CN103272536A

CN103272536A - 一种联产电石、煤气和焦油的复合床反应器及方法

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Publication number: CN103272536A
Application number: CN2012102126147A
Authority: CN
Inventors: 刘振宇; 刘清雅; 王仁醒; 屈一新; 李成岳; 刘辉
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: CN103272536B

Abstract

本发明涉及一种联产电石、煤气和焦油的复合床反应器及方法，属于电石生产领域。所述反应器包括料斗、闸料仓、移动床预热室、焦油收集器、气体排出口、布料器、氧热反应室、喷氧烧嘴、产物熔池以及产物排出口，料斗通过闸料仓与移动床预热室连接，移动床预热室顶部侧面设有焦油收集器、焦油收集器上设有气体排出口，移动床预热室底部设有布料器，移动床预热室通过布料器与氧热反应室连通，氧热反应室底部与产物熔池连接，氧热反应室与产物熔池连接处上部设置喷氧烧嘴，产物熔池中下部设有产物排出口。本发明反应器结构简单、能效高、易于规模化，原料由粉状含碳原料与粉状含钙原料造粒而成，原料间的接触面大、反应速率快，而且便于电石渣回用。

Description

一种联产电石、煤气和焦油的复合床反应器及方法

技术领域

本发明涉及一种联产电石、煤气和焦油的复合床反应器及方法，具体涉及粉状含碳原料和粉状含钙原料成型、部分含碳原料直接燃烧供热生产电石、燃烧产物气体和电石炉气自然上升至反应器上部过程中与原料不断换热，热气冷却和原料预热后反应的工艺。

背景技术

碳化钙俗称电石（CaC₂），上世纪中叶之前被誉为有机合成之母。目前主要用于生产氯乙烯基、醋酸乙烯基和丙烯酸基等系列产品，如我国70%左右的PVC（聚氯乙稀）生产源于电石乙炔路线。近年来，石油价格的高涨刺激了电石工业的发展，我国电石产量由2002年的425万吨增加到2010年的1500万吨。

通常，电石生产基于反应式CaO+3C→CaC₂+CO（气体），此反应为吸热反应。现有的工业电石生产方法主要为固定床-电弧法，即利用电弧产生的高温将固定床（也称移动床或电弧炉）中的大颗粒氧化钙（5-60mm）和大颗粒焦炭（5-40mm）加热至2000℃以上，停留一定时间而生成熔融态电石。生产过程中氧化钙和焦炭由电弧炉上端加入，熔融的产物电石由炉底排出，经冷却、破碎后得到产品，副产物CO气体通过大颗粒物料间隙从炉体上部排出。由于该工艺采用大颗粒原料，原料颗粒间的接触表面小、反应速率慢，因此要求高的反应温度和长的停留时间，且因电极布置等问题生产规模受限，副产物CO（也称电石炉气）产量不足，难以进行经济有效的利用。除此以外，电弧法采用高品位的电能加热，吨纯电石耗电4000度左右，加之煤燃烧发电效率一般在40%以下，因此该法能耗很高。

历史上也有固定床-氧热法生产电石的专利报道。日本专利（昭61-178412）和德国的有关资料公开了竖炉全焦氧热法。CN 85107784A披露了一种碳化钙的制备方法及设备，其利用煤在氧气中燃烧加热原料。CN 1843907A公开了一种竖炉氧燃喷吹生产碳化钙的方法及装置，其中采用煤、天然气、重油等燃料通过氧或富氧喷吹技术生产碳化钙，并将副产气体CO用于生产煤气。由于这些氧热法技术仍然采用大颗粒的焦炭和大颗粒的氧化钙，二者接触效果差，反应速率慢、物料在炉内的停留时间长，使得单炉产量低、单位产品能耗高，生产成本还高于电弧法，至今没有工业应用。另外，大颗粒原料在备料中的损失很大，一般约20％以上的原料由于粉碎粒度过小而不能使用，进一步提高了生产成本。

