CN103708461B - 制备电石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备电石的方法，该方法包括：将废旧轮胎进行热解，以便得到高温油气、铁丝和轮胎炭黑；将轮胎炭黑与钙基原料进行混合，以便得到混合物料；将混合物料在燃气熔分炉中进行冶炼处理，以便获得所述电石。根据本发明实施例的制备电石的方法，该工艺可以显著降低温度和能耗，进而降低电石的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体而言，本发明涉及一种制备电石的方法。
背景技术
电石学名碳化钙，无色晶体，主要用于生产乙炔气。乙炔气可以制备多种化学产品，包括氯乙烯系列、醋酸乙烯系列和丙烯酸系列，曾被称为“有机合成工业之母”。电石生产方法有氧热法和电热法，目前我国主要采用电热法生产电石：钙基原料和碳基原料在电炉内进行高温反应，碳基原料作为还原剂参与反应，最终生成碳化钙（电石）。
电石通过含碳原料与钙基原料进行高温还原反应生产，原料的优劣对电石能耗有非常重要的关系。传统使用焦炭或半焦作为还原剂，存在反应速率慢、反应时间长和反应温度高等缺陷，导致耗电量大、产量低；同时使用的电弧炉只能使用粒度5～30mm的块状入炉物料，其比表面积小、接触点数少，因此反应温度较高（2000～2200摄氏度）、反应时间长、能耗极高；并且，使用电作为热源，能量利用率低。
因此，现有的制备电石的方法亟待改善。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备电石的方法，该工艺可以显著降低温度和能耗，进而降低电石的生产成本。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备电石的方法，根据本发明实施例的制备电石的方法包括：将废旧轮胎进行热解，以便得到高温油气、铁丝和轮胎炭黑；将所述轮胎炭黑与钙基原料进行混合，以便得到混合物料；将所述混合物料在燃气熔分炉中进行冶炼处理，以便获得所述电石。根据本发明实施例的制备电石的方法，该工艺以廉价的废旧轮胎进行热解处理制成的炭黑作为碳基原料，替代了高成本的焦炭，可以显著降低电石生产成本，并且轮胎热解后的炭黑为纳米级，不需要粉碎即可与钙基粉料进行充分混合，大大增加了两种原料的接触点，不仅节省了破碎机械能耗，而且显著降低后续冶炼处理的反应温度，同时热解后得到的轮胎炭黑为温度为300～400摄氏度的热态轮胎炭黑，具有良好的反应活性，进而可以降低冶炼处理能耗。同时热解后得到的轮胎炭黑的平均粒径为纳米级别，一般不大于1微米，由此可以进一步增加轮胎炭黑与钙基原料的接触点，提高二者反应活性，进而可以进一步降低后续冶炼处理的反应温度，另外，以燃气熔分炉替代电弧炉进行电石冶炼，省去成型步骤，同时可以显著提高能量利用率。
另外，根据本发明上述实施例的制备电石的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，将废旧轮胎进行热解，以便得到高温油气、铁丝和轮胎炭黑进一步包括：将废旧轮胎进行粉碎，以便得到平均粒径不超过50mm的轮胎颗粒；将所述轮胎颗粒在10-1000pa压力下，在450～800摄氏度的温度下进行热解0.5～2小时，以便得到高温油气以及包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物；通过磁选将所述固体热解产物中的铁丝和轮胎炭黑进行分离，以便分别得到轮胎炭黑和铁丝；以及对所述高温油气依次进行冷凝、分离和净化处理，以便分别得到高热值焦油和合成气体。由此，将废旧轮胎通过热解处理可以获得高热值焦油、合成气体、铁丝和炭黑产物，能够实现废旧轮胎的清洁高效利用。
在本发明的一些实施例中，将所述轮胎颗粒在100Pa的压力下，在550摄氏度的温度下进行热解1小时，以便得到高温油气以及包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物。由此，能够实现废旧轮胎的清洁高效利用。
