CN105858661B - 氧热法碳化钙合成反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧热法碳化钙合成反应器，包括：壳体，壳体内限定出从上至下依次连通的氧化反应腔、碳化钙合成反应腔和碳化钙冷却腔，氧化反应腔具有原料入口，碳化钙冷却腔具有固体出料口和尾气采出口，尾气采出口设在碳化钙冷却腔上部且靠近碳化钙合成反应腔的位置处，固体出料口设在碳化钙冷却腔的底部，碳化钙冷却腔的外周壁和碳化钙合成反应腔的部分外周壁上均套设有夹套水冷壁；破黏装置；以及出料螺旋装置，出料螺旋装置位于壳体下方且与固体出料口相对。根据本发明的氧热法碳化钙合成反应器，保证了进入碳化钙合成反应腔内的碳钙比的稳定性和混入原料的均匀性，提高了碳化钙的合成质量以及降低采出气体的粉尘含量。

Description

氧热法碳化钙合成反应器

技术领域

本发明涉及碳化钙合成反应器领域，尤其是涉及一种氧热法碳化钙合成反应器。

背景技术

碳化钙，分子式CaC₂，俗称电石，碳化钙与水反应生成乙炔。乙炔是重要的化工原料，主要用于生产聚氯乙烯基、醋酸乙烯基和乙烯基等系列产品，我国70％以上的PVC产品源于碳化钙生产的乙炔。

工业上碳化钙生产一般采用电热法和氧热法两种方法。电热法是利用电弧产生的高温将电炉反应器中的石灰和焦炭加热到2000℃以上，停留一定时间生成熔融态碳化钙。生产过程产生的尾气主要是CO，其从电炉反应器上部排出，熔融的碳化钙产物从炉底排出，经冷却、破碎成碳化钙产品，电热法存在反应温度高，反应时间长，耗电量大等问题。氧热法是在氧气存在的条件下，燃烧部分碳为剩余碳和钙发生反应生成碳化钙提供热量，该方法具有反应时间短，能耗低等优点。相关技术中，氧热法碳化钙合成反应器的尾气出口和原料入口均设在反应器的顶部，尾气在排出的过程中，与自上向下的原料粉进行逆流换热，尾气在上升的过程中会夹带大量的原料粉，由于原料粉中碳材和钙材的密度不同，尾气对碳材的夹带多于钙材的夹带，不仅造成碳材原料的损失，也导致反应器中的碳钙比发生变化，影响碳化钙的合成质量。

发明内容

本发明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，本发明提出一种氧热法碳化钙合成反应器，所述氧热法碳化钙合成反应器具有结构简单，合成质量高的优点。

根据本发明实施例的氧热法碳化钙合成反应器，包括：壳体，所述壳体内限定出从上至下依次连通的氧化反应腔、碳化钙合成反应腔和碳化钙冷却腔，所述氧化反应腔具有原料入口，所述碳化钙冷却腔具有固体出料口和尾气采出口，所述尾气采出口设在碳化钙冷却腔上部且靠近所述碳化钙合成反应腔的位置处，所述固体出料口设在所述碳化钙冷却腔的底部，所述碳化钙冷却腔的外周壁和所述碳化钙合成反应腔的部分外周壁上均套设有夹套水冷壁；破黏装置，所述破黏装置上设有多个通孔，所述破黏装置的端部与所述壳体连接，所述端部与所述夹套水冷壁的上端平齐或所述端部位于所述夹套水冷壁的下方；以及出料螺旋装置，所述出料螺旋装置位于所述壳体下方且与所述固体出料口相对。

根据本发明实施例的氧热法碳化钙合成反应器，通过将原料入口设在氧化反应腔，将尾气采出口设在碳化钙冷却腔上，使原料入口与尾气采出口间隔开设置，可以减少尾气在排出壳体的过程中夹带原料粉的现象，从而保证了进入碳化钙合成反应腔内的碳钙比的稳定性和混入原料的均匀性，进而提高碳化钙的合成质量。同时，尾气经过冷却后的块状碳化钙过滤，采出的气体粉尘夹带量变小。

