CN107986279B - 一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法 - Google Patents

一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107986279B
CN107986279B CN201711403738.2A CN201711403738A CN107986279B CN 107986279 B CN107986279 B CN 107986279B CN 201711403738 A CN201711403738 A CN 201711403738A CN 107986279 B CN107986279 B CN 107986279B
Authority
CN
China
Prior art keywords
microwave
reaction
calcium carbide
microwave energy
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711403738.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107986279A (zh
Inventor
姜标
赵虹
刘思源
齐会杰
黄伟光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Original Assignee
Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Advanced Research Institute of CAS filed Critical Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority to CN201711403738.2A priority Critical patent/CN107986279B/zh
Publication of CN107986279A publication Critical patent/CN107986279A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107986279B publication Critical patent/CN107986279B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/126—Microwaves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/14—Production of inert gas mixtures; Use of inert gases in general
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0871—Heating or cooling of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1209—Features relating to the reactor or vessel
    • B01J2219/1221—Features relating to the reactor or vessel the reactor per se
    • B01J2219/1242—Materials of construction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开一种微波电石炉反应器，包括微波反应炉体；所述微波反应炉体包括微波聚能腔、外壳、位于外壳及聚能腔之间的保温层，所述微波聚能腔内形成物料的反应室，反应室内设有物料保温反应系统，聚能腔上设有抽放气系统及测温监视系统；还包括用于向聚能腔内即反应室传导微波的微波能发生系统；所述微波能发生系统及微波聚能腔上还连接有水循环冷却系统。本发明同时还提供了利用该电石炉反应器制备电石的方法。本发明通过利用微波加热，可以强化反应物料间的热质传递过程，从而将电石的生成温度大大降低，在1600～1900℃的较低温度下合成电石；并且反应速度快、能量利用率高、操作方便无粉尘污染，解决了电弧电石炉“三高”的问题。

Description

一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法。
背景技术
中国是贫油富煤的国家，煤炭是我国重要的基础能源和工业原料。降低煤炭一次性能源消费比重，提升煤化工水平是黑色煤炭绿色发展、高碳资源低碳发展的有效手段。电石(碳化钙)是煤化工的关键中间体和基本化工原料，主要用于产生乙炔等化工产品。我国80％以上的PVC生产厂家都是采用的电石乙炔原料。目前，煤制电石与煤制甲醇是我国煤化工的两条主要途径。相较于煤基甲醇烯烃路线，电石炔烃路线工艺简单、副产物CO纯度高，水耗低。
