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WO2010012193A1 - 生产电石的方法及系统 - Google Patents

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WO2010012193A1
WO2010012193A1 PCT/CN2009/072770 CN2009072770W WO2010012193A1 WO 2010012193 A1 WO2010012193 A1 WO 2010012193A1 CN 2009072770 W CN2009072770 W CN 2009072770W WO 2010012193 A1 WO2010012193 A1 WO 2010012193A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
raw material
calcium carbide
gas
calcium
preheating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CN2009/072770
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
刘振宇
刘清雅
李国栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Chemical Technology
Original Assignee
Beijing University of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CNA2008101175402A external-priority patent/CN101327928A/zh
Priority claimed from CN2008102398056A external-priority patent/CN101428799B/zh
Application filed by Beijing University of Chemical Technology filed Critical Beijing University of Chemical Technology
Priority to CA2730754A priority Critical patent/CA2730754C/en
Priority to CN200980123693.0A priority patent/CN102066248B/zh
Priority to JP2011520306A priority patent/JP5498494B2/ja
Publication of WO2010012193A1 publication Critical patent/WO2010012193A1/zh
Priority to US13/017,207 priority patent/US20110123428A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/942—Calcium carbide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for producing calcium carbide ⁇ i.e., calcium carbide, (CaC 2 ) ⁇ , and more particularly to direct heat supply by partial combustion of a powdery carbonaceous raw material and a powdery surface-containing raw material in an oxygen-containing atmosphere.
  • Method and system for producing calcium carbide Background technique
  • Calcium carbide or calcium carbide
  • calcium carbide is one of the basic raw materials for the organic synthetic chemical industry. Using calcium carbide as a raw material, it can synthesize a series of organic compounds, and provide raw materials for industries such as industry, agriculture, and medicine. It was known as the mother of organic synthesis before the middle of the last century. Calcium carbide is decomposed into acetylene and calcium hydroxide by water, and forms calcium cyanamide with nitrogen. At present, acetylene is mainly used in the production of vinyl chloride, vinyl acetate and acrylic acid. For example, about 70% of PVC (polyvinyl chloride) in China is produced from calcium carbide acetylene. In recent years, the rise in oil prices has stimulated the development of calcium carbide industry. China's calcium carbide production increased from 4.25 million tons in 2002 to 11.77 million tons in 2006.
  • calcium carbide production is based on the following reaction formula, namely CaO + 3C ⁇ CaC 2 + CO, which is an endothermic reaction.
  • One of the existing methods for producing calcium carbide is a fixed bed-arc method, which uses a high temperature generated by an arc to heat large particle calcium oxide and large particle coke in a fixed bed (also called a moving bed or an electric arc furnace) to above 2000 °C. A certain period of time is left to form a molten calcium carbide.
  • the mixture of calcium oxide and coke in the production process is added from the upper end of the electric furnace, and the CO formed by the reaction between the two is discharged from the upper part of the furnace through the gap of the bulk material, and the molten product calcium carbide is discharged from the bottom of the furnace, and after cooling and crushing, the product is obtained.
  • the biggest drawback of the fixed bed-arc method for producing calcium carbide is the large power consumption. According to reports, the average electricity consumption of producing 1 ton of calcium carbide with a purity of 85% is 3250 kW'h. In addition, the electric arc furnace has a complicated structure, limited furnace internal volume, large electrode consumption, and high equipment and operating costs.
  • calcium carbide can also be prepared by a fixed bed-oxygen method.
  • Japanese patent (Zhao 61-178412) and The relevant information in Germany discloses the shaft furnace full pyrothermal method.
  • CN 85107784 A discloses a method and a device for the preparation of calcium carbide which utilizes coal to burn and heat the raw materials in oxygen.
  • CN 1843907A discloses a method and a device for producing calcium carbide by kiln furnace oxycombustion, wherein a relatively inexpensive fuel such as coal, natural gas or heavy oil is used to produce calcium carbide by oxygen and oxygen-enriched injection technology, and a by-product gas CO is produced. Used to produce gas.
  • the oxythermal method still adopts a large-particle raw material and a batch reaction method, and the reaction time is long, the coke consumption is doubled, and the single furnace output is not high, and the production cost is higher than the arc method, and it has been difficult to replace the arc method.
  • the existing arc method and oxythermal method both use a fixed bed reactor, using large particle raw materials (3-40 mm) and intermittent operation mode, the reaction rate is slow, the residence time of the material in the furnace is long, and the production capacity is high. Small, high energy consumption per unit of product.
  • large particle raw materials have a large loss in the preparation, and generally about 20% or more of the raw materials cannot be used because the pulverization particle size is too small.
  • the main reasons for these methods are high input, high energy consumption, and high pollution.
  • the main reason for the disadvantages is the use of large-sized raw materials and intermittent operation, which makes it difficult to use small gas and by-product CO gas.
  • the invention aims to overcome the defects of "high input, high energy consumption, high pollution" existing in the production of calcium carbide, and provides a method for producing calcium carbide with simple process, low energy consumption, wide source of raw materials, continuous production, large production capacity and low cost. And system.
