一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法，采用長條狀生物質(zhì)燃料原料和粉末狀含鈣原料，通過生物質(zhì)燃料原料焦化后產(chǎn)生的揮發(fā)分與含氧氣體燃燒為含鈣原料供熱，再由焦化生成的固態(tài)碳和含鈣原料在1700-2100℃條件下制備電石。采用長條棒狀的生物質(zhì)燃料代替粉末狀的含碳原料，生物質(zhì)燃料的密度較低，焦化溫度低，在300-500℃時焦化就很完全，節(jié)省生物質(zhì)燃料制作耗能。采用粉末狀原料增大了反應(yīng)物接觸面，使得反應(yīng)充分進(jìn)行，提高了反應(yīng)能力和原料利用率。該工藝還與含碳原料焦化和含鈣原料煅燒過程耦合，利用生物質(zhì)燃料焦化的揮發(fā)分和電石生產(chǎn)的副產(chǎn)物CO以及輔助燃料的燃燒預(yù)熱和煅燒含鈣原料至500-1500℃，不僅實現(xiàn)了原料的充分利用還降低了電石生產(chǎn)的氧耗和工藝能耗。
【專利說明】一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電石生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化鈣(CaC2),俗稱電石，上世紀(jì)中葉之前被譽(yù)為有機(jī)合成之母。電石作為煤炭清潔化的一個主要中間產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于合成苯、橡膠、聚氯乙烯、聚乙炔等有機(jī)化工產(chǎn)品。工業(yè)上一般使用電爐熔煉法(電熱法)與氧熱法生產(chǎn)電石。
[0003]現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)一般多采用電熱法生產(chǎn)電石。電爐熔煉法是將焦炭與氧化鈣(分子式CaO)置于2200°C左右的電爐中熔煉，生成碳化鈣(分子式CaC2)。生石灰和含碳原料(焦炭、無煙煤或石油焦)在電石爐內(nèi)，依靠電弧高溫熔化反應(yīng)而生成電石。通過電爐上端的入口或管道將混合料加入電爐內(nèi)，在開放或密閉的電爐中加熱至2000°C左右，根據(jù)下式反應(yīng)生成電石:Ga0+3C — CaC2+C0。熔化了的碳化鈣從爐底取出后，經(jīng)冷卻、破碎后作為成品包裝。但該生產(chǎn)方法的致命弱點是能耗非常高，而且污染嚴(yán)重。為了節(jié)約能源、降低成本并減輕對環(huán)境的污染，利用廢物來降低原料成本是提高電熱法電石生產(chǎn)效率的重要手段之一。2000年，我國專利(CN1313243A)提出采用褐煤、長焰煤和原煤來代替貨源緊缺、價格昂貴的冶金焦炭為原料。
[0004]后來興起的氧熱法是集高爐富氧氧熱法熔煉CaC2 (電石)、石灰石中提取炭、高溫低壓煤氣發(fā)生爐于一體。此一爐三用工藝技術(shù)，使CaC2生產(chǎn)綜合利用了煤氣化過程中的余熱和煤灰，煤灰加配料熔融后生成CaC2和提純CaC2時得到硅鐵；“高溫低壓”煤氣發(fā)生爐，使煤氣的產(chǎn)(發(fā))生自然化。每 熔煉一噸80%CaC2，從石灰石中提取純炭168kg左右，產(chǎn)生煤氣(CO在55% — 95%) 6000—2600m3,可生產(chǎn)4.5噸左右的甲醇。富氧既提高爐溫又提高了煤氣的CO質(zhì)量，氧氣尤為一舉兩用，煤熱能利用后的煤氣，用于煤化工或清潔發(fā)電。此工藝為無消耗能源型和無污染型的CaC2生產(chǎn)和煤氣生產(chǎn)。
[0005]傳統(tǒng)的電熱法和氧熱法均采用固定床反應(yīng)器，只能使用塊狀原料(3_20cm)以保證產(chǎn)物CO氣體的排除，避免氣流不暢導(dǎo)致“崩床”。然而塊狀原料的反應(yīng)面積小，反應(yīng)速率慢，在爐內(nèi)的停留時間長、生產(chǎn)能力小，單位產(chǎn)品能耗高。因此傳統(tǒng)電石生產(chǎn)工藝過程中“高投入、高能耗、高污染”的部分原因是采用塊狀原料、電弧供熱方式以及副產(chǎn)物CO沒有得到充分利用。