电石生产具有一百多年历史，全球产量在1965年达到顶峰，随后由于石油化工的强势发展，电石产业逐渐衰落。我国由于以煤为主的特殊能源结构，成为当前世界最大的电石生产国和消费国，2015年产能达2850万吨。我国电石工业生产一直采用1892年发明的电弧法，即采用焦炭(C)和氧化钙(CaO)在电弧加热产生的高温2200℃左右反应而生成液态电石，并从炉底间歇排出。在中国长达半个多世纪的电石生产史上，电石生产技术基本无太大改进。电弧法工艺要求采用一定粒度的块状原料，需要在高温下强化原料间的传质和传热，因此电石生产的温度高、时间长，导致耗电量大、产量低、原料要求高、粉尘大及尾气治理困难。尽管日前电石市场需求不断扩大，但由于电石生产技术存在“高投入、高污染、高能耗”的缺点，不符合节能减排和可持续发展的要求，严重制约了电石行业的发展。电石行业亟需新的技术改变其落后现状。
电石炉是电石生产的核心设备，电石炉的结构和能效直接决定电石生产工艺以及生产成本。开发节能高效环保的新型电石炉是解决电石行业技术落后的关键所在。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法。
目前电石的工业生产技术中，电石生成反应的反应方程式为：CaO+3C＝CaC2+CO。从反应热力学分析获知，及时移走一氧化碳、降低一氧化碳分压，可以促使反应向生成碳化钙的方向进行。因此，本发明提供了一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法，降低能耗和生产成本，增加经济效益。
为实现上述目的之一提供一种微波电石炉反应器，本发明采用了以下技术方案：
一种微波电石炉反应器，包括微波反应炉体；所述微波反应炉体包括微波聚能腔、外壳、位于外壳及聚能腔之间的保温层，所述微波聚能腔内形成物料的反应室，聚能腔上设有抽放气系统及测温监视系统；还包括用于向聚能腔内即反应室传导微波的微波能发生系统；所述微波能发生系统及微波聚能腔上还连接有水循环冷却系统。
优选的，所述微波聚能腔为全密闭石墨聚能微波谐振腔，聚能腔内层为镜面石墨整体成型；所述外壳为全密闭不锈钢外腔；所述保温层材质为氧化铝、莫乃石或者石墨；
所述微波反应炉体的一侧设有与炉体结构相同、以作为炉体一部分的炉门；所述炉门焊接于炉门推车上；所述炉门与炉体之间采用法兰压紧联接，炉门在关闭状态时与炉体形成结构一致的密闭整体。
优选的，所述微波能发生系统包括微波源及环形器、进行微波传导的波导管；所述波导管两端由可透波的波导窗口密封，其中一端窗口连接微波源，另一端窗口作为聚能腔的部分内壁用以向腔内反应室传导微波。
进一步的，所述的微波源为915MHz或2450MHz的微波源；所述波导管为金属导管或镜面石墨整体成型的导管；靠近微波源一端的波导窗口Ⅰ材质为Al2O3；靠近聚能腔一端的波导窗口Ⅱ材质为ZrO2，耐温2000℃。
进一步的，所述抽放气系统包括设于微波聚能腔上部用于除去CO的排气孔，所述排气孔通过排气管、排气阀与真空泵Ⅰ相连；
还包括设于微波聚能腔下部用于通入惰性气体的进气孔和用于抽走空气的抽气孔Ⅰ，所述进气孔通过进气管上的进气阀控制进气，所述抽气孔Ⅰ通过抽气管Ⅰ、抽气阀Ⅰ与真空泵Ⅱ相连；
还包括开设于波导管下侧的抽气孔Ⅱ，所述抽气孔Ⅱ通过抽气管Ⅱ、抽气阀Ⅱ与真空泵Ⅱ相连。
优选的，所述反应室内设有物料保温反应系统，所述物料保温反应系统包括保温桶和置于桶内的反应坩埚；所述保温桶材质为氧化铝纤维或者氧化锆纤维成型制成，优选钇掺杂的氧化铝纤维；所述反应坩埚为可微波穿透、且可保温的氮化硼坩埚，且所述坩埚带有中心开孔的坩埚盖。
优选的，所述测温监视系统包括安装在在微波聚能腔上部的红外测温仪与摄像探头。
优选的，该反应器还包括与微波能发生系统、抽放气系统电连接的控制系统。
本发明的目的之二是提供一种利用上述微波电石炉反应器制备电石的方法，包括如下反应步骤：
S1、打开反应器炉门，以一定的比例将碳基原料和钙基原料的混合物料放置于氮化硼坩埚中放入反应室中，移动炉门推车关紧炉门；
S2、关闭进气阀、排气阀后，打开抽气阀I、抽气阀II和真空泵II进行抽气，当体系压力降低到1KPa后，关闭真空泵II和抽气阀I、抽气阀II，打开进气阀通入惰性气体氩气、氦气对反应室进行气氛置换；
S3、如此进行若干次气氛置换后，关闭进气阀，打开微波能发生系统对反应物料加热，通过水冷循环系统对微波发生能系统和微波聚能腔进行保护；根据反应需求，调变微波源馈入功率来调控反应温度、通过真空泵I和排气阀来调控反应压力；通过排气阀排出的一氧化碳气体经换热、分离纯化后可用于后续反应工序中；
S4、反应结束后，关闭微波能发生系统和抽放气系统；当体系温度低于500℃后，打开炉门，取出反应产物电石。
优选的，步骤S1中，所述钙基原料选自方解石、石灰石、氧化钙或氢氧化钙；所述碳基原料选自无烟煤、褐煤、长焰煤、半焦或焦炭。
优选的，步骤S3中，通过调变微波源的馈入功率控制使所述方法分为两段加热，分别为中低温加热阶段和高温反应阶段。
进一步的，步骤S3中，所述中低温加热阶段的温度为500～900℃，时间为0.5～3h，绝对压力为0.5～105Kpa；此阶段可放出气体，经换热、分离纯化后，可得到高附加值的产物(如焦油、合成气、甲烷)。优选的，当钙基原料为石灰石、方解石时，加热温度为700～850℃；当钙基原料为生石灰或者熟石灰时，加热温度为500～750℃；此阶段产生的气体可以对反应物料进行预热，然后分离净化，得到高纯度的CO或合成气，可直接用于下一段反应工序。优选的，反应物的碳基原料为煤炭时，中低温加热阶段的加热温度为600～900℃，此阶段产生的气体为油气混合物，经与其他反应器换热冷却后可得到焦油和热解气，热解气经分离纯化后，得到高附加值的合成气和甲烷。
