一种微波电石炉反应器制造技术

本实用新型专利技术公开一种微波电石炉反应器，包括微波反应炉体；所述微波反应炉体包括微波聚能腔、外壳、位于外壳及聚能腔之间的保温层，所述微波聚能腔内形成物料的反应室，反应室内设有物料保温反应系统，聚能腔上设有抽放气系统及测温监视系统；还包括用于向聚能腔内即反应室传导微波的微波能发生系统；所述微波能发生系统及微波聚能腔上还连接有水循环冷却系统。本实用新型专利技术通过利用微波加热，可以强化反应物料间的热质传递过程，从而将电石的生成温度大大降低，在1600～1900℃的较低温度下合成电石；并且反应速度快、能量利用率高、操作方便无粉尘污染，解决了电弧电石炉“三高”的问题。

A microwave carbide furnace reactor

The utility model discloses a microwave calcium carbide furnace reactor, which comprises a microwave reaction furnace body, which comprises a microwave energy-gathering chamber, a shell, an insulating layer located between the shell and the energy-gathering chamber, a reaction chamber for forming materials in the microwave energy-gathering chamber, a material insulation reaction system in the reaction chamber, and an energy-gathering chamber. The exhaust gas system and the temperature monitoring system also include a microwave energy generating system for conducting microwave to the shaped charge chamber, i.e. the reaction chamber; the microwave energy generating system and the microwave shaped charge chamber are also connected with a water circulating cooling system. The utility model can strengthen the heat and mass transfer process between reaction materials by microwave heating, thereby greatly reducing the formation temperature of calcium carbide and synthesizing calcium carbide at a lower temperature of 1600-1900 C, and has the advantages of fast reaction speed, high energy utilization rate, convenient operation and no dust pollution, thus solving the \three high\ problem of electric arc carbide furnace. The problem.

