与氧气进行热交换，电石液体被冷却，生成电石产品，氧气被预热；
(3)、竖炉内含有固体的气体从竖炉顶部炉气出口管经旋风除尘器分离，分离出的固体经原料回流口返回至竖炉内，回收利用，分离出的气体经二级除尘、余热回收、布袋除尘，使其含尘量降到1～5mg/Nm3以下，温度降至30～45℃，可作为燃料气或化工原料气回收利用。
如上所述的含碳原料和含钙原料质量比为(1.3～3)∶1
如上所述含碳原料为灰份＜18％的煤、焦炭或二者的混合物，含钙原料为CaO含量＞48％的石灰石、CaO含量＞65％的电石渣、CaO含量＞65％的生石灰中的一种或几种。
为实现上述发明的目的，设计有两段法生产电石装置，它是由上段竖炉、下段电弧炉和旋风分离器组成，其特征在于竖炉为一圆筒式结构，外设保温层，竖炉下部有气体分布板，气体分布板之上有原料入口、原料回流口，气体分布板之下有氧气喷嘴，竖炉炉顶有炉气出口，与旋风除尘器相连，旋风除尘器经原料回流管与原料回流口连接，竖炉底部与下料管相通，下段电弧炉由炉壳、炉壁、炉体人孔、炉盖、电极、电极密封圈、炉缸、电石液排出口和热炉气口组成，炉壳上端是炉盖，炉壳底部是炉缸，炉壳内侧是炉壁，并且位于炉缸之上，左侧炉壁开有人孔，右侧炉壁底部开有电石液出口，炉盖上有电极密封圈、热炉气口，电极密封圈内放置电极，电极***至电弧炉内中部，下料管与热炉气口相通。
如上所述的竖炉高径比为4～8。
如上所述的电石液排放口采用刚玉砖砌筑，炉缸内衬或炉壁采用碳素砖砌筑。
如上所述的氧气喷嘴有3～10个。
本发明具有如下显著优点
1、与传统电石生产方法相比，本发明采用粉状原料，原料来源广、利用率高、反应速率快、反应温度低、生产能力大。
2、采用含碳原料部分燃烧供热与电弧供热的复合供热方式，电石产品纯度高，反应能耗低，电石生产成本低。
本发明电石生产新工艺，最大的特征是：先采用燃料氧化热源将反应物料升温至1300℃以上，再以电炉供热为主将电石反应和提纯维持在1700～2200℃，生成高品位电石。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明两段法生产电石装置示意图。
附图标注说明：
1-炉缸，2-炉体人孔，3-炉盖，4-热炉气口，5-下料管，6-气体分布板，7-原料入口，8-炉气出口，9-旋风除尘器，10-炉气管，11-原料回流管，12-原料回流口，13-氧气喷嘴，14-电极，15-电极密封圈，16-炉壳，17-炉壁，18-电石液排出口。
具体实施方式
试验装置为小型立式炉(供电负荷300KVA)。试验用原料为石灰石、生石灰、无烟煤、焦炭，石灰石CaO含量54.32％，生石灰干基CaO含量94％，无烟煤挥发份含量6.55％、灰份10.26％，焦炭挥发份含量1.55％。
实施例1
两段法生产电石装置由上段竖炉、下段电弧炉和旋风分离器9组成，竖炉为一圆筒式结构，外设保温层，竖炉下部有气体分布板6，气体分布板6之上有原料入口7、原料回流口12，气体分布板6之下有氧气喷嘴13，竖炉炉顶有炉气出口8与旋风除尘器9相连，旋风除尘器上的原料回流管11与原料回流口12连接，竖炉底部与下料管5相通，下段电弧炉由炉壳16、炉壁17、炉体人孔2、炉盖3、电极14、电极密封圈15、炉缸1、电石液排出口18和热炉气口4组成，炉壳16上端是炉盖3，炉壳16底部是炉缸1，炉壳内侧是炉壁17，并且位于炉缸1之上，左侧炉壁17开有人孔2，右侧炉壁17底部开有电石液出口18，炉盖3上有电极密封圈15、热炉气口8，电极密封圈15内放置电极14，电极14***至电弧炉内中部，下料管5与热炉气口4相通。其中竖炉高径比为8，电石液排放口18采用刚玉砖砌筑，炉缸1内衬和炉壁17采用碳素砖砌筑。氧气喷嘴有10，水平均匀布置。
(1)、将上述无烟煤、石灰石先分别破碎、筛分到粒度小于8mm，烘干至水分＜4wt％，按重量配比——无烟煤∶石灰石＝1.54∶1进行配合；
(2)、经预热到1000～1400℃的氧气按110.8Nm3/h的流量从竖炉下部的氧气喷嘴13喷入竖炉内，配合后的无烟煤、石灰石按照340kg/h的流量从竖炉的原料入口7连续进入竖炉，氧气与无烟煤燃烧反应使竖炉内的炉料升温至1300～1500℃，竖炉底部出来的热炉料通过下料管5，从电弧炉的热炉气口4进入电弧炉，在电极14电弧热作用下，热炉料温度升至1900～2100℃，反应生成电石，同时生成热炉气，热炉气从热炉气口4排出，经下料管5上升至竖炉，高温电石液体从电弧炉的底部排液口18排出，并与氧气进行热交换，电石液体被冷却，生成电石产品，氧气被预热，电石液每两小时排一次，每次排量约170kg；
(3)、竖炉内含有固体的气体从竖炉顶部炉气出口8管经旋风除尘器9分离，分离出的固体经原料回流管11，原料回流口12返回至竖炉内，回收利用，分离出的气体经二级除尘、余热回收、布袋除尘，使其含尘量降到1～5mg/Nm3以下，温度降至30～45℃，可作为燃料气或化工原料气回收利用。
所得电石产品的CaC2含量为80.6％，发气量为300L/kg。
实施例2