进一步的，步骤S3中，所述高温反应阶段的温度为1550～2000℃，时间0.2～4h，压力为0.0001～1.2atm，使物料反应完全；反应过程中产生的一氧化碳气体经换热、分离纯化后可用于后续反应工序中。
进一步的，步骤S3中，所述高温反应阶段的温度为1600～1900℃，时间为30～180min，绝对压力为50～2000pa。
进一步的，步骤S3中，反应物原料为焦炭和氧化钙时，可以直接升温到高温反应所需的温度。
优选的，所述碳基原料和钙基原料的C:Ca摩尔比为(2.0～4.5)：1。
优选的，所述反应混合物料为超细成型的蜂窝形、颗粒形、圆柱形、球形、环形、圆片形或者三叶草形，成型的原料混合物其超细后的粒度为10～300μm，优选为30～150μm；或者将一定粒径的块状碳基原料和块状钙基原料按照一定的比例直接混合获得反应混合物料，不超细成型直接反应的块状原料其粒度为0.1～10cm，优选为0.5～2.5cm。
本发明的有益效果在于：
1)本发明反应器在电石生产过程中可及时排出CO，并通入惰性气体保护反应，根据电石生成反应的热力学特点，电石生成反应的临界反应温度随一氧化碳分压降低而降低，从而在低压条件反应时特别是绝对压力低于2000Pa时，可以降低反应温度，缩短反应时间，促进反应向电石生成的方向进行，另外，本发明利用微波加热，能够强化反应物料间的热质传递过程，进一步降低电石的生成温度。从而，本发明微波电石炉反应器可以将电石生成的高温温度大幅度降低到反应温度为1600～1900℃，提高电石收率。
2)本发明制备方法中，采用分段加热的方法，可以降低能耗，当以煤为碳源，碳酸钙或氢氧化钙为钙源时，可使得碳源能最大程度转化为电石的同时，还得到高附加值的气体(CO、H2、CH4)、和焦油，极大降低CO2排放，提高了物料的整体有效利用率。在这种方法中，两段加热温度下的化学反应分别为：
第一段：CaCO3+C＝CaO+2CO或者Ca(OH)2+C＝CaO+CO+H2
第二阶段：CaO+3C＝CaC2+CO
但在传统电石生产工艺中先在石灰窑中将石灰石等烧制成氧化钙后进行破碎筛分后作为反应原料，此时产生大量的二氧化碳增加碳排放，且氧化钙从高温降温到保存温度，浪费大量的潜热。其反应式为CaCO3＝CaO+CO2。
3)本发明反应器可以联产一氧化碳用于C1合成路线的原料，实现C1与C2的联产。
4)本发明反应器为全封闭电石炉，无二氧化碳排放，绿色环保。
5)本发明反应器采用石墨聚能腔，可以提供2000℃以上的高温环境，也可适用于其它类型的高温反应过程中。同时，原料的适应度高，可以采用以碳酸钙为主要成分的方解石和石灰石，也可以采用生石灰、熟石灰等；碳源可以采用块状的焦炭，也可以采用粉焦粉煤。
综上所述，本发明反应速度快、能量利用率高、操作方便无粉尘污染，解决了电弧电石炉“三高”的问题。
附图说明
图1为本发明微波电石炉反应器的结构示意图。
图中标注符号的含义如下：
1-微波反应炉体；10-微波聚能腔；11-保温层；12-外壳；13-反应室；14-炉门；15-炉门推车；
2-微波能发生系统；20-微波源及环形器；21-波导管；22-波导窗口Ⅰ；23-波导窗口Ⅱ；
3-抽放气系统；30-排气管；31-排气阀；32-真空泵Ⅰ；33-进气管；34-进气阀；35-抽气管Ⅰ；36-抽气阀Ⅰ；37-真空泵Ⅱ；38-抽气管Ⅱ；39-抽气阀Ⅱ；
4-测温监视系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，为一种微波电石炉反应器，包括微波反应炉体1，所述微波反应炉体1包括微波聚能腔10、外壳12、位于外壳及聚能腔之间的保温层11，所述微波聚能腔10内形成物料的反应室13；所述聚能腔上设有用于为反应室13提供气氛、同时调节反应室13压力的抽放气系统3，聚能腔上还设有测温监视系统4；
还包括用于向聚能腔内即反应室13传导微波的微波能发生系统2；所述微波能发生系统2及微波聚能腔10上还连接有水循环冷却系统(图中未画出)，以水冷保护微波能发生系统2和微波聚能腔10。
实施例2
如图1所示，本实施例在实施例1的基础上，所述微波聚能腔10为全密闭石墨聚能微波谐振腔，聚能腔内层为镜面石墨整体成型；所述外壳12为全密闭不锈钢外腔；所述保温层11采用氧化铝、氧化锆、氧化硅、莫乃石、石墨以及其他耐温隔热材料；
所述微波反应炉体1的一侧设有与炉体结构相同、以作为炉体一部分的炉门14；所述炉门14焊接于炉门推车15上；所述炉门14与炉体之间采用法兰压紧联接，所述炉门在关闭状态时与炉体形成结构一致的密闭整体。
实施例3
如图1所示，本实施例在实施例1的基础上，所述微波能发生系统2包括微波源及环形器20、进行微波传导的波导管21；所述波导管21两端由可透波的波导窗口密封，避免反应生成的高温气体进入波导管21中引起电离，对微波能发生系统2造成不良影响；其中一端窗口连接微波源，另一端窗口作为聚能腔的部分内壁用以向腔内传导微波。
实施例4
本实施例在实施例3的基础上，所述的微波源为915MHz或2450MHz的微波源；所述波导管21为金属导管或镜面石墨整体成型的导管；靠近微波源一端的波导窗口Ⅰ22材质为Al2O3，靠近聚能腔一端的波导窗口Ⅱ23材质为耐温2000～2200℃的ZrO2，优选钇掺杂的ZrO2。波导窗口Ⅱ23可设在炉门的相对侧，波导管21及波导窗口均为全密封结构。
实施例5
如图1所示，本实施例在实施例3的基础上，所述抽放气系统3包括设于微波聚能腔10上部的排气孔，所述排气孔通过排气管30、排气阀31与真空泵Ⅰ32相连；
