1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種鈣焦球團(tuán)分級(jí)氧熱法制取電石生產(chǎn)工藝，涉及煤化工領(lǐng)域。

2.

背景技術(shù)：

目前乙炔主要是通過(guò)電石法大規(guī)模生產(chǎn)，是有機(jī)合成工業(yè)的重要原料。電石是以生石灰和碳素為原料，在電石爐中經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)變化而生成的。作為一種新型碳素材料，半焦是以高揮發(fā)分的弱粘結(jié)或不粘結(jié)性煤為原料，經(jīng)中、低溫干餾炭化除去煤中焦油物質(zhì)和大部分揮發(fā)分后的固體產(chǎn)品以其固定炭高、電阻率高含灰份低、硫含量低、磷含量低的特性和低廉的價(jià)格，正逐步被推廣應(yīng)用于電石、鐵合金等產(chǎn)品的生產(chǎn)，以替代價(jià)格昂貴的冶金焦，半焦作為冶金行業(yè)重要原材料。

當(dāng)前最為成熟的電石生產(chǎn)方法是傳統(tǒng)的電熱法。電熱法生產(chǎn)工藝對(duì)塊狀原料的粒度和品質(zhì)有一定的要求，生石灰中氧化鈣的含量要大于92％，焦炭中的固定碳需大于84％、灰分要小于15％、水分小于3％，揮發(fā)份小于1.5％；原料的粒度對(duì)生產(chǎn)過(guò)程十分重要，尤其是生石灰的粒度，粒度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致?tīng)t氣不能順利排出，造成“崩床”等問(wèn)題，粒度過(guò)大會(huì)降低焦炭與氧化鈣之間的接觸面積，影響傳遞性能，降低反應(yīng)速率；工業(yè)一般要求原料的粒徑范圍為5-30mm。由于塊狀焦炭和cao(5-30mm)之間的接觸面積小，固-固反應(yīng)受傳遞過(guò)程的嚴(yán)重限制，反應(yīng)過(guò)程需要經(jīng)過(guò)生石灰熔融態(tài)和在焦炭塊中滲入發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得電弧爐反應(yīng)需在高溫下進(jìn)行(2000-2200℃)，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(1-2h)，單爐產(chǎn)能低(70kt/a)，每噸電石(純度80％)的能耗高達(dá)3250kw·h，熱效率僅為50％；加之電石產(chǎn)品為間歇排出的高達(dá)2000℃以上的液體熔液，熱量回收困難，工人操作勞動(dòng)環(huán)境惡劣，存在二次污染和爆炸隱患，工藝亟待改進(jìn)。

氧熱法電石生產(chǎn)工藝，就是利用燃料在電石爐中燃燒代替電加熱來(lái)生產(chǎn)電石，避免燃煤發(fā)電過(guò)程中的能量損耗；并且可以和煤炭熱解提質(zhì)過(guò)程藕合，減少工業(yè)廢渣排放，有望形成一條煤炭綜合利用的新工藝路線(xiàn)。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，人們對(duì)于氧熱法生產(chǎn)電石的研究從未停息，1960年左右，美國(guó)、德國(guó)和荷蘭三國(guó)就己經(jīng)搭建了中試規(guī)模的氧熱法生產(chǎn)電石裝置，國(guó)外目前也已有稍有規(guī)模的氧熱法生產(chǎn)電石裝置，根據(jù)有關(guān)報(bào)道，每生產(chǎn)一噸電石需要消耗氧氣1560nm3、消耗焦炭2.8t、生石灰1.2t，另外還需耗電600度。盡管劉振宇等根據(jù)氧熱法的理念通過(guò)研究粉狀焦炭和氧化鈣的反應(yīng)過(guò)程，提出了一種電石的新生產(chǎn)方法，采用粒度小于0.3mm的粉狀含碳原料(煤或焦炭)和粉狀含鈣原料(碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣或電石渣)生產(chǎn)電石的工藝，并提出了二種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。但由于反應(yīng)器結(jié)構(gòu)以及沒(méi)有考慮隨碳化鈣含量變化造成的電石熔點(diǎn)w型變化規(guī)律，氧熱法所生產(chǎn)電石的技術(shù)路線(xiàn)和電熱法一樣是液態(tài)產(chǎn)品，鈣焦比選擇不合理，致使電石熱量回收困難，原料預(yù)熱還是利用副產(chǎn)高溫co，與國(guó)外氧熱法工藝相比，氧耗和碳耗均未見(jiàn)大幅度降低，目前未見(jiàn)工業(yè)中試和工業(yè)化結(jié)果。

目前的電弧爐加熱法工藝過(guò)程中生石灰和焦炭添加過(guò)程繁瑣、復(fù)雜，且在石灰石和半焦炭在整個(gè)生產(chǎn)和使用過(guò)程中，始終伴隨著固體破碎、固體篩分和固體運(yùn)輸?shù)裙ば?，這些工序均會(huì)產(chǎn)生大量小于6mm的粉狀生石灰半焦或焦炭，亟待利用。

