一种氧热法生产电石和CO气体的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氧热法生产电石和CO气体的方法及系统。该方法为：煤粉经旋流燃烧器进入高温反应炉顶部，与高温含氧气体发生充分燃烧；碳原料和钙原料磨制成粉体后通过惰性气体从高温反应炉侧部进入炉内进行高温反应；反应生成的电石产物在高温下形成液体熔融状态，熔融电石经余热回收装置冷却后形成电石产品。所述高温反应炉内产生的副产品经炉下侧位置进入混合气通道，向该混合气通道中加入碳与副产品中的CO2反应生成CO，然后经过热交换器和净化分离器，获得CO产品。利用本发明专利技术的工艺方法，煤粉经旋流燃烧器进入反应炉充分燃烧，形成较高的温度，使原料进行高效反应，并且获得副产品CO，实现电石与CO联产的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电石生产
，具体涉及一种氧热法生产电石和CO气体的方法和系统。
技术介绍
碳化钙俗称电石(CaC2)，上世纪中叶之前被誉为有机合成之母。目前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2012年的1900万吨。传统的电石生产采用固定床-电弧法，利用电弧产生的高温将固定床(也称移动床或电炉)中的块状含氧化钙和块状焦炭加热至2000℃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、破碎后得到成品。电弧法采用高品位的电能加热，能耗很高。据报道我国生产1吨电石的平均电耗达3250kW/h，其中，60％左右用于原料加热和反应，40％左右由高温电石炉气(包括CO)放空带走。除此以外，电炉构造复杂、难以放大、电极消耗量大，导致投入和运行成本很高。为解决电石生产“高投入、高能耗、高污染”的问题，已有研究利用氧热法制备电石，目前利用氧热法的合成工艺大多是块状原料混合进料，利用燃料(固体燃料、液体燃料或气体燃料)燃烧提供热量，氧热法合成电石可以显著降低能耗，具有积极的能源战略意义，但是块状原料进料易造成接触不够充分，炉内停留时间长等问题，增加能耗；粉状物料可以让物料有效接触，反应时间短。另外，目前的氧热法生产电石工艺中产生的副产物烟气往往作为废气排除掉，一方面造成资源浪费，另一方面对环境造成污染。因此，研究一种新型氧热法催化合成电石工艺具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种氧热法生产电石和CO气体的方法及系统，主要解决现有技术中氧热法生产电石的反应效率不高以及反应产生的烟气副产物得不到充分利用的技术问题。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种氧热法生产电石和CO气体的方法，该方法为：煤粉经旋流燃烧器进入高温反应炉顶部，与进入反应炉的高温含氧气体发生充分燃烧；碳原料和钙原料磨制成粉体后通过惰性气体从高温反应炉侧部进入炉内进行高温反应；反应生成的电石产物在高温下形成液体熔融状态，熔融电石经余热回收装置冷却后形成电石产品。所述煤粉预先通过超细磨煤机磨至20～200微米，磨好的煤粉通过煤粉输送装置送至高温反应炉入口，经旋流燃烧器从高温反应炉顶部进入，燃烧所需的高温含氧气体以极高的速度(大于30米/秒)沿高温旋流反应炉切线方向喷入，煤粉在高温旋流反应炉中充分燃烧，炉内平均燃烧温度为大于1700℃。所述碳原料和钙原料通过制粉机磨制成20～200um粒径范围的粉体，采用惰性气体载体通过物料输送装置送至高温反应炉。优选地，所述方法还包括：所述高温反应炉内产生的副产品经炉下侧位置进入混合气通道，向该混合气通道中加入碳与副产品中的CO2反应生成CO，然后经过热交换器和净化分离器，获得CO产品。高温反应炉内产生的副产品烟气包含有CO2，通过向混合气通道中加入碳，使其与CO2反应生成CO，然后与其余的CO依次经过热交换器和净化分离器，获得CO产品，所述热交换器用于对反应后的烟气进行冷却，然后在净化分离器中进行除尘，分离获得干净的CO气体，分离的粉尘可输送至高温反应炉进行循环利用。优选地，所述熔融电石经余热回收装置冷却的过程中产生的余热二次风进入所述高温反应炉中作为高温含氧气体循环使用。优选地，所述混合气通道的CO经热交换器进行热交换的过程中产生的高温二次风进入所述高温反应炉中作为高温含氧气体循环使用。优选地，所述混合气通道的CO经净化分离器后分离获得的粉尘，通过飞灰重熔装置输送至高温反应炉进行再利用。优选地，所述煤粉的粒径范围为20～200um，所述碳原料和钙原料磨制成的粉体粒径范围为20～200um。优选地，所述高温含氧气体从所述高温反应炉上侧沿切向方向以大于30米/秒的速度进入反应炉内。