一种煤气供热多段电石反应器及其工艺的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氧热法制备电石的工艺及其反应器，具体涉及粉状含碳原料和粉状含钙原料成型、原煤部分燃烧制煤气、煤气燃烧供热、原料经两段反应生成电石及电石尾气预热反应原料的工艺和装置。
【【背景技术】】
[0002]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，目前PVC行业是电石乙炔气的主要消费领域。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生石灰(粒度严格控制在3?20mm)在高温电弧炉中(炉温超过2000°C)吸热反应生成熔融态的电石产品。
[0003]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发明、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%。另外电弧炉所固有的结构复杂、难以放大等问题也一直无法解决，导致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路线的经济性将降低。但我国“富煤少油”的资源秉赋以及煤炭和水资源逆向分布的现实情况，又使得石油和煤制烯烃PVC路线难以替代电石法PVC，因此国内对提升电石工艺经济性具有很强烈的需求。
[0004]国内大部分的电石产能都分布在煤炭资源丰富的西部地区，电石生产中电弧炉所消耗的大量电能都是当地热电厂供应。目前煤燃烧发电的效率大多在40%左右，在电弧炉中电能再转化为热能，造成了巨大的能源转化损失。因此国内外很早就开始了对使用煤炭直接燃烧供热的氧热法电石工艺的研究。前联邦德国的巴登苯胺公司在1939年就建成了氧热法半工业化电石生产装置，电石产能为70?100吨/天。该工艺使用块状焦炭、氧化钙和富氧空气在竖炉中完成燃烧反应过程。由于反应原料均为固体块状，使得固体反应物之间的接触传质速率低，原料在竖炉内停留时间长而热利用率低。该工艺的焦炭耗量达到了电炉法的四倍，成本还高于电热法工艺，故当60年代石油价格下降后便停止了生产。
[0005]国内对氧热法电石工艺和装备的研究也多有报道。中国专利第201210569784.0号和第201220723905.8号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，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:将经磨粉与干燥的含碳原料和含钙原料由进料口送入预热室内进行预热，在气化室中煤粉和富氧空气混合燃烧的热量将原料进一步加热，在反应室中一部分煤粉与氧气混合燃烧产生1700°C以上的高温，使剩余的含碳原料与氧化钙在高温下反应生成电石和一氧化碳。
[0006]该工艺的反应过程非常复杂，包含石灰石受热分解、煤粉燃烧气化和电石生成三个反应过程，这些反应相互间会造成影响。比如电石的生成反应需要稳定可靠的强热源，而当炉内的煤粉气化燃烧过程发生波动时就会影响电石反应的速率，由此造成炉内状态调控困难。另外煤的燃烧及电石的生成反应都在炉内进行，增加了炉内的灰分含量，灰分含量的增加本身不利于电石的生成反应，更重要的是影响了电石产品的品质。粉状含碳和含钙原料由炉顶进料口加入与上升的电石气逆向换热，不可避免地会被上升气流夹带离开反应器，造成原料利用率低。颗粒进料所用的载气速度达到7m/s以上，这也造成了原料预热效果差的问题。底部的高温反应室需要承受整个炉身的重负荷，要求耐火材料在耐高温腐蚀的同时还要有好的抗压强度。
[0007]要实现对电石产业显著的节能降耗，就必须对现有的高电耗电弧加热方式进行革新，发展氧热法电石工艺。本发明提出了一种煤气供热的多段式电石反应器及其工艺，通过煤气为电石反应供热能大大消减电石生产过程中的能耗及提高电石产品的品质，而反应器中前炉的引入也降低电石反应装置的建设难度与成本，具有很好的发展前景。
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【发明内容】
