本發(fā)明屬于電石生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧熱法生產(chǎn)電石和CO氣體的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

碳化鈣俗稱電石(CaC₂)，上世紀中葉之前被譽為有機合成之母。目前主要用于生產(chǎn)氯乙烯基、醋酸乙烯基和丙烯酸基等系列產(chǎn)品，如我國70％左右的PVC(聚氯乙稀)生產(chǎn)源于電石乙炔。近年來，石油價格的高漲刺激了電石工業(yè)的發(fā)展，我國電石產(chǎn)量由2002年的425萬噸增加到2012年的1900萬噸。

傳統(tǒng)的電石生產(chǎn)采用固定床-電弧法，利用電弧產(chǎn)生的高溫將固定床(也稱移動床或電爐)中的塊狀含氧化鈣和塊狀焦炭加熱至2000℃以上，停留一定時間而生成熔融態(tài)電石。生產(chǎn)過程中氧化鈣和焦炭的混合物由電爐上端加入，二者反應(yīng)生成的CO通過塊狀物料縫隙從爐體上部排出，熔融的產(chǎn)物電石由爐底排出，經(jīng)冷卻、破碎后得到成品。電弧法采用高品位的電能加熱，能耗很高。據(jù)報道我國生產(chǎn)1噸電石的平均電耗達3250kW/h，其中，60％左右用于原料加熱和反應(yīng)，40％左右由高溫電石爐氣(包括CO)放空帶走。除此以外，電爐構(gòu)造復(fù)雜、難以放大、電極消耗量大，導(dǎo)致投入和運行成本很高。

為解決電石生產(chǎn)“高投入、高能耗、高污染”的問題，已有研究利用氧熱法制備電石，目前利用氧熱法的合成工藝大多是塊狀原料混合進料，利用燃料(固體燃料、液體燃料或氣體燃料)燃燒提供熱量，氧熱法合成電石可以顯著降低能耗，具有積極的能源戰(zhàn)略意義，但是塊狀原料進料易造成接觸不夠充分，爐內(nèi)停留時間長等問題，增加能耗；粉狀物料可以讓物料有效接觸，反應(yīng)時間短。另外，目前的氧熱法生產(chǎn)電石工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)物煙氣往往作為廢氣排除掉，一方面造成資源浪費，另一方面對環(huán)境造成污染。因此，研究一種新型氧熱法催化合成電石工藝具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種氧熱法生產(chǎn)電石和CO氣體的方法及系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中氧熱法生產(chǎn)電石的反應(yīng)效率不高以及反應(yīng)產(chǎn)生的煙氣副產(chǎn)物得不到充分利用的技術(shù)問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種氧熱法生產(chǎn)電石和CO氣體的方法，該方法為：煤粉經(jīng)旋流燃燒器進入高溫反應(yīng)爐頂部，與進入反應(yīng)爐的高溫含氧氣體發(fā)生充分燃燒；碳原料和鈣原料磨制成粉體后通過惰性氣體從高溫反應(yīng)爐側(cè)部進入爐內(nèi)進行高溫反應(yīng)；反應(yīng)生成的電石產(chǎn)物在高溫下形成液體熔融狀態(tài)，熔融電石經(jīng)余熱回收裝置冷卻后形成電石產(chǎn)品。

所述煤粉預(yù)先通過超細磨煤機磨至20～200微米，磨好的煤粉通過煤粉輸送裝置送至高溫反應(yīng)爐入口，經(jīng)旋流燃燒器從高溫反應(yīng)爐頂部進入，燃燒所需的高溫含氧氣體以極高的速度(大于30米/秒)沿高溫旋流反應(yīng)爐切線方向噴入，煤粉在高溫旋流反應(yīng)爐中充分燃燒，爐內(nèi)平均燃燒溫度為大于1700℃。所述碳原料和鈣原料通過制粉機磨制成20～200um粒徑范圍的粉體，采用惰性氣體載體通過物料輸送裝置送至高溫反應(yīng)爐。

優(yōu)選地，所述方法還包括：所述高溫反應(yīng)爐內(nèi)產(chǎn)生的副產(chǎn)品經(jīng)爐下側(cè)位置進入混合氣通道，向該混合氣通道中加入碳與副產(chǎn)品中的CO₂反應(yīng)生成CO，然后經(jīng)過熱交換器和凈化分離器，獲得CO產(chǎn)品。

高溫反應(yīng)爐內(nèi)產(chǎn)生的副產(chǎn)品煙氣包含有CO₂，通過向混合氣通道中加入碳，使其與CO₂反應(yīng)生成CO，然后與其余的CO依次經(jīng)過熱交換器和凈化分離器，獲得CO產(chǎn)品，所述熱交換器用于對反應(yīng)后的煙氣進行冷卻，然后在凈化分離器中進行除塵，分離獲得干凈的CO氣體，分離的粉塵可輸送至高溫反應(yīng)爐進行循環(huán)利用。