据报道，电石也可由粉状原料和氧热法制备。US 3044858A披露了一种粉状焦炭和粉状氧化钙在气流床中生产电石的方法，所述方法中产物电石为粉状固体，随气态副产物一起从反应器上部排出，但由于焦炭和氧化钙颗粒在气流中接触严重受限，产率不高，而且高温炉气的热量不能有效利用。CN 85107784A披露了一种采用氧热法倾斜反应转炉生产电石的方法，其特征是反应转炉中预留一定量的熔融电石，粉料加入转炉后，利用转炉转动使粉料与液态CaC₂混合均匀呈胶状；转炉顶部设有氧气喷嘴，利用氧气助燃使温度达到2000℃以上；高温电石炉气从反应转炉排出后，通过管路输送至预热窑炉预热粉料，预热原料再送入反应转炉中生产电石。该法炉型结构复杂，对材料要求很高。CN101428799A和CN101327928A披露了一种粉状原料氧热法在气流床中生产电石的方法和系统，所述方法和系统包括原料预热单元和反应单元，熔融态的产物电石从反应器底部连续排出，高温电石炉气排出后外循环至预热单元。尽管上述3个中国专利披露的工艺利用了电石炉气的热量，但高温气体输送管路难以解决，输送过程中的热损失严重，节能效果有限。近期，CN102153085公开了一种氧热法反应制备电石和合成气的方法及气流床反应器，所述方法与CN101428799A和CN101327928A类似，仅对反应器有所改进，所述反应器由气固分离器和封闭式反应炉组成，反应炉分为上部预热室、中部气化室和下部反应室，试图在预热室利用CO余热对原料进行预热而优化能量利用。但顶部原料喷射速度达7m/s，很难实现能量有效交换。

粉状原料确实可以增大了固体原料间的接触面，但这仅能在原料堆积时才能实现。而当粉料喷入反应器时，部分粉料不可避免地会被气流夹带离开反应器，造成原料利用率低。US3017244披露了一种制造“炭包覆钙”微粒、利用氧热法生产电石的技术。该技术中的炭包覆钙微粒采用气相沉积法制备，需使用液态或气态含C原料，原料成本和造粒成本均很高，且仍有原料被气流从反应器带出的问题。

总之，要在电石生产中实现显著的节能降耗，必须革除高品位电弧加热方式、发展氧热技术。在氧热技术中注重焦炭和氧化钙之间的接触、加强传质过程是重要的手段。但在现有的氧热法技术中，块状焦炭和块状氧化钙间的接触有限，粉状焦炭和粉状氧化钙间的接触虽有所改善，但粉料易被气流带出，对反应器结构提出较高要求，开发焦炭和氧化钙接触良好、不受燃烧和反应产生气体的干扰、并能在炉内实现气体热量向原料传递的技术具有重要的现实意义。

发明内容

本发明旨在解决电石生产“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，研制出一种结构和操作简单、效率高、能耗小、原料来源广泛、成本低的联产电石、煤气和焦油的反应器和方法，不仅解决了大颗粒焦炭和氧化钙之间接触的问题或小颗粒原料受气流干扰损失的问题，而且在炉内实现高温气体和原料直接高效换热，优化热量利用。

本发明首先提供一种联产电石、煤气和焦油的复合床反应器，所述反应器包括料斗、闸料仓、移动床预热室、焦油捕集器、气体排出口、布料器、氧热室、喷氧烧嘴、产物熔池、产物排出口等，所述料斗位于反应器的顶部，料斗底部与闸料仓连通，闸料仓底部与移动床预热室连通，移动床预热室顶部侧面设有焦油捕集器，焦油捕集器顶部设有气体排出口，移动床预热室底部设有布料器，移动床预热室通过底部的布料器与氧热室连通，氧热室底部与产物熔池连通，氧热室壁面上设置喷氧烧嘴，产物熔池的中下部设有产物排出口。

所述反应器的料斗可以设置成1个或多个，即至少有1个，沿反应器的中心轴均匀分布。

所述反应器包括至少2个喷氧烧嘴，均匀分布于氧热室四周，优选地，喷氧烧嘴均匀分布于氧热室与产物熔池连接处的上部侧壁，且依据反应器直径调整喷氧烧嘴的高度和角度，一方面避免喷入的含氧气体喷至氧热室和产物熔池的壁面，以防含氧气体与含碳原料在壁面燃烧而烧坏壁面，另一方面，喷入的含氧气体可以到达产物熔池高度的1/3处，以保障燃烧反应主要在产物熔池的熔融电石层表面进行。

