CN1041911C - 副产煤气的高品位碳化硅生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及副产煤气的高品位碳化硅的生产方法，以富含硅的农作物、野生植物的籽壳、茎杆为原料，干馏后得含硅炭粉，将大部分含硅炭粉送入气化炉。其中的碳与水蒸汽、空气反应转化成煤气，而硅被浓缩于炉底灰份中，将该灰份与干馏所得的另一部分含硅炭粉按分子比C∶S＝1.1—1.3∶1均匀混配成反应物料，加于电弧炉，通电14—20小时，在1700—2100℃高温下隔绝空气反应，得碳化硅，进一步处理得99.7%以上精品碳化硅。由于大量过剩碳在碳化硅生成前已除去，碳和硅可合理配比入炉反应，制得的碳化硅纯度及品位提高，且煤气可提供发电，达到节能目的。

Description

副产煤气的高品位碳化硅生产方法

本发明涉及碳化硅的生产方法，特别是以含硅成份较高的农作物及野生植物的籽壳和茎杆为原料副产煤气的高品位碳化硅生产方法。

碳化硅具有耐磨、耐高温、耐腐蚀的优良特性，是一种用途十分广泛的工业原料。传统的碳化硅生产方法是以石英砂、焦炭为原料。经粉碎、混合入电弧炉反应得粗品碳化硅烧结块，然后经破碎、球磨、酸洗、中和、水洗、干燥、磁选、筛分得精品碳化硅。由于石英砂矿中含有多种金属无机盐杂质，所以制得的碳化硅纯度和品位难以进一步提高，而且制备能耗极高，每吨精品碳化硅耗电量约为10000度。发明专利92107329．1公开了一种以稻壳、稻杆干馏为原料制碳化硅的方法，它是将稻壳、稻杆干馏后入窑高温反应得粗品碳化硅，再燃烧除去粗品碳化硅中大量的过剩碳，最后粉碎、过筛得精品碳化硅。与传统的方法相比，用稻壳、稻杆制得的碳化硅品位及质量均有较大提高，但大量非参于反应的过剩碳送入高温反应窑内，降低了反应窑的生产能力，同时增加了不必要的能耗。众所周知，碳化硅反应是高能耗的过程，而过剩碳却白白地烧掉，显然，这种工艺流程不尽合理。加之，过剩碳的存在增加了碳化硅后处理的工作量，并使碳化硅的品位难以进一步提高。

本发明的目的是提供一种以含硅植物的籽壳，茎杆为原料，并以原料中过剩碳副产煤气的碳化硅生产方法，以实现节能并进一步提高碳化硅的品位。

本发明生产碳化硅的方法是以富含硅的农作物、野生植物的籽壳、茎杆为原料，如稻壳、稻杆、棉籽壳等，这些原料富含有机态的硅和碳，其中碳含量远超过生成碳化硅的需要量。本发明根据原料中碳、硅含量的比例，计算出过剩碳量，在生成碳化硅之前，先将大部分过剩碳通过气化炉转化为煤气，然后配制成碳组份适当过量的碳、硅混合物料，送入电弧炉反应。具体步骤如下：将原料送入干馏炉，干馏除去挥发组份，获含硅炭粉，将含硅炭粉的大部分(其量通过计算确定)用粘接剂调制成块状炭，送入气化炉，同时向气化炉通入水蒸汽和空气，在800-1200℃下反应生成煤气，反应式如下：

上述煤气经常规的除尘、热回收、冷却、除焦油处理后，供生产、民用或送入发电装置转化为电能。上述入气化炉的物料所含的碳转化为煤气后，剩下的硅组份被浓缩存在于炉底排灰、除尘器排灰及冷却沉降的地沟灰中，收集上述以硅为主要成分的灰份，将该灰份与前述干馏所得的另一部分含硅炭粉按碳、硅组分的分子比为C∶Si=1．1-1．3∶1均匀混配成反应物料，将该物料加入电弧炉内，复于中心电极的周围，通电14-20小时，在1700-2100℃高温下隔绝空气反应，生成粗品碳化硅，出炉后进行常规的破碎、球磨、酸洗、中和、水洗、干燥、筛分处理，得精品碳化硅。

上述过程中，将含硅炭粉调制成块状炭的粘接剂是水玻璃、煤焦油、含硅高的粘土中的任意一种。

为确保反应效果，本发明还可在电弧炉上述配比的反应物料的外围加入一层按C∶Si=1．4-1．6∶1配比混配的保温层物料。利用该保温层物料中富余的碳因空气渗入而燃烧产生高温，从而在内层反应物料的周围形成保温层，同时该保温层物料烧结后形成屏障，阻挡外界空气继续渗入炉内，减少反应层碳的燃烧损失，提高碳化硅产率。外层保温层物料中过量碳燃烧后留下的灰份中含有浓缩的硅，可作为硅组分参于下一次反应物料的配制。

