一種鈣焦球團分級氧熱法生產電石的裝置的製作方法
2023-06-23 19:05:31
1.技術領域
本發明提供一種鈣焦球團分級氧熱法生產電石的裝置，涉及煤化工領域。
2.
背景技術：
目前乙炔主要是通過電石法大規模生產，是有機合成工業的重要原料。電石是以生石灰和碳素為原料，在電石爐中經過複雜的物理化學變化而生成的。作為一種新型碳素材料，半焦是以高揮發分的弱粘結或不粘結性煤為原料，經中、低溫乾餾炭化除去煤中焦油物質和大部分揮發分後的固體產品以其固定炭高、電阻率高含灰份低、硫含量低、磷含量低的特性和低廉的價格，正逐步被推廣應用於電石、鐵合金等產品的生產，以替代價格昂貴的冶金焦，半焦作為冶金行業重要原材料。
當前最為成熟的電石生產方法是傳統的電熱法，反應裝置為電弧爐。電弧爐對塊狀原料的粒度和品質有一定的要求，生石灰中氧化鈣的含量要大於92％，焦炭中的固定碳需大於84％、灰分要小於15％、水分小於3％，揮發份小於1.5％；原料的粒度對生產過程十分重要，尤其是生石灰的粒度，粒度過小會導致爐氣不能順利排出，造成「崩床」等問題，粒度過大會降低焦炭與氧化鈣之間的接觸面積，影響傳遞性能，降低反應速率；工業一般要求原料的粒徑範圍為5-30mm。由於塊狀焦炭和cao(5-30mm)之間的接觸面積小，固-固反應受傳遞過程的嚴重限制，反應過程需要經過生石灰熔融態和在焦炭塊中滲入發生化學反應，使得電弧爐反應需在高溫下進行(2000-2200℃)，反應時間長(1-2h)，單爐產能低(70kt/a)，每噸電石(純度80％)的能耗高達3250kw·h，熱效率僅為50％；加之間歇排出高達2000℃以上的電石液體熔液，熱量回收困難，工人操作勞動環境惡劣，存在二次汙染和爆炸隱患，裝置技術亟待改進。
氧熱法電石生產裝置基本模仿高爐煉鐵，就是在固定床反應器中利用燃料在電石爐中燃燒代替電加熱來生產電石，避免燃煤發電過程中的能量損耗；並且可以和煤炭熱解提質過程藕合，減少工業廢渣排放，有望形成一條煤炭綜合利用的新工藝路線。從20世紀50年代開始，人們對於氧熱法生產電石的研究從未停息，1960年左右，美國、德國和荷蘭三國就己經搭建了中試規模的氧熱法生產電石裝置，國外目前也已有稍有規模的氧熱法生產電石裝置，根據有關報導，每生產一噸電石需要消耗氧氣1560nm3、消耗焦炭2.8t、生石灰1.2t，另外還需耗電600度。儘管劉振宇等根據氧熱法的理念通過研究粉狀焦炭和氧化鈣的反應過程，提出了一種電石的新生產方法，採用粒度小於0.3mm的粉狀含碳原料(煤或焦炭)和粉狀含鈣原料(碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣或電石渣)生產電石的工藝，並提出了二種反應器結構。但由於反應器結構以及沒有考慮隨碳化鈣含量變化造成的電石熔點w型變化規律，氧熱法所生產電石的技術路線和電熱法一樣是液態產品，鈣焦比選擇不合理，致使電石熱量回收困難，原料預熱還是利用副產高溫co，與國外氧熱法工藝相比，氧耗和碳耗均未見大幅度降低，目前未見工業中試和工業化結果。
目前的電弧爐加熱法工藝過程中生石灰和焦炭添加過程繁瑣、複雜，且在石灰石和半焦炭在整個生產和使用過程中，始終伴隨著固體破碎、固體篩分和固體運輸等工序，這些工序均會產生大量低價值的小於6mm的粉狀生石灰半焦或焦炭，亟待利用。
另外由於優質石灰石資源較為緊張，開採對山體環境破壞嚴重，各地對石灰石開採量控制越來越嚴，成為國內生石灰生產的瓶頸，亟待充分利用電石渣中有效成分，提高石灰石的循環利用率。
因此急需開發能夠利用生石灰粉和焦粉生產電石和乙炔的新工藝和配套裝備技術，提高電石渣的循環利用率，降低反應溫度，加快反應速度，降低生產能耗和成本，提高電石爐的處理能力和熱量回收率，消除二次汙染。
3.
