CN205953532U - 一种碳化钙的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种碳化钙的生产系统。所述系统包括混料成型单元、反应炉、含碳固体热送单元、油气分离单元、燃气加热炉和电石冶炼炉，混料成型单元包括入料口与出料口；反应炉包括型球入口、气体热载体入口、油气出口和含碳固体出口；油气分离单元与燃气加热炉相连；燃气加热炉的燃气出口与反应炉的气体热载体入口相连；电石冶炼炉包括电石原料入口和电石出口。本实用新型所述系统合理利用了裂解产生的部分燃气，提高了气体产品的品质；将反应产生的含碳固体进行热装，大大节省了电石冶炼炉的电能消耗。

Description

一种碳化钙的生产系统

技术领域

本实用新型主要涉及电石的生产领域，具体涉及一种碳化钙的生产系统。

背景技术

电石作为一种重要的化工原料，主要用于生产乙炔和乙炔基化工产品，曾被誉为“有机合成工业之母”。从我国能源分布上考虑，“富煤、贫油、少气”是我国能源结构的典型特征，煤炭是我国的主要能源，约占一次能源的70％，因此，电石生产对于工业经济发展意义重大。

传统电石生产主要采用电热法，即以块状生石灰和块状焦炭为原料，在电石炉内由电弧加热到2000摄氏度以上，按方程CaO+3C＝CaC₂+CO的反应原理进行高温冶炼生产电石。从对碳素原料的要求考虑，传统电石生产工艺主要存在以下缺陷：(1)要求碳素材料的粒度在5-30mm、固定碳含量>84％、灰分<15％，能够满足这些要求的只有焦炭、半焦、石油焦以及一些优质无烟煤，而这些原料储量十分有限，价格不菲；(2)在原料破碎过程中会伴有15-20％的原料由于粒度小于5mm而被废弃，造成资源的严重浪费；(3)电石生产中主要采用块状碳素原料和石灰，传质和传热效率低，反应速率较低，电石冶炼炉热效率仅为50％左右，电耗高达3250kWh/t电石左右。可见，碳素原料的质量直接影响电石的产量、质量、电力单耗和成本等经济指标。

从原煤的性质考虑，原煤中含有灰、硫及其他少量矿物质。大部分原煤的灰分都高于电石原料的灰分要求上限，需对原煤进行分选脱灰处理。按分选介质的不同可分为湿法分选和干法分选两大类，湿法分选过程中煤与水充分接触，增大选煤产品水分和后续碳素原料的脱水能耗；而常用的干法分选采用常温空气作为分选介质，原煤的表面水分增加了颗粒之间的接触粘附几率，导致实际分选效果变差。另外，近年来，随着煤炭机械化开采程度的提高，原煤在开采过程中的粉煤含量占到40-60％，硬度较差的低阶煤甚至占到70％左右，这显然与传统的电石生产工艺要求碳素原料的粒度大于5mm是相悖的。

为解决传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等缺点，拓宽电石碳基原料的范围，电石生产技术有待进一步改进。

因此，针对上述问题，有必要提供一种碳化钙的生产系统，能解决传统电石生产工艺对原料要求苛刻、高耗能、高污染、低效益等问题。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种碳化钙的生产系统，该系统的目的是解决电石生产工艺中的余热浪费、高耗能问题。进一步地，本实用新型将要解决电石生产工艺对原料的高要求问题。

本实用新型提供的碳化钙的生产系统包括：混料成型单元、反应炉、含碳固体热送单元、油气分离单元、燃气加热炉和电石冶炼炉，其中，所述混料成型单元包括入料口与出料口，用于型球的成型；所述反应炉包括型球入口、气体热载体入口、油气出口和含碳固体出口，用于型球的热解；所述型球入口与所述混料成型单元的出料口相连；所述含碳固体出口与所述含碳固体热送单元相连；所述油气出口与所述油气分离单元相连；所述油气分离单元与所述燃气加热炉相连；所述燃气加热炉的燃气出口与所述反应炉的气体热载体入口相连；所述电石冶炼炉包括电石原料入口和电石出口，用于电石的冶炼；所述电石原料入口与所述含碳固体热送单元的出口相连。

