一种清洁高效安全的熔融态电石冷却制电石粉工艺

摘要

一种清洁高效安全的熔融态电石冷却制电石粉工艺，将生石灰粉、焦粉和粘合剂在密闭干燥条件下混合均匀后，通过压力机挤压成型生产石灰碳球团；石灰碳球团从电石炉顶部加入，逐步升温，最后大约在1500℃～1650℃下，具有较大活性的熔融态生石灰和焦炭开始相互作用原位生成电石，从电石炉底部排出；电石炉顶部排出富含CO的尾气作为煅烧燃料；电石水解生产乙炔，副产石灰浆除杂后干燥和煅烧生成生石灰粉回用，干燥和煅烧水汽冷却作为水解水回用。优点实现了优质石灰石资源的循环利用和焦粉的再利用，大大简化了电石生产工艺，石灰碳球团原位反应降低了电耗和生产成本。

说明书

1.技术领域

本发明提供一种清洁高效安全的熔融态电石冷却制电石粉工艺，涉及煤化工领域。

2.背景技术

众所周知，乙炔被国际上称为“现代有机合成工业之母”，它能与许多物质进行化学反应，衍生出几千种有机化合物，如聚氯乙烯、醋酸、醋酸乙烯、丙烯酸、丁二烯、氯丁橡胶、三氯乙烯、四氯乙烯、乙炔炭黑等等，目前乙炔主要是通过电石法大规模生产。

尽管国内外电石生产工艺有电热法、旋转电弧炉法、氧热法、电热-氧热耦合法、等离子体法、催化法等，但传统的电炉加热法仍然是当前最为成熟的电石生产方法。其主要生产过程如下：块状的生石灰和焦炭首先通过配料后由电炉上端的入口或管道加入电炉内逐层升温，生石灰块在反应层内熔化成流体；在电极端部周围的大约2000℃的高温区，具有较大活性的熔融态生石灰和焦炭块开始相互作用，发生化学反应，生成电石和富含CO的尾气；熔融状电石从电石炉底部排出，电石炉顶部排除富含CO的尾气发电或作为化工原料。在该生产过程的总能耗中，电石生成热仅占48.35％、熔融状电石排放带走24.18％的热量、副反应反应热占4.70％、电气损失仅占6.97％、炉面散热损失占10.26％、炉体散热损失占1.42％、开炉门电损耗0.06％、炉气损耗3.40％，因此如何安全清洁高效回收熔融状电石排放余热对于降低电石生产能耗至关重要。

现有电石的生产过程中，现有熔融状电石冷却是将符合要求的高温电石液体会通过电石炉上的炉孔流入内部存贮空间为上大下小的锥形电石锅内，再将电石锅放置于大型风机旁吹风冷却，再用吊钩取出冷却到150-300℃的电石再放到破碎机内破碎到合适的颗粒大小。由于电石炼制出来的时候温度很高，达2000℃左右，而电石从2000℃自然冷却到100℃需要约60h，企业受电石冷却库房面积的限制，电石只能停放电石约36h，所以从电石库房出来时，电石温度仍在350℃左右。所以该方式的缺点是占用场地面积大，电石冷却车间工作环境差，电石粉尘污染很明显，加之巨大的热电石显热无法得到利用，不符合环保节能的要求。

乙炔是以电石和水反应生成乙炔，反应式如下：CaC₂+2H₂O→Ca(OH)2+C₂H₂+130kJ/mol。根据电石和水加入的方法不同，可分为干法与湿法2种。

湿法乙炔工艺是将粒径为50mm左右的电石加入到过量的水中，与水进行水解反应，反应放出的热由水带走。其耗水量大，多于理论量17倍，电石渣浆含水量大，综合利用的成本较大，乙炔收率低。干法乙炔工艺是将水加入到电石中，生成的氢氧废渣以粉状从反应器中排出。

干法乙炔工艺基本原理是用稍过量的水来与电石反应，利用水能够快速汽化，蒸发潜热大的特点来转移反应热。在干法乙炔反应中，由于电石与水混合不均匀，除了上述反应外还会发生如下反应：CaC₂+Ca(OH)2→CaO+C₂H₂。干法乙炔生产工艺的基本流程是将50mm左右的块状电石经过超细破碎机的破碎和筛分装置的分离，将电石破碎为3mm以下的细颗粒电石，经过斗式提升机提升到缓冲料仓，通过电石计量装置加入到干法乙炔发生器，将水(水与电石的质量比为1.2∶1.0～1.3∶1.0)以雾态形式喷在粉状电石上使之水解，保证气相温度为95℃左右，固相温度为100～120℃，反应放出的热由水汽化的水蒸气与乙炔气一起带走，未反应完全的粉状电石自发生器上部逐渐向下部移动，边移动边水解，产生的电石渣含水量为6％左右，自干法发生器底部通过锁气阀排出发生器，再通过FU埋刮板机输送到下一个工段。从发生器出来的气体经过洗涤装置将气体携带的电石渣粉尘捕集，干净的乙炔气送到下一工段进行冷却。