所述布料器可以为旋转布料器、振动布料器或多辊布料器，优选旋转布料器，因旋转布料器布料均匀，自动化程度高。

本发明还提供了一种采用上述反应器联产电石、煤气和焦油的方法，所述方法包括以下步骤：

A．原料成型：将粉状含碳原料和含钙原料按比例混合，搅拌均匀后直接成型或加入粘结剂成型，得到原料颗粒；

B．原料输送兼预热：将上述步骤A制得的原料颗粒送至料斗，然后经由闸料仓输送至反应炉的移动床预热室，在移动床预热室中原料颗粒在下移过程中与上升的高温电石炉气以及燃烧产生的热气进行热交换而预热，脱除原料中的水汽及挥发性组份（来源于煤/兰炭热解和烧石灰），预热后的原料颗粒经由移动床预热室底部的布料器进入氧热室，换热后的电石炉气和燃烧热气、以及水汽和挥发性组份进入移动床预热床顶部侧面设置的焦油捕集器，在焦油捕集器中部分挥发份冷凝形成焦油，不凝气体由焦油捕集器顶部的气体排出口排出；

C.氧热反应及电石生成：由移动床预热室底部的布料器进入氧热室的原料颗粒在下落过程中继续与上升的高温电石炉气以及燃烧热气进行热交换，当原料颗粒下落至产物熔池中熔融电石层表面后，其中的部分含碳物质与喷氧烧嘴喷入的富氧空气或纯氧发生燃烧反应，含钙物质与未燃烧的含碳物质在熔融电石层表面发生反应，生成熔融态电石和高温电石炉气，熔融态电石由产物熔池的中下部的产物排出口排出；电石炉气和燃烧产生的热气自然向上流动。

原料颗粒的进料速率以维持移动床预热室中原料层厚度达移动床预热室高度的一半或一半以上为宜；产物熔池中的产物层厚度维持在熔池高度1/3或1/3以上为宜。

上述步骤C中产物熔池中熔融电石层的表面温度不低于1900℃。

上述步骤A中，用于成型的含碳原料与含钙原料的C/Ca摩尔比为9-20:1，优选10-15:1；而且步骤C中通过原料颗粒中的碳在富氧气氛或纯氧中部分燃烧直接供热，富氧空气或纯氧提供的O₂与原料颗粒中C的摩尔比为0.2-0.45:1；通过调节原料在移动床预热室中的停留时间和O₂与原料中C的比例，调节反应器中不同区间的温度，原料颗粒在移动床预热室中被预热后的温度最高可达1200℃。

另外，步骤A中，粉状含碳原料与粉状含钙原料的粒度小于0.25mm（60目以下），优选粒度小于0.125mm（120目以下），成型后的原料颗粒可以为球形、柱状、片状或椭球形等；颗粒粒度范围为5-60mm，优选为10-40mm。

所述含碳原料为选自煤、兰炭（半焦）和焦炭中的一种或多种；含钙原料为选自碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙或电石渣中的一种或多种。

本发明具有如下优点：

（1）本发明原位利用燃烧气体与电石炉气的热量使炼焦、烧石灰和原料预热集成为一体，工艺优化致使热量充分利用、热损失小，系统节能。

（2）与电弧法生产电石的方法相比，本发明方法采用的粉状原料来源广、利用率高；含碳原料与含钙原料接触面大、反应速率快；采用含碳原料部分燃烧直接供热避免了煤燃烧发电的热损失，热效率高；氧热副产的CO量大（既包括焦炭燃烧产生的CO，又包括电石反应生成的CO），便于规模化利用。

（3）与电弧炉相比，本发明公开的反应器无电极布置问题和电极消耗问题，结构简单、造价低。

（4）与使用块状焦炭和块状氧化钙的氧热法技术相比，本发明将粉状含碳原料和粉状含钙原料预混造粒，强化了二者的接触和扩散，显著加快反应速率、提高生产效率。

（5）与使用粉状焦炭和粉状氧化钙的氧热法技术和反应器相比，本发明将粉状含碳原料和粉状含钙原料预混造粒，强化了二者的接触和扩散，并避免了气流对粉料的夹带；由于本发明采用原料颗粒，因此可以选择常规的颗粒进料技术—布料器进料，设计难度和建造难度小、操作方便、可行性高；而粉料原料进料需依赖大量辅助气和粉煤喷嘴，不仅设备复杂、成本高，而且增加了炉气利用的难度；此外，粉状原料只能采用气流床或流化床预热，而颗粒原料可以采用移动床预热，不仅预热室体积小，而且具有除尘作用，一旦有粉尘被气流夹带至反应器上部，粉尘则被捕获，从而大大减小后续除尘负荷。