上述的系统还可包括焦油储罐，所述焦油储罐的入口与所述油气分离单元的液体出口相连，所述焦油储罐的出口与所述混料成型单元的入口相连。

进一步地，上述的系统还可包括燃气加压单元，所述燃气加压单元设于所述油气分离单元和所述燃气加热炉之间。

进一步地，上述的系统还可包括破碎单元，所述破碎单元设于所述混料成型单元之前。

进一步地，所述系统还可包括燃气储柜，所述燃气储柜与所述油气分离单元的气体出口或与所述燃气加压单元的燃气出口相连。

根据本实用新型的上述技术方案，既能将热解产生的一部分燃气在燃气加热炉内加热后为反应炉提供热量，又将热解过程产生的部分热态含碳固体进行热装，降低了裂解过程的能耗。

进一步地，本实用新型还可将热解产生的焦油作为粘结剂送入混料成型单元内进行电石原料的混合成型，提高了粉料的成型率和型球强度，解决了电石生产工艺对原料的特殊要求，同时做到了资源的循环利用，节能环保，具有较高的环境经济效益。

附图说明

图1是本实用新型实施例的碳化钙的生产系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例的碳化钙的生产系统流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

图1为本实用新型提供的碳化钙的生产系统简图。

该系统包括原料仓1、破碎单元2、混料成型单元3、反应炉4、含碳固体热送单元5、油气分离单元6、燃气加压单元7、燃气加热炉8、燃气储柜9、焦油储罐10、电石冶炼炉11，其中，原料仓1、破碎单元2、燃气加压单元7、燃气储柜9、焦油储罐10不是必须设置。

具体的，原料仓1用于盛放电石原料；破碎单元2包括破碎装置，用于原料的破碎，其入口与原料仓1的出口相连。混料成型单元3包括混料机与成型机，设有入料口与出料口，用于型球的成型。将煤与石灰有效成型后，形成的型球具有较好的强度、热稳定性，对之后型球的热解气化等深加工或使用有较好的促进作用。此外，还可减少热解过程中挥发物在逸出时的粉尘夹带，进而提高热解油、气产品的品质。

反应炉4为竖式反应炉，包括型球入口、气体热载体入口、油气出口和含碳固体出口，用于型球的热解。竖式反应炉的炉身直立，炉气在炉内向上运动，与炉料之间呈逆流换热，这就有利于物料之间的传质传热。多数竖炉的炉料与燃料直接接触。一般炉顶的构造，有敞开的和密闭的两种。

其中，反应炉4的型球入口与混料成型单元3的出料口相连；所述含碳固体出口与所述含碳固体热送单元相连，用于解决反应系统能耗高、能量浪费的问题；所述油气出口与所述油气分离单元相连，用于进一步的油气分离。

油气分离单元6包括油气分离器，用于将油气进行分离得到液体燃料和燃气。燃气加压单元7包括加压装置，用于将燃气进行加压处理。当不设置燃气加压单元7时，所述油气分离单元6与所述燃气加热炉8相连。当设置燃气加压单元7时，所述油气分离单元6与燃气加压单元7、燃气加热炉8依次相连。所述燃气加热炉8的燃气出口与所述反应炉4的气体热载体入口相连，可将热解过程产生的一部分燃气在燃气加热炉内加热后作为气体热载体为反应炉提供热量，用于燃气的循环利用。

燃气加压单元7可将加压后的压缩燃气分别利用，一部分送入燃气储柜9存储，一部分送往燃气加热炉8进行加热。

上述的系统还可包括焦油储罐10，所述焦油储罐10的入口与所述油气分离单元6的液体出口相连，用于存储液体焦油。所述焦油储罐10的出口与所述混料成型单元3的入口相连，用于将焦油作为粘结剂输入混料成型单元，使得煤与石灰有效地成型，以使形成的型球具有较好的强度、热稳定性，达到电石原料的生产要求。当然，油气分离单元6的液体出口可直接与混料成型单元3的入口相连，省掉焦油储罐10的设置。

燃气加压单元7的燃气出口可分别与燃气储柜9和燃气加热炉8相连，燃气加热炉8的燃气出口与所述反应炉4的气体热载体入口相连。当不设燃气加压单元7时，燃气储柜9可直接与油气分离单元6的燃气出口连接。

反应炉4的含碳固体出口与所述含碳固体热送单元5的入口相连，含碳固体热送单元5的出口与电石冶炼炉11的入口相连，用于电石的冶炼生产。

其中，含碳固体热送单元5，将含碳固体从反应炉的固体出料口出来后装入含碳固体保温输送装置内，能够减少含碳固体的热损失，大大节省了电石冶炼炉的电能消耗，进而降低了电石的加工成本。

