一種生產(chǎn)電石的聯(lián)合反應(yīng)器及方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備電石的工藝及其專用反應(yīng)器，具體涉及一種由氣流床反應(yīng)器與電弧反應(yīng)器構(gòu)成的聯(lián)合反應(yīng)器及生產(chǎn)方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]碳化鈣(CaC2)俗稱電石，是有機(jī)合成工業(yè)重要的基礎(chǔ)原料，在化學(xué)工業(yè)中占有重要的地位。工業(yè)上電石主要用來(lái)生產(chǎn)乙炔、氰胺化鈣和鋼鐵脫硫劑等，其中由乙炔生產(chǎn)的PVC是其最主要的終端產(chǎn)品。我國(guó)電石產(chǎn)能長(zhǎng)期位居世界第一，2014年底我國(guó)的電石產(chǎn)量達(dá)到2580萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)12.9%。目前電石的工業(yè)生產(chǎn)全部采用電熱法，其基本原理是塊狀含碳原料和塊狀氧化鈣(粒度嚴(yán)格控制在3?20mm)在高溫密閉電弧爐中(爐溫超過(guò)2000°C)吸熱反應(yīng)生成熔融態(tài)的電石產(chǎn)品。
[0003]電熱法發(fā)展至今已經(jīng)有了一百多年的歷史，其間技術(shù)經(jīng)過(guò)了多次重大改進(jìn)，比如密閉型電石爐的發(fā)明、空心電極技術(shù)的引入以及自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用等，使整個(gè)電熱法工藝過(guò)程日趨成熟。但目前該工藝的產(chǎn)品噸電耗仍在3500kWh左右，電力成本接近總成本的50%，同時(shí)電弧爐法只能使用塊狀的氧化鈣和焦炭原料，造成占比近20%的粉狀原料的浪費(fèi)。另外電弧爐還存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以放大等問(wèn)題，導(dǎo)致了該技術(shù)的建設(shè)投入和運(yùn)行成本都非常高。在石油價(jià)格下降后，電石法PVC路線相對(duì)石油乙烯PVC路線的經(jīng)濟(jì)性將大大降低。但我國(guó)“富煤少油”的資源秉賦以及煤炭與水資源逆向分布的現(xiàn)實(shí)情況，又使得石油和煤制烯烴PVC路線難以完全替代電石法PVC，因此我國(guó)對(duì)提升電石工藝經(jīng)濟(jì)性具有很強(qiáng)烈的需求。
[0004]要解決現(xiàn)有電石行業(yè)“高成本、高能耗、高污染”的問(wèn)題，就需要對(duì)現(xiàn)有的電熱法電石工藝進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。氧熱法電石工藝一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，希望通過(guò)煤炭燃燒產(chǎn)生的熱量取代電弧放出的熱量供給電石合成反應(yīng)。早在六七十年代德國(guó)和朝鮮就已經(jīng)開(kāi)展了全焦豎爐氧熱法生產(chǎn)電石的中試試驗(yàn)，但因?yàn)榉磻?yīng)速率低及焦炭耗量太大等原因，其成本還高于電弧法，在原油價(jià)格下降后便停止了生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)對(duì)氧熱法電石工藝和裝備的研究也多有報(bào)道。CN201210569784.0和CN201220723905.8公布了一種粉狀原料在氣流床中氧熱法生產(chǎn)電石和合成氣的方法與裝置，其所述電石反應(yīng)器由上部的預(yù)熱室、中部的氣化室和下部的反應(yīng)室構(gòu)成。其具體流程是將經(jīng)磨煤和干燥的含碳原料與含鈣原料由進(jìn)料口送入，在預(yù)熱室中含碳原料和含鈣原料充分預(yù)熱，進(jìn)入氣化室后被煤粉和富氧空氣混合燃燒的熱量進(jìn)一步加熱升溫，最后在反應(yīng)室中煤粉進(jìn)一步與氧氣混合燃燒產(chǎn)生2000 0C左右的高溫，使剩余部分的含碳原料與氧化鈣在高溫下反應(yīng)完全。從已知的文獻(xiàn)分析可知，氧熱法電石工藝開(kāi)發(fā)中有很多難點(diǎn)，包括如何提供溫度達(dá)到2000°C的穩(wěn)定可靠熱源及相應(yīng)的耐火材料，如何讓粉狀含碳、含鈣原料充分接觸反應(yīng)等。