综上所述，本发明采用富含硅的植物籽壳、茎杆生产碳化硅，原料廉价，来源广，原料中的硅和碳以有机态存在，不含无机盐杂质，所以制得的碳化硅质轻，易破碎，性能好，品位高，可适用于航天等尖端科技领域的需要。本发明利用原料中过剩碳副产煤气，可自用或供出，也可全部转换为电力，提供电弧炉用电达到节能目的。本发明在生成碳化硅之前己将大部分过剩碳除去，可将除碳后以硅为主要成分的灰份、碳为主要组分的含硅炭粉混配成碳组分适当过量的反应物料入炉反应，可避免大量多余碳在炉内积累而造成不必要的能耗，更重要的是由于过剩碳提前除去，使碳化硅纯度和品位进一步提高，粗品碳化硅纯度就可达到99％，精品碳化硅纯度可达99．8％。可见，本发明在节省能耗、降低生产成本及提高碳化硅品质等方面有突破性进展。

下面结合附图说明本发明的碳化硅的生产流程。

附图是副产煤气的高品位碳化硅生产方法的流程框图。如图所示，原料稻壳、稻杆送入干馏炉1，分离出的挥发组分从炉顶排出入冷却器7，干馏生成的炭粉从炉底排出，入成型装置6，加入粘接剂制成炭块，炭块送入气化炉2，与高温水蒸汽及空气反应生成煤气，入冷却器7被水喷淋冷却后通入气柜8经除焦设备9除焦后供民用煤气或送发电装置转化成电能。气化炉2的炉底排出的灰分中含有大量的硅，根据灰分中碳(C)、硅(Si)含量之比及组成碳化硅(SiC)分子所需的C、Si量之比，加入适量的干馏炉1的炉底炭粉，使物料碳的量适当过量，物料在粉碎混合设备3中充分混合并粉碎后加入电弧炉4，高温下反应生成碳化硅，经后处理程序5进一步处理得精品碳化硅产品。

下面是碳化硅制备实施例：

称取干燥稻壳100公斤，入干馏炉1，在600℃下干馏7小时，从炉顶排出挥发组分，炉底得含硅炭粉65公斤，将其中60公斤含硅炭粉送入成型装置6，加入适量水玻璃粘接制成块状炭；将块状炭送入气化炉2，同时连续通入高温水蒸汽和空气，在1000-1200℃下，碳组分气化成煤气，高温煤气150Nm³，经除尘后入冷却器7，在此煤气被水冷却后入气柜8，水被加热成蒸汽，并将蒸汽通入气化炉；收集气化炉炉底灰份及除尘排灰、冷却器沉降灰份共20公斤，将其与干馏所得的另5公斤含硅炭粉按下列比例配制成二组物料：

第一组为反应物料：称取含硅炭粉2公斤与灰份10公斤混合

第二组为保温物料：称取含硅炭粉3公斤与灰份10公斤混合

将上述二组物料分别送入各自的粉碎混合设备3中均匀混合，将第一组物料加入电弧炉4的中心电极周围，将第二层物料加入电弧炉反应物料的外围，通电反应温度2000℃，16小时后出炉，从反应层获粗品碳化硅10．7公斤，纯度99％，然后送入后处理装置5，进行常规的破碎、球磨、酸洗、中和、水洗、干燥、筛分，得精品碳化硅，纯度可达99．7-99．8％。

前述入气柜8的煤气经除焦设备9除焦后直接外供或送入发电装置10发电。

Claims (3)

1、副产煤气的高品位碳化硅生产方法，其特征是以富含硅的农作物、野生植物的籽壳、茎杆为原料，将原料送入干馏炉，干馏除去挥发性组份，获含硅炭粉，将含硅炭粉的大部分用粘接剂调制成块状炭。送入气化炉，同时向气化炉通入水蒸汽和空气，在800-1200℃下反应生成煤气，煤气经常规的除尘、热回收、冷却、除焦油处理后入气柜储存；收集上述气化炉炉底排灰、除尘器排灰及冷却沉降的地沟灰，将该灰份与前述干馏所得的另一部分含硅炭粉按碳、硅组分的分子比为C∶Si=1．1-1．3∶1均匀混配成反应物料。加于电弧炉中心电板的周围，通电14-20小时。在1700-2100℃高温下隔绝空气反应，生成粗品碳化硅，出炉后进行常规的破碎、球磨、酸洗、中和、水洗、干燥、筛分处理，得精品碳化硅产品。

2、根据权利要求1所述的副产煤气的高品位碳化硅的生产方法，其特征是可在电弧炉反应物料的外围加入一层按C∶Si=1．4-1．6∶1的配比混配的保温层物料，以该层物料中过剩碳燃烧后留下的灰份参于下次反应物料的配制。

3、根据权利要求1或2所述的副产煤气的高品位碳化硅生产方法，其特征是所说的粘接剂是水玻璃、煤焦油、含硅量高的粘土中的任意一种。