还包括设于微波聚能腔10下部用于通入惰性气体以保护反应体系的进气孔和抽气孔Ⅰ，所述进气孔通过进气管33上的进气阀34控制进气，所述抽气孔Ⅰ通过抽气管Ⅰ35、抽气阀Ⅰ36与真空泵Ⅱ37相连；
还包括开设于波导管21下侧的抽气孔Ⅱ，所述抽气孔Ⅱ通过抽气管Ⅱ38、抽气阀Ⅱ39与真空泵Ⅱ37相连。
本实施例抽放气系统3可以为电石反应体系提供气氛，同时调节反应体系的压力。具体的，通过设置排气孔及时排除在电石生产过程中副产的一氧化碳；通过抽气孔Ⅰ将反应室13抽至真空并通过进气孔通入惰性气体如氩气、氦气；通过抽气孔Ⅱ将波导管21中的气体抽出以减少传导对流等引起的热量损失。
实施例6
本实施例在实施例1的基础上，反应室13内可设有物料保温反应系统；所述物料保温反应系统包括保温桶和置于桶内的反应坩埚；所述保温桶由氧化铝纤维或者氧化锆纤维成型制成，优选钇掺杂的氧化铝纤维；所述反应坩埚为氮化硼坩埚，且所述坩埚带有中心开孔的坩埚盖。图中未画出。本实施例中的氧化锆、氮化硼耐高温且透波。
实施例7
本实施例在实施例1的基础上，所述测温监视系统4包括安装在在微波聚能腔10上部的红外测温仪与摄像探头；红外测温仪测量范围为300～2200℃。本实施例可以直接测量和观察坩埚内反应物料的温度和反应情况。
实施例8
如图1所示，本实施例在实施例1的基础上，该反应器还包括与微波能发生系统2、抽放气系统3电连接的控制系统，控制系统集中在电控柜中，以控制反应器的微波加热和抽放气等。
实施例9
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，包括如下反应步骤：
S1、打开反应器炉门14，将碳基原料和钙基原料的混合物料放置于氮化硼坩埚中放入反应室13中，移动炉门推车15关紧炉门；
S2、关闭进气阀34、排气阀31后，打开抽气阀I36、抽气阀II39和真空泵II37进行抽气，当体系压力降低到1KPa后，关闭真空泵II37和抽气阀I36、抽气阀II39，打开进气阀34通入惰性气体氩气或氦气对反应室13进行气氛置换；
S3、如此进行两次气氛置换后，关闭进气阀34，打开微波能发生系统2对反应物料加热，通过水冷循环系统对微波发生能系统和微波聚能腔进行保护；根据反应需求，调变微波源馈入功率来调控反应温度、通过真空泵I32和排气阀31来调控反应压力；
S4、反应结束后，关闭微波能发生系统2和抽放气系统3；当体系温度低于500℃后，打开炉门，取出反应产物电石。
实施例10
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，包括如下步骤：
S1、按照C:Ca＝2.9:1的比例将冶金焦(见表一)和和石灰石(碳酸钙质量含量大于98.0％)混合后进行超细研磨，获得粒度小于80μm的颗粒占90％以上的超细混合物料，在对辊压片机上将超细混合物压制成直径为0.5～1cm、高度为0.2～1cm的圆柱形颗粒；打开反应器炉门14，将上述混合物料放置于氮化硼坩埚中放入反应室13中，移动炉门推车15关紧炉门；
S2、关闭进气阀34、排气阀31后，打开抽气阀I36、抽气阀II39和真空泵II37进行抽气，当体系压力降低到1KPa后，关闭真空泵II37和抽气阀I36、抽气阀II39，打开进气阀34通入惰性气体氩气对反应室13进行气氛置换；
S3、如此进行两次气氛置换后，关闭进气阀34，通过真空泵Ⅱ37与抽气阀Ⅱ39将波导管21中的气体抽出，采用微波频率为0.915GHz的微波源，调节微波功率使物料升温到900℃、同时调节系统压力至0.9atm并在此条件下维持温度压力0.5h。此阶段产生的气体(CO约75％、CH4约3％，CO2约22％)经换热后分离纯化得到的CO气体送入一氧化碳贮罐；中低温段加热完成后，对物料进行低压高温加热反应。加热温度为1800℃，体系绝对压力维持在1000Pa左右，并保温反应60min。反应过程中产生的气体(CO约为96％，CO2为4％左右)经换热冷却后纯化分离，送入一氧化碳贮罐。
S4、反应结束降温到500℃后取出物料即为电石产物。经发气检测，其发气量达298L/Kg。
表一冶金焦炭成分
项目 M<sub>c</sub> A<sub>w</sub> V<sub>a</sub> W<sub>v</sub>
含量 90.2 0.1 4.3 5.4
对比例10-1
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，具体步骤与实施例10类似，区别之处仅在于：S3中在中低温段加热完成后，对物料进行常压高温加热反应。通入氩气使体系压力达到1.2atm后停止通入氩气并打开微波电源，调节微波功率使物料升温到1800℃，并在体系压力维持在正压1.2atm下保温反应60min。反应过程中产生的气体(CO约为97％，氩气等其他组分为3％左右)的混合气体换热冷却后纯化分离，得到纯一氧化碳气体，送入一氧化碳贮罐；相应的S4中电石产物经发气检测，其发气量达136L/Kg。
对比例10-2
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，具体步骤与实施例10类似，区别之处仅在于：
S3、如此进行两次气氛置换后，关闭进气阀34，通过真空泵Ⅱ37与抽气阀Ⅱ39将波导管21中的气体抽出，采用微波频率为0.915GHz的微波源，调节微波功率使物料升温到1800℃，体系绝对压力维持在1000Pa左右，并保温反应60min。反应过程中产生的气体经换热冷却后纯化分离，得到的混合气体组成为：CO含量约55％左右，CO2含量约45％；