附图说明

图1为本发明反应器示意图；

图2为本发明方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步解释说明。此处附图仅为示意说明，而不是以任意方式限制本发明的范围。

实施例1

一种联产电石、煤气和焦油的复合床反应器，如图1所示。所述反应器包括料斗1、移动床预热室2、焦油捕集器3、气体排出口4、旋转布料器5、氧热室6、喷氧烧嘴7、产物熔池8、产物排出口9和闸料仓10等，所述料斗1有1个，位于反应器中心轴的顶部，料斗1底部与闸料仓10连通，闸料仓10与移动床预热室2连通，移动床预热室2顶部侧面设有焦油捕集器3，焦油捕集器3上设有气体排出口4，移动床预热室2底部设有旋转布料器5，移动床预热室2通过旋转布料器5与氧热室6连通，氧热室6底部与产物熔池8连通，在氧热室6与产物熔池8连接处的上部侧壁上对称分布2个喷氧烧嘴7，产物熔池8的中下部设有产物排出口9。

一种利用上述反应器联产电石、煤气和焦油的方法，其流程如图2所示，包括以下步骤：

A．原料成型：以兰炭和氢氧化钙为原料（兰炭中的C含量为82%、灰含量为5%，氢氧化钙纯度为95%），粉碎研磨后筛分选取120目以下的粉料，按C/Ca摩尔比为10:1的比例混合，加入少量水搅拌均匀后，采用对辊挤压成型机制成粒度为5mm的小球。

B．原料输送兼预热：将上述步骤A制得的原料颗粒送至料斗1，然后经由闸料仓10输送至移动床预热室2，调节进料速度和旋转布料器5的电机转速，进而控制颗粒原料在移动床预热室2中下移的速度，使原料层始终保持在移动床预热室2高度的1/2，同时保障原料在移动床预热室2中被上升的高温电石炉气和燃烧产物热气预热至1100℃，颗粒原料中的氢氧化钙分解为氧化钙，原料中水分和其他挥发份被脱除，换热后的电石炉气和燃烧产物热气、以及水汽和挥发性组份进入移动床预热床2顶部侧面设置的焦油捕集器3，在焦油捕集器3中挥发份冷凝形成焦油，不凝气体由焦油捕集器3上的气体排出口4排出；排出的气体回收后作为化工原料或燃气；

C．氧热反应及电石生成：被预热的原料在旋转布料器5的控制下进入氧热室6，在氧热室6中，原料颗粒在下落过程中继续与上升的高温电石炉气以及燃烧产生的热气进行热交换而进一步被预热。当原料颗粒下落至产物熔池8中的熔融电石层表面后，含碳物质中70%的C与喷氧烧嘴喷入的纯氧（O₂通入量与原料中的C摩尔比为0.35:1）发生燃烧反应，使产物熔池8中熔融电石层的表面温度达到1900°C，未燃烧的含碳原料与CaO发生反应生成熔融态电石和高温电石炉气，熔融态电石聚集在产物熔池8中，电石炉气和燃烧产生的热气自然向上流动；随着熔融态电石的积累，产物熔池8的液位逐渐升高，当液位升至熔池高度的2/3时，打开产物排出口9排出产物，当液位降至熔池高度的1/3时关闭产物排出口9。

采用上述反应器和方法，1吨兰炭生产电石0.55吨，纯度为85%，同时生产煤气1300方，焦油忽略不计。

实施例2

一种利用实施例1中所述反应器联产电石、煤气和焦油的方法，包括以下步骤：

A．原料成型：以煤粉与电石渣（含有90%的氢氧化钙）为原料，其中煤粉中的固定碳含量为70%、挥发份含量为22%、灰分含量为8%；C含量为76%。将原料研磨筛分，选取120目以下的粉料，按C/Ca摩尔比为16:1的比例混合，搅拌均匀后采用压片机制成直径为30mm、高度为40-60mm的柱状颗粒。