本专利技术还提供一种氧热法生产电石和CO气体的系统，该系统包括：煤粉输送装置、物料输送装置、气体输送装置、风机，旋流燃烧器、高温反应炉、余热回收装置、捕渣管、惰性气体发生装置；所述煤粉输送装置与旋流燃烧器相连，用于将煤粉输送至旋流燃烧器；所述旋流燃烧器设置在高温反应炉的顶端与高温反应炉相连，用于接收所述煤粉输送装置输送的煤粉，并使煤粉进行燃烧，然后将燃烧的煤粉输出至高温反应炉；所述物料输送装置与高温反应炉侧部相连，用于将碳原料和钙原料粉体和惰性气体一起输送至高温反应炉进行高温反应；所述气体输送装置用于将高温反应炉输出的高温含氧气体再次输送至炉内进行循环利用，以及用于将惰性气体输送至物料输送装置和接收风机补入的空气；所述风机用于向所述气体输送装置补入空气；所述高温反应炉用于接收煤粉输送装置输送的煤粉在炉内燃烧产生高温，并接收物料输送装置输送的碳原料和钙原料粉体在炉内高温下反应生产电石产物，并与气体输送装置相连获取反应所需要的氧气；所述余热回收装置与所述高温反应炉底部相连，用于接收高温反应炉内生成的电石产物、经过冷却形成电石产品，其中的余热气体通过所述气体输送装置输送至高温反应炉进行循环利用；所述捕渣管与所述高温反应炉下侧相连，用于接收高温反应炉产生的残渣；所述惰性气体发生装置与气体输送装置相连，用于产生惰性气体，产生的惰性气体通过气体输送装置输送至物料输送装置。所述氧热法生产电石和CO气体的系统还包括：混合气通道、碳输送装置、热交换器、净化分离器，飞灰重熔装置；所述混合气通道与所述捕渣管相连，用于接收高温反应炉产生的混合烟气；所述碳输送装置与所述混合气通道相连，用于向混合气通道中输送碳原料，该碳原料在混合气通道中与所述混合烟气中的CO2反应生成CO；所述热交换器与混合气通道的另一端相连，用于对反应后的混合烟气通过热交换进行冷却；所述净化分离器与所述热交换器相连，用于对所述冷却后的烟气进行净化分离，获得CO产品；所述飞灰重熔装置分别与所述净化分离器和所述物料输送装置相连，所述净化分离器分离出来的粉尘通过所述飞灰重熔装置返回到所述物料输送装置输送至高温反应炉进行循环利用。优选地，所述高温反应炉为水冷壁管形成的筒形反应室。所述高温反应炉是由水冷壁管形成的高温燃烧室，管子向火面覆盖耐火材料、保温材料，因而能够在炉内燃烧成较高的热强度，使反应物成熔融状态，流到高温反应炉下部进行反应达到生成电石的目的，生成的熔融电石经余热回收装置冷却后形成电石产品。为保证高温反应炉温度，反应炉膛各段均有氧气补热，或者还可根据需要设置电补热。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术提供一种利用超细固体燃料燃烧制备电石和CO气体的新工艺方法，煤粉经旋流燃烧器在高温反应炉中充分燃烧，在炉内形成1700℃-2200℃的高温。反应原料混合均匀后，切向送入高温反应炉中进行高效反应，炉内形成较高的热强度，使电石产物成液体熔融状态排出。2、生成电石反应的副产品烟气中的CO2在混合气通道中加碳被还原成CO，与高温反应炉内产生的电石副产品CO集成为CO烟气，达到电石与燃气CO联产目的。3、本专利技术的工艺方法全过程充分利用余热，高温反应炉中产生的余热气体返回至高温反应炉内进行循环利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧热法生产电石和CO气体的方法，该方法为：煤粉经旋流燃烧器进入高温反应炉顶部，与进入反应炉的高温含氧气体发生充分燃烧；碳原料和钙原料磨制成粉体后通过惰性气体从高温反应炉侧部进入炉内进行高温反应；反应生成的电石产物在高温下形成液体熔融状态，熔融电石经余热回收装置冷却后形成电石产品。

【技术特征摘要】
1.一种氧热法生产电石和CO气体的方法，该方法为：煤粉经旋流燃烧器进入高温反应炉顶部，与进入反应炉的高温含氧气体发生充分燃烧；碳原料和钙原料磨制成粉体后通过惰性气体从高温反应炉侧部进入炉内进行高温反应；反应生成的电石产物在高温下形成液体熔融状态，熔融电石经余热回收装置冷却后形成电石产品。2.如权利要求1所述的氧热法生产电石和CO气体的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述高温反应炉内产生的副产品经炉下侧位置进入混合气通道，向该混合气通道中加入碳与副产品中的CO2反应生成CO，然后经过热交换器和净化分离器，获得CO产品。3.如权利要求1或2所述的氧热法生产电石和CO气体的方法，其特征在于：所述熔融电石经余热回收装置冷却的过程中产生的余热二次风进入所述高温反应炉中作为高温含氧气体循环使用。4.如权利要求2所述的氧热法生产电石和CO气体的方法，其特征在于：所述混合气通道的CO经热交换器进行热交换的过程中产生的高温二次风进入所述高温反应炉中作为高温含氧气体循环使用。5.如权利要求2所述的氧热法生产电石和CO气体的方法，其特征在于：所述混合气通道的CO经净化分离器后分离获得的粉尘，通过飞灰重熔装置输送至高温反应炉进行再利用。6.如权利要求1或2所述的氧热法生产电石和CO气体的方法，其特征在于：所述煤粉的粒径范围为20～200um，所述碳原料和钙原料磨制成的粉体粒径范围为20～200um。7.如权利要求1或2所述的氧热法生产电石和CO气体的方法，其特征在于：所述高温含氧气体从所述高温反应炉上侧沿切向方向以大于30米/秒的速度进入反应炉内。8.一种氧热法生产电石和CO气体的系统，其特征在于，该系统包括：煤粉输送装置、物料输送装置、气体输送装置、风机，旋流燃烧器、高温反应炉、余热回收装置、捕渣管、惰性气体发生装置；所述煤粉输送装置与旋流燃烧器相连，用于将煤粉输送至旋流燃烧器；所述旋流燃烧器设置在高温反应炉的顶端与高温反应炉相连，用于接收所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜标，黄伟光，王胜美，陈群硕，杨帆，王韦昊，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31