【技术实现步骤摘要】
一种微波电石炉反应器
本技术属于煤化工
，具体涉及一种微波电石炉反应器。
技术介绍
中国是贫油富煤的国家，煤炭是我国重要的基础能源和工业原料。降低煤炭一次性能源消费比重，提升煤化工水平是黑色煤炭绿色发展、高碳资源低碳发展的有效手段。电石(碳化钙)是煤化工的关键中间体和基本化工原料，主要用于产生乙炔等化工产品。我国80％以上的PVC生产厂家都是采用的电石乙炔原料。目前，煤制电石与煤制甲醇是我国煤化工的两条主要途径。相较于煤基甲醇烯烃路线，电石炔烃路线工艺简单、副产物CO纯度高，水耗低。电石生产具有一百多年历史，全球产量在1965年达到顶峰，随后由于石油化工的强势发展，电石产业逐渐衰落。我国由于以煤为主的特殊能源结构，成为当前世界最大的电石生产国和消费国，2015年产能达2850万吨。我国电石工业生产一直采用1892年技术的电弧法，即采用焦炭(C)和氧化钙(CaO)在电弧加热产生的高温2200℃左右反应而生成液态电石，并从炉底间歇排出。在中国长达半个多世纪的电石生产史上，电石生产技术基本无太大改进。电弧法工艺要求采用一定粒度的块状原料，需要在高温下强化原料间的传质和传热，因此电石生产的温度高、时间长，导致耗电量大、产量低、原料要求高、粉尘大及尾气治理困难。尽管日前电石市场需求不断扩大，但由于电石生产技术存在“高投入、高污染、高能耗”的缺点，不符合节能减排和可持续发展的要求，严重制约了电石行业的发展。电石行业亟需新的技术改变其落后现状。电石炉是电石生产的核心设备，电石炉的结构和能效直接决定电石生产工艺以及生产成本。开发节能高效环保的新型电石炉是解决电石行业技术落后的关键所在。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本技术提供了一种微波电石炉反应器。目前电石的工业生产技术中，电石生成反应的反应方程式为：CaO+3C＝CaC2+CO。从反应热力学分析获知，及时移走一氧化碳、降低一氧化碳分压，可以促使反应向生成碳化钙的方向进行。因此，本技术提供了一种微波电石炉反应器，利用其制备电石可以降低能耗和生产成本，增加经济效益。为实现上述目的提供一种微波电石炉反应器，本技术采用了以下技术方案：一种微波电石炉反应器，包括微波反应炉体；所述微波反应炉体包括微波聚能腔、外壳、位于外壳及聚能腔之间的保温层，所述微波聚能腔内形成物料的反应室，聚能腔上设有抽放气系统及测温监视系统；还包括用于向聚能腔内即反应室传导微波的微波能发生系统；所述微波能发生系统及微波聚能腔上还连接有水循环冷却系统。优选的，所述微波聚能腔为全密闭石墨聚能微波谐振腔，聚能腔内层为镜面石墨整体成型；所述外壳为全密闭不锈钢外腔；所述保温层材质为为氧化铝、氧化锆、氧化硅、莫乃石或者石墨；所述微波反应炉体的一侧设有与炉体结构相同、以作为炉体一部分的炉门；所述炉门焊接于炉门推车上；所述炉门与炉体之间采用法兰压紧联接，炉门在关闭状态时与炉体形成结构一致的密闭整体。优选的，所述微波能发生系统包括微波源及环形器、进行微波传导的波导管；所述波导管两端由可透波的波导窗口密封，其中一端窗口连接微波源，另一端窗口作为聚能腔的部分内壁用以向腔内反应室传导微波。进一步的，所述的微波源为915MHz或2450MHz的微波源；所述波导管为金属导管或镜面石墨整体成型的导管；靠近微波源一端的波导窗口Ⅰ材质为Al2O3；靠近聚能腔一端的波导窗口Ⅱ材质为ZrO2，优选钇掺杂的ZrO2。进一步的，所述抽放气系统包括设于微波聚能腔上部用于除去CO的排气孔，所述排气孔通过排气管、排气阀与真空泵Ⅰ相连；还包括设于微波聚能腔下部用于通入惰性气体的进气孔和用于抽走空气的抽气孔Ⅰ，所述进气孔通过进气管上的进气阀控制进气，所述抽气孔Ⅰ通过抽气管Ⅰ、抽气阀Ⅰ与真空泵Ⅱ相连；还包括开设于波导管下侧的抽气孔Ⅱ，所述抽气孔Ⅱ通过抽气管Ⅱ、抽气阀Ⅱ与真空泵Ⅱ相连。优选的，所述反应室内设有物料保温反应系统，所述物料保温反应系统包括保温桶和置于桶内的反应坩埚；所述保温桶材质为氧化铝纤维或者氧化锆纤维成型制成，所述反应坩埚为可微波穿透、且可保温的氮化硼坩埚，且所述坩埚带有中心开孔的坩埚盖。进一步的，所述保温桶材质为钇掺杂的氧化铝纤维。优选的，所述测温监视系统包括安装在微波聚能腔上部的红外测温仪与摄像探头。优选的，该反应器还包括与微波能发生系统、抽放气系统电连接的控制系统。本技术的有益效果在于：1)本技术反应器在电石生产过程中可及时排出CO，并通入惰性气体保护反应，根据电石生成反应的热力学特点，电石生成反应的临界反应温度随一氧化碳分压降低而降低，从而在低压条件反应时可以降低反应温度，缩短反应时间，促进反应向电石生成的方向进行，另外，本技术利用微波加热，能够强化反应物料间的热质传递过程，进一步降低电石的生成温度。从而，本技术微波电石炉反应器可以将电石生成的高温温度大幅度降低到反应温度为1600～1900℃，提高电石收率。2)本技术反应器可以联产一氧化碳用于C1合成路线的原料，实现C1与C2的联产。3)本技术反应器为全封闭电石炉，无二氧化碳排放，绿色环保。4)本技术反应器采用石墨聚能腔，可以提供2000℃以上的高温环境，也可适用于其它类型的高温反应过程中。综上所述，本技术反应速度快、能量利用率高、操作方便无粉尘污染，解决了电弧电石炉“三高”的问题。附图说明图1为本技术微波电石炉反应器的结构示意图。图中标注符号的含义如下：1-微波反应炉体；10-微波聚能腔；11-保温层；12-外壳；13-反应室；14-炉门；15-炉门推车；2-微波能发生系统；20-微波源及环形器；21-波导管；22-波导窗口Ⅰ；23-波导窗口Ⅱ；3-抽放气系统；30-排气管；31-排气阀；32-真空泵Ⅰ；33-进气管；34-进气阀；35-抽气管Ⅰ；36-抽气阀Ⅰ；37-真空泵Ⅱ；38-抽气管Ⅱ；39-抽气阀Ⅱ；4-测温监视系统。具体实施方式下面将结合本技术实施例中，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。实施例1如图1所示，为一种微波电石炉反应器，包括微波反应炉体1，所述微波反应炉体1包括微波聚能腔10、外壳12、位于外壳及聚能腔之间的保温层11，所述微波聚能腔10内形成物料的反应室13；所述聚能腔上设有用于为反应室13提供气氛、同时调节反应室13压力的抽放气系统3，聚能腔上还设有测温监视系统4；还包括用于向聚能腔内即反应室13传导微波的微波能发生系统2；所述微波能发生系统2及微波聚能腔10上还连接有水循环冷却系统(图中未画出)，以水冷保护微波能发生系统2和微波聚能腔10。实施例2如图1所示，本实施例在实施例1的基础上，所述微波聚能腔10为全密闭石墨聚能微波谐振腔，聚能腔内层为镜面石墨整体成型；所述外壳12为全密闭不锈钢外腔；所述保温层11采用氧化铝、氧化锆、氧化硅、莫乃石、石墨以及其他耐温隔热材料；所述微波反应炉体1的一侧设有与炉体结构相同、以作为炉体一部分的炉门14；所述炉门14焊接于炉门推车15上；所述炉门14与炉体之间采用法兰压紧联接，所述炉门在关闭状态时与炉体形成结构一致的密闭整体。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波电石炉反应器，其特征在于：该反应器包括微波反应炉体(1)，所述微波反应炉体(1)包括微波聚能腔(10)、外壳(12)、位于外壳及聚能腔之间的保温层(11)；所述微波聚能腔(10)内形成物料的反应室(13)，聚能腔上设有抽放气系统(3)及测温监视系统(4)；该反应器还包括用于向聚能腔内即反应室(13)传导微波的微波能发生系统(2)；所述微波能发生系统(2)及微波聚能腔(10)上还连接有水循环冷却系统。