  • a method of producing calcium carbide based on an oxythermal method comprises the following steps: (1) preparing a powdery carbonaceous raw material and a powdery surface-containing raw material of a suitable particle size; (2) adding the powdery carbonaceous raw material and the powdery raw material to a weight of not less than 0.5:1 (3) directly heating the mixture by partially burning the carbonaceous raw material in an oxygen-containing atmosphere, wherein a molar ratio of 02 in the oxygen-containing atmosphere to C in the carbonaceous raw material is not less than 0.1, thereby causing
  • the reaction temperature of the mixture is not lower than 1700 °C.
  • the reaction temperature of the mixture may range from 1700 to 195 CTC.
  • the weight ratio of the carbonaceous material to the calcium-containing material is from 0.5 to 3: 1, more preferably, the weight ratio of the carbonaceous material to the raw material is from 0.7 to 2:1.
  • the molar ratio of 02 in the oxygen-containing atmosphere to C in the carbonaceous feedstock is from 0.1 to 0.6.
  • the powdery carbonaceous raw material and the powdery raw material have a particle size of less than 1 mm. More preferably, both the powdery carbonaceous material and the powdered material of the bow have a particle size of less than 0.3 mm.
  • the carbonaceous feedstock can be one of coal, semi-coke (i.e., blue carbon), coke, or a mixture thereof.
  • the calcium-containing material may be one of calcium carbonate, calcium oxide, calcium hydroxide or calcium carbide slag or a mixture thereof. It is also conceivable to add a step of preheating the mixed powdery carbonaceous raw material and the powdery calcium-containing raw material after the step (2), wherein the preheating temperature is not lower than 500 °C.
  • the preheating temperature is preferably in the range of 500 to 1500 °C.
  • the fuel used in the preheating step may be a powdery carbonaceous raw material, a gaseous product CO obtained in the production process, or an auxiliary fuel.
  • Auxiliary fuels include gaseous fuels and liquid fuels.
  • the oxygen-containing gas used in the preheating may be oxygen, oxygen-enriched air or air, preferably air. If the preheated fuel uses the gaseous product CO obtained during the production of calcium carbide, the volume ratio of CO to air is preferably
  • the calcium carbide content and can reduce the oxygen consumption of the reaction.
  • CO as a by-product in the production of calcium carbide, if directly discharged into the atmosphere, will inevitably lead to air pollution.
  • the invention uses CO as one of the preheating fuels to prevent both air pollution and efficient use of energy.
  • a system for carrying out the method comprising a compounding unit, a raw material preheating unit and a reaction unit.
  • the dosing unit can be any metering device.
  • the raw material preheating unit comprises a raw material mixing and feeding device, a preheating device, a gas compression device and a first heat exchanger;
  • the raw material mixing and feeding device comprises a solid raw material mixer and a feeder, and the solid raw material mixer outlet and the feeder
  • the inlet is connected;
  • the preheating device is provided with a raw material inlet, a gas inlet, a first gas outlet and a solid material outlet;
  • the outlet of the raw material mixing and feeding device is connected with the raw material inlet of the preheating device, and the preheating device passes through the gas inlet and the gas compression device Connected;
  • the preheating device is in communication with the first heat exchanger through the first gas outlet.
  • the reaction unit includes a feed device, a reactor, and a second heat exchanger.
  • the reactor is provided with a raw material spout, a second gas outlet and a product discharge port; an oxygen-containing gas inlet is arranged on the raw material spout; the solid material inlet of the feeding device is connected with the solid material outlet of the preheating device; the solid material of the feeding device The outlet is in communication with the raw material spout on the reactor; the second gas outlet on the reactor is in communication with the gas inlet of the second heat exchanger, and some of the gas after the heat exchange enters the gas compression device of the preheating unit, and partially enters the other unit.
  • a gas purge port is provided on the feeder to prevent solid material from clogging the feeder.
  • the preheating device comprises a preheater.
  • the preheater can be a fluidized bed or an entrained bed. If the preheater is an entrained flow bed, the preheating device further includes a gas-solid separator, and the first gas outlet and the solid material outlet of the preheating device are disposed on the gas-solid separator. The gas flowing out of the first gas outlet is discharged through the first heat exchanger.
  • the gas-solid separator is preferably a cyclone separator.
  • a gas purge port may be provided on the feed unit of the reaction unit to prevent material from clogging the feed device.
  • the feeder and the feeding device can be selected according to the material temperature, and the feeder and the feeding device can be a screw feeder or a U-type pneumatic valve feeder. In view of the low material temperature of the feeder, it is preferred that the feeder be a screw feeder. Considering that the material temperature of the feeding device is high, it is preferably a U-type pneumatic valve feeder.
  • the raw material spout of the reactor may be one of a single orifice, a pair of orifices or multiple orifices.
  • a storage device may also be provided between the preheating device and the feeding device of the reaction unit.
