CN107117618B - 一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置 - Google Patents

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Abstract

一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置，主要由移动床预热器、旋转窑反应器、保温移动床和篦式冷却机四部分组成，移动床预热器的底部通过高温塞阀接入到旋转窑反应器的窑尾，旋转窑反应器的窑头通过窑头出口接到保温移动床的顶部，保温移动床的底部通过窄条缝与篦式冷却机的入口联通；篦式冷却机的底部设置有各自独立进气的分布式风箱，篦式冷却机的出口设置有电石产品排料阀连续排出低温电石产品，篦式冷却机入口端设置有换热惰性气体抽出口，依次连接换热器、加压循环风机和分布式风箱；移动床预热器顶部的换后空气燃烧气通过补燃式废锅回收热量后，被引风机外排。

Description

一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置
1.技术领域
本发明提供一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置，涉及煤化工领域。
2.背景技术
目前乙炔主要是通过电石法大规模生产，是有机合成工业的重要原料。电石是以生石灰和碳素为原料，在电石炉中经过复杂的物理化学变化而生成的。作为一种新型碳素材料，半焦是以高挥发分的弱粘结或不粘结性煤为原料，经中、低温干馏炭化除去煤中焦油物质和大部分挥发分后的固体产品以其固定炭高、电阻率高含灰份低、硫含量低、磷含量低的特性和低廉的价格，正逐步被推广应用于电石、铁合金等产品的生产，以替代价格昂贵的冶金焦，半焦作为冶金行业重要原材料。
当前最为成熟的电石生产方法是传统的电热法，反应装置为电弧炉。电弧炉对块状原料的粒度和品质有一定的要求，生石灰中氧化钙的含量要大于92％，焦炭中的固定碳需大于84％、灰分要小于15％、水分小于3％，挥发份小于1.5％；原料的粒度对生产过程十分重要，尤其是生石灰的粒度，粒度过小会导致炉气不能顺利排出，造成“崩床”等问题，粒度过大会降低焦炭与氧化钙之间的接触面积，影响传递性能，降低反应速率；工业一般要求原料的粒径范围为5-30mm。由于块状焦炭和CaO(5-30mm)之间的接触面积小，固-固反应受传递过程的严重限制，反应过程需要经过生石灰熔融态和在焦炭块中渗入发生化学反应，使得电弧炉反应需在高温下进行(2000-2200℃)，反应时间长(1-2h)，单炉产能低(70kt/a)，每吨电石(纯度80％)的能耗高达3250kW·h，热效率仅为50％；加之间歇排出高达2000℃以上的电石液体熔液，热量回收困难，工人操作劳动环境恶劣，存在二次污染和爆炸隐患，装置技术亟待改进。
氧热法电石生产装置基本模仿高炉炼铁，就是在固定床反应器中利用燃料在电石炉中燃烧代替电加热来生产电石，避免燃煤发电过程中的能量损耗；并且可以和煤炭热解提质过程藕合，减少工业废渣排放，有望形成一条煤炭综合利用的新工艺路线。从20世纪50年代开始，人们对于氧热法生产电石的研究从未停息，1960年左右，美国、德国和荷兰三国就己经搭建了中试规模的氧热法生产电石装置，国外目前也已有稍有规模的氧热法生产电石装置，根据有关报道，每生产一吨电石需要消耗氧气1560Nm3、消耗焦炭2.8t、生石灰1.2t，另外还需耗电600度。尽管刘振宇等根据氧热法的理念通过研究粉状焦炭和氧化钙的反应过程，提出了一种电石的新生产方法，采用粒度小于0.3mm的粉状含碳原料(煤或焦炭)和粉状含钙原料(碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙或电石渣)生产电石的工艺，并提出了二种反应器结构。但由于反应器结构以及没有考虑随碳化钙含量变化造成的电石熔点W型变化规律，氧热法所生产电石的技术路线和电热法一样是液态产品，钙焦比选择不合理，致使电石热量回收困难，原料预热还是利用副产高温CO，与国外氧热法工艺相比，氧耗和碳耗均未见大幅度降低，目前未见工业中试和工业化结果。
目前的电弧炉加热法工艺过程中生石灰和焦炭添加过程繁琐、复杂，且在石灰石和半焦炭在整个生产和使用过程中，始终伴随着固体破碎、固体筛分和固体运输等工序，这些工序均会产生大量低价值的小于6mm的粉状生石灰半焦或焦炭，亟待利用。
另外由于优质石灰石资源较为紧张，开采对山体环境破坏严重，各地对石灰石开采量控制越来越严，成为国内生石灰生产的瓶颈，亟待充分利用电石渣中有效成分，提高石灰石的循环利用率。
因此急需开发能够利用生石灰粉和焦粉生产电石和乙炔的新工艺和配套装备技术，提高电石渣的循环利用率，降低反应温度，加快反应速度，降低生产能耗和成本，提高电石炉的处理能力和热量回收率，消除二次污染。
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乙炔的不足而发明的一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置，利用空气和焦粉助燃反应生成的CO，移动床预热器回收热量，大幅度降低了氧热法的焦炭和氧气消耗，减轻了电石尾气利用和处理难度；充分利用旋转窑反应器长停留时间，实现固相电石连续生产，便于余热回收；保温移动床既进一步确保电石原位反应的高转化率，又实现了旋转窑反应器和篦式冷却机的固体密封；反应焦粉和供热焦粉各自分开使用，供热焦粉利用不同喷射燃烧器、选择不同助燃剂分级燃烧，大幅度降低了氧耗，充分利用了焦粉的化学热；篦式冷却机利用惰性气体风冷高温固体电石，充分利用冷风和冷料层保护了篦板和配套推动设备，实现高温物料热回收；钙焦球团反应既解决了生石灰粉和焦粉的再利用难题，又降低反应温度、加快反应速度、降低生产能耗和成本、提高了电石炉的处理能力，还实现了优质石灰石资源的循环利用、消除了固废污染。