S4、反应结束降温到500℃后取出物料即为电石产物。经发气检测，其发气量达276L/Kg。
实施例11
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，包括如下步骤：
S1、将初磨后粒径为0.5～5mm的焦炭(成分见表一)和石灰(氧化钙质量含量大于99％)按照摩尔比为C:Ca＝2.4:1混合后进行超细研磨，获得粒度小于25μm的颗粒占90％以上的超细混合物料，在压力为50MPa的液压机下压成直径为5cm、厚度为1cm的圆片；打开反应器炉门14，将上述混合物料放置于氮化硼坩埚中放入反应室13中，移动炉门推车15关紧炉门；
S2、关闭进气阀34、排气阀31后，打开抽气阀I36、抽气阀II39和真空泵II37进行抽气，当体系压力降低到1KPa后，关闭真空泵II37和抽气阀I36、抽气阀II39，打开进气阀34通入惰性气体氩气、氦气对反应室13进行气氛置换；
S3、如此进行两次气氛置换后，关闭进气阀34，通过真空泵Ⅱ37与抽气阀Ⅱ39将波导管21中的气体抽出，采用微波频率为0.915GHz的微波源，调节微波功率使反应温度在30min内从室温上升到1650℃并保持1650℃反应120min，并保持反应器内绝对压力为1200Pa左右；
S4、反应结束降温到低于500℃后取出物料。物料表面为白色，内部结构致密有烧结，即为制得的电石产物。产物经发气检测，其发气量达268L/Kg。
对比例11-1
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，具体步骤与实施例11类似，区别之处仅在于：S3中保持反应器内绝对压力为2000Pa左右；相应的S4中的产物经发气检测，其发气量达255L/Kg。
对比例11-2
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，具体步骤与实施例11类似，区别之处仅在于：S3中保持反应器内绝对压力为3000Pa左右；相应的S4中的产物经发气检测，其发气量达196L/Kg。
对比例11-3
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，具体步骤与实施例11类似，区别之处仅在于：S3中保持反应器内绝对压力为6000Pa左右；相应的S4中的产物经发气检测，其发气量达98L/Kg。
对比例11-4
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，具体步骤与实施例11类似，区别之处仅在于：S3中调节微波功率使反应温度在30min内从室温上升到1550℃并保持1550℃反应120min；相应的S4中产物经发气检测，其发气量达107L/Kg。
对比例11-5
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，具体步骤与实施例11类似，区别之处仅在于：S3中调节微波功率使反应温度在30min内从室温上升到1600℃并保持1600℃反应120min；相应的S4中产物经发气检测，其发气量达268L/Kg。
对比例11-6
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，具体步骤与实施例11类似，区别之处仅在于：S3中调节微波功率使反应温度在30min内从室温上升到1900℃并保持1900℃反应120min；相应的S4中产物经发气检测，其发气量达320L/Kg。
实施例12
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，包括如下步骤：
S1、按照C:Ca＝3.1:1的比例将焦炭(见表一)和熟石灰(Ca(OH)2含量大于95％)混合后进行超细研磨，获得粒度小于80μm的颗粒占90％以上的超细混合物料，在对辊压片机上将上述超细混合物压制成直径5mm、高度为10mm的圆柱形颗粒；打开反应器炉门14，将上述混合物料放置于氮化硼坩埚中放入反应室13中，移动炉门推车15关紧炉门；
S2、关闭进气阀34、排气阀31后，打开抽气阀I36、抽气阀II39和真空泵II37进行抽气，当体系压力降低到1KPa后，关闭真空泵II37和抽气阀I36、抽气阀II39，打开进气阀34通入惰性气体氩气、氦气对反应室13进行气氛置换；
S3、如此进行两次气氛置换后，关闭进气阀34，通过真空泵Ⅱ37与抽气阀Ⅱ39将波导管21中的气体抽出，采用微波频率为0.915GHz的微波源，调节微波功率使物料升温到600℃、同时调节系统压力至常压1atm并在此条件下维持温度压力40min。中低温段加热完成后，调节体系绝对压力为800Pa左右，同时继续加热物料至1650℃并维持90min，反应体系绝对压力维持在900Pa左右，此反应过程中产生的气体(CO含量约为98％以上)经换热后分离纯化后，得到的高纯度CO气体送入一氧化碳贮罐或进入下一段合成工序；
S4、反应结束降温到500℃后取出物料。经发气检测，其发气量达278L/Kg。
对比例12
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，具体步骤与实施例11类似，区别之处仅在于：