  • the present invention uses a powdery raw material, which has a wide source of raw materials, high utilization rate, fast reaction rate, low reaction temperature, and high productivity. ⁇
  • the part of the carbon-containing raw material is burned directly to replace the arc heating, and the reactor is simple, the cost is low, and the reaction energy consumption is low.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the steps of a method not including a preheating step of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing the steps of a method including a preheating step of the present invention
  • Figure 3 is a schematic view of the system of the present invention, the preheating device shown is a fluidized bed;
  • Figure 4 is a schematic illustration of the system of the present invention, with the preheating device shown as an entrained flow bed.
  • FIG. 1 and 2 are block diagrams showing the steps of the method of the present invention, wherein Fig. 1 does not include a preheating step, and Fig. 2 includes a preheating step.
  • a dosing unit (not shown) is blended into a suitable weight ratio of a powdery carbonaceous raw material A of a suitable particle size and a powdery calcium-containing raw material B to be fed into the raw material mixing and feeding device 1, in the raw material.
  • the mixed feeding device 1 is uniformly mixed, and then the mixed raw material and an appropriate amount of the oxygen-containing gas C are injected into the reactor 5, and a part of the carbonaceous raw material A is burned by means of 0 2 to directly heat the remaining mixture to make the mixture temperature.
  • the temperature reaches 1700-1950 °C, a high temperature reaction occurs, and calcium carbide D and by-product CO gas E are generated.
  • the calcium carbide D is discharged to the reactor and then cooled to normal temperature.
  • the by-product CO gas E and oxygen-containing gas F in the process of producing calcium carbide can be utilized.
  • the temperature of the mixture reached 1700 ° C or higher, the generated calcium carbide D was discharged from the reactor and then cooled to normal temperature.
  • Table 1 shows the solid product obtained by preheating or not preheating with different particle sizes and different ratios of starting materials and different amounts of oxygen according to the method of the present invention.
  • reaction temperature can be reduced to 1700 ° C by the method provided by the present invention, and the smaller the particle size of the raw material and the higher the reaction temperature, the shorter the reaction time and the shorter the reaction time can be shortened to 10 minutes. Inside. In addition, coke consumption and oxygen consumption can be reduced by preheating.
  • FIG. 3 and 4 are schematic views of the system of the present invention, wherein the preheater shown in Fig. 3 is a flow bed, and the preheater shown in Fig. 4 is an entrained flow bed.
  • the system of the present invention is generally indicated by S, which includes a dosing unit (not shown), a raw material preheating unit, and a reaction unit.
  • the raw material preheating unit includes a raw material mixing and feeding device 1, a preheating device 2, a gas compressing device 3, and a first heat exchanger 11.
  • the raw material mixing and feeding device 1 includes a solid raw material mixer 12 and a feeder 13, and an outlet of the solid raw material mixer 12 is in communication with an inlet of the feeder 13.
  • the preheating device 2 is provided with a raw material inlet 16, a gas inlet 17, a first gas outlet 18 and a first solid material outlet 19.
  • the outlet 1-1 of the raw material mixing and feeding device 1 is in communication with the raw material inlet 16 of the preheating device 2, and is preheated.
  • the device 2 is in communication with the gas compression device 3 via a gas inlet 17.
  • the preheating device 2 is in communication with the first heat exchanger 11 through a first gas outlet 18.
  • the reaction unit includes a feed device 4, a reactor 5, and a second heat exchanger 9.
  • the reactor 5 is provided with a raw material discharge port 6, a second gas outlet 7, and a product discharge port 8.
  • An oxygen-containing gas inlet 6-1 is provided on the raw material discharge port 6.
  • the solid material inlet 4-1 of the feed unit 4 is in communication with the first solid material outlet 19 of the preheating unit 2, and the solid material outlet 4-2 of the feed unit 4 is in communication with the raw material vent 6 of the reactor 5.
  • the second gas outlet 7 on the reactor 5 communicates with the gas inlet of the second heat exchanger 9, and after the heat exchange, part of the gas enters the gas compression device 3 of the preheating unit, and part of the gas enters the other unit.
  • the feeder 13 is provided with a gas purge port to prevent solid material from clogging the feeder.
  • the preheater 14 included in the preheating device 2 is a fluidized bed.
  • the preheater 14 is an entrained flow bed, and the preheating device 2 further includes a gas-solid separator 15, and the first gas outlet 18 of the preheating device 2 and the first solid material outlet 19 are disposed on the gas-solid separator 15. The gas from the first gas outlet 18 is discharged through the first heat exchanger 11.
  • the gas-solid separator 15 is preferably a cyclone separator.
  • the feed unit 4 of the reaction unit is provided with a gas purge port to prevent material from clogging the feed device.
  • the feeder and the feeding device can be selected according to the material temperature, and the feeder 13 and the feeding device 4 can be a screw feeder or a U-type pneumatic valve feeder. In view of the low material temperature of the feeder 13, a screw feeder is preferred. In view of the high material temperature of the feed device 4, a U-type pneumatic valve feeder is preferred.
  • the raw material discharge port 6 of the reactor 5 may be a single nozzle, a pair of nozzles or a plurality of nozzles.
