一种生物质燃料生产电石的方法
【专利摘要】本发明涉及一种生物质燃料生产电石的方法，采用长条状生物质燃料原料和粉末状含钙原料，通过生物质燃料原料焦化后产生的挥发分与含氧气体燃烧为含钙原料供热，再由焦化生成的固态碳和含钙原料在1700-2100℃条件下制备电石。采用长条棒状的生物质燃料代替粉末状的含碳原料，生物质燃料的密度较低，焦化温度低，在300-500℃时焦化就很完全，节省生物质燃料制作耗能。采用粉末状原料增大了反应物接触面，使得反应充分进行，提高了反应能力和原料利用率。该工艺还与含碳原料焦化和含钙原料煅烧过程耦合，利用生物质燃料焦化的挥发分和电石生产的副产物CO以及辅助燃料的燃烧预热和煅烧含钙原料至500-1500℃，不仅实现了原料的充分利用还降低了电石生产的氧耗和工艺能耗。
【专利说明】一种生物质燃料生产电石的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电石生产领域，具体涉及一种生物质燃料生产电石的方法。
【背景技术】
[0002]碳化钙(CaC2),俗称电石，上世纪中叶之前被誉为有机合成之母。电石作为煤炭清洁化的一个主要中间产品，广泛应用于合成苯、橡胶、聚氯乙烯、聚乙炔等有机化工产品。工业上一般使用电炉熔炼法(电热法)与氧热法生产电石。
[0003]现代工业生产一般多采用电热法生产电石。电炉熔炼法是将焦炭与氧化钙(分子式CaO)置于2200°C左右的电炉中熔炼，生成碳化钙(分子式CaC2)。生石灰和含碳原料(焦炭、无烟煤或石油焦)在电石炉内，依靠电弧高温熔化反应而生成电石。通过电炉上端的入口或管道将混合料加入电炉内，在开放或密闭的电炉中加热至2000°C左右，根据下式反应生成电石:Ga0+3C — CaC2+C0。熔化了的碳化钙从炉底取出后，经冷却、破碎后作为成品包装。但该生产方法的致命弱点是能耗非常高，而且污染严重。为了节约能源、降低成本并减轻对环境的污染，利用废物来降低原料成本是提高电热法电石生产效率的重要手段之一。2000年，我国专利(CN1313243A)提出采用褐煤、长焰煤和原煤来代替货源紧缺、价格昂贵的冶金焦炭为原料。
[0004]后来兴起的氧热法是集高炉富氧氧热法熔炼CaC2 (电石)、石灰石中提取炭、高温低压煤气发生炉于一体。此一炉三用工艺技术，使CaC2生产综合利用了煤气化过程中的余热和煤灰，煤灰加配料熔融后生成CaC2和提纯CaC2时得到硅铁；“高温低压”煤气发生炉，使煤气的产(发)生自然化。每 熔炼一吨80%CaC2，从石灰石中提取纯炭168kg左右，产生煤气(CO在55% — 95%) 6000—2600m3,可生产4.5吨左右的甲醇。富氧既提高炉温又提高了煤气的CO质量，氧气尤为一举两用，煤热能利用后的煤气，用于煤化工或清洁发电。此工艺为无消耗能源型和无污染型的CaC2生产和煤气生产。
[0005]传统的电热法和氧热法均采用固定床反应器，只能使用块状原料(3_20cm)以保证产物CO气体的排除，避免气流不畅导致“崩床”。然而块状原料的反应面积小，反应速率慢，在炉内的停留时间长、生产能力小，单位产品能耗高。因此传统电石生产工艺过程中“高投入、高能耗、高污染”的部分原因是采用块状原料、电弧供热方式以及副产物CO没有得到充分利用。
[0006]近年来，随着世界经济的快速发展，石油资源日益稀缺，电石乙炔法路线再次表现出价格优势。但是生产电石所用的含碳原料主要是煤之类的矿石，现今也出现了匮乏。并且电石的生产技术在世界范围内发展也是不平衡的。美国是最早工业化生产电石的国家.德国是世界上电石生产技术较为发达的国家。拥有世界上容量最大的电石炉；而对于大多数发展中国家来讲，电石生产技术还相当落后，就我国而言，虽然近年来有了很大的改善，但是电石产业依然表现出“高能耗、高投入、高污染、低综合产出”的状况。电石产业要健康发展必需进行技术革新，达到节能、降耗、减排的目标，实现资源的循环、高效、环保利用。