[0006]近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油資源日益稀缺，電石乙炔法路線再次表現(xiàn)出價格優(yōu)勢。但是生產(chǎn)電石所用的含碳原料主要是煤之類的礦石，現(xiàn)今也出現(xiàn)了匱乏。并且電石的生產(chǎn)技術(shù)在世界范圍內(nèi)發(fā)展也是不平衡的。美國是最早工業(yè)化生產(chǎn)電石的國家.德國是世界上電石生產(chǎn)技術(shù)較為發(fā)達(dá)的國家。擁有世界上容量最大的電石爐；而對于大多數(shù)發(fā)展中國家來講，電石生產(chǎn)技術(shù)還相當(dāng)落后，就我國而言，雖然近年來有了很大的改善，但是電石產(chǎn)業(yè)依然表現(xiàn)出“高能耗、高投入、高污染、低綜合產(chǎn)出”的狀況。電石產(chǎn)業(yè)要健康發(fā)展必需進(jìn)行技術(shù)革新，達(dá)到節(jié)能、降耗、減排的目標(biāo)，實現(xiàn)資源的循環(huán)、高效、環(huán)保利用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明宗旨是解決電石生產(chǎn)中“高投入、高能耗、高污染”的問題，發(fā)明人通過大量的研究和創(chuàng)造性的勞動，研制出了一種工藝簡單、能耗小、原料來源廣泛、成本低的電石生
產(chǎn)方法。
[0008]所述方法將長條狀生物質(zhì)燃料焦化后的固態(tài)碳和含鈣原料混合，并在混合前通過生物質(zhì)燃料焦化時產(chǎn)生的揮發(fā)分燃燒預(yù)熱含鈣原料，生產(chǎn)電石。
[0009]所述方法使用的生物質(zhì)燃料原料長度為2-10mm和粉末狀含鈣原料的粒度小于Imm0
[0010]將長度為2-10mm的生物質(zhì)燃料原料和粒度在Imm以下的含鈣原料，以1:0.9-1.1的質(zhì)量比分別置于兩進(jìn)料器中。長條狀生物質(zhì)燃料原料在280-500°C下進(jìn)行焦化，焦化所得的揮發(fā)分和電石生產(chǎn)的副產(chǎn)物CO燃 燒可以使反應(yīng)溫度控制在1750-1950°C，從而給含鈣原料的預(yù)熱供熱。然后將焦化所得的固態(tài)碳和含鈣原料混合?；旌虾?，通微量氧氣或富氧氣體使混合物溫度達(dá)到1700-2100°C，反應(yīng)0.1-10分鐘，生成電石。
[0011]所述的生物質(zhì)燃料原料為秸桿、稻殼、花生殼、玉米芯、油茶殼、棉籽殼及“三剩物”經(jīng)過加工產(chǎn)生的生物質(zhì)燃料，含鈣原料為碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣或電石渣或幾種的混
口 O
[0012]生物質(zhì)燃料不含硫磷，不腐蝕鍋爐，可延長鍋爐的使用壽命，企業(yè)將受益匪淺。由于生物質(zhì)燃料不含硫磷，燃燒時不產(chǎn)生二氧化硫和五氧化二磷，因而不會導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生，不污染大氣，不污染環(huán)境。另外，生物質(zhì)燃料清潔衛(wèi)生，投料方便，減少工人的勞動強(qiáng)度，極大地改善了勞動環(huán)境，企業(yè)將減少用于勞動力方面的成本。
[0013]生物質(zhì)燃料原料與含鈣原料的質(zhì)量比為1:0.9-1.1，最佳質(zhì)量比1:0.92。
[0014]所述含氧氣體為氧氣、富氧空氣或空氣。