技術實現要素：
本發明的目的是為了克服現有電爐加熱法生產乙炔的不足而發明的一種鈣焦球團分級氧熱法生產電石的裝置，利用空氣和焦粉助燃反應生成的co，移動床預熱器回收熱量，大幅度降低了氧熱法的焦炭和氧氣消耗，減輕了電石尾氣利用和處理難度；充分利用旋轉窯反應器長停留時間，實現固相電石連續生產，便於餘熱回收；保溫移動床既進一步確保電石原位反應的高轉化率，又實現了旋轉窯反應器和篦式冷卻機的固體密封；反應焦粉和供熱焦粉各自分開使用，供熱焦粉利用不同噴射燃燒器、選擇不同助燃劑分級燃燒，大幅度降低了氧耗，充分利用了焦粉的化學熱；篦式冷卻機利用惰性氣體風冷高溫固體電石，充分利用冷風和冷料層保護了篦板和配套推動設備，實現高溫物料熱回收；鈣焦球團反應既解決了生石灰粉和焦粉的再利用難題，又降低反應溫度、加快反應速度、降低生產能耗和成本、提高了電石爐的處理能力，還實現了優質石灰石資源的循環利用、消除了固廢汙染。
本發明的技術方案：一種鈣焦球團分級氧熱法生產電石的裝置主要由移動床預熱器、旋轉窯反應器、保溫移動床和篦式冷卻機四部分組成，移動床預熱器的底部通過高溫塞閥接入到旋轉窯反應器的窯尾，旋轉窯反應器的窯頭通過窯頭出口接到保溫移動床的頂部，保溫移動床的底部通過窄條縫與篦式冷卻機的入口聯通；篦式冷卻機的底部設置有各自獨立進氣的分布式風箱，篦式冷卻機的出口設置有電石產品排料閥連續排出低溫電石產品，篦式冷卻機入口端設置有換熱惰性氣體抽出口，依次連接換熱器、加壓循環風機和分布式風箱；移動床預熱器頂部的換後空氣燃燒氣通過氣固分離器除塵和補燃式廢鍋回收熱量後，被引風機外排。
其中，移動床預熱器頂部中心設有旋轉密封進料器和下料管，下料管長50-1000mm；頂部側面設有換後空氣燃燒煙氣的出口，分別依次連接氣固分離器、補燃式廢鍋和引風機；底部為爐箅式錐形封頭，便於反空氣燃燒煙氣進入移動床預熱器加熱鈣焦球團，開孔率10％-70％、錐角45％-150％；爐箅式錐形封頭中部設置下料管，下料管出口設置有耐高溫塞閥，控制下料量。
旋轉窯反應器的長度為20-80m，窯尾設置有焦粉空氣助燃燒器，窯頭設置有焦粉氧氣燃燒器，旋轉窯反應器採用鎂碳磚、尖晶石磚或直接結合鎂鉻磚以及澆注材料。
保溫移動床為矩形結構，底部設置錐形封頭，錐角45％-150％，中心開有與移動床等長度的窄條縫，寬度50-300mm。
本發明將實施例來詳細敘述本發明的特點。
4.附圖說明
附圖為本發明的工藝示意圖。
附圖的圖面說明如下：
1、進料器2、移動床預熱器3、氣固分離器4、補燃式廢鍋5、引風機6、焦粉空氣助燃燒器7、爐箅式錐形封頭8、高溫塞閥9、旋轉窯反應器10、焦粉氧氣燃燒器11、窯頭出口12、保溫移動床13、篦式冷卻機14、換熱器15加壓循環風機16、電石產品排料閥
下面結合附圖和實施例來詳述本發明的工藝特點。
5.具體實施方式