本发明的技术方案：一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置主要由移动床预热器、旋转窑反应器、保温移动床和篦式冷却机四部分组成，移动床预热器的底部通过高温塞阀接入到旋转窑反应器的窑尾，旋转窑反应器的窑头通过窑头出口接到保温移动床的顶部，保温移动床的底部通过窄条缝与篦式冷却机的入口联通；篦式冷却机的底部设置有各自独立进气的分布式风箱，篦式冷却机的出口设置有电石产品排料阀连续排出低温电石产品，篦式冷却机入口端设置有换热惰性气体抽出口，依次连接换热器、加压循环风机和分布式风箱；移动床预热器顶部的换后空气燃烧气通过气固分离器除尘和补燃式废锅回收热量后，被引风机外排。
其中，移动床预热器顶部中心设有旋转密封进料器和下料管，下料管长50-1000mm；顶部侧面设有换后空气燃烧烟气的出口，分别依次连接气固分离器、补燃式废锅和引风机；底部为炉箅式锥形封头，便于反空气燃烧烟气进入移动床预热器加热钙焦球团，开孔率10％-70％、锥角45％-150％；炉箅式锥形封头中部设置下料管，下料管出口设置有耐高温塞阀，控制下料量。
旋转窑反应器的长度为20-80m，窑尾设置有焦粉空气助燃烧器，窑头设置有焦粉氧气燃烧器，旋转窑反应器采用镁碳砖、尖晶石砖或直接结合镁铬砖以及浇注材料。
保温移动床为矩形结构，底部设置锥形封头，锥角45％-150％，中心开有与移动床等长度的窄条缝，宽度50-300mm。
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、进料器 2、移动床预热器 3、气固分离器 4、补燃式废锅 5、引风机 6、焦粉空气助燃烧器 7、炉箅式锥形封头 8、高温塞阀 9、旋转窑反应器 10、焦粉氧气燃烧器 11、窑头出口 12、保温移动床 13、篦式冷却机 14、换热器 15加压循环风机 16、电石产品排料阀
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，一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置主要由移动床预热器(2)、旋转窑反应器(9)、保温移动床(12)和篦式冷却机(13)四部分组成，移动床预热器(2)的底部通过高温塞阀(8)接入到旋转窑反应器(9)的窑尾，旋转窑反应器(9)的窑头通过窑头出口接到保温移动床(12)的顶部，保温移动床(12)的底部通过窄条缝与篦式冷却机(13)的入口联通；篦式冷却机(13)的底部设置有各自独立进气的分布式风箱，篦式冷却机(13)的出口设置有电石产品排料阀(16)连续排出低温电石产品，篦式冷却机(13)入口端设置有换热惰性气体抽出口，依次连接换热器(14)、加压循环风机(15)和分布式风箱；移动床预热器(2)顶部的换后空气燃烧气通过气固分离器(3)除尘和补燃式废锅(4)回收热量后，被引风机(5)外排。
其中，移动床预热器(2)顶部中心设有旋转密封进料器(1)和下料管，下料管长50-1000mm；顶部侧面设有换后空气燃烧烟气的出口，分别依次连接气固分离器(3)、补燃式废锅(4)和引风机(5)；底部为炉箅式锥形封头(7)，便于反空气燃烧烟气进入移动床预热器(2)加热钙焦球团，开孔率10％-70％、锥角45％-150％；炉箅式锥形封头(7)中部设置下料管，下料管出口设置有耐高温塞阀(8)，控制下料量。
旋转窑反应器(1)的长度为20-80m，窑尾设置有焦粉空气助燃烧器(6)，窑头设置有焦粉氧气燃烧器(10)，旋转窑反应器(9)采用镁碳砖、尖晶石砖或直接结合镁铬砖以及浇注材料。
保温移动床(12)为矩形结构，底部设置锥形封头，锥角45％-150％，中心开有与移动床等长度的窄条缝，宽度50-300mm。
具体操作为：将5-30mm的钙焦球团通过进料器(1)加入到移动床预热器(2)中，与从移动床预热器(2)底部上升的空气燃烧烟气逆流换热到600-1300℃，然后通过移动床预热器(2)底部的高温塞阀(8)控制流入旋转窑反应器(9)的窑尾；热钙焦球团在以倾斜度1.5-10°、2.0-50转/分钟的旋转窑内被窑头焦粉氧气燃烧器(10)喷吹的焦粉和氧气高温火焰加热到1400-1900℃，反应生成电石、放出CO，含有CO和H2的高温反应气逆流流到窑尾与通过焦粉空气助燃烧器(6)加入空气和焦粉混合燃烧生成预热用的空气燃烧烟气；生成的电石从窑头出口(11)流入保温移动床(12)强化反应5-90分钟后，从保温移动床(12)底部流入篦式冷却机(13)降温到100℃以下通过电石产品排料阀(16)作为产品排出，加热的惰性气体被换热器(14)回收热量后又被加压风机(15)加压循环回篦式冷却机(13)取热；移动床预热器(2)顶部的换后空气燃烧气通过气固分离器(3)除尘和补燃式废锅(4)回收热量后，被引风机(5)外排。
本发明所提供的钙焦球团分级氧热法生产电石的装置，选择合理钙焦比，使电石中碳化钙含量大于78％，确保旋转窑反应器中电石产品为固态，便于流动和余热回收；反应焦粉制备钙焦球团原位反应生产电石，燃烧供热焦粉分别在燃烧器和助燃器中选用不同助燃剂分级燃烧，降低氧耗60％以上，减轻了尾气利用和处理难度，同时电石渣中杂质分离难度降低；钙焦球团原位反应制电石利用了廉价的焦粉和粉状石灰，降低反应温度300℃以上，加快反应速度1倍以上，实现了电石连续生产，降低生产成本30％以上，降低电耗80％，还实现了电石渣循环利用率大于80％，消除了电石渣污染；篦式冷却机回收电石排出热70％以上，消除了高温电石液体排放的二次污染和爆炸危险，改善了工人的劳动环境。