  • the powdery carbonaceous raw material A and the powdery calcium-containing raw material B are mixed in the raw material mixing device 1, and then sent to the preheating device 2 through the feeder 13, and the oxygen-containing gas and the heat-treated by-product CO gas are compressed by the gas.
  • the device 3 is sent to the gas inlet 17 of the preheating device 2.
  • Part of the carbonaceous raw material and the by-product CO gas after heat exchange are burned in the preheating device 2 by the action of the oxygen-containing gas, and the mixed raw material is heated to 500-1500 ° C to pyrolyze the carbonaceous raw material A into coke breeze.
  • the raw material B is pyrolyzed into calcium oxide powder.
  • the generated high temperature gas is discharged by heat exchange through the first heat exchanger 11, and the formed high temperature solid mixture is fed through
  • the device 4 is sent to the raw material spout 6 of the reactor 5, and is injected into the reactor 5 from the spout 6.
  • the oxygen-containing gas C is injected into the reactor 5 from the oxygen-containing gas inlet 6-1 on the spout 6, and some of the coke powder and the oxygen-containing gas are injected.
  • the 0 2 in the mixture is mixed and burned in the reactor 5, and the material is heated to 1700-1950 ° C to form a calcium carbide.
  • the calcium carbide is discharged from the product discharge port 8 at the bottom of the reactor 5, and the by-product CO gas is discharged from the second gas outlet 7 of the reactor 5 into the second heat exchanger 9, and a part of the gas after the heat exchange is sprayed into the preheating by the gas compression device 3.
  • the device 2 serves as a fuel for the preheating device 2.
  • the preheating device 2 includes the gas-solid separator 15
  • the carbonaceous raw material heated in the raw material mixture heated to 500-1500 °C is pyrolyzed into coke breeze, and the calcium-containing raw material is pyrolyzed into calcium oxide powder.
  • the formed high temperature product enters the gas-solid separator 15, and the separated gas product is cooled by the second heat exchanger 9, and is discharged, and the separated solid product is sent to the raw material nozzle 6 of the reactor 5 through the feeding device 4, and is discharged from the nozzle 6.
  • the oxygen-containing gas C is injected into the reactor 5 from the oxygen-containing gas inlet 6-1 on the nozzle 6, and some of the coke powder and the oxygen-containing gas are mixed and burned in the reactor 5, and the material is heated to 1700-1950.