根据本发明的一些实施例，所述尾气采出口为多个且沿所述碳化钙冷却腔的周向方向间隔分布。

根据本发明的一些实施例，所述原料入口设在所述氧化反应腔的顶部且包括：氧气喷嘴、碳材喷嘴和钙材喷嘴，所述碳材喷嘴与所述钙材喷嘴相对设置。

根据本发明的一些实施例，所述氧化反应腔的直径为D1，所述碳化钙合成反应腔的直径为D2，所述D1和所述D2满足：1.5D1≤D2≤3D1。

根据本发明的一些实施例，所述氧化反应腔和所述碳化钙合成反应腔之间具有扩径段，所述扩径段的外周壁与水平面之间的夹角为ω，所述ω满足：5°≤ω≤60°。

根据本发明的一些实施例，所述碳化钙冷却腔的内径从上至下逐渐减小。

根据本发明的一些实施例，所述破黏装置的上表面形成为尖端向下的圆锥面，所述圆锥面与水平面之间的夹角为β，所述β满足：5°≤β≤45°。

根据本发明的一些实施例，所述通孔的横截面的面积为S，所述S满足：1×10²mm²≤S≤4×10⁴mm²。

根据本发明的一些实施例，所述通孔为圆孔、椭圆孔或方形孔。

根据本发明的一些实施例，所述破黏装置的上表面上具有多个间隔开的棱锥状凸起。

附图说明

图1是根据本发明实施例的氧热法碳化钙合成反应器结构示意图；

图2是图1中所示的破黏装置的局部结构示意图；

图3是图1中所示的氧热法碳化钙合成反应器的部分结构示意图。

附图标记：

氧热法碳化钙合成反应器100，

壳体1，氧化反应腔11，原料入口111，氧气喷嘴1111，碳材喷嘴1112，钙材喷嘴1113，

碳化钙合成反应腔12，扩径段121，

碳化钙冷却腔13，固体出料口131，尾气采出口132，

夹套水冷壁14，入水口141，蒸汽出口142，

破黏装置2，通孔21，端部22，凸起23，

出料螺旋装置3。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的氧热法碳化钙合成反应器100。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的氧热法碳化钙合成反应器100，包括：壳体1、破黏装置2和出料螺旋装置3。

具体而言，壳体1内限定出从上至下依次连通的氧化反应腔11、碳化钙合成反应腔12和碳化钙冷却腔13，氧化反应腔11具有原料入口111，碳化钙冷却腔13具有固体出料口131和尾气采出口132，尾气采出口132设在碳化钙冷却腔13上部且靠近碳化钙合成反应腔12的位置处，固体出料口131设在碳化钙冷却腔13的底部，碳化钙冷却腔13的外周壁和碳化钙合成反应腔12的部分外周壁上均套设有夹套水冷壁14。由此原料可以通过氧化反应腔11上的原料入口111进入氧化反应腔11内，并依次向下进入碳化钙合成反应腔12和碳化钙冷却腔13，在碳化钙合成反应腔12反应完成的碳化钙进入碳化钙冷却腔13进行冷却并通过固体出料口131排出，在反应过程中产生的尾气通过尾气采出口132排出。由于原料入口111位于壳体1的上方，尾气采出口132位于壳体1的下方，原料入口111与尾气采出口132间隔设置，在尾气排出的过程中，可以减小尾气夹带原料粉尘的现象，从而保证了碳化钙合成反应腔12内碳材和钙材比例的稳定性，进而保证碳化钙的合成质量。

需要说明的是，尾气采出口132的外部可以与风机等抽气装置连接，通过风机等抽气装置吸出氧热法碳化钙合成反应器100内的尾气。

另外，碳化钙冷却腔13的外周壁和碳化钙合成反应腔12的部分外周壁上套设的夹套水冷壁14，可以通过循环水回收碳化钙中的显热。夹套水冷壁14上设有入水口141和蒸汽出口142，入水口141位于夹套水冷壁14的下部，蒸汽出口142位于夹套水冷壁14的上部，入水口141和蒸汽出口142均可以为多个且沿夹套水冷壁14的周向方向间隔分布。

破黏装置2上设有多个通孔21，破黏装置2可以用于对碳化钙合成反应腔12内的熔融或半熔融状态的碳化钙进行破碎。熔融或半熔融状态的碳化钙在经过破黏装置2时，通过黏装置的上表面的棱锥状凸起进行破碎，分别从不同的通孔21内落入到碳化钙冷却腔13内，从而熔融或半熔融状态的碳化钙可以通过破黏装置2上的通孔21分散成多个熔融或半熔融状态的碳化钙，并经过冷却形成多个体积较小的块状碳化钙。破黏装置2的端部22与壳体1连接，端部22与夹套水冷壁14的上端平齐或端部22位于夹套水冷壁14的下方，由此可以对通过破黏装置2的熔融或半熔融状态的碳化钙进行冷却以使碳化钙冷却成块状，便于碳化钙的破碎，防止经过破碎后的碳化钙再次粘结在一起。