Claims (4)

1.一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置，其特征是钙焦球团分级氧热法生产电石的装置主要由移动床预热器、旋转窑反应器、保温移动床和篦式冷却机四部分组成，移动床预热器的底部通过高温塞阀接入到旋转窑反应器的窑尾，旋转窑反应器的窑头通过窑头出口接到保温移动床的顶部，保温移动床的底部通过窄条缝与篦式冷却机的入口联通；篦式冷却机的底部设置有各自独立进气的分布式风箱，篦式冷却机的出口设置有电石产品排料阀连续排出低品电石产品，篦式冷却机入口端设置有换热惰性气体抽出口，依次连接换热器、加压循环风机和分布式风箱；移动床预热器顶部的换后空气燃烧气通过气固分离器除尘和补燃式废锅回收热量后，被引风机外排。
2.根据权利要求1所述的一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置，其特征在于移动床预热器顶部中心设有旋转密封进料器和下料管，下料管长50-1000mm；顶部侧面设有换后空气燃烧烟气的出口，分别依次连接气固分离器、补燃式废锅和引风机；底部为炉篦式锥形封头，便于反空气燃烧烟气进入移动床预热器加热钙焦球团，开孔率10％-70％、锥角45°-150°，炉篦式锥形封头中部设置下料管，下料管出口设置有耐高温塞阀，控制下料量。
3.根据权利要求1所述的一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置，其特征在于旋转窑反应器的长度为20-80m，窑尾设置有焦粉空气助燃烧器，窑头设置有焦粉氧气燃烧器，旋转窑反应器采用镁碳砖、尖晶石砖或直接结合镁铭砖以及浇注材料。
4.根据权利要求1所述的一种钙焦球团分级氧热法生产电石的装置，其特征在于保温移动床为矩形结构，底部设置锥形封头，锥角45°-150°，中心开有与移动床等长度的窄条缝，宽度50-300mm。
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