一种绿色低碳的电石合成工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种绿色低碳的电石合成工艺，本发明专利技术工艺直接采用石灰石、方解石等作为合成电石的钙源，将石灰石煅烧和合成电石过程耦合在一个反应炉内，省去了传统电石生产工艺中石灰窑煅烧石灰石的过程；同时在此过程中CaCO3分解生成的CO2、CaO又可分别作为碳的气化剂、催化剂，将生成的部分CO2实时就地的转化为CO；利用高温区产生的高温CO气体依次与中温段、高温除碳过程换热，实现了高温尾气余热的回收利用，提高整体热效率；利用中温阶段的气体与高温固相产物进行反应，不仅回收利用了气固相物料的显热，而且又将气体中的CO2与高温固相产物中未反应的碳转化为高附加值产品CO。

A Green and Low Carbon Calcium Carbide Synthesis Process

The invention discloses a green low-carbon calcium carbide synthesis process, in which limestone and calcite are directly used as calcium sources to synthesize calcium carbide, and the process of calcining limestone and synthesizing calcium carbide is coupled in a reaction furnace, thus eliminating the process of calcining limestone in a lime kiln in the traditional calcium carbide production process; at the same time, CO2 and CaO produced by the decomposition of CaCO3 can be used separately. For carbon gasifiers and catalysts, part of the generated CO2 is converted into CO in situ in real time; high temperature CO gas generated in high temperature region is used to heat exchanges with middle temperature section and high temperature decarbonization process in turn, which realizes the recovery and utilization of high temperature tail gas waste heat and improves the overall thermal efficiency; the reaction of gas in middle temperature stage with high temperature solid products can not only recover and utilize the sensible heat of gas-solid materials. Moreover, the unreacted carbon in the gas and the high temperature solid phase products is converted into the high value-added product CO.

【技术实现步骤摘要】
一种绿色低碳的电石合成工艺
本专利技术属于电石生产
，具体涉及一种绿色低碳的电石合成工艺。
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，电石作为煤炭清洁化的一个主要中间产品，是有机合成化学工业的基本原料，广泛应用于合成苯、橡胶、聚氯乙烯、聚乙炔等有机化工产品，也可以用于焊接及切断金属(氧炔焰)。在工业中电石生产一直采用电热法，首先将石灰石(基本成份为CaCO3)在石灰窑中850～1000℃煅烧成生石灰(CaO质量含量>92％)，然后再将冷却后的生石灰破碎筛分后与一定粒度的焦炭(C)投入2200℃的高温电石炉内反应生成电石。