出料螺旋装置3位于壳体1下方且与固体出料口131相对。由此可以将碳化钙冷却腔13内的碳化钙经由出料螺旋装置3排出氧热法碳化钙合成反应器100。

根据本发明实施例的氧热法碳化钙合成反应器100，通过将原料入口111设在氧化反应腔11，将尾气采出口132设在碳化钙冷却腔13上，使原料入口111与尾气采出口132间隔开设置，可以减少尾气在排出壳体1的过程中夹带原料粉的现象，从而保证了进入碳化钙合成反应腔12内的碳钙比的稳定性和混入原料的均匀性，进而提高碳化钙的合成质量。同时，尾气经过冷却后的块状碳化钙过滤，采出的气体粉尘夹带量变小。

在本发明的一些实施例中，如图1和图3所示，尾气采出口132为多个且沿碳化钙冷却腔13的周向方向间隔分布。由此可以加快碳化钙冷却腔13内尾气的排放速度，同时还可以简化壳体1的结构及加工工艺，节约生产周期，降低生产成本。

在本发明的一些实施例中，如图1和图3所示，原料入口111设在氧化反应腔11的顶部且包括：氧气喷嘴1111、碳材喷嘴1112和钙材喷嘴1113，碳材喷嘴1112与钙材喷嘴1113相对设置。氧气喷嘴1111可以由上向下喷入氧化反应腔11，碳材和钙材原料可以分别通过碳材喷嘴1112和钙材喷嘴1113对置喷入，撞击雾化混合后由氧气喷嘴1111喷入的氧气携带进入氧化反应腔11，在氧化反应腔11内氧气和部分碳发生氧化反应生成一氧化碳并释放热量，提高氧化反应腔11的温度，随着温度升高，碳材微粒和钙材微粒进入熔融或半熔融状态，相互之间接触熔合，颗粒逐渐长大，并自行下落至碳化钙合成反应腔12，在碳化钙合成反应腔12发生合成反应最终生成大颗粒碳化钙，再落入碳化钙合成反应腔12底部，经过碳化钙合成反应腔12底部的破黏装置2落入碳化钙冷却腔13，降温后的块状碳化钙经碳化钙冷却腔13底部的出料螺旋装置3排出氧热法碳化钙合成反应器100。

同时，氧化反应腔11内氧气和碳材反应产生的一氧化碳和碳化钙合成反应腔12内产生的一氧化碳尾气均通过风机等抽气装置的作用下行，穿过碳化钙合成反应腔12底部的破黏装置2由尾气采出口132引出。

在本发明的一些实施例中，如图1和图3所示，氧化反应腔11的直径为D1，碳化钙合成反应腔12的直径为D2，D1和D2满足：1.5D1≤D2≤3D1。由此可以加快碳材和钙材反应生成碳化钙的速度，提高碳化钙的合成质量。

在本发明的一些实施例中，如图1和图3所示，氧化反应腔11和碳化钙合成反应腔12之间具有扩径段121，扩径段121的外周壁与水平面之间的夹角为ω，ω满足：5°≤ω≤60°。由此便于将碳材和钙材分散在碳化钙合成反应腔12内，防止由于碳化钙合成反应腔12相对氧化反应腔11直径突然变大而造成碳材和钙材在落向碳化钙合成反应腔12内时集中在碳化钙合成反应腔12的中间部位，从而提高碳化钙的合成效率和合成质量。

优选地，ω满足：15°≤ω≤30°。由此进一步便于将碳材和钙材分散在碳化钙合成反应腔12内，防止由于碳化钙合成反应腔12相对氧化反应腔11直径突然变大而造成碳材和钙材在落向碳化钙合成反应腔12内时集中在碳化钙合成反应腔12的中间部位，从而进一步提高碳化钙的合成效率和合成质量。

在本发明的一些实施例中，如图1和图3所示，碳化钙冷却腔13的内径从上至下逐渐减小。由此便于使碳化钙冷却腔13内的碳化钙沿其侧壁滑落到固体出料口131，从而通过出料螺旋装置3将碳化钙排出氧热法碳化钙合成反应器100。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，破黏装置2的上表面形成为尖端向下的圆锥面，圆锥面与水平面之间的夹角为β，β满足：5°≤β≤45°。需要说明的是，如果母线是和旋转轴斜交的直线，那么形成的旋转面叫做圆锥面，这时，母线和轴的交点叫做圆锥面的顶点。由此不但便于破黏装置2对熔融或半熔融状态的碳化钙进行破碎，而且可以增加破黏装置2的面积，提高破黏装置2对熔融或半熔融状态的碳化钙破碎的效率。