两段法生产电石装置的竖炉高径比为5.5，氧气喷嘴有6个。将上述无烟煤、生石灰先分别破碎、筛分到粒度小于8mm，烘干至水分＜4wt％，按重量配比——无烟煤∶生石灰＝1.72∶1进行配合后，按照210kg/h的流量连续送入立式炉内，上段竖炉排料温度控制在1300～1500℃，下段电弧炉电石液温度控制在1900～2100℃左右，喷吹纯氧64Nm3/h。每两小时排一次电石液，每次排量约170kg，将其冷却至常温，CaC2含量为80.6％，发气量为300L/kg。其余同实施例1。
实施例3
两段法生产电石装置的竖炉高径比为4，氧气喷嘴有3个。将上述焦炭、石灰石先分别破碎、筛分到粒度小于8mm，烘干至水分＜4wt％，按重量配比——焦炭∶石灰石＝1.47∶1进行配合后，按照330kg/h的流量连续送入立式炉内，上段竖炉排料温度控制在1300～1500℃，下段电弧炉电石液温度控制在1900～2100℃，喷吹纯氧110.8Nm3/h。每两小时排一次电石液，每次排量约170kg，将其冷却至常温，CaC2含量为80.6％，发气量为300L/kg。其余同实施例1。
实施例4
两段法生产电石装置的竖炉高径比为7，氧气喷嘴有8个。，将上述焦炭、生石灰先分别破碎、筛分到粒度小于8mm，烘干至水分＜4wt％，按重量配比——焦炭∶生石灰＝1.64∶1进行配合后，按照200kg/h的流量连续送入立式炉内，上段竖炉排料温度控制在1300～1500℃，下段电弧炉电石液温度控制在1900～2100℃，喷吹纯氧64Nm3/h。每两小时排一次电石液，每次排量约170kg，将其冷却至常温，CaC2含量为80.6％，发气量为300L/kg。其余同实施例1。

Claims (8)

1.一种两段法粉状原料生产电石的工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)、含碳原料和含钙原料先分别破碎、筛分到粒度小于8mm，烘干至水分＜4wt％，两种原料按比例配合；
(2)、经预热到900～1500℃的氧气从竖炉下部的氧气喷嘴喷入竖炉内，配合后的钙质原料和含碳原料从竖炉的原料入口进入竖炉，氧气与含碳原料燃烧反应使竖炉内的炉料升温至1300℃以上，竖炉底部出来的热炉料通过下料管，从电弧炉的热炉气口进入电弧炉，在电极电弧热作用下，热炉料温度升至1700～2200℃，反应生成电石，同时生成热炉气，热炉气从热炉气口排出，经下料管上升至竖炉，高温电石液体从电弧炉的底部排液口排出，并与氧气进行热交换，电石液体被冷却，生成电石产品，氧气被预热；
(3)、竖炉内含有固体的气体从竖炉顶部炉气出口管经旋风除尘器分离，分离出的固体经原料回流口返回至竖炉内，回收利用，分离出的气体经二级除尘、余热回收、布袋除尘，使其含尘量降到1～5mg/Nm3以下，温度降至30～45℃，可作为燃料气或化工原料气回收利用。
2.如权利要求1所述的一种两段法粉状原料生产电石的工艺，其特征在于所述的含碳原料和含钙原料质量比为1.3～3∶1
3.如权利要求1所述的一种两段法粉状原料生产电石的工艺，其特征在于所述的含碳原料为灰份＜18％的煤、焦炭或二者的混合物。
4.如权利要求1所述的一种两段法粉状原料生产电石的工艺，其特征在于所述的含钙原料为Ca0含量＞48％的石灰石、Ca0含量＞65％的电石渣、Ca0含量＞65％的生石灰中的一种或几种。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种两段法粉状原料生产电石的工艺的装置，其特征在于它是由上段竖炉、下段电弧炉和旋风分离器(9)组成，竖炉为一圆筒式结构，外设保温层，竖炉下部有气体分布板(6)，气体分布板(6)之上有原料入口(7)、原料回流口(12)，气体分布板(6)之下有氧气喷嘴(13)，竖炉炉顶有炉气出口(8)与旋风除尘器(9)相连，旋风除尘器(9)上的原料回流管(11)与原料回流口(12)连接，竖炉底部与下料管(5)相通，下段电弧炉由炉壳(16)、炉壁(17)、炉体人孔(2)、炉盖(3)、电极(14)、电极密封圈(15)、炉缸(1)、电石液排出口(18)和热炉气口(4)组成，炉壳(16)上端是炉盖(3)，炉壳(16)底部是炉缸(1)，炉壳内侧是炉壁(17)，并且位于炉缸(1)之上，左侧炉壁(17)开有人孔(2)，右侧炉壁(17)底部开有电石液出口(18)，炉盖(3)上有电极密封圈(15)、热炉气口(8)，电极密封圈(15)内放置电极(14)，电极(14)***至电弧炉内中部，下料管(5)与热炉气口(4)相通。
6.如权利要求5所述的一种两段法粉状原料生产电石的工艺的装置，其特征在于所述的竖炉高径比为4～8。
7.如权利要求5所述的一种两段法粉状原料生产电石的工艺的装置，其特征在于所述的电石液出口(18)采用刚玉砖砌筑，炉缸(1)内衬或炉壁(17)采用碳素砖砌筑。
8.所如权利要求5所述的一种两段法粉状原料生产电石的工艺的装置，其特征在于所述的氧气喷嘴有3～10个。
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