  • °C forms a calcium carbide.
  • the calcium carbide is discharged from the product discharge port 8 at the bottom of the reactor 5; the by-product CO gas enters the heat exchanger 9 from the second gas outlet 7 of the reactor 5, and some of the gas after the heat exchange is injected into the preheating device 2 through the gas compression device 3.
  • the invention adopts the direct combustion combustion mode of the carbonaceous powder raw material to produce the calcium carbide, and the production temperature is similar to the temperature of the modern gasification bed coal gasification, and avoids the coal ⁇ heat ⁇ electric ⁇ thermal process compared with the arc heating heating calcium carbide technology. Energy loss, energy savings of up to 50%. Compared with the current large-grain raw materials and arc-heating preparation of calcium carbide technology, the use of powdery raw materials improves the production capacity of the reactor and further saves energy.
  • the present invention Compared with the current preparation of raw materials by separate coking and separate burning of lime, the present invention combines the preparation of raw materials with the calcium carbide production process, making full use of the sensible heat of coke and calcium oxide, and further energy saving.

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Description

生产电石的方法及系统 相关申请的交叉引用
本申请要求享有于 2008 年 8 月 1 日提交的中国发明专利申请 200810117540.2 和 2008 年 12 月 12 日提交的中国发明专利申请 200810239805.6的优先权。 上述申请所披露的内容作为参考引入本申请中。 技术领域
本发明涉及一种电石 {即， 碳化钙， （CaC2 ) }的生产方法及系统， 具体 地说， 涉及通过粉末状含碳原料和粉末状含麪原料在含氧气氛中部分燃烧直 接供热生产电石的方法和系统。 背景技术
电石、 即碳化钙是有机合成化学工业的基本原料之一。 利用电石为原料 可以合成一系列有机化合物， 为工业、 农业、 医药等行业提供原料， 上世纪 中叶之前被誉为有机合成之母。 电石加水分解成乙炔和氢氧化钙， 与氮气作 用生成氰氨化钙。 目前乙炔主要用于生产氯乙烯基、 醋酸乙烯基和丙烯酸基 等系列产品， 如我国 70%左右的 PVC (聚氯乙稀）生产源于电石乙炔。 近年 来， 石油价格的高涨刺激了电石工业的发展， 我国电石产量由 2002年的 425 万吨增加到 2006年的 1177万吨。
通常， 电石生产基于以下反应式， 即 CaO + 3C→CaC2 + CO, 此反应为 吸热反应。
现有的生产电石的方法之一为固定床-电弧法，利用电弧产生的高温将固 定床（也称移动床或电弧炉）中的大颗粒氧化钙和大颗粒焦炭加热至 2000 °C 以上， 停留一定时间而生成熔融态电石。 生产过程中氧化钙和焦炭的混合物 由电炉上端加入， 二者反应生成的 CO通过块状物料缝隙从炉体上部排出， 熔融的产物电石由炉底排出， 经冷却、 破碎后得到产品。
固定床-电弧法生产电石的最大弊端是耗电量大。 据报道， 我国生产 1吨 纯度为 85%的电石的平均电耗为 3250 kW'h。 除此以外， 电弧炉构造复杂、 炉内容积受限、 电极消耗量大， 设备和运行成本很高。
据才艮道， 电石也可由固定床-氧热法制备。 日本专利 （昭 61-178412 ) 和 德国的有关资料公开了竖炉全焦氧热法。 CN 85107784 A披露了一种碳化钙 的制备方法及设备， 其利用煤在氧气中燃烧加热原料。 CN 1843907A公开了 一种竖炉氧燃喷吹生产碳化钙的方法及装置， 其中采用煤、 天然气、 重油等 相对廉价的燃料通过氧和富氧喷吹技术生产碳化钙， 并将副产气体 CO用于 生产煤气。 但所述氧热法仍然采用大颗粒原料、 间歇反应的方式， 反应时间 长、 焦炭消耗量倍增， 而且单炉产量不高， 生产成本高于电弧法， 至今难以 替代电弧法。