B．原料输送兼预热：将上述步骤A制得的原料颗粒送至料斗1，然后经由闸料仓10输送至移动床预热室2，调节进料速度和旋转布料器5的电机转速，进而控制颗粒原料在移动床预热室2中下移的速度，使原料层厚度保持在移动床预热室2高度的2/3，同时保障原料在移动床预热室2中被上升的高温电石炉气和燃烧产物热气预热至900℃，颗粒原料中的电石渣中的氢氧化钙分解为氧化钙，原料中水分和其他挥发份被脱除；换热后的电石炉气和燃烧产物热气、以及水汽和挥发性组份进入移动床预热床2顶部侧面设置的焦油捕集器3，在焦油捕集器3中挥发份冷凝形成焦油，不凝气体由焦油捕集器3上的气体排出口4排出；排出的气体回收后作为化工原料或燃气；

C．氧热反应及电石生成：被预热的原料在旋转布料器5的控制下进入氧热室6，在氧热室6中，原料颗粒在下落过程中继续与上升的高温电石炉气以及燃烧产生的热气进行热交换而进一步被预热。当原料颗粒下落至产物熔池8中的熔融电石层表面后，含碳物质中74%的C与喷氧烧嘴喷入的纯氧（O₂通入量与原料中的C摩尔比为0.38:1）发生燃烧反应，使产物熔池8中熔融电石层表面温度达到2200℃，未燃烧的含碳原料与CaO发生反应生成熔融态电石和高温电石炉气，熔融态电石聚集在产物熔池8中，电石炉气和燃烧产生的热气自然向上流动；随着熔融态电石的积累，产物熔池8的液位逐渐升高。当液位升至熔池高度的2/3时，打开产物排出口9排出产物，当液位降至熔池高度的1/3时关闭产物排出口9。

采用上述反应器和方法，1吨煤生产电石约0.43吨，纯度为54%，同时生产煤气约1470方、焦油约50公斤。

实施例3

A．原料造粒：以焦炭和氧化钙为原料，其中焦炭中的C含量约90%，灰含量约8%，氧化钙纯度约90%。将原料研磨筛分，选取60目以下的粉料，按C/Ca摩尔比为9:1的比例混合，搅拌均匀后喷雾加水，最后采用对辊挤压成型机制成粒度为30mm的小球。

B．原料输送兼预热：将上述步骤A制得的原料颗粒送至料斗1，然后经由闸料仓10输送至移动床预热室2，调节进料速度和旋转布料器5的电机转速，进而控制颗粒原料在移动床预热室2中下移的速度，使移动床预热室2中的原料层厚度保持在其高度的1/2、同时保障原料在移动床预热室2中被上升的高温电石炉气和燃烧产物热气预热至1100℃，颗粒原料中的水分和其他挥发份被脱除；换热后的电石炉气和燃烧产物热气、以及水汽和挥发性组份进入移动床预热床2顶部侧面设置的焦油捕集器3，在焦油捕集器3中挥发份冷凝形成焦油，不凝气体由焦油捕集器3上的气体排出口4排出；排出的气体回收后作为化工原料或燃气；

C．氧热反应及电石生成：被预热的原料在旋转布料器5的控制下进入氧热室6，在氧热室6中，原料颗粒在下落过程中与上升的高温电石炉气以及燃烧产生的热气进行热交换而进一步被预热。当原料颗粒下落至产物熔池8中的熔融电石层表面后，含碳物质中70%的C与喷氧烧嘴喷入的纯氧（O₂通入量与原料中的C摩尔比为0.35:1）发生燃烧反应，使产物熔池8中熔融电石层表面温度达到2000℃，未燃烧的含碳原料与CaO发生反应生成熔融态电石和高温电石炉气，熔融态电石聚集在产物熔池8中，电石炉气和燃烧产生的热气自然向上流动；随着熔融态电石的积累，产物熔池8的液位逐渐升高，当液位升至熔池高度的4/5时，打开产物排出口9排出产物，当液位降至熔池高度的1/3时关闭产物排出口9。

采用上述反应器和方法，1吨焦炭大约生产电石0.66吨，纯度约73%，同时生产煤气1350方，焦油忽略不计。

实施例4

A．原料成型：以煤粉与氧化钙为原料，其中煤粉中的固定碳含量为70%、挥发份含量为22%、灰分含量为8%，C含量为76%，氧化钙纯度约95%。将原料研磨筛分，选取120目以下的粉料，按C/Ca摩尔比为12:1的比例混合，搅拌均匀后喷雾加水，最后采用对辊挤压成型机制成粒度为20mm的椭球颗粒。