另外由于優(yōu)質(zhì)石灰石資源較為緊張，開(kāi)采對(duì)山體環(huán)境破壞嚴(yán)重，各地對(duì)石灰石開(kāi)采量控制越來(lái)越嚴(yán)，成為國(guó)內(nèi)生石灰生產(chǎn)的瓶頸，亟待充分利用電石渣中有效成分，提高石灰石的循環(huán)利用率。

因此急需開(kāi)發(fā)能夠利用生石灰粉和焦粉生產(chǎn)電石和乙炔的新工藝和配套裝備技術(shù)，提高電石渣的循環(huán)利用率，降低反應(yīng)溫度，加快反應(yīng)速度，降低生產(chǎn)能耗和成本，提高電石爐的處理能力和熱量回收率，消除二次污染。

3.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有電爐加熱法生產(chǎn)乙炔的不足而發(fā)明的一種鈣焦球團(tuán)分級(jí)氧熱法制取電石生產(chǎn)工藝，合理選擇鈣焦比，高效反應(yīng)的同時(shí)確保產(chǎn)品為固相，便于余熱回收；反應(yīng)焦粉和燃燒供熱焦粉各自分開(kāi)，選擇不同助燃劑分級(jí)燃燒，降低了氧耗，減輕了尾氣利用和處理難度；鈣焦球團(tuán)反應(yīng)既解決了生石灰粉和焦粉的再利用難題，又降低反應(yīng)溫度、加快反應(yīng)速度、降低生產(chǎn)能耗和成本、提高了電石爐的處理能力，還實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)石灰石資源的循環(huán)利用、消除了固廢污染。

本發(fā)明的技術(shù)方案：將5-30mm的鈣焦球團(tuán)通過(guò)進(jìn)料器加入到移動(dòng)床預(yù)熱器中，與從移動(dòng)床預(yù)熱器底部上升的空氣燃燒煙氣逆流換熱到600-1300℃，然后通過(guò)移動(dòng)床預(yù)熱器底部的高溫塞閥控制流入旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器的窯尾；熱鈣焦球團(tuán)在以?xún)A斜度1.5-10°、2.0-50轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)窯內(nèi)被窯頭噴吹的焦粉和氧氣高溫火焰加熱到1400-1900℃，反應(yīng)生成電石、放出co，含有co和h2的高溫反應(yīng)氣逆流流到窯尾與加入空氣和焦粉混合燃燒生成預(yù)熱用的空氣燃燒煙氣；生成的電石從窯頭出口流入保溫移動(dòng)床強(qiáng)化反應(yīng)5-90分鐘后，從保溫移動(dòng)床底部流入篦式冷卻機(jī)降溫到100℃以下作為產(chǎn)品，加熱的惰性氣體回收熱量后又被加壓循環(huán)回篦式冷卻機(jī)取熱；移動(dòng)床預(yù)熱器頂部的換后空氣燃燒氣通過(guò)除塵和補(bǔ)燃式廢鍋回收熱量后，被引風(fēng)機(jī)外排。

其中，移動(dòng)床預(yù)熱器頂部中心設(shè)有旋轉(zhuǎn)密封進(jìn)料器和下料管，下料管長(zhǎng)50-1000mm；頂部側(cè)面設(shè)有換后空氣燃燒煙氣的出口，分別依次連接氣固分離器、補(bǔ)燃式廢鍋和引風(fēng)機(jī)；底部為爐箅式錐形封頭，便于反空氣燃燒煙氣進(jìn)入移動(dòng)床預(yù)熱器加熱鈣焦球團(tuán)，開(kāi)孔率10％-70％、錐角45％-150％；爐箅式錐形封頭中部設(shè)置下料管，下料管出口設(shè)置有耐高溫塞閥，控制下料量。

旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器的長(zhǎng)度為20-80m，窯尾設(shè)置有焦粉空氣助燃燒器，窯頭設(shè)置有焦粉氧氣燃燒器，旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器采用鎂碳磚、尖晶石磚或直接結(jié)合鎂鉻磚以及澆注材料。

保溫移動(dòng)床為矩形結(jié)構(gòu)，底部設(shè)置錐形封頭，錐角45％-150％，中心開(kāi)有與移動(dòng)床等長(zhǎng)度的窄條縫，寬度50-300mm。