总之， 现有的电弧法和氧热法均釆用固定床反应器， 使用大颗粒原料 ( 3-40 mm ) 及间歇的操作方式， 反应速率慢， 物料在炉内的停留时间长、 生产能力小， 单位产品能耗 高。 另外， 大颗粒原料在备料中的损失 大， 一般约 20 %以上的原料由于粉碎粒度过小而不能使用。
这些方法存在的"高投入、 高能耗、 高污染，，弊病的主要原因在于采用大 颗粒原料和间歇操作的方式， 导致 溪小、 副产物 CO气体难以利用。 发明内容
本发明旨在克服生产电石中存在的 "高投入、 高能耗、 高污染"等缺陷， 提供一种工艺简单、 能耗小、 原料来源广泛、 连续生产、 生产能力大、 成本 低的生产电石方法及系统。
根据本发明的一方面， 提供一种基于氧热法的生产电石方法。 该方法包 括以下步骤： （ 1 ) 制备合适粒度的粉末状含碳原料和粉末状含麪原料； （2 ) 将所述粉末状含碳原料和粉末状含 原料以不低于 0.5: 1 的重量比进行混 合； （3 )通过所述含碳原料在含氧气氛中部分燃烧直接加热所述混合物， 其 中含氧气氛中的 02与含碳原料中 C的摩尔比不低于 0.1,致使所述混合物的 反应温度不低于 1700°C。 混合物的反应温度可以在 1700-195CTC的范围。
优选含碳原料与含钙原料的重量比为 0.5-3: 1,更优选的是，含碳原料与 含 原料的重量比为 0.7-2:1。
优选含氧气氛中的 02与含碳原料中 C的摩尔比为 0.1-0.6。
优选粉末状含碳原料和粉末状含 原料的粒度均小于 1 mm。 更优选的 是， 粉末状含碳原料和粉末状含弓原料的粒度均小于 0.3 mm。
含碳原料可以为煤、 半焦 （即兰炭）、 焦炭之一或它们的混合。 含钙原 料可以为碳酸钙、 氧化钙、 氢氧化钙或电石渣之一或它们的混合。 还可考虑在步驟 （2 )之后加入对混合后的粉末状含碳原料和粉末状含 钙原料进行预热的步骤， 其中预热温度不低于 500°C。 该预热温度优选为 500-1500°C范围。 预热步骤中所用的燃料可以采用粉末状含碳原料、 所述生 产过程中获得的气体产物 CO或辅助燃料。 辅助燃料包括气体燃料和液体燃 料。 预热中所用的含氧气体可为氧气、 富氧空气或空气， 优选空气。 若预热 燃料采用生产电石过程中获得的气体产物 CO时， CO与空气的体积比优选为
电石含量， 而且可以降低反应的耗氧量。 CO作为生产电石过程中的副产物 若被直接排放到大气中必然导致空气污染。本发明将 CO作为预热燃料之一， 既防止了空气污染， 又能有效利用能量。
根据本发明的另一方面， 提供一种实现所述方法的系统， 该系统包括配 料单元、 原料预热单元和反应单元。 配料单元可以是任何计量装置。 原料预 热单元包括原料混合进料装置、 预热装置、 气体压缩装置和第一换热器； 原 料混合进料装置包括固体原料混合器和进料器， 固体原料混合器的出口与进 料器的进口连通； 预热装置设有原料入口、 气体进口、 第一气体出口和固体 物料出口； 原料混合进料装置的出口与预热装置的原料入口连通， 预热装置 通过气体进口与气体压缩装置连通； 预热装置通过第一气体出口与第一换热 器连通。 反应单元包括进料装置、 反应器和第二换热器。 反应器上设有原料 喷口、 第二气体出口和产物排出口； 原料喷口上设有含氧气体入口； 进料装 置的固体物料入口与预热装置的固体物料出口连通； 进料装置的固体物料出 口与反应器上的原料喷口连通； 反应器上的第二气体出口与第二换热器的气 体入口连通， 换热后部分气体进入预热单元的气体压缩装置， 部分进入其他 单元。
优选， 进料器上设有气体吹扫口， 以防止固体物料堵塞进料器。
优选， 预热装置包括预热器。 预热器可以为流化床或气流床。 若预热器 为气流床， 预热装置还包括气固分离器， 预热装置的第一气体出口和固体物 料出口设于气固分离器上。从第一气体出口流出的气体通过第一换热器排出。
所述气固分离器优选为旋风分离器。
此外， 反应单元的进料装置上也可设有气体吹扫口， 以防止物料堵塞进 料装置。 可根据物料温度选择进料器和进料装置， 进料器和进料装置可以为螺旋 进料器或 U型气动阀进料器。 考虑到进料器的物料温度低， 优选进料器为螺 旋进料器。 考虑进料装置的物料温度高， 优选其为 U型气动阀进料器。
反应器的原料喷口可以是单喷口、 对喷口或多喷口之一。
还可考虑在气体压缩装置和第二换热器连通管道上设有辅助燃料入口。 在预热装置和反应单元的进料装置之间还可设有储存装置。
与现有的生产电石方法相比， 本发明釆用粉末状原料， 原料来源广、 利 用率高、 反应速率快、 反应温度低、 生产能力大。 釆用含碳原料部分燃烧直 接供热取代电弧供热， 反应器简单、 造价低， 反应能耗低。
利用副产品气体 CO预热原料，使炼焦、烧石灰和原料预热集成为一体， 整个系统可节能。 附图说明
图 1为本发明的不包括预热步骤的方法步骤框图；
图 2为本发明的包括预热步骤的方法步骤框图；
图 3为本发明系统的示意图， 图中示出的预热装置为流化床；
图 4为本发明系统的示意图， 图中示出的预热装置为气流床。
此处描绘的附图仅用于说明目的， 而不是以任意方式限制本发明的范 围。 具体实施方式
下文参考附图对本发明进行详细描述， 全部附图中相同或类似的部件用 相同的附图标记表示。