在煅烧过程中除生成生石灰外，还排放大量废窑气(CO2的体积含量在31-38％之间，其余为N2、O2和少量硫化物)，此外，电石反应过程中还会产生大量的富含一氧化碳和二氧化碳的高温炉气(全密闭电石炉炉气组成：CO：70-95％，CO2：2-5％，其余为N2、O2、H2、CH4等)，这使得整个电石生产工艺过程成为一个碳排放量极大的过程。据初步估算，以一台20000千伏安的密闭电弧炉为例，石灰石为原料，每生产1吨电石，整个工艺二氧化碳量约在900公斤左右。这种“高污染、高能耗、高排放”的电石生产技术，显然不符合节能减排和可持续发展的要求。因此，如何降低电石生产行业的碳排放是亟待解决的问题。中国专利201610020462.9、201711406332.X和201721825097.5提出了一种利用微波能制取固态电石的方法，该方法中提出利用微波能合成固态电石，使用该方法不仅降低了反应温度、缩短固态电石生成反应时间，而且可明显节能降耗，但专利中关于电石合成工艺过程中如何有效降低碳排放并没有提出有效的技术手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种绿色低碳的电石合成工艺，主要解决现有技术中电石合成过程中存在的高二氧化碳排放的问题。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术提出的一种绿色低碳的电石合成工艺，主要思路是：以CaCO3和碳为原料直接投入高温电石反应炉中，利用CaCO3分解生成的CaO为催化剂，催化碳与CO2的气化反应生成高附加值的CO(C+CO2＝CO)，然后再以CaO和碳原料反应生成电石；利用反应中气相和固相的显热促进未反应的碳和二氧化碳反应，将过程中排放的CO2转化为CO。一种绿色低碳的电石合成工艺，包括如下反应步骤：步骤1，电石原料制备：将碳源材料和钙源材料的超细粉混合物，通过湿法造粒或压制成型，得到一定大小的电石原料团；所述碳源材料的主要成分为CaCO3；步骤2，电石原料团干燥：制得的电石原料团通过换热器与来自高温除碳阶段的尾气进行换热干燥；步骤3，电石合成：干燥后的电石原料团送入电石反应炉中，首先进行中温反应，发生CaCO3分解和碳与CO2气化，反应生成的气体送入高温除碳阶段，生成的固相产物送入高温反应阶段进行电石合成；电石合成反应生成的高温固相产物送入高温除碳阶段，反应生成的高温气体CO送入中温阶段，与中温阶段生成的气体一并送入高温除碳阶段；步骤4，高温除碳：生成的高温固相产物与来自中低温阶段的尾气发生碳与CO2的气化反应；高温除碳阶段中生成的尾气再返送回电石原料团干燥阶段，通过换热器进行换热降温；反应完毕后得到固相电石产物。优选地，所述步骤1中的碳源材料选自冶金焦、兰炭或焦炭中的一种，钙源材料选自方解石、碳酸钙或石灰石中的一种。优选地，所述步骤1中的超细粉混合物是指通过粉碎研磨过程使物料的粒径小于1mm，优选小于500um，混合物中的碳钙摩尔比为3:1-4:1。优选地，所述步骤1中的湿法造粒，是指通过添加粘结剂将物料成型为粒径为1-5cm的球团，粘结剂可为煤油、柴油、蜜糖、淀粉、水中的一种或多种，粘结剂添加量为1～30％，所述球团可为圆球状、圆柱形、方体形、蜂窝型中的一种。优选地，所述电石反应炉具有抽真空系统，真空度可以调控；加热方式采用微波加热或电加热。优选地，所述电石反应炉是具有中温区和高温区的两段式炉体，或者是一段加热区炉体。优选地，所述电石反应炉为一段加热区炉体时，通过两台或多台电石反应炉联用，利用其中一台电石反应炉副产的高温阶段气体作为其他电石反应炉中温阶段加热的补充热源，利用其他电石反应炉副产的中高温气体直接通入另一其他反应炉生成的高温固相产物反应，除去未反应完的碳。优选地，所述电石反应炉为具有中温区和高温区的两段式炉体时，上段中温区与下段高温区通过过度部件连接，用于控制物料下料至高温区，上段中温区与下段高温区之间的过度部件设有出气口，可使得高温区生成的CO气体能向上进入中温区，对中温区物料进行直接加热。优选地，所述中温阶段的反应温度为800-1300℃，反应时间为0-150min，反应绝对压力为0.1-100KPa；所述高温阶段的反应温度为1600-1900℃，反应时间为30-200min，反应绝对压力为0.1-1atm。优选地，所述步骤4中生成的尾气通过换热器进行换热降温后送入电除尘器或布袋除尘器，除去气体中的粉尘杂质，送入储气罐或下一道工序。本专利技术还提供一种用于绿色低碳的电石合成工艺的电石反应炉，所述电石反应炉为具有中温区和高温区的两段式炉体，上段中温区与下段高温区通过过度部件连接，用于控制物料下料至高温区，上段中温区与下段高温区之间的过度部件设有出气口，用于使高温区生成的CO气体能向上进入中温区，对中温区物料进行直接加热。