S3、如此进行两次气氛置换后，关闭进气阀34，通过真空泵Ⅱ37与抽气阀Ⅱ39将波导管21中的气体抽出，采用微波频率为0.915GHz的微波源，调节微波功率使物料升温到至1650℃并维持30min，反应体系绝对压力维持在8000Pa左右，此反应过程中产生的气体(CO含量约为98％以上)经换热后分离纯化后，得到的高纯度CO气体送入一氧化碳贮罐或进入下一段合成工序；
S4、反应结束降温到500℃后取出物料。经发气检测，其发气量达88L/Kg。
实施例13
一种微波电石炉反应器制备电石的方法，包括如下步骤：
S1、按照C:Ca＝2.9:1的比例将褐煤(见表二)和生石灰(氧化钙含量大于98％)混合后进行超细研磨，获得粒度小于40μm的颗粒占90％以上的超细混合物料，在对辊压片机上将超细混合物压制成直径为0.5～1cm、高度为0.2～1cm的圆柱形颗粒；打开反应器炉门14，将上述混合物料放置于氮化硼坩埚中放入反应室13中，移动炉门推车15关紧炉门；
S2、关闭进气阀34、排气阀31后，打开抽气阀I36、抽气阀II39和真空泵II37进行抽气，当体系压力降低到1KPa后，关闭真空泵II37和抽气阀I36、抽气阀II39，打开进气阀34通入惰性气体氩气或氦气对反应室13进行气氛置换；
S3、如此进行两次气氛置换后，关闭进气阀34，通过真空泵Ⅱ37与抽气阀Ⅱ39将波导管21中的气体抽出，采用微波频率为0.915GHz的微波源，调节微波功率使物料升温到600℃、同时调节系统压力至常压1atm并在此条件下维持温度压力40min。此阶段产生的气体体经换热分离后得到焦油和气体产物(气体组成：H2+CO为44.7％、CH4为32.3％、CO2为20.8％、其它2.2％)，气体产物经分离后得到高纯度的合成气和甲烷，可分别进入下一段反应工序；中低温段加热完成后，调节体系绝对压力为800Pa左右，同时继续加热物料至1650℃并维持90min，反应体系绝对压力维持在800Pa左右，此反应过程中产生的气体经换热后分离纯化后，得到的高纯度CO气体送入一氧化碳贮罐或进入下一段合成工序；
S4、反应结束降温到500℃后取出物料。经发气检测，其发气量达278L/Kg。
表二褐煤成分
项目 M<sub>ad</sub> A<sub>ad</sub> V<sub>daf</sub> FC<sub>daf</sub> 元素分析C<sub>ad</sub>
含量 24.8 4.3 45.5 54.5 74.9
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微波电石炉反应器，其特征在于：该反应器包括微波反应炉体(1)，所述微波反应炉体(1)包括微波聚能腔(10)、外壳(12)、位于外壳及聚能腔之间的保温层(11)；所述微波聚能腔(10)内形成物料的反应室(13)，聚能腔上设有抽放气系统(3)及测温监视系统(4)；该反应器还包括用于向聚能腔内即反应室(13)传导微波的微波能发生系统(2)；所述微波能发生系统(2)及微波聚能腔(10)上还连接有水循环冷却系统；
所述微波反应炉体(1)的一侧设有与炉体结构相同的炉门(14)；所述炉门(14)焊接于炉门推车(15)上；所述炉门(14)与炉体之间采用法兰压紧联接，炉门在关闭状态时与炉体形成结构一致的密闭整体；
所述微波能发生系统(2)包括微波源及环形器(20)、进行微波传导的波导管(21)；所述波导管(21)两端由可透波的波导窗口密封，其中一端窗口连接微波源，另一端窗口作为聚能腔的部分内壁用以向腔内反应室(13)传导微波；
所述抽放气系统(3)包括设于微波聚能腔(10)上部的排气孔，所述排气孔通过排气管(30)、排气阀(31)与真空泵Ⅰ(32)相连；还包括设于微波聚能腔(10)下部用于通入惰性气体的进气孔和用于抽走空气的抽气孔Ⅰ，所述进气孔通过进气管(33)上的进气阀(34)控制进气，所述抽气孔Ⅰ通过抽气管Ⅰ(35)、抽气阀Ⅰ(36)与真空泵Ⅱ(37)相连；还包括开设于波导管(21)下侧的抽气孔Ⅱ，所述抽气孔Ⅱ通过抽气管Ⅱ(38)、抽气阀Ⅱ(39)与真空泵Ⅱ(37)相连。
2.根据权利要求1所述的一种微波电石炉反应器，其特征在于：所述的微波源为915MHz或2450MHz的微波源；所述波导管(21)为金属导管或镜面石墨整体成型的导管；靠近微波源一端的波导窗口Ⅰ(22)材质为Al2O3，靠近聚能腔一端的波导窗口Ⅱ(23)材质为ZrO2。
3.根据权利要求1所述的一种微波电石炉反应器，其特征在于：所述反应室(13)内设有物料保温反应系统；所述物料保温反应系统包括保温桶和置于桶内的反应坩埚；所述保温桶材质为氧化铝纤维或者氧化锆纤维，所述反应坩埚为透波且保温的氮化硼坩埚，且所述坩埚带有中心开孔的坩埚盖。
4.根据权利要求1所述的一种微波电石炉反应器，其特征在于：所述测温监视系统(4)包括安装在微波聚能腔(10)上部的红外测温仪与摄像探头。
5.根据权利要求1所述的一种微波电石炉反应器，其特征在于：该反应器还包括与微波能发生系统(2)、抽放气系统(3)电连接的控制系统。
6.权利要求1-5任一项所述的微波电石炉反应器制备电石的方法，其特征在于，包括如下反应步骤：
S1、打开反应器炉门(14)，以一定的比例将碳基原料和钙基原料的反应混合物料放置于氮化硼坩埚中放入反应室(13)中，移动炉门推车(15)关紧炉门(14)；
S2、关闭进气阀(34)、排气阀(31)后，打开抽气阀I(36)、抽气阀II(39)和真空泵II(37)进行抽气，当体系压力降低到1KPa后，关闭真空泵II(37)和抽气阀I(36)、抽气阀II(39)，打开进气阀(34)通入惰性气体对反应室(13)进行气氛置换；