干法乙炔工艺在加料过程和装置故障状态下具有较高的安全性。不仅由于电石的加入是连续进行的，减少了逐斗加料由于氮气置换不合格带来的危险性，由于对每个发生器连续进料，消除了抽负压的可能性，提高了发生系统的安全性和稳定性；而且由于发生器内电石是与微过量的水进行反应，在整个PVC系统出现紧急停车时，由于水量的不足，导致反应快速停止，不至于因发生器内电石与水继续反应生成乙炔气，致使乙炔气柜超高进而乙炔气大量放空，降低了紧急停车造成事故的几率。另外同时由于物料在系统中是连续进出，干法乙炔工艺的自动化程度比湿法乙炔工艺高，遇到故障可立即停止反应。

干法乙炔工艺也具有较高的经济性。不仅由于采用连续入料，消除了逐斗加料导致的乙炔气放空量，提高了乙炔的收率，减少了电石的消耗，降低了生产成本；而且干法乙炔工艺电石渣含水只有6％左右，湿法乙炔工艺电石渣含水30％，副产电石渣易于循环利用，如利用电石渣制水泥，干法工艺比湿法工艺可以减少58kgce/t电石的热耗，降低水泥生产的能耗。

因此由于干法乙炔工艺具有水消耗量低、电石渣综合利用成本低等特点，在行业向节能减排、循环经济方向发展的大背景下，其发展日益得到人们的重视。国家环保部发布的行业清洁生产标准(聚乙烯)中，将干法乙炔工艺列入清洁生产一级标准中，这必将进一步推动该技术的工业化进程，使其逐步成为乙炔发生技术的主流工艺。

但是乙炔厂电石的破碎过程中，散装电石由铲车运至粗破机破碎，破碎后电石由2#皮带机和用桶装电石可直接倒入分料镏子,经2#皮带机，再经电磁除铁器除铁后，一起送至细破机；经细破后的电石，由3#皮带机和斗式提升机传送至料仓经往复式给料机给料后，经4#皮带机送至发生器的加料皮带机给发生器加料。整个过程除了需要消耗大量粉碎能耗和输送能耗外，由于空气具有一定湿度，不可避免要产生电石水解生成乙炔，产生了不可避免的安全隐患。

另外干法乙炔发生器的入料温度要求低于80℃，所以要求在粉状电石制备过程中须对小于350℃的电石粉进行冷却。目前用于粉状电石冷却主要采用的2种粉体冷却技术：流化床冷却和粉体流冷却。流化床冷却主要采用干燥空气作为流化风，内有换热管，高效但风机能耗较高；粉体流冷却安装底座小，立式安装、占地面积小、占用空间小，效率较低但重力自流动能耗较低。然而熔融状电石2000℃，不能使用空气(会急剧燃烧爆炸)，也不能使用氮气(粉状电石与氮气在加热到650℃时反应生成氰氨化钙，CaC2+N2→CaCN2+C)，目前国内外尚未见高效安全的余热回收的熔融状电石冷却技术报道。

作为一个煤炭资源十分丰富的国家，随着近年来电石生产的工艺装备水平、自动化程度和安全环保水平的提高、能耗的下降以及新的清洁工艺开发，电石法聚氯乙烯和其他电石下游产业有了较大的发展，电石产能迅速增长，2013年我国电石产能约3200万吨/年，成为世界上电石产量和消费量最大的国家，有可能成为下一步煤化工发展的热点和重点。开发在熔融状电石排放过程中，既能高效回收余热，又能安全清洁低能耗制取电石粉的技术和装备，充分发挥干法乙炔的优势，将成为电石行业完成节能降耗和安全环保任务、实现可持续发展的必然选择。

3.发明内容

本发明的目的是为了克服现有电炉加热法生产电石和乙炔技术的不足而发明的一种清洁高效安全的熔融态电石冷却制电石粉工艺，在安全操作状态下，既解决了2000℃左右的熔融态电石余热高效回收难题，又清洁低能耗的解决了电石块粉碎难题，降低了乙炔生产能耗和成本，提高了电石行业自动化程度和安全环保水平。