优选地，β满足：10°≤β≤30°。由此可以进一步地便于破黏装置2对熔融或半熔融状态的碳化钙进行破碎，而且可以增加破黏装置2的面积，提高破黏装置2对熔融或半熔融状态的碳化钙破碎的效率。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，通孔21的横截面的面积为S，S满足：1×10²mm²≤S≤4×10⁴mm²。由此可以防止进入碳化钙冷却腔13内的块状碳化钙较大而不易冷却以及造成碳化钙冷却腔13堵塞，从而可以提高冷却的速度以及输送的效率。优选地，S满足：4×10²mm²≤S≤6.4×10³mm²。由此可以进一步地提高冷却速度和输送的效率。当通孔21的形状为方形孔时，方形孔的边长可以为10mm～200mm，优选地，方形孔的边长可以为20mm～80mm。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，通孔21为圆孔、椭圆孔或方形孔。由此便于对不同形状的块状碳化钙进行破碎，提高破黏装置2应用的广泛性，同时提高氧热法碳化钙合成反应器100的合成效率。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，破黏装置2的上表面上具有多个间隔开的棱锥状凸起23。需要说明的是，有一个面是多边形，其余各面都是有一个公共顶点的三角形，由这些面所围成的多面体叫做棱锥。由此可以将落到破黏装置2上的熔融或半熔融状态的碳化钙进行破碎，使大块的熔融或半熔融状态的碳化钙破碎成小块的碳化钙以能够通过破黏装置2上的通孔21进入碳化钙冷却腔13内进行冷却。例如，在图2所示的示例中，破黏装置2的上表面上具有多个间隔开的三棱锥状凸起23，三棱锥由四个三角形组成，三棱锥固定底面时有一个顶点，不固定底面时有四个顶点。三棱锥状凸起23的一个底面固定于破黏装置2的上表面上，三棱锥状凸起23的顶点朝向远离破黏装置2的上表面的方向，由此可以将落到破黏装置2上的大块碳化钙进行破碎。

下面参考图1-图3描述根据本发明一个具体实施例的氧热法碳化钙合成反应器100。下述描述只是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的氧热法碳化钙合成反应器100，包括：壳体1、破黏装置2和出料螺旋装置3。

具体地，壳体1内限定出从上至下依次连通的氧化反应腔11、碳化钙合成反应腔12和碳化钙冷却腔13。其中碳化钙合成反应腔12直径D2是氧化反应腔11直径D1的1.5～3倍。氧化反应腔11和碳化钙合成反应腔12之间具有扩径段121，扩径段121的外周壁与水平夹角ω为15°。碳化钙冷却腔13为底部小的椎体，即碳化钙冷却腔13的内径从上至下逐渐减小。

氧化反应腔11具有原料入口111，原料入口111设在氧化反应腔11的顶部且包括氧气喷嘴1111、碳材喷嘴1112和钙材喷嘴1113，碳材喷嘴1112与钙材喷嘴1113相对设置。其中氧气烧嘴由上向下喷入反应器，钙材喷嘴1113和碳材喷嘴1112为一组且水平对置分布。

碳化钙冷却腔13具有固体出料口131和尾气采出口132，其中，尾气采出口132为两个且对称设在碳化钙冷却腔13上部且靠近碳化钙合成反应腔12的位置处，尾气采出口132的外部可以与风机等抽气装置连接，通过风机等抽气装置吸出氧热法碳化钙合成反应器100内的尾气。氧化反应腔11内氧气和碳材反应产生的一氧化碳和碳化钙合成反应腔12内产生的一氧化碳尾气均通过风机等抽气装置的作用下行，穿过碳化钙合成反应腔12底部的破黏装置2由尾气采出口132引出。固体出料口131设在碳化钙冷却腔13的底部，碳化钙冷却腔13的外周壁和碳化钙合成反应腔12的底部外周壁上均套设有夹套水冷壁14，通过循环水回收碳化钙的显热。夹套水冷壁14上设有入水口141和蒸汽出口142，入水口141为两个且对称分布于夹套水冷壁14的下部，蒸汽出口142为两个且对称分布于夹套水冷壁14的上部。