本發(fā)明將實(shí)施例來(lái)詳細(xì)敘述本發(fā)明的特點(diǎn)。

4.附圖說(shuō)明

附圖為本發(fā)明的工藝示意圖。

附圖的圖面說(shuō)明如下：

1、進(jìn)料器2、移動(dòng)床預(yù)熱器3、氣固分離器4、補(bǔ)燃式廢鍋5、引風(fēng)機(jī)6、焦粉空氣助燃燒器7、爐箅式錐形封頭8、高溫塞閥9、旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器10、焦粉氧氣燃燒器11、窯頭出口12、保溫移動(dòng)床13、篦式冷卻機(jī)14、換熱器15加壓風(fēng)機(jī)16、電石產(chǎn)品排料閥

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來(lái)詳述本發(fā)明的工藝特點(diǎn)。

5.具體實(shí)施方式

實(shí)施例，將5-30mm的鈣焦球團(tuán)通過(guò)進(jìn)料器(1)加入到移動(dòng)床預(yù)熱器(2)中，與從移動(dòng)床預(yù)熱器(2)底部上升的空氣燃燒煙氣逆流換熱到600-1300℃，然后通過(guò)移動(dòng)床預(yù)熱器(2)底部的高溫塞閥(8)控制流入旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器(9)的窯尾；熱鈣焦球團(tuán)在以?xún)A斜度1.5-10°、2.0-50轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)窯內(nèi)被窯頭焦粉氧氣燃燒器(10)噴吹的焦粉和氧氣高溫火焰加熱到1400-1900℃，反應(yīng)生成電石、放出co，含有co和h2的高溫反應(yīng)氣逆流流到窯尾與通過(guò)焦粉空氣助燃燒器(6)加入空氣和焦粉混合燃燒生成預(yù)熱用的空氣燃燒煙氣；生成的電石從窯頭出口(11)流入保溫移動(dòng)床(12)強(qiáng)化反應(yīng)5-90分鐘后，從保溫移動(dòng)床(12)底部流入篦式冷卻機(jī)(13)降溫到100℃以下通過(guò)電石產(chǎn)品排料閥(16)作為產(chǎn)品排出，加熱的惰性氣體被換熱器(14)回收熱量后又被加壓風(fēng)機(jī)(15)加壓循環(huán)回篦式冷卻機(jī)(13)取熱；移動(dòng)床預(yù)熱器(2)頂部的換后空氣燃燒氣通過(guò)氣固分離器(3)除塵和補(bǔ)燃式廢鍋(4)回收熱量后，被引風(fēng)機(jī)(5)外排。

其中，移動(dòng)床預(yù)熱器(2)頂部中心設(shè)有旋轉(zhuǎn)密封進(jìn)料器(1)和下料管，下料管長(zhǎng)50-1000mm；頂部側(cè)面設(shè)有換后空氣燃燒煙氣的出口，分別依次連接氣固分離器(3)、補(bǔ)燃式廢鍋(4)和引風(fēng)機(jī)(5)；底部為爐箅式錐形封頭(7)，便于反空氣燃燒煙氣進(jìn)入移動(dòng)床預(yù)熱器(2)加熱鈣焦球團(tuán)，開(kāi)孔率10％-70％、錐角45％-150％；爐箅式錐形封頭(7)中部設(shè)置下料管，下料管出口設(shè)置有耐高溫塞閥(8)，控制下料量。

旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器(1)的長(zhǎng)度為20-80m，窯尾設(shè)置有焦粉空氣助燃燒器(6)，窯頭設(shè)置有焦粉氧氣燃燒器(10)，旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器(9)采用鎂碳磚、尖晶石磚或直接結(jié)合鎂鉻磚以及澆注材料。

保溫移動(dòng)床(12)為矩形結(jié)構(gòu)，底部設(shè)置錐形封頭，錐角45％-150％，中心開(kāi)有與移動(dòng)床等長(zhǎng)度的窄條縫，寬度50-300mm。

本發(fā)明所提供的鈣焦球團(tuán)分級(jí)氧熱法制取電石生產(chǎn)工藝，選擇合理鈣焦比，使電石中碳化鈣含量大于78％，確保旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器中電石產(chǎn)品為固態(tài)，便于流動(dòng)和余熱回收；反應(yīng)焦粉制備鈣焦球團(tuán)原位反應(yīng)生產(chǎn)電石，燃燒供熱焦粉分別在燃燒器和助燃器中選用不同助燃劑分級(jí)燃燒，降低氧耗60％以上，減輕了尾氣利用和處理難度，同時(shí)電石渣中雜質(zhì)分離難度降低；鈣焦球團(tuán)原位反應(yīng)制電石利用了廉價(jià)的焦粉和粉狀石灰，降低反應(yīng)溫度300℃以上，加快反應(yīng)速度1倍以上，實(shí)現(xiàn)了電石連續(xù)生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本30％以上，降低電耗80％，還實(shí)現(xiàn)了電石渣循環(huán)利用率大于80％，消除了電石渣污染；篦式冷卻機(jī)回收電石排出熱70％以上，消除了高溫電石液體排放的二次污染和爆炸危險(xiǎn)，改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境。