在本发明的一些实施例中所述钙基原料与轮胎炭黑按照质量比为1～2：1进行所述混合，优选质量比为7：4。由此可以提高电石生产率。
在本发明的一些实施例中，在将所述轮胎炭黑与钙基原料进行混合之前，进一步包括：将所述钙基原料进行破碎，以便得到钙基颗粒，所述钙基颗粒的平均粒径不大于3mm，优选为不大于0.1mm，以及所述轮胎炭黑为热态且粒径为纳米级。由此，使得轮胎炭黑和钙基混合均匀，以便利于后续生产电石的还原反应的高效进行。
在本发明的一些实施例中，所述冶炼处理是在1400～1750摄氏度下进行5～45分钟。由此，可以进一步提高电石生产效率。
在本发明的一些实施例中，所述冶炼是在1500摄氏度下进行10分钟。由此，可以进一步提高电石生产效率。
在本发明的一些实施例中，本发明制备电石的方法具体包括下列步骤：（1）备料：将废旧轮胎破碎至50mm以下的废旧轮胎颗粒，将生石灰通过破碎机破碎，获得平均粒度不大于0.1mm的生石灰粉；（2）热解：将步骤（1）中的所述废旧轮胎颗粒输入热解反应器中进行热解，以便得到高温油气、包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物；将所述高温油气依次通过冷凝、分离、净化处理，分别得到高热值焦油和合成气体；将所述包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物通过磁选机分离，以便得到铁丝与轮胎炭黑；其中，所述热解反应器为无热载体蓄热式旋转床，所述热解反应器中热解温度为550℃、热解时间为1小时、热解压力为100Pa；（3）配料：根据电石生产工艺要求的固定碳含量和轮胎炭黑中固定碳含量，确定轮胎炭黑的用量，按电石生产工艺要求的CaO含量和生石灰粉中CaO含量，确定轮胎炭黑和生石灰粉的用量配比，优选地，所述生石灰粉与所述轮胎炭黑的质量比为7：4；（4）混合：将步骤（2）中得到的热态轮胎炭黑与所述生石灰粉按照步骤（3）中的质量配比在混合机中充分混合20分钟，所述步骤（2）中得到的轮胎炭黑为热态且粒径为纳米级；（5）冶炼：将步骤（4）中得到的混合物料加入燃气熔分炉中，在1500摄氏度下冶炼10分钟，以便得到熔融态的电石，并通过炉底以液态形式排出，将排出的熔融态的电石冷却、破碎得到发气量为290L/kg的电石产品。由此，可以同时实现电石节能降耗生产和废旧轮胎的清洁高效利用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的制备电石的方法流程图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
现有技术中，电石主要用于生产乙炔气。乙炔气可以用于制备多种化学产品，包括氯乙烯系列、醋酸乙烯系列和丙烯酸系列等等。我国电石生产主要采用电热法，以焦炭或半焦作为碳基原料，生石灰作为钙基原料进行混合冶炼得到电石。然而由于焦炭或半焦原料成本较高，导致电石的生产成本较大。同时，使用半焦作为还原剂，一方面存在反应速率慢、反应时间长和反应温度高等缺陷，使得电石的产量降低且电炉耗电量增加；另一方面，由于半焦哈氏可磨指数较小，使得破碎工序的机械耗能较高。另外，使用只能以电作为热源的电弧炉，使得能量利用率较低。
为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备电石的方法，参考图1，根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：轮胎热解处理
将废旧轮胎进行热解处理，从而可以得到高温油气、铁丝和轮胎炭黑。根据本发明的实施例，将废旧轮胎进行热解处理的具体步骤包括：首先将废旧轮胎进行破碎处理，从而可以得到轮胎颗粒；将轮胎颗粒进行热解处理，从而可以得到高温油气以及包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物；将包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物进行磁选分离，从而可以分别得到轮胎炭黑和铁丝；以及将高温油气依次进行冷凝、分离和净化处理，从而可以分别得到高热值焦油和合成气体。