【发明内容】
[0007]本发明宗旨是解决电石生产中“高投入、高能耗、高污染”的问题，发明人通过大量的研究和创造性的劳动，研制出了一种工艺简单、能耗小、原料来源广泛、成本低的电石生
产方法。
[0008]所述方法将长条状生物质燃料焦化后的固态碳和含钙原料混合，并在混合前通过生物质燃料焦化时产生的挥发分燃烧预热含钙原料，生产电石。
[0009]所述方法使用的生物质燃料原料长度为2-10mm和粉末状含钙原料的粒度小于Imm0
[0010]将长度为2-10mm的生物质燃料原料和粒度在Imm以下的含钙原料，以1:0.9-1.1的质量比分别置于两进料器中。长条状生物质燃料原料在280-500°C下进行焦化，焦化所得的挥发分和电石生产的副产物CO燃 烧可以使反应温度控制在1750-1950°C，从而给含钙原料的预热供热。然后将焦化所得的固态碳和含钙原料混合。混合后，通微量氧气或富氧气体使混合物温度达到1700-2100°C，反应0.1-10分钟，生成电石。
[0011]所述的生物质燃料原料为秸杆、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳及“三剩物”经过加工产生的生物质燃料，含钙原料为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙或电石渣或几种的混
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[0012]生物质燃料不含硫磷，不腐蚀锅炉，可延长锅炉的使用寿命，企业将受益匪浅。由于生物质燃料不含硫磷，燃烧时不产生二氧化硫和五氧化二磷，因而不会导致酸雨产生，不污染大气，不污染环境。另外，生物质燃料清洁卫生，投料方便，减少工人的劳动强度，极大地改善了劳动环境，企业将减少用于劳动力方面的成本。
[0013]生物质燃料原料与含钙原料的质量比为1:0.9-1.1，最佳质量比1:0.92。
[0014]所述含氧气体为氧气、富氧空气或空气。
[0015]所述的焦化后固态碳和粉末状含钙原料混合后，预热至500_1500°C。
[0016]所述预热中所用预热燃料为生物质燃料焦化的挥发分和电石生产的副产物CO以及辅助燃料，预热中所用的氧化剂为氧气或空气。
[0017]所述预热燃料与空气的体积比例为1:4-5。
[0018]预热不仅可以减少后续反应中含碳原料的消耗，提高产物中的电石纯度，还可以降低反应的氧耗。预热中所用预热燃料包括生物质燃料焦化的挥发分和电石生产的副产物CO，辅助燃料包括气体燃料。含碳原料的焦化产生的挥发性气体中含有部分可燃性物质，直接排空造成了能源的浪费。CO作为电石生产的副产物，其排空会导致空气污染，其化工利用设计深度脱硫和输送问题的成本高。本发明将这两部分气体作为预热燃料，既防止了空气的污染，又有效利用了能量，一举两得。
[0019]本发明具有的优点:
[0020]与传统电石生产方法相比，本发明的含碳原料选择了新环保能源一生物质燃料。原料来源广、污染性低、利用率高、反应速率快、焦化温度低、生产能力大。
[0021]采用长条状的生物质燃料代替粉末状的含碳原料。生物质燃料的密度较低，焦化温度低，在300-500°C时焦化就很完全，可以节省前期加工生物质燃料的机械能耗。采用粉末状的原料增大了反应物的接触面，使得反应充分进行，提高了反应能力和原料的利用率。
[0022]生物质燃料焦化的挥发分和电石生产副产物CO燃烧供热，使得反应能耗降低，并提高了原料的利用率。
【具体实施方式】
[0023]实施例1
[0024]将230克长度为6mm的淮北平原的小麦秸杆送入预热器中加热至350_500°C焦化，将焦化后的固态碳和挥发分分离。挥发分和最后的副产物CO与富氧气体通入装有120克粒径为0.65mm的CaO粉末燃烧预热器,将固态碳与预热后CaO混合,通入60L氧气喷入反应器，使原料达到1750-2100°C，反应IOmin冷却至常温。如果转化率为100%，预计得到固体产物质量为137克。生成电石的反应是可逆的。CaO的转化率一般在65-70%，得到的固体质量实际应在131-132克。
