一种生产电石的联合反应器及方法技术

本发明专利技术提供了一种生产电石的联合反应器及生产方法，反应器包括上炉和下炉，所述上炉的底部设置有落料筒，该落料筒深入到下炉炉膛内，所述上炉的顶部设置有多通道喷口以供原料煤和氧气进入到上炉内进行反应；所述下炉安装有电极，该电极的安装位置保证三相电极的电弧区与上炉的落料区相切。该装置中煤粉和氧化钙经气流床反应器和电弧反应器两段反应生成电石，气流床反应器内的粉煤燃烧热提供反应所需的大部分热量，较现行的电弧炉大大减少了电能消耗，降低了生产成本。电弧反应器提供2200℃左右的高温稳定热源，使气流床反应器中未反应的原料反应完全，并对所得电石产品升温调质，如此可使产品品质高于常规氧热法产品，又回避了氧热法装置中高温段耐火材料易被氧化侵蚀的难题，使装置的投资降低寿命延长。

A combined reactor for producing calcium carbide and its method

The invention provides a combined reactor and a production method for producing calcium carbide. The reactor comprises an upper furnace and a lower furnace. The bottom of the upper furnace is provided with a blanking cylinder which goes deep into the lower furnace. A plurality of channels are arranged on the top of the upper furnace for feeding coal and oxygen into the upper furnace for reaction. The furnace is equipped with an electrode which is installed in a position to ensure that the arc area of the three-phase electrode is tangent to the blanking area of the upper furnace. In this device, pulverized coal and calcium oxide react through airflow reactor and arc reactor to form calcium carbide. The combustion heat of pulverized coal in airflow reactor provides most of the heat needed for the reaction. Compared with the current electric arc furnace, the power consumption is greatly reduced and the production cost is reduced. The arc reactor provides a high temperature stable heat source around 2200 C, which makes the reactions of unreacted raw materials in the entrained-flow reactor complete and the carbide products obtained are tempered and tempered at elevated temperatures. Thus the quality of the products is higher than that of the conventional oxythermal products, and the problem that refractories in the high temperature section of the oxythermal process device are easily eroded by oxidation is avoided. Investment reduces life expectancy.