破黏装置2上设有多个方形通孔21，破黏装置2的端部22与壳体1连接，且端部22与夹套水冷壁14的上端平齐。其中方形孔的孔径为50×50mm。破黏装置2的上表面形成为尖端向下的圆锥面，圆锥面与水平面之间的夹角为β，β为20°。破黏装置2的上表面上还具有多个间隔开的三棱锥状凸起23。

出料螺旋装置3位于壳体1下方且与固体出料口131相对以将碳化钙冷却腔13内的碳化钙经由出料螺旋装置3排出氧热法碳化钙合成反应器100。

当氧热法碳化钙合成反应器100工作时，钙材和碳材原料分别通过钙材喷嘴1113和碳材喷嘴1112对置喷入，撞击雾化混合后由顶部的氧气喷嘴1111喷入的氧气携带进入氧化反应腔11，在氧化反应腔11内氧气和部分碳发生氧化反应生成一氧化碳并释放热量，提高氧化反应室温度，随着温度升高，碳材微粒和钙材微粒进入熔融或半熔融状态，相互之间接触熔合，颗粒长大，自行下落至碳化钙合成反应腔12，并在碳化钙合成反应腔12发生合成反应最终生成大颗粒碳化钙产品，并落入碳化钙合成反应腔12底部，经过碳化钙合成反应腔12底部的破黏装置2落入碳化钙冷却腔13，降温后的碳化钙块状产品经碳化钙冷却腔13底部的出料螺旋装置3排出氧热法碳化钙合成反应器100。

根据本发明实施例的氧热法碳化钙合成反应器100，由于喷入的粉料经过氧化反应腔11和碳化钙合成反应腔12发生熔融碳化钙合成反应，小颗粒的原料在反应过程中颗粒长大，比重增加，同时下行过程中经过大颗粒熔合，经过底部尾气采出口132采出的尾气中，粉尘夹带现象大大减小，同时保证了在碳化钙合成反应腔12内的碳钙比例的稳定性，提高碳化钙的纯度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内限定出从上至下依次连通的氧化反应腔、碳化钙合成反应腔和碳化钙冷却腔，所述氧化反应腔具有原料入口，所述碳化钙冷却腔具有固体出料口和尾气采出口，所述尾气采出口设在碳化钙冷却腔上部且靠近所述碳化钙合成反应腔的位置处，所述固体出料口设在所述碳化钙冷却腔的底部，所述碳化钙冷却腔的外周壁和所述碳化钙合成反应腔的部分外周壁上均套设有夹套水冷壁；

破黏装置，所述破黏装置上设有多个通孔，所述破黏装置的端部与所述壳体连接，所述端部与所述夹套水冷壁的上端平齐或所述端部位于所述夹套水冷壁的下方；以及

出料螺旋装置，所述出料螺旋装置位于所述壳体下方且与所述固体出料口相对。

2.根据权利要求1所述的氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，所述尾气采出口为多个且沿所述碳化钙冷却腔的周向方向间隔分布。

3.根据权利要求1所述的氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，所述原料入口设在所述氧化反应腔的顶部且包括：氧气喷嘴、碳材喷嘴和钙材喷嘴，所述碳材喷嘴与所述钙材喷嘴相对设置。

4.根据权利要求1所述的氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，所述氧化反应腔的直径为D1，所述碳化钙合成反应腔的直径为D2，所述D1和所述D2满足：1.5D1≤D2≤3D1。

5.根据权利要求1所述的氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，所述氧化反应腔和所述碳化钙合成反应腔之间具有扩径段，所述扩径段的外周壁与水平面之间的夹角为ω，所述ω满足：5°≤ω≤60°。

6.根据权利要求1所述的氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，所述碳化钙冷却腔的内径从上至下逐渐减小。

7.根据权利要求1所述的氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，所述破黏装置的上表面形成为尖端向下的圆锥面，所述圆锥面与水平面之间的夹角为β，所述β满足：5°≤β≤45°。

8.根据权利要求1所述的氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，所述通孔的横截面的面积为S，所述S满足：1×10²mm²≤S≤4×10⁴mm²。

9.根据权利要求1所述的氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，所述通孔为圆孔、椭圆孔或方形孔。

10.根据权利要求1所述的氧热法碳化钙合成反应器，其特征在于，所述破黏装置的上表面上具有多个间隔开的棱锥状凸起。