[0015]所述的焦化后固態(tài)碳和粉末狀含鈣原料混合后，預(yù)熱至500_1500°C。
[0016]所述預(yù)熱中所用預(yù)熱燃料為生物質(zhì)燃料焦化的揮發(fā)分和電石生產(chǎn)的副產(chǎn)物CO以及輔助燃料，預(yù)熱中所用的氧化劑為氧氣或空氣。
[0017]所述預(yù)熱燃料與空氣的體積比例為1:4-5。
[0018]預(yù)熱不僅可以減少后續(xù)反應(yīng)中含碳原料的消耗，提高產(chǎn)物中的電石純度，還可以降低反應(yīng)的氧耗。預(yù)熱中所用預(yù)熱燃料包括生物質(zhì)燃料焦化的揮發(fā)分和電石生產(chǎn)的副產(chǎn)物CO，輔助燃料包括氣體燃料。含碳原料的焦化產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體中含有部分可燃性物質(zhì)，直接排空造成了能源的浪費(fèi)。CO作為電石生產(chǎn)的副產(chǎn)物，其排空會導(dǎo)致空氣污染，其化工利用設(shè)計深度脫硫和輸送問題的成本高。本發(fā)明將這兩部分氣體作為預(yù)熱燃料，既防止了空氣的污染，又有效利用了能量，一舉兩得。
[0019]本發(fā)明具有的優(yōu)點:
[0020]與傳統(tǒng)電石生產(chǎn)方法相比，本發(fā)明的含碳原料選擇了新環(huán)保能源一生物質(zhì)燃料。原料來源廣、污染性低、利用率高、反應(yīng)速率快、焦化溫度低、生產(chǎn)能力大。
[0021]采用長條狀的生物質(zhì)燃料代替粉末狀的含碳原料。生物質(zhì)燃料的密度較低，焦化溫度低，在300-500°C時焦化就很完全，可以節(jié)省前期加工生物質(zhì)燃料的機(jī)械能耗。采用粉末狀的原料增大了反應(yīng)物的接觸面，使得反應(yīng)充分進(jìn)行，提高了反應(yīng)能力和原料的利用率。
[0022]生物質(zhì)燃料焦化的揮發(fā)分和電石生產(chǎn)副產(chǎn)物CO燃燒供熱，使得反應(yīng)能耗降低，并提高了原料的利用率。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
[0024]將230克長度為6mm的淮北平原的小麥秸桿送入預(yù)熱器中加熱至350_500°C焦化，將焦化后的固態(tài)碳和揮發(fā)分分離。揮發(fā)分和最后的副產(chǎn)物CO與富氧氣體通入裝有120克粒徑為0.65mm的CaO粉末燃燒預(yù)熱器,將固態(tài)碳與預(yù)熱后CaO混合,通入60L氧氣噴入反應(yīng)器，使原料達(dá)到1750-2100°C，反應(yīng)IOmin冷卻至常溫。如果轉(zhuǎn)化率為100%，預(yù)計得到固體產(chǎn)物質(zhì)量為137克。生成電石的反應(yīng)是可逆的。CaO的轉(zhuǎn)化率一般在65-70%，得到的固體質(zhì)量實際應(yīng)在131-132克。
[0025]實施例2
[0026]將210克長度為5mm的玉米芯反應(yīng)器中加熱至300-500°C焦化，將焦化后的固態(tài)碳和揮發(fā)分分離。揮發(fā)分和最后的副產(chǎn)物CO與富氧氣體通入裝有130克粒徑為0.65mm的CaO粉末燃燒預(yù)熱后，將固態(tài)碳與預(yù)熱后CaO混合，通入65L氧氣噴入反應(yīng)器，使原料達(dá)到1750-2100°C，反應(yīng)IOmin冷卻至常溫。如果轉(zhuǎn)化率為100%，預(yù)計得到固體產(chǎn)物質(zhì)量為148.6克。同樣按照CaO的轉(zhuǎn)化率一般在65-70%，得到的固體質(zhì)量實際應(yīng)在142-143克。