【技术实现步骤摘要】
一种生产电石的联合反应器及方法
本专利技术涉及一种制备电石的工艺及其专用反应器，具体涉及一种由气流床反应器与电弧反应器构成的联合反应器及生产方法。
技术介绍
碳化钙(CaC2)俗称电石，是有机合成工业重要的基础原料，在化学工业中占有重要的地位。工业上电石主要用来生产乙炔、氰胺化钙和钢铁脱硫剂等，其中由乙炔生产的PVC是其最主要的终端产品。我国电石产能长期位居世界第一，2014年底我国的电石产量达到2580万吨，同比增长12.9％。目前电石的工业生产全部采用电热法，其基本原理是块状含碳原料和块状氧化钙(粒度严格控制在3～20mm)在高温密闭电弧炉中(炉温超过2000℃)吸热反应生成熔融态的电石产品。电热法发展至今已经有了一百多年的历史，其间技术经过了多次重大改进，比如密闭型电石炉的专利技术、空心电极技术的引入以及自动控制技术的广泛应用等，使整个电热法工艺过程日趋成熟。但目前该工艺的产品吨电耗仍在3500kWh左右，电力成本接近总成本的50％，同时电弧炉法只能使用块状的氧化钙和焦炭原料，造成占比近20％的粉状原料的浪费。另外电弧炉还存在结构复杂、难以放大等问题，导致了该技术的建设投入和运行成本都非常高。在石油价格下降后，电石法PVC路线相对石油乙烯PVC路线的经济性将大大降低。但我国“富煤少油”的资源秉赋以及煤炭与水资源逆向分布的现实情况，又使得石油和煤制烯烃PVC路线难以完全替代电石法PVC，因此我国对提升电石工艺经济性具有很强烈的需求。要解决现有电石行业“高成本、高能耗、高污染”的问题，就需要对现有的电热法电石工艺进行技术创新。氧热法电石工艺一直是国内外的研究热点，希望通过煤炭燃烧产生的热量取代电弧放出的热量供给电石合成反应。早在六七十年代德国和朝鲜就已经开展了全焦竖炉氧热法生产电石的中试试验，但因为反应速率低及焦炭耗量太大等原因，其成本还高于电弧法，在原油价格下降后便停止了生产。国内对氧热法电石工艺和装备的研究也多有报道。CN201210569784.0和CN201220723905.8公布了一种粉状原料在气流床中氧热法生产电石和合成气的方法与装置，其所述电石反应器由上部的预热室、中部的气化室和下部的反应室构成。其具体流程是将经磨煤和干燥的含碳原料与含钙原料由进料口送入，在预热室中含碳原料和含钙原料充分预热，进入气化室后被煤粉和富氧空气混合燃烧的热量进一步加热升温，最后在反应室中煤粉进一步与氧气混合燃烧产生2000℃左右的高温，使剩余部分的含碳原料与氧化钙在高温下反应完全。从已知的文献分析可知，氧热法电石工艺开发中有很多难点，包括如何提供温度达到2000℃的稳定可靠热源及相应的耐火材料，如何让粉状含碳、含钙原料充分接触反应等。为了解决传统电热法粉状原料无法利用与生产电耗大的缺点，以及回避氧热法需要寻求高温热源与耐火材料的困难，实有必要提供一种可以解决以上技术问题的技术方案。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术提供了一种生产电石的联合反应器及生产方法，通过上炉实现利用粉状原料生产电石，同时提供绝大部分的反应热量，大大降低了电弧炉中电热的供给量。利用下炉将反应物料进一步加热使物料反应完全，保证了产品质量。一种生产电石的联合反应器，包括上炉和下炉，所述上炉的底部设置有落料筒，物料自上炉顶部落入到落料筒内进而进入到下炉炉膛内，并在下炉炉膛内形成落料区；所述下炉安装有三相电极，电极产生的电弧所形成的高温区延伸到物料落下时形成的落料区中心。所述上炉炉顶设置有多通道喷口，粉状物料和氧气通过该多通道喷口进入到上炉炉膛内；所述多通道喷口为多层套管结构，中心管是煤粉与粉状含钙原料的进料通道，最外层是冷却水通道形成的水冷套筒，进料通道和水冷套筒之间的环形腔是助燃氧气通道；所述多通道喷口的底部安装有气体旋转叶片，用于强化氧气与中心套管中粉体的混合，使燃烧更充分。所述上炉与下炉的中心轴线重合，通过上炉的落料筒相连；所述上炉的炉膛采用热壁形式以减少煤粉燃烧的热量损耗，其内壁结构依次为耐火层和保温层，该耐火层和保温层固定在钢制的上炉外壳内；所述上炉的上部和下部外径均小于炉膛中部位置的外径，呈两头小中间大的结构，所述落料筒设置在上炉的底部，且落料筒的底部设置有喇叭形扩口，以扩大液态落料的分布面积。所述下炉为圆形结构，包括炉盖和炉膛，所述炉盖的主体是纵横交叉的水冷却的冷却水钢梁，在冷却水钢梁间预留有电极插孔和加料孔；三个所述电极插孔的位置为以炉盖中心为圆心的圆周上，在每个电极的周围还开设有多个加料口，用于在开工时颗粒煤和氧化钙等的添加和调节；所述电极插孔和加料口周边分别配有密封用的电极密封圈和加料管密封圈，所述下炉盖与上炉的落料筒的连接处通过石墨密封圈密封。所述下炉的主体是保温层包裹的耐火砖层，在下炉的炉底铺有一层碳素砖层，以承受高温液态电石的侵蚀；所述下炉整体通过底座工字钢支撑在耐火混凝土上，在下炉的炉体侧壁上部开有电石尾气排出口，侧壁下部开有液态电石流出口。一种生产电石的联合反应工艺，采用煤粉气流床燃烧和电弧反应联合生产电石，其中，气流床反应的粉煤燃烧提供反应所需的大部分热量，含碳原料和含钙原料吸热生成液态的碳化钙和电石气，未完全反应的原料随液态的碳化钙和电石气一起进入到电弧反应器，电弧反应提供的热量使气流床反应中未完全反应的原料反应完全。当原料进入到气流床反应器之前，电弧反应器首先提供电石液熔池，电石液熔池的形成过程为：含碳原料和含钙原料在电弧反应器内，通过电极电弧热的作用形成电石液熔池。在流化床反应器内，煤粉燃烧使炉膛的温度维持在1700～1900℃，在电弧反应器内，电极的电弧热使温度进一步升高至2100～2300℃。所述流化床反应器内的具体过程为：含碳原料和含钙原料在氮气气氛下充分流化，然后与富氧空气混合燃烧，产生大量的热量，没有燃烧的含碳原料和含钙原料吸收钙热量后反应生成液态的碳化钙和电石气；其中，含碳原料和含钙原料干燥至含水量为0.6-1.2％；所述富氧空气是指氧气含量高于80％的空气；所述含碳原料为半焦、焦炭、贫煤或无烟煤；含钙原料为氧化钙、氢氧化钙、电石渣或碳酸钙。所述上炉燃烧和反应过程中生成的热烟气与熔融反应物同向流入下炉，然后由下炉导出反应器，以促进熔融物的流动，避免逆向流动时粉状原料被电石气带出。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：现有电石工业生产装置都是电弧供热，而目前提出的氧化热电石装置都是煤粉燃烧供热，本专利技术首次提出了煤粉气流床燃烧和电弧联合供热的方式，实现了两种技术的嫁接整合。该装置中煤粉和氧化钙经气流床反应器和电弧反应器两段反应生成电石，气流床反应器内的粉煤燃烧热提供反应所需的大部分热量，如此较现行的电弧炉大大减少了电能消耗，降低了生产成本。电弧反应器提供高达2200℃的高温稳定热源，使气流床反应器中未反应的原料反应完全，并对所得电石产品升温调质，如此可使产品品质高于常规氧热法产品，又回避了氧热法装置中高温段耐火材料易被氧化侵蚀的难题，使装置的投资降低寿命延长。【附图说明】图1为本专利技术的联合电石反应器的结构示意图；图2为本专利技术的联合电石反应器的俯视图；图3为图1所示本专利技术的联合电石反应器的局部放大示意图。附图标记说明：1-进料通道，2-氧气通道，3-水冷套管，4-点火装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产电石的联合反应器，其特征在于：包括上炉和下炉，所述上炉的底部设置有落料筒(11)，物料自上炉顶部落入到落料筒(11)内进而进入到下炉炉膛(14)内，并在下炉炉膛(14)内形成落料区；所述下炉安装有三相电极，当发生电弧时，电极产生的电弧所形成的高温区延伸到物料落下时形成的落料区中心；所述上炉炉顶设置有多通道喷口(6)，粉状物料和氧气通过该多通道喷口(6)进入到上炉炉膛(7)内；所述多通道喷口为多层套管结构，中心管是煤粉与粉状含钙原料的进料通道(1)，最外层是冷却水通道形成的水冷套筒(3)，进料通道和水冷套筒之间的环形腔是助燃氧气通道(2)；所述多通道喷口的底部安装有气体旋转叶片，用于强化氧气与中心套管中粉体的混合，使燃烧更充分；所述上炉与下炉的中心轴线重合，通过上炉的落料筒相连；所述上炉的炉膛采用热壁形式以减少煤粉燃烧的热量损耗，其内壁结构依次为耐火层(8)和保温层(9)，该耐火层和保温层固定在钢制的上炉外壳(10)内；所述上炉的上部和下部外径均小于炉膛中部位置的外径，呈两头小中间大的结构，所述落料筒设置在上炉的下部，且落料筒的底部设置有喇叭形扩口，以扩大液态落料的分布面积。