[0025]实施例2
[0026]将210克长度为5mm的玉米芯反应器中加热至300-500°C焦化，将焦化后的固态碳和挥发分分离。挥发分和最后的副产物CO与富氧气体通入装有130克粒径为0.65mm的CaO粉末燃烧预热后，将固态碳与预热后CaO混合，通入65L氧气喷入反应器，使原料达到1750-2100°C，反应IOmin冷却至常温。如果转化率为100%，预计得到固体产物质量为148.6克。同样按照CaO的转化率一般在65-70%，得到的固体质量实际应在142-143克。
[0027]与传统电石生产方法相比，本发明的含碳选择了新环保能源一生物质燃料。生物质燃料相对于焦炭的含碳质量分数相差也就10%。而且生物质燃料原料来源广、污染性低、利用率高、反应速率快、焦化温度低、生产能力大。
[0028]采用长条状的生物质燃料代替粉末状的含碳原料。生物质燃料的密度较低，焦化温度低，在300-500°C时焦化就很完全，可以节省前期加工生物质燃料的机械能耗。采用粉末状的含钙原料增大了反应物的接触面，使得反应充分进行，提高了反应能力和原料的利用率。
[0029]生物质燃料焦化的挥发分和电石生产副产物CO燃烧供热，使得反应能耗降低，并提高了原料的利用率。
【权利要求】
1.一种生物质燃料生产电石的方法，其特征在于:将长条状生物质燃料焦化，产生的挥发分和电石生产的副产物CO以及辅助燃料燃烧用于预热含钙原料，再将生物质燃料焦化后的固态碳和含钙原料混合，混合后，通微量氧气或富氧气体使混合物在高温下反应一段时间，最终得到电石。
2.根据权利要求1所述的一种生物质燃料生产电石的方法，其特征在于:生物质燃料原料的长度在2-10mm，含钙原料的粒度在Imm以下，二者以1:0.9-1.1的质量比分别置于两进料器中，长条状生物质燃料原料在280-500°C下进行焦化，焦化所得的挥发分和电石生产的副产物CO燃烧可以使反应温度控制在1750-1950°C，从而给含钙原料预热，然后，将焦化所得的固态碳和含钙原料混合，混合后，通微量氧气或富氧气体使混合物温度达到1700-2100°C，反应0.1-10分钟，生成电石。
3.根据权利要求1所述的一种生物质燃料生产电石的方法，其特征在于:所述的生物质燃料原料为秸杆、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳及“三剩物”经过加工产生的生物质燃料，含钙原料为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙或电石渣或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种生物质燃料生产电石的方法，其特征在于:所述富氧气体为氧气、富氧空气或空气。
5.根据权利要求1所述的一种生物质燃料生产电石的方法，其特征在于:所述焦化后固态碳和粉末含钙原 料混合后，预热至500-1500°C。
6.根据权利要求1所述的一种生物质燃料生产电石的方法，其特征在于:预热中所用预热燃料为生物质燃料焦化的挥发分和电石生产的副产物CO以及辅助燃料，预热中所用的氧化剂为氧气或空气。
7.根据权利要求1所述的一种生物质燃料生产电石的方法，其特征在于:所述预热燃料与空气的体积比例为1:4-5。
【文档编号】C01B31/32GK103449437SQ201310378561
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】杨卫民, 张震, 焦志伟, 阎华 , 丁玉梅, 郁文霞, 陈实, 张栩 申请人:北京化工大学