图 1和 2为本发明方法的步骤框图， 其中， 图 1不包括预热步骤， 图 2 包括预热步骤。 如图 1所示， 将经配料单元（未示出） 配比成合适的重量比 的合适粒度的粉末状含碳原料 A和粉末状含钙原料 B输入原料混合进料装置 1中， 在原料混合进料装置 1中均匀混合， 之后将经混合的原料和适当量的 含氧气体 C喷入反应器 5内， 借助 02使含碳原料 A中的一部分燃烧直接加 热剩余混合物， 使混合物温度达到 1700-1950 °C而发生高温反应， 产生电石 D和副产物 CO气体 E, 电石 D排出反应器后冷却至常温。
如图 2所示， 可利用生产电石过程中的副产物 CO气体 E和含氧气体 F 在预热器 14中燃烧， 将原料混合物预热至 500-150CTC , 然后将经预热的原 料混合物与含氧气体 C喷入反应器 5中， 部分含碳原料在含氧气氛中燃烧使 原料混合物温度达到 1700°C以上， 产生的电石 D排出反应器后冷却至常温。
表 1示出了根据本发明的方法采用不同粒径和不同配比的原料和不同的 氧气量通过预热或不经预热所获得的固体产物情况。
表 1
Figure imgf000007_0001
从表 1中可以看出： 采用本发明提供的方法可将反应温度降至 1700°C , 而且原料粒度越小、 反应温度越高， 则反应时间越短， 反应时间大都可缩短 至 10分钟之内。 此外， 通过预热可减少焦炭耗费量和耗氧量。
图 3和 4为本发明系统的示意图， 其中， 图 3所示的预热器为流^ ^床， 图 4所示的预热器为气流床。
参见图 3 , 本发明的系统总体用 S表示， 其包括配料单元 （未示出）、 原 料预热单元和反应单元。原料预热单元包括原料混合进料装置 1、预热装置 2、 气体压缩装置 3和第一换热器 11。原料混合进料装置 1包括固体原料混合器 12和进料器 13 , 固体原料混合器 12的出口与进料器 13的进口连通。预热装 置 2设有原料入口 16、 气体进口 17、 第一气体出口 18和第一固体物料出口 19。 原料混合进料装置 1的出口 1-1与预热装置 2的原料入口 16连通， 预热 装置 2通过气体进口 17与气体压缩装置 3连通。预热装置 2通过第一气体出 口 18与第一换热器 11连通。
反应单元包括进料装置 4、 反应器 5和第二换热器 9。 反应器 5上设有原 料喷口 6、第二气体出口 7和产物排出口 8。原料喷口 6上设有含氧气体入口 6-1。 进料装置 4的固体物料入口 4-1与预热装置 2的第一固体物料出口 19 连通， 进料装置 4的固体物料出口 4-2与反应器 5上的原料喷口 6连通。 反 应器 5上的第二气体出口 7与第二换热器 9的气体入口连通， 换热后部分气 体进入预热单元的气体压缩装置 3 , 部分气体进入其他单元。
优选进料器 13上设有气体吹扫口， 以防止固体物料堵塞进料器。
预热装置 2包括的预热器 14为流化床。
参见图 4, 预热器 14为气流床， 预热装置 2还包括气固分离器 15 , 预热 装置 2的第一气体出口 18和第一固体物料出口 19设于气固分离器 15上。从 第一气体出口 18出来的气体通过第一换热器 11排出。
气固分离器 15优选为旋风分离器。
优选反应单元的进料装置 4 上设有气体吹扫口， 以防止物料堵塞进料装 置。
可根据物料温度选择进料器和进料装置， 进料器 13和进料装置 4可以为 螺旋进料器或 U型气动阀进料器。 考虑到进料器 13的物料温度低， 优选为 螺旋进料器。 考虑到进料装置 4的物料温度高， 优选为 U型气动阀进料器。
此外， 反应器 5的原料喷口 6可以为单喷口、 对喷口或多喷口。
还可考虑在气体压缩装置 3和第二换热器 9的连通管道上设有辅助燃料入 口。
还可考虑在预热装置 2和反应单元的进料装置 4之间设有储存装置。 下文将对本发明提供的系统 S的运行状况进行描述。
粉末状含碳原料 A和粉末状含钙原料 B在原料混合装置 1中混合后，通 过进料器 13送入预热装置 2, 含氧气体和经换热后的副产物 CO气体由气体 压缩装置 3送至预热装置 2的气体进口 17。部分含碳原料及换热后的副产物 CO 气体在含氧气体的作用下在预热装置 2 中燃烧， 将混合原料加热至 500-1500°C, 使含碳原料 A热解为焦粉， 含 原料 B热解为氧化钙粉。 产生 的高温气体通过第一换热器 11换热后排出，形成的高温固体混合物通过进料 装置 4送至反应器 5的原料喷口 6, 由喷口 6喷入反应器 5 , 含氧气体 C从 喷口 6上的含氧气体入口 6-1喷入反应器 5 , 部分焦粉与含氧气体中的 02在 反应器 5 中混合燃烧， 将物料加热至 1700-1950°C, 形成电石。 电石由反应 器 5底部的产物排出口 8排出， 副产物 CO气体由反应器 5的第二气体出口 7排出进入第二换热器 9,换热后部分气体通过气体压缩装置 3喷入预热装置 2, 作为预热装置 2的燃料。
在预热装置 2包括气固分离器 15的情况下， 被加热至 500-1500°C的原 料混合物中的含碳原料热解为焦粉， 含钙原料热解为氧化钙粉。 形成的高温 产物进入气固分离器 15 , 分离出来的气体产物经第二换热器 9降温后排出， 分离出来的固体产物通过进料装置 4送至反应器 5的原料喷口 6 , 由喷口 6 喷入反应器 5，含氧气体 C从喷口 6上的含氧气体入口 6-1喷入反应器 5 ,部 分焦粉与含氧气体在反应器 5中混合燃烧， 将物料加热至 1700-1950°C形成 电石。 电石由反应器 5底部的产物排出口 8排出； 副产物 CO气体由反应器 5的第二气体出口 7进入换热器 9 ,换热后部分气体通过气体压縮装置 3喷入 预热装置 2 , 作为预热装置 2的燃料。
虽然上面参照附图对本发明进行了描述， 显然， 上面的描述实质上仅是 示例性的， 而不是对本发明及其应用的限制。 工业实用性