實施例，一種鈣焦球團分級氧熱法生產電石的裝置主要由移動床預熱器(2)、旋轉窯反應器(9)、保溫移動床(12)和篦式冷卻機(13)四部分組成，移動床預熱器(2)的底部通過高溫塞閥(8)接入到旋轉窯反應器(9)的窯尾，旋轉窯反應器(9)的窯頭通過窯頭出口接到保溫移動床(12)的頂部，保溫移動床(12)的底部通過窄條縫與篦式冷卻機(13)的入口聯通；篦式冷卻機(13)的底部設置有各自獨立進氣的分布式風箱，篦式冷卻機(13)的出口設置有電石產品排料閥(16)連續排出低溫電石產品，篦式冷卻機(13)入口端設置有換熱惰性氣體抽出口，依次連接換熱器(14)、加壓循環風機(15)和分布式風箱；移動床預熱器(2)頂部的換後空氣燃燒氣通過氣固分離器(3)除塵和補燃式廢鍋(4)回收熱量後，被引風機(5)外排。
其中，移動床預熱器(2)頂部中心設有旋轉密封進料器(1)和下料管，下料管長50-1000mm；頂部側面設有換後空氣燃燒煙氣的出口，分別依次連接氣固分離器(3)、補燃式廢鍋(4)和引風機(5)；底部為爐箅式錐形封頭(7)，便於反空氣燃燒煙氣進入移動床預熱器(2)加熱鈣焦球團，開孔率10％-70％、錐角45％-150％；爐箅式錐形封頭(7)中部設置下料管，下料管出口設置有耐高溫塞閥(8)，控制下料量。
旋轉窯反應器(1)的長度為20-80m，窯尾設置有焦粉空氣助燃燒器(6)，窯頭設置有焦粉氧氣燃燒器(10)，旋轉窯反應器(9)採用鎂碳磚、尖晶石磚或直接結合鎂鉻磚以及澆注材料。
保溫移動床(12)為矩形結構，底部設置錐形封頭，錐角45％-150％，中心開有與移動床等長度的窄條縫，寬度50-300mm。
具體操作為：將5-30mm的鈣焦球團通過進料器(1)加入到移動床預熱器(2)中，與從移動床預熱器(2)底部上升的空氣燃燒煙氣逆流換熱到600-1300℃，然後通過移動床預熱器(2)底部的高溫塞閥(8)控制流入旋轉窯反應器(9)的窯尾；熱鈣焦球團在以傾斜度1.5-10°、2.0-50轉/分鐘的旋轉窯內被窯頭焦粉氧氣燃燒器(10)噴吹的焦粉和氧氣高溫火焰加熱到1400-1900℃，反應生成電石、放出co，含有co和h2的高溫反應氣逆流流到窯尾與通過焦粉空氣助燃燒器(6)加入空氣和焦粉混合燃燒生成預熱用的空氣燃燒煙氣；生成的電石從窯頭出口(11)流入保溫移動床(12)強化反應5-90分鐘後，從保溫移動床(12)底部流入篦式冷卻機(13)降溫到100℃以下通過電石產品排料閥(16)作為產品排出，加熱的惰性氣體被換熱器(14)回收熱量後又被加壓風機(15)加壓循環回篦式冷卻機(13)取熱；移動床預熱器(2)頂部的換後空氣燃燒氣通過氣固分離器(3)除塵和補燃式廢鍋(4)回收熱量後，被引風機(5)外排。
本發明所提供的鈣焦球團分級氧熱法生產電石的裝置，選擇合理鈣焦比，使電石中碳化鈣含量大於78％，確保旋轉窯反應器中電石產品為固態，便於流動和餘熱回收；反應焦粉製備鈣焦球團原位反應生產電石，燃燒供熱焦粉分別在燃燒器和助燃器中選用不同助燃劑分級燃燒，降低氧耗60％以上，減輕了尾氣利用和處理難度，同時電石渣中雜質分離難度降低；鈣焦球團原位反應制電石利用了廉價的焦粉和粉狀石灰，降低反應溫度300℃以上，加快反應速度1倍以上，實現了電石連續生產，降低生產成本30％以上，降低電耗80％，還實現了電石渣循環利用率大於80％，消除了電石渣汙染；篦式冷卻機回收電石排出熱70％以上，消除了高溫電石液體排放的二次汙染和爆炸危險，改善了工人的勞動環境。