本专利技术从降低碳排放并如何实现碳的最大价值化利用的角度出发，提出一种绿色低碳生产电石的新工艺，以减少电石生产过程中的二氧化碳排放。本专利技术工艺将传统煤化工工艺中的石灰石煅烧、碳气化及电石合成过程进行工艺和能量的耦合，通过改变工艺过程和控制工艺条件，在简化整个工艺流程的同时又可将生成的高温气固相物料的显热充分利用，从而达到降低整个生产过程碳排放的目的。参见图1，为本专利技术的工艺流程示意图，具体工艺过程为：首先，将含碳原料和钙源材料的超细粉混合物料送入造粒机中采用湿法造粒成型，得到一定大小的球团，得到的球团经与来自高温除碳过程的气体换热干燥后送入电石反应炉中，首先通过电石反应炉抽真空系统抽出反应炉中的空气，当反应器中的绝对压力低于500Pa后，可认为反应器中的空气基本排除干净。打开反应炉加热电源，首先，在中温阶段(800℃-1300℃)，发生CaCO3分解和碳的CO2气化(CaCO3+C＝CaO+CO+CO2)，反应过程中生成的气体送入高温除碳过程，生成的固相产物再送入高温阶段(1600℃-1900℃)，在此阶段发生CaO+3C＝CaC2+CO反应，生成的高温固相产物送入高温除碳过程，生成的高温气体CO送入中温阶段，通过与中温段换热后送入高温除碳过程。高温除碳过程中，高温固相产物中未反应的碳与来自中温阶段的气体中的CO2发生除碳(C+CO2＝CO)反应，以除尽未反应完的碳，反应生成的尾气通过换热器与原料团干燥过程换热降温再经过滤除尘后送入储气罐或下一道工序，反应完毕后取出固相电石产物。参见图2，为传统电石生产过程的示意图，工艺过程为：首先，将石灰石(基本成份为CaCO3)在石灰窑中850～1000℃煅烧成生石灰(CaO质量含量>92％)，然后再将冷却后的生石灰破碎筛分后与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绿色低碳的电石合成工艺，其特征在于，包括如下反应步骤：步骤1，电石原料制备：将碳源材料和钙源材料的超细粉混合物，通过湿法造粒或压制成型，得到一定大小的电石原料团；所述碳源材料的主要成分为CaCO3；步骤2，电石原料团干燥：制得的电石原料团通过换热器与来自高温除碳阶段的尾气进行换热干燥；步骤3，电石合成：干燥后的电石原料团送入电石反应炉中，首先进行中温反应，发生CaCO3分解和碳与CO2气化，反应生成的气体送入高温除碳阶段，生成的固相产物送入高温反应阶段进行电石合成；电石合成反应生成的高温固相产物送入高温除碳阶段，反应生成的高温气体CO送入中温阶段，与中温阶段生成的气体一并送入高温除碳阶段；步骤4，高温除碳：生成的高温固相产物与来自中低温阶段的尾气发生碳与CO2气化反应；高温除碳阶段中生成的尾气再返送回电石原料团干燥阶段，通过换热器进行换热降温；反应完毕后得到固相电石产物。

【技术特征摘要】
1.一种绿色低碳的电石合成工艺，其特征在于，包括如下反应步骤：步骤1，电石原料制备：将碳源材料和钙源材料的超细粉混合物，通过湿法造粒或压制成型，得到一定大小的电石原料团；所述碳源材料的主要成分为CaCO3；步骤2，电石原料团干燥：制得的电石原料团通过换热器与来自高温除碳阶段的尾气进行换热干燥；步骤3，电石合成：干燥后的电石原料团送入电石反应炉中，首先进行中温反应，发生CaCO3分解和碳与CO2气化，反应生成的气体送入高温除碳阶段，生成的固相产物送入高温反应阶段进行电石合成；电石合成反应生成的高温固相产物送入高温除碳阶段，反应生成的高温气体CO送入中温阶段，与中温阶段生成的气体一并送入高温除碳阶段；步骤4，高温除碳：生成的高温固相产物与来自中低温阶段的尾气发生碳与CO2气化反应；高温除碳阶段中生成的尾气再返送回电石原料团干燥阶段，通过换热器进行换热降温；反应完毕后得到固相电石产物。2.如权利要求1所述的一种绿色低碳的电石合成工艺，其特征在于：所述步骤1中的碳源材料选自冶金焦、兰炭或焦炭中的一种，钙源材料选自方解石、碳酸钙或石灰石中的一种。3.如权利要求1所述的一种绿色低碳的电石合成工艺，其特征在于：所述步骤1中的超细粉混合物是指通过粉碎研磨过程使物料的粒径小于1mm，优选小于500um，混合物中的碳钙摩尔比为3:1-4:1。4.如权利要求1所述的一种绿色低碳的电石合成工艺，其特征在于：所述步骤1中的湿法造粒，是指通过添加粘结剂将物料成型为粒径为1-5cm的球团，粘结剂可为煤油、柴油、蜜糖、淀粉、水中的一种或多种，粘结剂添加量为1～30％，所述球团可...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜标，赵虹，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：发明
国别省市：上海,31