本发明采用含碳粉末原料直接燃烧供热方式生产电石， 其生产温度与现 代气流床煤气化的温度类似， 与电弧加热生产电石技术相比， 避免了煤→热 →电→热过程中的能量损失， 节省能耗达 50%左右。 与目前的大颗粒原料、 电弧加热制备电石技术相比， 由于采用粉末状原料， 提高了反应炉的生产能 力， 还可进一步节能。
与当前的通过单独炼焦和单独烧石灰制备原料相比， 本发明将原料制备 和电石生产过程结合， 充分利用了焦炭和氧化钙的显热， 可进一步节能。

Claims

权利要求书
1. 一种生产电石的方法， 包括以下步骤：
( 1 ) 制备合适粒度的粉末状含碳原料和粉末状含 4弓原料；
( 2 )将所述粉末状含碳原料和粉末状含 原料以不低于 0.5: 1的重量比 进行混合；
( 3 )通过所述含碳原料在含氧气氛中部分燃烧直接加热所述混合物， 其中含氧气氛中的 02与含碳原料中 C的摩尔比不低于 0.1，致使所述混合物 的反应温度不低于 1700°C。
2.根据权利要求 1所述的生产电石方法， 其中， 所述含碳原料与含 4丐原 料的重量比为 0.5-3: 1。
3.根据权利要求 2所述的生产电石方法， 其中， 所述含碳原料与含 4丐原 料的重量比为 0.7-2: 1。
4.根据权利要求 1所述的生产电石方法， 其中， 所述含氧气氛包括纯氧 和富氧空气。
5.根据上面任一项权利要求所述的生产电石方法， 其中， 所述含氧气氛 中的 02与含碳原料中 C的摩尔比为 0.1-0.6。
6.根据上面任一项权利要求所述的生产电石方法， 其中， 所述粉末状含 碳原料的粒度和所述粉末状含钙原料的粒度均小于 1 mm。
7.根据权利要求 6所述的生产电石方法， 其中， 所述粉末状含碳原料和 粉末状含 原料的粒度均小于 0.3 mm。
8. 根据权利要求 1所述的生产电石方法， 其中， 所述步骤 （3 ) 中的反 应温度为 1700-1950°C。
9.根据上面任一项权利要求所述的生产电石方法， 其中， 所述含碳原料 为煤、 半焦、 焦炭之一或它们的混合， 所述含钙原料为碳酸钙、 氧化钙、 氢 氧化钙或电石渣之一或它们的混合。
10. 根据权利要求 1 所述的生产电石方法， 其中， 在所述步骤（2 )之 预热温度不低于 500 °C。
11. 根据权利要求 10 所述的生产电石方法， 其中， 所述预热温度为
500-1500 °C。
12. 根据权利要求 10或 11所述的生产电石方法， 其中， 所述预热步骤 中所用的燃料为粉末状含碳原料、 所述生产过程中获得的气体产物 CO或辅 助燃料， 预热中所用的含氧气体为氧气、 富氧空气或空气。
13. 根据权利要求 10-12所述的生产电石方法， 其中， 所述预热燃料为 生产电石过程中获得的气体产物 CO时， CO与空气的体积比为 1:2.5-4。
14. 一种电石生产系统（S), 包括配料单元、原料预热单元和反应单元， 其中， 所述原料预热单元包括原料混合进料装置 （1)、 预热装置 （2)、 气体 压缩装置 （3) 和第一换热器 （11); 所述原料混合进料装置 （1) 包括固体 原料混合器 （12) 和进料器 （13), 固体原料混合器 （12) 的出口与进料器 (13) 的进口连通； 预热装置 （2)设有原料入口 （16)、 气体进口 （17)、 第一气体出口 （18)和第一固体物料出口 （19); 原料混合进料装置（1) 的 出口 （1-1) 与预热装置 （2) 的原料入口 （16) 连通， 气体压缩装置 （3) 通过气体进口 （17) 与预热装置 （2) 连通； 第一换热器 （11)通过第一气 体出口 （18) 与预热装置 （2)连通；
所述反应单元包括进料装置 （4)、 反应器 （5)和第二换热器 （9); 反 应器（5)上设有原料喷口 （6)、 第二气体出口 （7)和产物排出口 （8); 原 料喷口（6)上设有含氧气体入口（6-1 );进料装置（4)的固体物料入口（4-1) 与预热装置（2) 的第一固体物料出口 （19)连通； 进料装置 （4) 的固体物 料出口 （4-2)与反应器（5)上的原料喷口 （6)连通； 反应器 （5) 上的第 二气体出口 （7) 与第二换热器 （9) 的气体入口连通， 第二换热器 （9) 的 气体出口连接预热单元的气体压缩装置 （ 3 )。
15. 根据权利要求 14所述的电石生产系统， 其中， 所述进料器 （13) 上和 /或所述反应单元的进料装置 （4) 上设有气体吹扫口。
16. 根据权利要求 14或 15所述的电石生产系统， 其中， 所述预热装置 (2) 包括预热器 （ 14 ), 该预热器为流化床或气流床。
17. 根据权利要求 16所述的电石生产系统， 其中， 若所述预热器 （14) 为气流床， 所述预热装置 （2)还包括气固分离器 （15), 该预热装置 （2) 的第一固体物料出口 （19)和第一气体出口 （18)设于所述气固分离器（15) 上。
18.根据权利要求 17所述的电石生产系统，其中，所述气固分离器（15) 为旋风分离器。
19. 根据权利要求 14所述的电石生产系统， 其中， 所述进料器 （13) 和进料装置 （4)为螺旋给料器或 U型气动阔给料器。
20. 根据权利要求 14所述的电石生产系统， 其中， 所述第二换热器（9) 和第一换热器 （11)为管束换热器、 板式换热器或者废热锅炉。
21. 根据权利要求 14所述的电石生产系统， 其中， 所述反应器（5)的 原料喷口 （6)为单喷口、 对喷口或多喷口。
22. 根据权利要求 14所述的电石生产系统， 其中， 所述气体压缩装置 (3)和第二换热器 （9)的连通管道上设有辅助燃料入口。
23. 根据权利要求 14所述的电石生产系统， 其中， 所述预热装置 （2) 和反应单元的进料装置 （4)之间设有储存装置。
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