【技术特征摘要】
1.一种微波电石炉反应器，其特征在于：该反应器包括微波反应炉体(1)，所述微波反应炉体(1)包括微波聚能腔(10)、外壳(12)、位于外壳及聚能腔之间的保温层(11)；所述微波聚能腔(10)内形成物料的反应室(13)，聚能腔上设有抽放气系统(3)及测温监视系统(4)；该反应器还包括用于向聚能腔内即反应室(13)传导微波的微波能发生系统(2)；所述微波能发生系统(2)及微波聚能腔(10)上还连接有水循环冷却系统。2.根据权利要求1所述的一种微波电石炉反应器，其特征在于：所述微波聚能腔(10)为全密闭石墨聚能微波谐振腔；所述外壳(12)为全密闭不锈钢外腔；所述保温层(11)材质为氧化铝、氧化锆、氧化硅、莫乃石或者石墨；所述微波反应炉体(1)的一侧设有与炉体结构相同的炉门(14)；所述炉门(14)焊接于炉门推车(15)上；所述炉门(14)与炉体之间采用法兰压紧联接，炉门在关闭状态时与炉体形成结构一致的密闭整体。3.根据权利要求1所述的一种微波电石炉反应器，其特征在于：所述微波能发生系统(2)包括微波源及环形器(20)、进行微波传导的波导管(21)；所述波导管(21)两端由可透波的波导窗口密封，其中一端窗口连接微波源，另一端窗口作为聚能腔的部分内壁用以向腔内反应室(13)传导微波。4.根据权利要求3所述的一种微波电石炉反应器，其特征在于：所述的微波源为915MHz或2450MHz的微波源；所述波导管(21)为金属导管或镜面石墨整体成型...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜标，赵虹，刘思源，齐会杰，黄伟光，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：新型
国别省市：上海,31