B．原料输送兼预热：将上述步骤A制得的原料颗粒送至料斗1，然后经由闸料仓10输送至移动床预热室2，调节进料速度和旋转布料器5的电机转速，进而控制颗粒原料在移动床预热室2中下移的速度，使移动床预热室2中的原料层厚度保持在其高度的2/3、同时保障原料在移动床预热室2中被上升的高温电石炉气和燃烧产物热气预热至1100℃，颗粒原料中的水分和其他挥发份被脱除。换热后的电石炉气和燃烧产物热气、以及水汽和挥发性组份进入移动床预热床2顶部侧面设置的焦油捕集器3，在焦油捕集器3中挥发份冷凝形成焦油，不凝气体由焦油捕集器3顶部的气体排出口4排出；排出的气体回收后作为化工原料或燃气；

C．氧热反应及电石生成：被预热的原料在旋转布料器5的控制下进入氧热室6，在氧热室6中，原料颗粒在下落过程中与上升的高温电石炉气以及燃烧产生的热气进行热交换而进一步被预热。当原料颗粒下落至产物熔池8中的熔融电石层表面后，含碳物质中71%的C与喷氧烧嘴喷入的富氧空气（O₂通入量与原料中的C摩尔比为0.36:1）发生燃烧反应，使产物熔池8中熔融电石层表面温度达到2100℃左右。未燃烧的含碳原料与CaO发生反应生成熔融态电石和高温电石炉气，熔融态电石聚集在产物熔池8中，电石炉气和燃烧产生的热气自然向上流动；随着熔融态电石的积累，产物熔池8的液位逐渐升高，当液位升至熔池高度的4/5时，打开产物排出口9排出产物，当液位降至熔池高度的1/3时关闭产物排出口9。

采用上述反应器和方法，1吨煤粉大约生产电石0.41吨，纯度为70%，同时生产煤气1440方，焦油50公斤。

实施例5

A．原料成型：以煤与碳酸钙（也称石灰石）为原料，其中煤粉中的固定碳含量为70%、挥发份含量为22%、灰分含量为8%，C含量为76%；碳酸钙纯度85%。将原料研磨筛分，选取120目以下的粉料，按C/Ca摩尔比为20:1的比例混合，喷入适量水，搅拌均匀后采用对辊挤压成型机制成粒度为10mm的小球。

B．原料输送兼预热：将上述步骤A制得的原料颗粒送至料斗1，然后经由闸料仓10输送至移动床预热室2，调节进料速度和旋转布料器5的电机转速，进而控制颗粒原料在移动床预热室2中下移的速度，使移动床预热室2中的原料层厚度保持在预热室高度的3/4、同时保障原料在移动床预热室2中被上升的高温电石炉气和燃烧产物热气预热至1000℃，使颗粒原料中的碳酸钙分解为氧化钙，原料中的水分和其他挥发份被脱除。换热后的电石炉气和燃烧产物热气、以及水汽和挥发性组份进入移动床预热床2顶部侧面设置的焦油捕集器3，在焦油捕集器3中挥发份冷凝形成焦油，不凝气体由焦油捕集器3顶部的气体排出口4排出；排出的气体回收后作为化工原料或燃气；

C．氧热反应及电石生成：被预热的原料在旋转布料器5的控制下进入氧热室6，在氧热室6中，原料颗粒在下落过程中与上升的高温电石炉气以及燃烧产生的热气进行热交换而进一步被预热。当原料颗粒下落至产物熔池8中的熔融电石层表面后，含碳物质中79%的C与喷氧烧嘴喷入的富氧空气（O₂通入量与原料中的C摩尔比为0.36:1）发生燃烧反应，使产物熔池8中熔融电石层表面温度达到2200℃左右，未燃烧的含碳原料与CaO反应生成熔融态电石和高温电石炉气，熔融态电石聚集在产物熔池8中，电石炉气和燃烧产生的热气自然向上流动；随着熔融态电石的积累，产物熔池8的液位逐渐升高，当液位升至熔池高度的3/4时，打开产物排出口9排出产物，当液位降至熔池高度的1/3时关闭产物排出口9。

采用上述反应器和方法，1吨煤粉生产电石约0.34吨，纯度为57%，同时生产煤气约1500方、焦油约50公斤。

实施例6

A．原料成型：以焦炭与碳酸钙为原料，其中焦炭中的C含量约90%，灰含量约5%，碳酸钙纯度95%。将原料研磨筛分，选取60目以下的粉料，按C/Ca摩尔比为20:1的比例混合，采用喷雾方式加入适量水，搅拌均匀后采用对辊挤压成型机制成粒度为40mm的小球。

B．原料输送兼预热：同实施例5.