優(yōu)選地，所述熔融電石經(jīng)余熱回收裝置冷卻的過程中產(chǎn)生的余熱二次風(fēng)進入所述高溫反應(yīng)爐中作為高溫含氧氣體循環(huán)使用。

優(yōu)選地，所述混合氣通道的CO經(jīng)熱交換器進行熱交換的過程中產(chǎn)生的高溫二次風(fēng)進入所述高溫反應(yīng)爐中作為高溫含氧氣體循環(huán)使用。

優(yōu)選地，所述混合氣通道的CO經(jīng)凈化分離器后分離獲得的粉塵，通過飛灰重熔裝置輸送至高溫反應(yīng)爐進行再利用。

優(yōu)選地，所述煤粉的粒徑范圍為20～200um，所述碳原料和鈣原料磨制成的粉體粒徑范圍為20～200um。

優(yōu)選地，所述高溫含氧氣體從所述高溫反應(yīng)爐上側(cè)沿切向方向以大于30米/秒的速度進入反應(yīng)爐內(nèi)。

本發(fā)明還提供一種氧熱法生產(chǎn)電石和CO氣體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：煤粉輸送裝置、物料輸送裝置、氣體輸送裝置、風(fēng)機，旋流燃燒器、高溫反應(yīng)爐、余熱回收裝置、捕渣管、惰性氣體發(fā)生裝置；

所述煤粉輸送裝置與旋流燃燒器相連，用于將煤粉輸送至旋流燃燒器；

所述旋流燃燒器設(shè)置在高溫反應(yīng)爐的頂端與高溫反應(yīng)爐相連，用于接收所述煤粉輸送裝置輸送的煤粉，并使煤粉進行燃燒，然后將燃燒的煤粉輸出至高溫反應(yīng)爐；

所述物料輸送裝置與高溫反應(yīng)爐側(cè)部相連，用于將碳原料和鈣原料粉體和惰性氣體一起輸送至高溫反應(yīng)爐進行高溫反應(yīng)；

所述氣體輸送裝置用于將高溫反應(yīng)爐輸出的高溫含氧氣體再次輸送至爐內(nèi)進行循環(huán)利用，以及用于將惰性氣體輸送至物料輸送裝置和接收風(fēng)機補入的空氣；

所述風(fēng)機用于向所述氣體輸送裝置補入空氣；

所述高溫反應(yīng)爐用于接收煤粉輸送裝置輸送的煤粉在爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫，并接收物料輸送裝置輸送的碳原料和鈣原料粉體在爐內(nèi)高溫下反應(yīng)生產(chǎn)電石產(chǎn)物，并與氣體輸送裝置相連獲取反應(yīng)所需要的氧氣；

所述余熱回收裝置與所述高溫反應(yīng)爐底部相連，用于接收高溫反應(yīng)爐內(nèi)生成的電石產(chǎn)物、經(jīng)過冷卻形成電石產(chǎn)品，其中的余熱氣體通過所述氣體輸送裝置輸送至高溫反應(yīng)爐進行循環(huán)利用；

所述捕渣管與所述高溫反應(yīng)爐下側(cè)相連，用于接收高溫反應(yīng)爐產(chǎn)生的殘渣；

所述惰性氣體發(fā)生裝置與氣體輸送裝置相連，用于產(chǎn)生惰性氣體，產(chǎn)生的惰性氣體通過氣體輸送裝置輸送至物料輸送裝置。

所述氧熱法生產(chǎn)電石和CO氣體的系統(tǒng)還包括：混合氣通道、碳輸送裝置、熱交換器、凈化分離器，飛灰重熔裝置；

所述混合氣通道與所述捕渣管相連，用于接收高溫反應(yīng)爐產(chǎn)生的混合煙氣；

所述碳輸送裝置與所述混合氣通道相連，用于向混合氣通道中輸送碳原料，該碳原料在混合氣通道中與所述混合煙氣中的CO₂反應(yīng)生成CO；

所述熱交換器與混合氣通道的另一端相連，用于對反應(yīng)后的混合煙氣通過熱交換進行冷卻；

所述凈化分離器與所述熱交換器相連，用于對所述冷卻后的煙氣進行凈化分離，獲得CO產(chǎn)品；

所述飛灰重熔裝置分別與所述凈化分離器和所述物料輸送裝置相連，所述凈化分離器分離出來的粉塵通過所述飛灰重熔裝置返回到所述物料輸送裝置輸送至高溫反應(yīng)爐進行循環(huán)利用。

優(yōu)選地，所述高溫反應(yīng)爐為水冷壁管形成的筒形反應(yīng)室。

所述高溫反應(yīng)爐是由水冷壁管形成的高溫燃燒室，管子向火面覆蓋耐火材料、保溫材料，因而能夠在爐內(nèi)燃燒成較高的熱強度，使反應(yīng)物成熔融狀態(tài)，流到高溫反應(yīng)爐下部進行反應(yīng)達到生成電石的目的，生成的熔融電石經(jīng)余熱回收裝置冷卻后形成電石產(chǎn)品。