[0005]為了解決傳統(tǒng)電熱法粉狀原料無(wú)法利用與生產(chǎn)電耗大的缺點(diǎn)，以及回避氧熱法需要尋求高溫?zé)嵩磁c耐火材料的困難，實(shí)有必要提供一種可以解決以上技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案?！?br/>【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)電石的聯(lián)合反應(yīng)器及生產(chǎn)方法，通過(guò)上爐實(shí)現(xiàn)利用粉狀原料生產(chǎn)電石，同時(shí)提供絕大部分的反應(yīng)熱量，大大降低了電弧爐中電熱的供給量。利用下?tīng)t將反應(yīng)物料進(jìn)一步加熱使物料反應(yīng)完全，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
[0007]一種生產(chǎn)電石的聯(lián)合反應(yīng)器，包括上爐和下?tīng)t，所述上爐的底部設(shè)置有落料筒，物料自上爐頂部落入到落料筒內(nèi)進(jìn)而進(jìn)入到下?tīng)t爐膛內(nèi)，并在下?tīng)t爐膛內(nèi)形成落料區(qū)；所述下?tīng)t安裝有三相電極，電極產(chǎn)生的電弧所形成的高溫區(qū)延伸到物料落下時(shí)形成的落料區(qū)中心。
[0008]所述上爐爐頂設(shè)置有多通道噴口，粉狀物料和氧氣通過(guò)該多通道噴口進(jìn)入到上爐爐膛內(nèi)；所述多通道噴口為多層套管結(jié)構(gòu)，中心管是煤粉與粉狀含鈣原料的進(jìn)料通道，最外層是冷卻水通道形成的水冷套筒，進(jìn)料通道和水冷套筒之間的環(huán)形腔是助燃氧氣通道;所述多通道噴口的底部安裝有氣體旋轉(zhuǎn)葉片，用于強(qiáng)化氧氣與中心套管中粉體的混合，使燃燒更充分。
[0009]所述上爐與下?tīng)t的中心軸線重合，通過(guò)上爐的落料筒相連;所述上爐的爐膛采用熱壁形式以減少煤粉燃燒的熱量損耗，其內(nèi)壁結(jié)構(gòu)依次為耐火層和保溫層，該耐火層和保溫層固定在鋼制的上爐外殼內(nèi)；所述上爐的上部和下部外徑均小于爐膛中部位置的外徑，呈兩頭小中間大的結(jié)構(gòu)，所述落料筒設(shè)置在上爐的底部，且落料筒的底部設(shè)置有喇叭形擴(kuò)口，以擴(kuò)大液態(tài)落料的分布面積。
[0010]所述下?tīng)t為圓形結(jié)構(gòu)，包括爐蓋和爐膛，所述爐蓋的主體是縱橫交叉的水冷卻的冷卻水鋼梁，在冷卻水鋼梁間預(yù)留有電極插孔和加料孔;三個(gè)所述電極插孔的位置為以爐蓋中心為圓心的圓周上，在每個(gè)電極的周圍還開(kāi)設(shè)有多個(gè)加料口，用于在開(kāi)工時(shí)顆粒煤和氧化鈣等的添加和調(diào)節(jié);所述電極插孔和加料口周邊分別配有密封用的電極密封圈和加料管密封圈，所述下?tīng)t蓋與上爐的落料筒的連接處通過(guò)石墨密封圈密封。
[0011]所述下?tīng)t的主體是保溫層包裹的耐火磚層，在下?tīng)t的爐底鋪有一層碳素磚層，以承受高溫液態(tài)電石的侵蝕;所述下?tīng)t整體通過(guò)底座工字鋼支撐在耐火混凝土上，在下?tīng)t的爐體側(cè)壁上部開(kāi)有電石尾氣排出口，側(cè)壁下部開(kāi)有液態(tài)電石流出口。