C．氧热反应及电石生成：被预热的原料在旋转布料器5的控制下进入氧热室6，在氧热室6中，原料颗粒在下落过程中与上升的高温电石炉气以及燃烧产生的热气进行热交换而进一步被预热。当原料颗粒下落至产物熔池8中的熔融电石层表面后，含碳物质中90%的C与喷氧烧嘴喷入的富氧空气（O₂通入量与原料中的C摩尔比为0.45:1）发生燃烧反应，使产物熔池8中熔融电石层表面温度达到2300℃，未燃烧的含碳原料与CaO发生反应生成熔融态电石和高温电石炉气，熔融态电石聚集在产物熔池8中，电石炉气和燃烧产生的热气自然向上流动；随着熔融态电石的积累，产物熔池8的液位逐渐升高，当液位升至熔池高度的3/4时，打开产物排出口9排出产物，当液位降至熔池高度的1/3时关闭产物排出口9。

采用上述反应器和方法，1吨焦炭生产电石约0.29吨，纯度为55%，同时生产煤气约1570方，焦油忽略不计。

实施例7

A．原料成型：以煤粉与氧化钙为原料，其中煤粉中的固定碳含量为60%、挥发份含量为32%、灰分含量为8%，C含量为75%，氧化钙纯度约95%。将原料研磨筛分，选取120目以下的粉料，按C/Ca摩尔比为18:1的比例混合，喷雾加水搅拌均匀后，采用对辊挤压成型机制成粒度为10mm的椭球颗粒。

B．原料输送兼预热：将上述步骤A制得的原料颗粒送至料斗1，然后经由闸料仓10输送至移动床预热室2，调节进料速度和旋转布料器5的电机转速，进而控制颗粒原料在移动床预热室2中下移的速度，使移动床预热室2中的原料层厚度保持在其高度的2/3、同时保障原料在移动床预热室2中被上升的高温电石炉气和燃烧产物热气预热至1000℃，颗粒原料中的水分和其他挥发份被脱除。换热后的电石炉气和燃烧产物热气、以及水汽和挥发性组份进入移动床预热床2顶部侧面设置的焦油捕集器3，在焦油捕集器3中挥发份冷凝形成焦油，不凝气体由焦油捕集器3顶部的气体排出口4排出；排出的气体回收后作为化工原料或燃气；

C．氧热反应及电石生成：被预热的原料在旋转布料器5的控制下进入氧热室6，在氧热室6中，原料颗粒在下落过程中与上升的高温电石炉气以及燃烧产生的热气进行热交换而进一步被预热。当原料颗粒下落至产物熔池8中的熔融电石层表面后，含碳物质中40%的C与喷氧烧嘴喷入的富氧空气（O₂通入量与原料中的C摩尔比为0.20:1）发生燃烧反应，使产物熔池8中熔融电石层表面温度达到2100℃左右。未燃烧的含碳原料与CaO发生反应生成熔融态电石和高温电石炉气，熔融态电石聚集在产物熔池8中，电石炉气和燃烧产生的热气自然向上流动；随着熔融态电石的积累，产物熔池8的液位逐渐升高，当液位升至熔池高度的2/3时，打开产物排出口9排出产物，当液位降至熔池高度的1/3时关闭产物排出口9。

采用上述反应器和方法，1吨煤粉大约生产电石0.45吨，纯度为46%，同时生产煤气970方，焦油60公斤。

Claims

1.一种联产电石、煤气和焦油的复合床反应器，所述反应器包括料斗(1)、闸料仓(10)和反应炉，所述反应炉包括移动床预热室(2)、焦油捕集器(3)、气体排出口(4)、布料器(5)、氧热室(6)、喷氧烧嘴(7)、产物熔池(8)和产物排出口(9)，所述料斗(1)位于整个反应器的顶部，料斗(1)底部与闸料仓(10)连通，闸料仓(10)底部与移动床预热室(2)连通，移动床预热室(2)顶部侧面设有焦油捕集器(3)，焦油捕集器(3)上设有气体排出口(4)，移动床预热室(2)底部设有布料器(5)，移动床预热室(2)通过布料器(5)与氧热室(6)连通，氧热室(6)底部与产物熔池(8)连通，氧热室(6)的壁面上设置喷氧烧嘴(7)，产物熔池(8)中下部设有产物排出口(9)。