根据本发明的实施例，所得轮胎颗粒的粒径并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，轮胎颗粒的直径可以为50mm以下，由此可以进一步提高热解效率，降低热解能耗。根据本发明的实施例，轮胎颗粒进行热解处理的具体条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，轮胎颗粒可以在10～1000pa的压力下，在450～800摄氏度下进行热解0.5～2小时，发明人发现，在上述热解条件下可以保证不会气化，利于产油。优选的，将轮胎颗粒在100Pa压力下，在550摄氏度的温度下进行热解1小时。该步骤中，以廉价的废旧轮胎进行热解产生炭黑替代高成本的焦炭或者半焦，一方面解决了废旧轮胎的处理难题，另一方面降低了电石的生产成本，并且在废旧轮胎热解过程中所产生的高热值焦油和合成气体可以作为化工燃料继续进行使用，实现了废旧轮胎的清洁高效处理。同时，发明人发现，以轮胎炭黑作为碳基原料，能够显著降低生产电石的反应温度和时间，进而降低电炉的能耗。另外，轮胎炭黑的哈氏可磨指数较大，可以显著降低破碎工序的机械能耗。由此，采用轮胎炭黑作为碳基原料，可以显著提高电石的生产效率，并降低电石的生产成本。
S200：轮胎炭黑与钙基原料进行混合
将废旧轮胎经过热解处理制成轮胎炭黑后与钙基原料进行混合处理，从而得到混合物料。根据本发明的实施例，所使用钙基的具体原料并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，可以选用生石灰作为钙基原料。根据本发明的实施例，钙基原料和轮胎炭黑的混合比例并不受特别限制，所述钙基原料与轮胎炭黑按照质量比为1～2：1进行所述混合，根据本发明的具体实施例，根据电石生产工艺要求，可以优选钙基原料和轮胎炭黑的质量比为7：4。
根据本发明的实施例，热解所得轮胎炭黑为热态且粒径为纳米级，在将轮胎炭黑与钙基原料进行混合处理之前，将所得钙基原料进行破碎处理，从而可以得到钙基颗粒，然后将轮胎炭黑同钙基颗粒二者混合均匀。根据本发明的实施例，所得轮胎炭黑颗粒与钙基颗粒的粒径大小并不受特别限制。发明人发现，将钙基原料进行粉碎成粒度较小的颗粒可以有效降低电石冶炼温度。根据本发明的具体实施例，可以将钙基原料破碎至平均粒径不大于3mm的钙基颗粒，优选破碎至平均粒度不大于0.1mm。由此，将钙基和碳基原料以颗粒形式进行混合，使得轮胎炭黑颗粒与钙基颗粒可以充分进行接触，提高了二者反应活性，由此进一步降低冶炼处理的反应温度，缩短反应时间。
S300：冶炼处理
将所述混合物料在燃气熔分炉中进行冶炼处理，以便获得所述电石。根据本发明的具体实施例，混合物料为平均颗粒在均不大于3mm的钙基颗粒和纳米级炭黑颗粒的混合物。由此可以提高轮胎炭黑颗粒与钙基颗粒接触有效面积，提高了二者反应活性，由此可以进一步降低冶炼处理的反应温度，缩短反应时间。
通常实际工业电石生产中选用粒度为5～30毫米块料，在反应温度为2000-2200摄氏度下进行冶炼1-2h，其生产成本较高。本发明实施例的制备电石的方法中的冶炼处理的条件并不受特别限制，例如，将平均颗粒在不大于3mm的钙基颗粒与轮胎炭黑颗粒的混合物在1400～1750摄氏度下进行冶炼处理5～45分钟。根据本发明的具体实施例，优选的，冶炼处理可以在1500摄氏度下进行10分钟。由此较传统制备电石的方法显著降低生产成本。
根据本发明的实施例，燃气熔分炉中所使用燃料并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，使用的燃料可以为一氧化碳、天然气、氢气等气体，由此可以显著降低冶炼处理能耗。
在燃气熔分炉中，炭黑与氧化钙反应生成熔融态的电石和一氧化碳，其中，熔融态的电石通过燃气熔分炉炉底以液态形式排出，冷却后破碎得到电石产品；而产生的一氧化碳可以返回至燃气熔分炉中作为燃料而循环使用。同时与传统的电弧炉相比，燃气熔分炉不需要将混合物料进行成型处理，而以混合物粉末形式进行冶炼处理，因此节省了大量的加工能耗。另外，以燃气熔分炉替代电弧炉进行电石冶炼，可以显著提高能量利用率。