本发明的技术方案：

本发明的目的是通过以惰性气体为循环气体，喷射分散熔融态电石和高温位冷却电石粉以及移动床低温位冷却电石粉，回收余热的同时粉碎制取电石粉。其特征是将电石炉排出的2000℃左右的熔融态电石在喷射管中用低温惰性气体分散和冷却到低于电石熔融温度点50℃以下，气固向下同向喷向流化床，高温惰性气体和电石粉依靠惯性分离；高温电石粉与底部处于流态化的电石粉床料混合和碰撞破碎，并被底部进入的低温惰性气体流化和热交换；形成400-900℃的中温惰性气体携带电石粉向上流动；高温惰性气体与中温惰性气体以及携带的电石粉混合并进入提升管；在提升管顶部通过气固分离，热惰性气体进入换热器回收热量，生产高温高压蒸汽，冷却后的低温惰性气体通过高压风机加压后分别返回喷射管和流态化底部循环使用；分离出的热电石粉流入移动床换热器，依靠重力向下流动的同时与冷却水换热，进一步回收热量，在移动床换热器底部低于80℃的电石粉通过旋转排料阀排出作为产品。

惰性气体为氩气、氦气、氖气或氪气中的一种或多种。

其中，石灰浆脱水采用常规工艺，干燥后的石灰浆煅烧采用流化床煅烧或旋转窑煅烧。

本发明将实施例来详细叙述本发明的特点。

4.附图说明

附图为本发明的工艺示意图。

附图的图面说明如下：

1、搅拌混合器 2、提升机 3、电石炉 4、水解器 5、除杂器 6、干燥器 7、煅烧器 8、分离器 9、燃气入口、10、冷却器 11、尾气外排口 12、粘合剂加入口 13、焦炭粉加入口 14、生石灰粉补充口 15生石灰粉加入口 16、脱水器 17、压力成型机 18、电极 19、电石冷却破碎机 20、乙炔出口 21、出渣口

下面结合附图和实施例来详述本发明的工艺特点。

5.具体实施方式

实施例1，将粘合剂、焦炭粉和循环回的生石灰粉以及补充的生石灰粉按照体积比为1:17～30：0.2～1.5，分别从粘合剂加入口(12)、焦炭粉加入口(13)、生石灰粉补充口(14)、生石灰粉加入口(15)加入到密闭干燥的搅拌混合器(1)中混合均匀；混合料通过压力成型机(17)挤压生产石灰碳球团；石灰碳球团通过提升机(2)提升到电石炉(3)的顶部加入，逐层升温，最后在反应层和电极(18)端部周围大约1500℃～1650℃的高温区，具有较大活性的熔融态生石灰和焦炭开始相互作用；由于生石灰和焦炭能够紧密接触，减少渗入时间、原位发生化学反应，反应速度就会大大加快，反应温度降低，从而降低电石生产能耗、提高电石炉处理能力，生成熔融状的电石和富含CO的尾气；熔融状的电石从电石炉(3)底部排出、通过电石冷却破碎机(19)冷却破碎，富含CO的尾气向上逆流换热后从电石炉(3)顶部的尾气外排口(11)排出部分作为煅烧燃料从煅烧器(7)的燃气入口(9)加入燃烧为煅烧提供热量，剩余部分作为化工原料或发电；破碎后电石通过水解器(4)水解生产乙炔，乙炔从乙炔出口(20)排出，副产石灰浆经除杂器(5)的出渣口(21)除渣后，利用脱水器(16)脱水、煅烧烟气通过干燥器(6)余热干燥，然后利用煅烧器(7)煅烧生成生石灰粉循环使用，煅烧烟气通过分离器回收生石灰粉后去干燥器(6)；干燥和煅烧产生的烟气中水汽通过冷却器(10)冷却作为水解水回用。

石灰浆煅烧器(7)采用流化床煅烧器或旋转窑煅烧器。

本发明所提供的石灰碳球团原位反应生产乙炔工艺，既合理利用尾气热能逆流热解和预热石灰碳球团，生石灰和焦炭提前开始发生反应，扩大了反应层；又通过原位接触反应降低反应温度、加快反应速度、降低生产能耗、提高了电石炉的处理能力；同时以生石灰粉和焦粉为原料，扩大了电石原料的来源，降低了生产成本，实现了优质石灰石资源的循环利用，避免了电石渣的固废污染；还利用电石尾气煅烧石灰浆生产生石灰粉，实现了资源系统内循环利用；最后通过干燥和煅烧产生的水汽通过冷却作为水解水回用，降低了电石的耗水量，真正实现了节电、节水、节约资源和清洁绿色生产。