[0012]—種生產(chǎn)電石的聯(lián)合反應(yīng)工藝，采用煤粉氣流床燃燒和電弧反應(yīng)聯(lián)合生產(chǎn)電石，其中，氣流床反應(yīng)的粉煤燃燒提供反應(yīng)所需的大部分熱量，含碳原料和含鈣原料吸熱生成液態(tài)的碳化鈣和電石氣，未完全反應(yīng)的原料隨液態(tài)的碳化鈣和電石氣一起進(jìn)入到電弧反應(yīng)器，電弧反應(yīng)提供的熱量使氣流床反應(yīng)中未完全反應(yīng)的原料反應(yīng)完全。
[0013]當(dāng)原料進(jìn)入到氣流床反應(yīng)器之前，電弧反應(yīng)器首先提供電石液熔池，電石液熔池的形成過(guò)程為:含碳原料和含鈣原料在電弧反應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)電極電弧熱的作用形成電石液熔池。
[0014]在流化床反應(yīng)器內(nèi)，煤粉燃燒使?fàn)t膛的溫度維持在1700?1900°C，在電弧反應(yīng)器內(nèi)，電極的電弧熱使溫度進(jìn)一步升高至2100?2300°C。
[0015]所述流化床反應(yīng)器內(nèi)的具體過(guò)程為:含碳原料和含鈣原料在氮?dú)鈿夥障鲁浞至骰?，然后與富氧空氣混合燃燒，產(chǎn)生大量的熱量，沒(méi)有燃燒的含碳原料和含鈣原料吸收鈣熱量后反應(yīng)生成液態(tài)的碳化鈣和電石氣；其中，含碳原料和含鈣原料干燥至含水量為0.6-1.2%;所述富氧空氣是指氧氣含量高于80%的空氣;所述含碳原料為半焦、焦炭、貧煤或無(wú)煙煤;含鈣原料為氧化鈣、氫氧化鈣、電石渣或碳酸鈣。
[0016]所述上爐燃燒和反應(yīng)過(guò)程中生成的熱煙氣與熔融反應(yīng)物同向流入下?tīng)t，然后由下?tīng)t導(dǎo)出反應(yīng)器，以促進(jìn)熔融物的流動(dòng)，避免逆向流動(dòng)時(shí)粉狀原料被電石氣帶出。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果:現(xiàn)有電石工業(yè)生產(chǎn)裝置都是電弧供熱，而目前提出的氧化熱電石裝置都是煤粉燃燒供熱，本發(fā)明首次提出了煤粉氣流床燃燒和電弧聯(lián)合供熱的方式，實(shí)現(xiàn)了兩種技術(shù)的嫁接整合。該裝置中煤粉和氧化鈣經(jīng)氣流床反應(yīng)器和電弧反應(yīng)器兩段反應(yīng)生成電石，氣流床反應(yīng)器內(nèi)的粉煤燃燒熱提供反應(yīng)所需的大部分熱量，如此較現(xiàn)行的電弧爐大大減少了電能消耗，降低了生產(chǎn)成本。電弧反應(yīng)器提供高達(dá)2200°C的高溫穩(wěn)定熱源，使氣流床反應(yīng)器中未反應(yīng)的原料反應(yīng)完全，并對(duì)所得電石產(chǎn)品升溫調(diào)質(zhì)，如此可使產(chǎn)品品質(zhì)高于常規(guī)氧熱法產(chǎn)品，又回避了氧熱法裝置中高溫段耐火材料易被氧化侵蝕的難題，使裝置的投資降低壽命延長(zhǎng)。
【【附圖說(shuō)明】】
[0018]圖1為本發(fā)明的聯(lián)合電石反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的聯(lián)合電石反應(yīng)器的俯視圖；
[0020]圖3為圖1所示本發(fā)明的聯(lián)合電石反應(yīng)器的局部放大示意圖。
[0021 ]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1-進(jìn)料通道，2-氧氣通道，3-水冷套管，4-點(diǎn)火裝置，5-爐頂法蘭蓋，6-多通道噴口，7-上爐爐膛，8-上爐耐火層，9-上爐保溫層，10-上爐外殼，11-落料筒，12-上爐支座，13-下?tīng)t爐蓋，14-下?tīng)t爐膛，15-空心鋼梁，16-碳素電極，17-塊料加料口，18-石墨密封圈，19_電極密封圈，20_加料管密封圈，21_下?tīng)t保溫層，22-下?tīng)t耐火磚層，23-碳素磚層，24-下?tīng)t外殼，25-底座工字鋼