根据本发明的具体实施例，本发明实施例的制备电石的方法具体包括以下步骤：
（1）备料：将废旧轮胎破碎至50mm以下的废旧轮胎颗粒，将生石灰通过破碎机破碎，获得平均粒度不大于0.1mm的生石灰粉；（2）热解：将步骤（1）中的废旧轮胎颗粒输入热解反应器中进行热解，以便得到高温油气、包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物；将高温油气依次通过冷凝、分离、净化处理，分别得到高热值焦油和合成气体；将包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物通过磁选机分离，以便得到铁丝与轮胎炭黑；其中，热解反应器为无热载体蓄热式旋转床，热解反应器中热解温度为550℃、热解时间为1小时、热解压力为100Pa；（3）配料：根据电石生产工艺要求的固定碳含量和轮胎炭黑中固定碳含量，确定轮胎炭黑的用量，按电石生产工艺要求的CaO含量和生石灰粉中CaO含量，确定轮胎炭黑和生石灰粉的用量配比，优选地，生石灰粉与所述轮胎炭黑的质量比为7：4；（4）混合：所述步骤（2）中得到的轮胎炭黑为热态且粒径为纳米级，具体温度为300～500摄氏度，平均粒径不大于1微米。将步骤（2）中所得到的热态轮胎炭黑与生石灰粉按照步骤（3）中的质量配比在混合机中充分混合20分钟；（5）冶炼：将步骤（4）中得到的混合物料加入燃气熔分炉中，在1500摄氏度下冶炼10分钟，以便得到熔融态的电石，并通过炉底以液态形式排出，将排出的熔融态的电石冷却、破碎得到发气量为290L/kg的电石产品。
如上所述，根据本发明实施例的制备电石的方法可具有选自下列的优点至少之一：
根据本发明实施例的制备电石的方法，废弃轮胎通过热解获得高热值焦油、合成气体、铁丝和炭黑产物，能够实现废弃轮胎清洁高效利用；
根据本发明实施例的制备电石的方法，焦炭生产过程是一种高耗能、高污染的工艺，而轮胎炭黑可实现部分或全部替代高价焦炭生产电石，实现节能减排和降低电石生产成本；
根据本发明实施例的制备电石的方法，轮胎炭黑粒度小、比表面积大，能够与钙基粉料充分混合，利于后续生产电石还原反应的高效进行；
根据本发明实施例的制备电石的方法，轮胎炭黑反应活性高，能够有效减少生产电石反应的温度和时间，降低整体能耗；
根据本发明实施例的制备电石的方法，燃气熔分炉可直接使用粉状原料，原料接触点数多，有效降低反应温度，同时用一氧化碳燃烧提供热量代替电加热，提高了能量利用率。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
将废旧轮胎破碎至50mm以下，将生石灰通过破碎机破碎，从而得到粒度小于3mm的生石灰粉末；将破碎的废旧轮胎颗粒输入无热载体蓄热式旋转床，在温度为550摄氏度、热解压力为100Pa下进行热解反应1小时，得到高温油气、包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物，将产生的高温油气依次经过冷凝、分离、净化处理后，可以分别获得高热值焦油和合成气体产品，包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物通过磁选机进行分离处理，可以分别获得轮胎炭黑和铁丝；所得到的轮胎炭黑为热态且粒径为纳米级，具体温度为300～500摄氏度，平均粒径不大于1微米。将所得轮胎炭黑与生石灰颗粒（平均颗粒不大于0.07mm）按照质量比为4：7在混合机中充分混合20分钟；将混合后物料于燃气熔分炉中在1500摄氏度下冶炼10分钟，得到熔融态的电石，通过炉底以液态形式排出，冷却后破碎得到发气量为290L/kg的电石产品。
根据上述实施例的制备电石的方法，该工艺可以节能31.9%，同时使得能量利用率提高24.6%。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (11)
1.一种制备电石的方法，其特征在于，包括：
将废旧轮胎进行热解，以便得到高温油气、铁丝和轮胎炭黑；