為保證高溫反應(yīng)爐溫度，反應(yīng)爐膛各段均有氧氣補熱，或者還可根據(jù)需要設(shè)置電補熱。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明提供一種利用超細固體燃料燃燒制備電石和CO氣體的新工藝方法，煤粉經(jīng)旋流燃燒器在高溫反應(yīng)爐中充分燃燒，在爐內(nèi)形成1700℃-2200℃的高溫。反應(yīng)原料混合均勻后，切向送入高溫反應(yīng)爐中進行高效反應(yīng)，爐內(nèi)形成較高的熱強度，使電石產(chǎn)物成液體熔融狀態(tài)排出。

2、生成電石反應(yīng)的副產(chǎn)品煙氣中的CO₂在混合氣通道中加碳被還原成CO，與高溫反應(yīng)爐內(nèi)產(chǎn)生的電石副產(chǎn)品CO集成為CO煙氣，達到電石與燃氣CO聯(lián)產(chǎn)目的。

3、本發(fā)明的工藝方法全過程充分利用余熱，高溫反應(yīng)爐中產(chǎn)生的余熱氣體返回至高溫反應(yīng)爐內(nèi)進行循環(huán)利用，以達到回收資源、節(jié)約燃料的目的。經(jīng)凈化分離器除塵后得到的粉塵通過飛灰復(fù)熔裝置送至高溫反應(yīng)爐進行循環(huán)利用，防止飛灰中的可燃物流逝。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中氧熱法生產(chǎn)電石和CO氣體的系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。

參見圖1，該圖為氧熱法生產(chǎn)電石和CO氣體的系統(tǒng)示意圖。如圖所示，該系統(tǒng)包括：制粉機1，風(fēng)機2，物料輸送裝置3，磨煤機4，煤粉輸送裝置5，旋流燃燒器6，高溫反應(yīng)爐7，捕渣管8，混合氣通道9，熱交換器10，凈化分離器11，余熱回收裝置12，惰性氣體發(fā)生裝置13，空氣A，煤原料C，余熱二次風(fēng)D，高溫二次風(fēng)H，潔凈CO產(chǎn)品G，惰性氣體F，熔融電石L，飛灰重熔裝置S，電石產(chǎn)品P，純碳T。

圖1所示的系統(tǒng)生產(chǎn)電石和CO氣體的具體工藝流程為：煤原料C進入磨煤機4被磨至20～200μm粒徑范圍的煤粉，磨好的煤粉通過煤粉輸送裝置5輸送至高溫反應(yīng)爐7的入口，而后經(jīng)旋流燃燒器6從高溫反應(yīng)爐7頂部進入，燃燒所需的高溫二次風(fēng)H(即高溫含氧氣體)以極高的速度(大于30米/秒)沿高溫反應(yīng)爐7切線方向噴入，煤粉C在高溫反應(yīng)爐7中充分燃燒，爐內(nèi)燃燒溫度為1700℃—2200℃。原料碳粉、含鈣化合物通過制粉機1磨制粒徑20～200μm的粉體，然后通過惰性氣體F從爐側(cè)切向送入高溫反應(yīng)爐7進行電石高溫反應(yīng)，其中惰性氣體F來源于惰性氣體發(fā)生裝置13。高溫反應(yīng)爐7是由水冷壁管形成反應(yīng)室，管子向火面覆蓋耐火涂料；因而高溫反應(yīng)爐7內(nèi)可形成較高的熱強度，使電石產(chǎn)物成液體熔融狀態(tài)，生成的熔融電石L經(jīng)余熱回 收裝置12冷卻后形成電石產(chǎn)品P，從風(fēng)機2出口的空氣A輸送至余熱回收裝置12，然后作為余熱二次風(fēng)D(含氧氣體)送至高溫反應(yīng)爐7。

高溫旋流反應(yīng)爐7內(nèi)產(chǎn)生的電石副產(chǎn)品CO等混合煙氣依次經(jīng)過捕渣管8、混合氣通道9，熱交換器10，凈化分離器11；在混合氣通道9中加入純碳T，純碳T與混合煙氣中含有的CO₂反應(yīng)生成CO，反應(yīng)后的煙氣CO進入熱交換器10，與通過風(fēng)機2輸入的空氣A進行熱交換，冷卻后的煙氣CO進入凈化分離器11形成潔凈CO產(chǎn)品G。

送風(fēng)機2輸送的空氣A經(jīng)過熱交換器10后溫度升至400℃-800℃，一部分作為磨煤機的干燥劑送入磨煤機4制粉，另一部分可作為高溫二次風(fēng)H切向引至高溫反應(yīng)爐7，以保證煤粉高溫高效燃燒。經(jīng)凈化分離器11分離出來的粉塵通過飛灰重熔裝置S返回到物料輸送裝置3進行再利用。

上述僅為本發(fā)明的部分優(yōu)選實施例，本發(fā)明并不僅限于實施例的內(nèi)容。對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說，在本發(fā)明技術(shù)方案的構(gòu)思范圍內(nèi)可以有各種變化和更改，所作的任何變化和更改，均在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。