S3、如此进行若干次气氛置换后，关闭进气阀(34)，打开微波能发生系统(2)对反应物料加热，通过水冷循环系统对微波能发生系统(2)和微波聚能腔(10)进行保护；根据反应需求，调变微波源的馈入功率来调控反应温度、通过真空泵I(32)和排气阀(31)来调控反应压力；
S4、反应结束后，关闭微波能发生系统(2)和抽放气系统(3)；当体系温度低于500℃后，打开炉门，取出反应产物电石。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述钙基原料选自方解石、石灰石、氧化钙或氢氧化钙；所述碳基原料选自无烟煤、褐煤、长焰煤、半焦或焦炭。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中，通过调变微波源的馈入功率控制使所述方法分为两段加热，分别为中低温加热阶段和高温反应阶段；
所述中低温加热阶段的温度为500～900℃，时间为0.5～3h，绝对压力为0.5～105Kpa；此阶段可放出气体，经换热、分离纯化后，可得到高附加值的产物；
所述高温反应阶段的温度为1550～2000℃，时间0.2～4h，压力为0.0001～1.2atm，使物料反应完全。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述高温反应阶段的温度为1600～1900℃，时间为30～180min，绝对压力为50～2000pa。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述碳基原料和钙基原料的C:Ca摩尔比为(2.0～4.5)：1。
CN201711403738.2A 2017-12-22 2017-12-22 一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法 Active CN107986279B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711403738.2A CN107986279B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711403738.2A CN107986279B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107986279A CN107986279A (zh) 2018-05-04
CN107986279B true CN107986279B (zh) 2023-03-10

Family

ID=62041362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711403738.2A Active CN107986279B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107986279B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108689448A (zh) * 2018-07-20 2018-10-23 北京科瑞博远科技有限公司 一种微波催化氧化处理难降解有机废水的装置和方法
CN108675911B (zh) * 2018-08-21 2021-06-25 中国科学院上海高等研究院 一种降低电石渣产生的电石乙炔生产工艺
CN114031071B (zh) * 2021-09-28 2023-07-18 云南华谱量子材料有限公司 一种微波激励催化自蔓延制备石墨烯的方法与设备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4505787A (en) * 1981-07-13 1985-03-19 Super Fuel Systems Incorporated Process for production of a carbide by-product with microwave energy and aluminum by electrolysis
US5348718A (en) * 1990-04-04 1994-09-20 Phillips Petroleum Company Method and apparatus for producing carbride products
CN102066248A (zh) * 2008-08-01 2011-05-18 北京化工大学 生产电石的方法及系统
CN103101953A (zh) * 2012-12-28 2013-05-15 刘立文 一种石膏生产氧化钙的设备
CN105036134A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 电石炉和制备电石的方法
CN105036132A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 制备电石的方法
CN105439147A (zh) * 2016-01-13 2016-03-30 中国科学院上海高等研究院 一种利用微波能低温制备电石的方法
CN106391064A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 中国科学院福建物质结构研究所 采用亚硝酸酯活化催化剂及净化处理co的工艺方法