将所述轮胎炭黑与钙基原料进行混合，以便得到混合物料，其中，所述钙基原料为生石灰；以及
将所述混合物料在燃气熔分炉中进行冶炼处理，以便获得所述电石。
2.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，将废旧轮胎进行热解，以便得到高温油气、铁丝和轮胎炭黑进一步包括：
将废旧轮胎进行粉碎，以便得到平均粒径不超过50mm的轮胎颗粒；
将所述轮胎颗粒在10～1000Pa的压力下，在450～800摄氏度的温度下进行热解0.5～2小时，以便得到高温油气以及包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物；
通过磁选将所述固体热解产物中的铁丝和轮胎炭黑进行分离，以便分别得到轮胎炭黑和铁丝；以及
对所述高温油气依次进行冷凝、分离和净化处理，以便分别得到高热值焦油和合成气体。
3.根据权利要求2所述的制备电石的方法，其特征在于，将所述轮胎颗粒在100Pa的压力下，在550摄氏度的温度下进行热解1小时，以便得到高温油气以及包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物。
4.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，所述钙基原料与轮胎炭黑按照质量比为1～2：1进行所述混合。
5.根据权利要求4所述的制备电石的方法，其特征在于，所述钙基原料与所述轮胎炭黑按照质量比为7：4进行所述混合。
6.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，在将所述轮胎炭黑与钙基原料进行混合之前，进一步包括：
将所述钙基原料进行破碎，以便得到钙基颗粒，
所述钙基颗粒的平均粒径不大于3mm。
7.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，所述钙基颗粒的平均粒径不大于0.1mm。
8.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，所述冶炼处理是在1400～1750摄氏度下进行5～45分钟。
9.根据权利要求8所述的制备电石的方法，其特征在于，所述冶炼是在1500摄氏度下进行10分钟。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备电石的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)备料：将废旧轮胎破碎至50mm以下的废旧轮胎颗粒，将生石灰通过破碎机破碎，获得平均粒度不大于0.1mm的生石灰粉；
(2)热解：将步骤(1)中的所述废旧轮胎颗粒输入热解反应器中进行热解，以便得到高温油气、包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物；
将所述高温油气依次通过冷凝、分离、净化处理，分别得到高热值焦油和合成气体；
将所述包含铁丝和轮胎炭黑的固体热解产物通过磁选机分离，以便得到铁丝与轮胎炭黑；
其中，所述热解反应器为无热载体蓄热式旋转床，所述热解反应器中热解温度为550℃、热解时间为1小时、热解压力为100Pa；
(3)配料：根据电石生产工艺要求的固定碳含量和轮胎炭黑中固定碳含量，确定轮胎炭黑的用量，按电石生产工艺要求的CaO含量和生石灰粉中CaO含量，确定轮胎炭黑和生石灰粉的用量配比；
(4)混合：将步骤(2)中得到的轮胎炭黑与所述生石灰粉按照步骤(3)中的质量配比在混合机中充分混合20分钟，
(5)冶炼：将步骤(4)中得到的混合物料加入燃气熔分炉中，在1500摄氏度下冶炼10分钟，以便得到熔融态的电石，并通过炉底以液态形式排出，将排出的熔融态的电石冷却、破碎得到发气量为290L/kg的电石产品。
11.根据权利要求10所述的制备电石的方法，其特征在于，所述生石灰粉与所述轮胎炭黑的质量比为7：4。
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