2.根据权利要求1所述的联产电石、煤气和焦油的复合床反应器，其特征在于：所述料斗(1)为1个或多个。

3.根据权利要求1所述的联产电石、煤气和焦油的复合床反应器，其特征在于：所述喷氧烧嘴(7)为至少2个，均匀分布于氧热室(6)四周。

4.根据权利要求1所述的联产电石、煤气和焦油的复合床反应器，其特征在于：所述喷氧烧嘴(7)的高度和角度依据反应器直径调整。

5.根据权利要求1所述的联产电石、煤气和焦油的复合床反应器，其特征在于：所述布料器(5)为旋转布料器、振动布料器或多辊布料器。

6.根据权利要求5所述的联产电石、煤气和焦油的复合床反应器，其特征在于：所述布料器(5)为旋转布料器。

7.使用权利要求1-6任一所述反应器联产电石、煤气和焦油的方法，所述方法包括以下步骤：

A．原料成型：将粉状含碳原料和粉状含钙原料按比例混合，搅拌均匀后直接成型或加入粘结剂成型，得到原料颗粒；

B．原料输送兼预热：将上述步骤A制得的原料颗粒送至料斗(1)，然后经由闸料仓(10)输送至反应炉的移动床预热室(2)，原料颗粒在移动床预热室(2)中下移过程中与上升的高温电石炉气以及燃烧产生的热气进行热交换而被预热，脱除原料中的水汽及挥发性组份，预热后的原料颗粒经由移动床预热室(2)底部的布料器(5)进入氧热室(6)，换热后的电石炉气和燃烧热气、以及水汽和挥发性组份进入移动床预热床(2)顶部侧面设置的焦油捕集器(3)，在焦油捕集器(3)中部分挥发份冷凝形成焦油，不凝气体由焦油捕集器(3)上的气体排出口(4)排出；

C．氧热反应及电石生成：由布料器(5)进入氧热室(6)的原料颗粒在下落过程中继续与上升的高温电石炉气以及燃烧热气进行热交换，当原料颗粒下落至产物熔池(8)中熔融电石层表面后，其中的部分含碳物质与喷氧烧嘴(7)喷入的富氧空气或纯氧发生燃烧反应，含钙物质与未燃烧的含碳物质在熔融电石层表面发生反应，生成熔融态电石和高温电石炉气，熔融态电石由产物熔池(8)的中下部的产物排出口(9)排出；电石炉气和燃烧产生的热气自然向上流动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述移动床预热室(3)中原料层厚度维持在移动床预热室(3)高度的一半或一半以上。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述产物熔池(8)中的产物层厚度维持在产物熔池(8)高度的1/3或1/3以上。

10.根据权利要求7-9任一所述的方法，其特征在于：所述步骤C中富氧空气或纯氧提供的O₂与含碳原料中C的摩尔比为0.2-0.45:1。

11.根据权利要求7-9任一所述的方法，其特征在于：所述产物熔池(8)中熔融电石层的表面温度不低于1900℃。

12.根据权利要求7-9任一所述的方法，其特征在于：所述步骤A中，用于成型的含碳原料与含钙原料的C/Ca摩尔比为9-20:1。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述步骤A中，用于成型的含碳原料与含钙原料的C/Ca摩尔比为10-15:1。

14.根据权利要求7-9任一所述的方法，其特征在于：所述步骤A中，粉状含碳原料与粉状含钙原料的粒度小于0.25 mm（60目以下），成型后的原料颗粒为球形、片状、柱状或椭球形，且颗粒粒度为5-60 mm。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述步骤A中，粉状含碳原料与粉状含钙原料的粒度小于0.125 mm （120目以下），成型后的原料颗粒的粒度为10-40 mm。

16.根据权利要求7-9任一所述的方法，其特征在于：所述含碳原料为煤、兰炭（半焦）或焦炭中的一种或多种；含钙原料为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙或电石渣中的一种或多种。