【技术特征摘要】
1.一种生产电石的联合反应器，其特征在于：包括上炉和下炉，所述上炉的底部设置有落料筒(11)，物料自上炉顶部落入到落料筒(11)内进而进入到下炉炉膛(14)内，并在下炉炉膛(14)内形成落料区；所述下炉安装有三相电极，当发生电弧时，电极产生的电弧所形成的高温区延伸到物料落下时形成的落料区中心；所述上炉炉顶设置有多通道喷口(6)，粉状物料和氧气通过该多通道喷口(6)进入到上炉炉膛(7)内；所述多通道喷口为多层套管结构，中心管是煤粉与粉状含钙原料的进料通道(1)，最外层是冷却水通道形成的水冷套筒(3)，进料通道和水冷套筒之间的环形腔是助燃氧气通道(2)；所述多通道喷口的底部安装有气体旋转叶片，用于强化氧气与中心套管中粉体的混合，使燃烧更充分；所述上炉与下炉的中心轴线重合，通过上炉的落料筒相连；所述上炉的炉膛采用热壁形式以减少煤粉燃烧的热量损耗，其内壁结构依次为耐火层(8)和保温层(9)，该耐火层和保温层固定在钢制的上炉外壳(10)内；所述上炉的上部和下部外径均小于炉膛中部位置的外径，呈两头小中间大的结构，所述落料筒设置在上炉的下部，且落料筒的底部设置有喇叭形扩口，以扩大液态落料的分布面积。2.根据权利要求1所述的一种生产电石的联合反应器，其特征在于：所述下炉为圆形结构，包括炉盖(13)和炉膛(14)，所述炉盖(13)的主体是纵横交叉的水冷却的空心钢梁(15)，在冷却水钢梁间预留有电极插孔和加料孔；三个所述电极插孔的位置为以炉盖中心为圆心的圆周上，在每个电极的周围还开设有多个加料口(17)，用于在开工时颗粒煤和氧化钙等的添加和调节；所述电极插孔和加料口周边分别配有密封用的电极密封圈(19)和加料管密封圈(20)，所述下炉炉盖与上炉的落料筒的连接处通过石墨密封圈(18)密封。3.根据权利要求1所述的一种生产电石...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑化安，陈刚，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61