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[0008]本发明为解决传统电热法电石工艺电耗高及氧热法电石产品杂质含量高的问题，提供了一种煤气供热两段反应生产电石的新工艺和相关装置。将原料煤部分燃烧后的高温烟气在反应器中进一步燃烧，为反应器内的电石反应供热，既利用了煤的燃烧热量代替电弧热，又避免了煤中灰分掺入电石产品。而装置中前炉的引入减少了高温耐火材料的耗量，又有利于对反应过程的调节控制。
[0009]本发明采用以下技术方案:
[0010]一种煤气供热多段电石反应器，以含碳原料和含钙原料为原料生产电石，包括主炉、为主炉提供高温煤气的煤气发生炉，以及为原料继续反应提供高温热源的前炉；所述煤气发生炉与前炉分布在主炉底部的周围并与主炉连通，煤气发生炉提供的高温煤气进入到主炉内，含碳原料和含钙原料通过吸热该高温煤气的热量而生成液态的碳化钙，未反应完的含钙原料和液态的碳化钙在前炉内继续反应生成电石。
[0011]所述主炉的顶部设置有预热系统，包括原料仓以及多个加料斗，所述加料斗与主炉连通，保证主炉内生成的电石尾气进入到加料斗内，以预热原料并脱除挥发成分；所述原料仓通过多通道阀门与多个加料斗连接，多个加料斗通过汇合支管与主炉的入口连通。
[0012]所述主炉为平底锥顶筒状结构，连通主炉和前炉的通路自与主炉连通的一端向另一端向下倾斜设置，中间布有浅槽，以促进液态反应物的流动，倾斜的角度为5?9°。
[0013]所述主炉为平底锥顶筒状结构，所述主炉的炉膛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外壳内；所述主炉的炉膛上部壁面上设置有烟气出口，该烟气出口与旋风分离器相连。
[0014]所述煤气发生炉为燃烧室，该燃烧室的煤粉喷嘴和氧气喷嘴以一定角度交错布置，燃烧室内产生的炉渣通过炉底的渣口排出，燃烧室产生的煤气通过煤气通道与主炉连通。
[0015]所述前炉设置有热烟气通道，以加快气体在主炉和前炉中的流通并利于主炉中液体混合物向前炉中的流动，前炉产生的电石尾气和燃烧产生的二氧化碳气体通过该热烟气通道进入到主炉内，与主炉内产生的燃烧烟气混合后一并通过主炉侧壁的烟气出口排出；所述前炉的炉膛由内向外依次为陶瓷耐火层、碳砖耐火层、前炉保温层和前炉外壳。
[0016]一种煤气供热多段电石反应工艺，包括以下步骤:(1)煤气发生炉内通过不完全燃烧，产生高温煤气，该高温煤气进入到主炉内，为主炉提供所需热量；(2)含碳原料和含钙原料经预热后，进入到主炉内；(3)在主炉内，步骤(I)的高温煤气配富氧空气燃烧，产生热量，步骤(2)的物料吸收该热量，反应生成碳化钙，未反应完全的含钙原料与生成的碳化钙形成液态熔融物；(4)步骤(3)形成的液态熔融物在前炉内与喷入的煤粉进一步反应，生成液态的碳化钙产品，待所得碳化钙熔融物在炉膛内停留一段时间质量稳定后，经出料口排出。
[0017]步骤(2)的含碳原料和含钙原料在主炉产生的电石尾气的作用下进行预热，同时以脱除煤中的挥发成分，增加原料的强度；
[0018]步骤(4)中，液态熔融物在前炉内与喷入的煤粉进一步反应时，所述煤粉以一氧化碳为载气流化后喷入前炉，液态熔融物与喷入的煤粉反应所需要的热量来自于一氧化碳配氧燃烧所产生的热量。
[0019]所述主炉中上升的烟气与主炉上端落下的原料换热升温，使落到主炉内的原料吸收该热量。
[0020]与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果:国内外申报的各类氧热法电石专利中均将煤的燃烧气化反应与电石反应耦合在同一个炉中，虽然增大了热量的利用率，但是对煤的燃烧控制以及电石产品的纯度都不利。本专利首次将煤的燃烧气化与电石反应分离，先在燃烧室或煤气发生炉中使煤部分燃烧生成高温煤气，然后再将高温的煤气引入电石炉中燃烧为电石反应供热。如此可将煤中的灰分排除在电石炉外而极大地提高电石产品的品质。
【【附图说明】】
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