[0027]與傳統(tǒng)電石生產(chǎn)方法相比，本發(fā)明的含碳選擇了新環(huán)保能源一生物質(zhì)燃料。生物質(zhì)燃料相對于焦炭的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差也就10%。而且生物質(zhì)燃料原料來源廣、污染性低、利用率高、反應(yīng)速率快、焦化溫度低、生產(chǎn)能力大。
[0028]采用長條狀的生物質(zhì)燃料代替粉末狀的含碳原料。生物質(zhì)燃料的密度較低，焦化溫度低，在300-500°C時焦化就很完全，可以節(jié)省前期加工生物質(zhì)燃料的機(jī)械能耗。采用粉末狀的含鈣原料增大了反應(yīng)物的接觸面，使得反應(yīng)充分進(jìn)行，提高了反應(yīng)能力和原料的利用率。
[0029]生物質(zhì)燃料焦化的揮發(fā)分和電石生產(chǎn)副產(chǎn)物CO燃燒供熱，使得反應(yīng)能耗降低，并提高了原料的利用率。
【權(quán)利要求】
1.一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法，其特征在于:將長條狀生物質(zhì)燃料焦化，產(chǎn)生的揮發(fā)分和電石生產(chǎn)的副產(chǎn)物CO以及輔助燃料燃燒用于預(yù)熱含鈣原料，再將生物質(zhì)燃料焦化后的固態(tài)碳和含鈣原料混合，混合后，通微量氧氣或富氧氣體使混合物在高溫下反應(yīng)一段時間，最終得到電石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法，其特征在于:生物質(zhì)燃料原料的長度在2-10mm，含鈣原料的粒度在Imm以下，二者以1:0.9-1.1的質(zhì)量比分別置于兩進(jìn)料器中，長條狀生物質(zhì)燃料原料在280-500°C下進(jìn)行焦化，焦化所得的揮發(fā)分和電石生產(chǎn)的副產(chǎn)物CO燃燒可以使反應(yīng)溫度控制在1750-1950°C，從而給含鈣原料預(yù)熱，然后，將焦化所得的固態(tài)碳和含鈣原料混合，混合后，通微量氧氣或富氧氣體使混合物溫度達(dá)到1700-2100°C，反應(yīng)0.1-10分鐘，生成電石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法，其特征在于:所述的生物質(zhì)燃料原料為秸桿、稻殼、花生殼、玉米芯、油茶殼、棉籽殼及“三剩物”經(jīng)過加工產(chǎn)生的生物質(zhì)燃料，含鈣原料為碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣或電石渣或幾種的混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法，其特征在于:所述富氧氣體為氧氣、富氧空氣或空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法，其特征在于:所述焦化后固態(tài)碳和粉末含鈣原 料混合后，預(yù)熱至500-1500°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法，其特征在于:預(yù)熱中所用預(yù)熱燃料為生物質(zhì)燃料焦化的揮發(fā)分和電石生產(chǎn)的副產(chǎn)物CO以及輔助燃料，預(yù)熱中所用的氧化劑為氧氣或空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)電石的方法，其特征在于:所述預(yù)熱燃料與空氣的體積比例為1:4-5。
【文檔編號】C01B31/32GK103449437SQ201310378561
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)民, 張震, 焦志偉, 閻華 , 丁玉梅, 郁文霞, 陳實, 張栩 申請人:北京化工大學(xué)