如图2所示，本实用新型提供的碳化钙的生产方法的具体操作步骤如下：

将原料破碎：将煤、石灰破碎到2mm粒径以下；

粉料混料成型：将破碎后的煤与石灰先混料后成型，得到型球，成型后型球的粒度为5-40毫米,冷压强度大于200牛/个；

反应炉处理，将型球在反应炉内进行热解处理。反应温度在500-950摄氏度，热解后得到含碳固体、燃气等产物；

含碳固体热装处理，将含碳固体从反应炉的固体出料口出来后装入含碳固体保温输送装置内，减少含碳固体的热损失；

电石冶炼炉冶炼：将保温输送装置内的含碳固体送入电石冶炼炉进行冶炼，冶炼温度大于1700摄氏度；

燃气加压，将燃气在加压装置内进行加压处理，并将加压后的压缩燃气分别利用，一部分进入燃气储柜存储，一部分进入燃气加热炉进行加热；

燃气加热，将一部分压缩燃气在加热炉内加热，加热炉的炉温控制在700摄氏度以上，燃气的主要成分为乙炔、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等。

焦油用于成型，将反应炉热解过程中产生的焦油作为粘结剂用于粉料的成型。

上述步骤不是全部必须，比如原料的破碎、燃气加压，焦油的循环利用等可根据实际情况设置。

由上述方案可知，本实用新型提供的碳化钙的生产系统，通过将热解过程产生的一部分燃气在燃气加热炉内加热后作为气体热载体为反应炉提供热量，做到了资源的循环利用；将裂解过程产生的焦油作为成型过程的粘结剂，提高了粉料的成型率和型球强度；将从反应炉产生的含碳固体进行热装，并将热装的含碳固体送入电石冶炼炉内，大大节省了电石冶炼炉的电能消耗，进而降低了电石加工成本。

下面结合具体实施例来说明本实用新型的技术方案。

下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述说明书中所示。

实施例1

将煤和石灰等原料进入原料破碎单元进行破碎，粉碎至1mm以下，进入粉料混料成型单元进行混料成型，型煤进入反应炉，设定反应温度进行反应，产生含碳固体和燃气，含碳固体在电石冶炼炉内进行反应，产生碳化钙，即电石。

本实施例的含碳固体为内蒙某矿区褐煤，破碎煤的粒度为2mm以下，型球的尺寸为18mm*18mm*38mm、4mmx4mmx10mm、30mmx30mmx50mm,反应温度分别500℃、720℃为950℃，燃气加热温度为800℃。原料及反应炉产生的含碳固体的分析结果平均值如表1-表2。电石冶炼炉的平均反应温度为1900摄氏度，电石产品的平均发气量为310升/千克。

表1：原料分析结果

表2含碳固体分析结果

其中，表中的M_ad代表空气干燥基水分；A_ad代表干燥基灰分；V_ad代表空气干燥基挥发分；FC_ad代表空气干燥基固定碳。

表中的S_t,ad代表空气干燥基全硫含量；C_ad代表空气干燥基碳含量；H_ad代表空气干燥基氢含量；N_ad代表空气干燥基氮含量；O_ad代表空气干燥基氧含量。

由上述实施例可见，本实用新型的技术方案能有效利用热解产生的燃气与含碳固体的热值，朝着资源与能量利用最大化的方向发展，对整个电石行业与社会环境都有着积极的作用。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种碳化钙的生产系统，所述系统包括混料成型单元、反应炉、含碳固体热送单元、油气分离单元、燃气加热炉和电石冶炼炉，其中，

所述混料成型单元包括入料口与出料口，用于型球的成型；

所述反应炉包括型球入口、气体热载体入口、油气出口和含碳固体出口，用于型球的热解；所述型球入口与所述混料成型单元的出料口相连；所述含碳固体出口与所述含碳固体热送单元相连；所述油气出口与所述油气分离单元相连；

所述油气分离单元与所述燃气加热炉相连；所述燃气加热炉的燃气出口与所述反应炉的气体热载体入口相连；

所述电石冶炼炉包括电石原料入口和电石出口，用于电石的冶炼；所述电石原料入口与所述含碳固体热送单元的出口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括焦油储罐，所述焦油储罐的入口与所述油气分离单元的液体出口相连，所述焦油储罐的出口与所述混料成型单元的入口相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括燃气加压单元，所述燃气加压单元设于所述油气分离单元和所述燃气加热炉之间。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括破碎单元，所述破碎单元设于所述混料成型单元之前。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括燃气储柜，所述燃气储柜与所述油气分离单元的气体出口或与所述燃气加压单元的燃气出口相连。