CN107055539A (zh) * 2017-05-31 2017-08-18 神雾环保技术股份有限公司 一种脱除氧化镁的电石生产系统及方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204039066U (zh) * 2014-08-15 2014-12-24 浙江天翔环保设备有限公司 一种尾气循环利用的电石炉
CN205023864U (zh) * 2015-09-16 2016-02-10 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 一种煤气供热多段电石反应器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4505787A (en) * 1981-07-13 1985-03-19 Super Fuel Systems Incorporated Process for production of a carbide by-product with microwave energy and aluminum by electrolysis
US5348718A (en) * 1990-04-04 1994-09-20 Phillips Petroleum Company Method and apparatus for producing carbride products
CN102066248A (zh) * 2008-08-01 2011-05-18 北京化工大学 生产电石的方法及系统
CN103101953A (zh) * 2012-12-28 2013-05-15 刘立文 一种石膏生产氧化钙的设备
CN105036134A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 电石炉和制备电石的方法
CN105036132A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 制备电石的方法
CN105439147A (zh) * 2016-01-13 2016-03-30 中国科学院上海高等研究院 一种利用微波能低温制备电石的方法
CN106391064A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 中国科学院福建物质结构研究所 采用亚硝酸酯活化催化剂及净化处理co的工艺方法
CN107055539A (zh) * 2017-05-31 2017-08-18 神雾环保技术股份有限公司 一种脱除氧化镁的电石生产系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107986279A (zh) 2018-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107986279B (zh) 一种微波电石炉反应器及利用其制备电石的方法
US8828347B2 (en) Method and apparatus for gasification with CO2 recovery
CN104016596B (zh) 一种带有发电装置的回转窑
CN101016167A (zh) 预热氯气低温氯化法高纯TiCl4生产技术
CN112744792B (zh) 一种分解硝酸盐制备金属氧化物粉体及硝酸的方法
CN105439147A (zh) 一种利用微波能低温制备电石的方法
CN107857238B (zh) 一种金属镁及其氢化物的多联产生产系统
CN203947031U (zh) 一种带有发电装置的回转窑
CN105314894A (zh) 一种间接生产石灰、回收二氧化碳的回转窑装置和方法
CN113483339B (zh) 资源化处理铝电解碳电极废料的连续式电热炉及方法
CN107857267B (zh) 一种真空低压制备电石的方法
CN106241735B (zh) 一种电石渣制备富氢气体和电石的系统及方法
CN107879752A (zh) 一种耐高温低显气孔率蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法
WO2012055122A1 (zh) 加热气循环式煤物质分解方法及设备
CN114735956B (zh) 一种水泥熟料的低碳生产方法及其系统
CN207774815U (zh) 一种微波电石炉反应器
CN107937029A (zh) 一种煤基电石制乙炔的方法和系统
CN112301178B (zh) 一种金属氧化物粉矿气基还原的装置和方法
CN104016597A (zh) 一种隔焰煅烧石灰窑
CN204058508U (zh) 反应设备、制备气基竖炉用还原气的系统
CN104164257A (zh) 费托反应器纯氧连续气化装置及气化工艺
CN203878192U (zh) 一种连续制备钒氮合金的设备
CN204625479U (zh) 一种间接煅烧生产石灰、回收二氧化碳的回转窑装置
CN109437604B (zh) 利用甲烷重整实现烧成石灰显热回收及尾气利用的方法
CN207193202U (zh) 一种高温热解气回收利用的系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant