專利名稱：氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法及電石反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備電石和合成氣的方法及其專用設(shè)備，具體的說是采用氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法及電石反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
電石是基本的有機(jī)化工原料，由它制得的乙炔氣可代替石油制品生產(chǎn)醋酸、聚氯乙烯、醋酸乙烯、聚乙烯醇、乙炔基醚、乙炔炭黑等等上千種有機(jī)產(chǎn)品。因此其有廣闊的用途，可以預(yù)見，市場對電石的需求量將不斷上漲。電石的生產(chǎn)方法有氧熱法和電熱法兩種，目前工業(yè)上一般采用電熱法生產(chǎn)電石， 即焦炭(C)和氧化鈣(CaO)在電石爐內(nèi)，采用固定床依靠電弧高溫(> 2000°C )熔化反應(yīng)而生成電石，電熱法制備電石的特點是采用塊狀原料進(jìn)料和利用電能生產(chǎn)電石，它存在反應(yīng)速率慢、反應(yīng)時間長、反應(yīng)溫度高，耗電量大，電石產(chǎn)量低、粉塵和尾氣治理困難的問題。 正是由于傳統(tǒng)電石生產(chǎn)技術(shù)存在“高投入、高污染、高能耗”的缺點，不符合節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的要求，因此國家發(fā)改委多次發(fā)文限制其發(fā)展。氧熱法是在氧的存在下使部分碳發(fā)生燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)崃渴故Ｓ嗵己外}發(fā)生反應(yīng)生成電石，該法由于具有反應(yīng)時間短、反應(yīng)溫度低、污染小的優(yōu)點逐漸被重視，如專利申請?zhí)?00810117540. 2公開了一種電石生產(chǎn)方法，將粉狀的含碳原料和含鈣原料混合后部分燃燒直接加熱混合物生產(chǎn)電石，并利用電石產(chǎn)生的CO對原料進(jìn)行預(yù)熱。其主要特點是 1)利用氧和碳燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)崃看鎮(zhèn)鹘y(tǒng)電弧高溫使C和CaO反應(yīng)生成電石，其反應(yīng)溫度要求較低(1700°C以上即可)，供熱成本也較電力供熱要低；2)采用粉狀原料替代塊狀原料，達(dá)到提高能源利用率、加快反應(yīng)速率、降低反應(yīng)溫度，提高生產(chǎn)能力目的，幻對原料進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱采用電石副產(chǎn)的CO和輔助燃料燃燒供熱，以減少后續(xù)反應(yīng)中炭含量的消耗， 提高電石純度。該發(fā)明方法是在熱氧法理論基礎(chǔ)上對該技術(shù)方案的進(jìn)一步具體化。又如 200810239805. 6公開了一種電石生產(chǎn)系統(tǒng)，包括預(yù)熱單元和反應(yīng)單元，預(yù)熱單元包括混合進(jìn)料裝置、預(yù)熱裝置、氣體壓縮裝置和換熱器；反應(yīng)單元包括進(jìn)料裝置、反應(yīng)器和換熱器。在反應(yīng)器內(nèi)為達(dá)到要求的1700°C以上高溫，消耗的氧氣、碳量仍然較多；由該生產(chǎn)系統(tǒng)各裝置的設(shè)置看來，利用氧熱法生產(chǎn)電石其涉及的設(shè)備多、投資大、工藝較為復(fù)雜、副產(chǎn)的CO量較少。由于副產(chǎn)的CO量少，因此不適用于作為化工裝置原料氣使用；且CO回輸和氧氣燃燒預(yù)熱原料的工藝思路表面看來似乎達(dá)到的產(chǎn)物循環(huán)利用的目的，實際卻存在增加了工藝步驟、提高了運行成本的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了提供一種氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法，該方法在本發(fā)明專用的電石反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，工藝簡單、占地面積小、操作簡便、反應(yīng)效率高、電石純度高， 生成的合成氣的量是現(xiàn)有熱氧法的七倍以上，同時原料和燃料(氧氣)的消耗率低。本發(fā)明還提供一種用于上述方法的電石反應(yīng)器，該反應(yīng)器可同時進(jìn)行燃料預(yù)熱、電石反應(yīng)和氣固分離，涉及設(shè)備少、投資和運行成低。本發(fā)明技術(shù)方案包括氣固分離器，氣固分離器下方設(shè)有封閉式反應(yīng)爐，所述封閉式反應(yīng)爐由上部的預(yù)熱室、中部的氣化室、下部的反應(yīng)室構(gòu)成，所述預(yù)熱室頂部設(shè)有第一進(jìn)料口及對稱均勻排列的經(jīng)管道與氣固分離器進(jìn)氣口連接的至少兩個出氣口，預(yù)熱室側(cè)壁均勻設(shè)多個第二進(jìn)料口，及對稱均勻設(shè)置至少兩個灰返回進(jìn)口，所述灰返回進(jìn)口經(jīng)管道與氣固分離器的出灰口連接；所述氣化室內(nèi)還設(shè)有煤燒嘴、開工點火燒嘴；所述反應(yīng)室設(shè)有氧燒咀，底部還設(shè)有出料口。所述預(yù)熱室由頂部球拱形段，中部直邊段和下部變徑段構(gòu)成。所述下部變徑段的變徑角度為5-30°。所述預(yù)熱室頂部的第一進(jìn)料口向下的擴(kuò)張角度為5-8°。所述預(yù)熱室側(cè)壁的第二進(jìn)料口向下的傾角為5-20°，切向角度為3-10°。所述反應(yīng)室的氧燒咀切向角度為3-8°，向下傾角為10-30°。本發(fā)明氧熱法氣化制備電石和合成氣的方法，將經(jīng)磨煤和干燥的含碳原料和含鈣原料由進(jìn)料口送入預(yù)熱室預(yù)熱，同時部分含碳原料中的碳與預(yù)熱室內(nèi)的CO2發(fā)生吸熱反應(yīng)生成CO，CO進(jìn)入氣固分離器分離出含碳和氧化鈣的灰粉后排出，分離出的灰粉送回預(yù)熱室，和剩余的含碳原料、含鈣原料一起下降經(jīng)氣化室進(jìn)一步預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)室底部，在反應(yīng)室內(nèi)碳和純氧燃燒的高溫?zé)崃渴故Ｓ嗪荚现械奶己秃}原料中的氧化鈣反應(yīng)生成電石和C0，電石經(jīng)出料口出料，CO上升至預(yù)熱室對原料接觸換熱，然后經(jīng)氣固分離器分離出含碳和氧化鈣的灰粉后排出。所述含碳原料和含鈣原料中的C Ca的重量比為2.2 3 1，所述含鈣原料和含碳原料分兩部分進(jìn)入預(yù)熱室，總重量的1\2-1\4從頂部噴射進(jìn)入，余下部分從預(yù)熱室側(cè)壁呈切圓旋流向下進(jìn)入，該部分物料的載氣溫度為200-220°C，優(yōu)選使用氣固分離器分離出的部分經(jīng)冷卻的CO氣體。所述含鈣原料為碳酸鈣，碳酸鈣在進(jìn)入預(yù)熱室后高溫下分解為氧化鈣和CO2，氧化鈣和含碳原料一起下降經(jīng)氣化室進(jìn)入反應(yīng)室底部。所述進(jìn)料采用加壓進(jìn)料，壓力控制在0. 5 4. OMPa0所述反應(yīng)室的高溫由位于反應(yīng)室的氧燒咀噴入的純氧與反應(yīng)室內(nèi)的部分含碳原料燃燒維持，或由氧燒咀噴入的含碳原料和純氧混合物燃燒維持，燃燒生成CO2進(jìn)入預(yù)熱室。通過控制氧燒咀的切向角度3-8°和向下傾角10-30°，控制噴射速度200_300m/ s，使噴出的氣流形成向下傾斜角度以沖擊攪拌反應(yīng)室內(nèi)的電石池，加速電石反應(yīng)。所述氣化室的高溫由煤燒咀噴入的含碳原料與含氧氣體混合物燃燒維持，燃燒生成(X)2進(jìn)入預(yù)熱室；所述預(yù)熱室的高溫由電石反應(yīng)生成的CO所攜帶的熱量及氣化室和反應(yīng)室內(nèi)的高溫輻射維持。本發(fā)明電石反應(yīng)器通過在封閉式反應(yīng)爐內(nèi)劃分的預(yù)熱區(qū)、氣化區(qū)和反應(yīng)區(qū)，以及與封閉式反應(yīng)爐連接的氣固分離器將燃料預(yù)熱、電石生產(chǎn)和氣固分離步驟整合在一個設(shè)備中進(jìn)行，設(shè)計極為巧妙。實驗中發(fā)現(xiàn)，單從預(yù)熱室頂部進(jìn)料，雖然能夠生成CO降低預(yù)熱室室溫，但由于煤粉顆粒較細(xì)(大部分煤粉顆粒小于20 μ m)，顆粒物在上升氣流的作用下在頂部打旋，可能存在原料難以進(jìn)入反應(yīng)室參與反應(yīng)的問題，可能存在原料難以進(jìn)入反應(yīng)室的問題，因此考慮在預(yù)熱室側(cè)壁增加一個第二進(jìn)料口，使部分原料沿側(cè)壁向下進(jìn)入氣化室和反應(yīng)室，為保證該部分原料在預(yù)熱室內(nèi)得到充分預(yù)熱，通過設(shè)計第二進(jìn)料口向下的傾角為5-20°和切向角度為3-10°使原料沿側(cè)壁呈切圓旋流向下進(jìn)入反應(yīng)室，切圓旋流向下的方式可增加原料在預(yù)熱室內(nèi)的停留時間，使其得到充分預(yù)熱。球形封頭下部直邊段和變徑段的設(shè)置是為了保證(X)2與原料在收縮口充分接觸， 使CO2與C充分反應(yīng)生成C0，同時為了避免氣流將原料大量帶出反應(yīng)室，變徑段的角度最好控制在5-30°。變徑段形成漸縮的結(jié)構(gòu)配合進(jìn)料口向下的擴(kuò)張角使物料在預(yù)熱室內(nèi)被充分預(yù)熱至500°C以上。特別設(shè)計增加氣化室，利用氣化室的煤燒咀噴入的含氧氣體與煤的混合物燃燒可使氣化室產(chǎn)生1000°C以上的高溫。反應(yīng)室的氧燒咀可同向設(shè)置多個，通過對其切向角度和向下傾角的控制，可使由燒咀高速噴出的氣體對反應(yīng)室內(nèi)電石池產(chǎn)生攪拌作用，使電石反應(yīng)更為充分，減少反應(yīng)時間、提高反應(yīng)效率和電石純度。所述氣固反應(yīng)器優(yōu)選采用旋風(fēng)分離器。電石反應(yīng)器內(nèi)可根據(jù)工況的要求進(jìn)行合適的耐高溫、耐磨蝕處理。本發(fā)明方法在上述電石反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，在原料采用含碳原料和含鈣原料的混合物，所述含碳原料可以為煤粉或蘭碳，所述含鈣原料可以為氧化鈣或碳酸鈣，粒徑不大于 0. 45mm為好。當(dāng)含鈣原料采用碳酸鈣時，可在預(yù)熱室內(nèi)高溫下分解成氧化鈣和CO2,氧化鈣可作為電石反應(yīng)的原料，CO2則可與煤粉發(fā)生吸熱反應(yīng)生成C0，提高合成氣的產(chǎn)量。在本發(fā)明中，含碳原料在四處被消耗1)在預(yù)熱室內(nèi)與CO2反應(yīng)生成CO被部分消耗；2)在氣化室內(nèi)與含氧氣體燃燒供給氣化室熱量時被部分消耗；幻在反應(yīng)室內(nèi)與氧化鈣在高溫下進(jìn)行電石反應(yīng)被部分消耗；4)在反應(yīng)室內(nèi)與純氧燃燒供給反應(yīng)室熱量被部分消耗。因此含碳原料和含鈣原料的量應(yīng)充分考慮上述原因，將碳的含量大量過量，為C Ca的重量比為 2.2 3 1，本發(fā)明中，CO2在三處被生成1)在預(yù)熱室內(nèi)碳酸鈣(若含鈣原料為碳酸鈣時)在高溫下分解得到(X)2 ；2)反應(yīng)室內(nèi)純氧和碳燃燒生成(X)2 ；3)氣化室內(nèi)含氧氣體與含碳原料燃燒生成(X)2。發(fā)明人充分利用大量生成的(X)2，使其在預(yù)熱室內(nèi)與煤粉接觸生成C0， 加之電石反應(yīng)本身也可生成C0，兩種反應(yīng)生成的CO氣體量可達(dá)現(xiàn)有工藝的7倍以上，能源利用率高、特別適合作為化工產(chǎn)業(yè)的原料氣使用。由于反應(yīng)爐內(nèi)生成的CO氣體均含有灰粉 (即含塵CO氣體)，因此必須經(jīng)管道匯總后送入氣固分離器中除塵后才可排出供后續(xù)使用， 分離后的灰粉可返回反應(yīng)爐中被循環(huán)利用，整個工藝的所有反應(yīng)產(chǎn)物均可合理利用或回收再利用。作為本發(fā)明工藝的另一發(fā)明點，通過加壓進(jìn)料，控制達(dá)到如下目的1)加壓進(jìn)料可使原料在預(yù)熱室分散更為均勻，充分預(yù)熱；2)使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生一定的壓力，向下壓縮反應(yīng)室內(nèi)電石反應(yīng)區(qū)的高度，在盡可能小的高溫區(qū)域進(jìn)行電石反應(yīng)可有效節(jié)能降耗。3)使?fàn)t內(nèi)保持一定的壓力，可防止由于磨蝕導(dǎo)致部件中帶有的水冷夾套中的水漏出，由此引起爐內(nèi)的安全事故；4)生成的電石由于爐內(nèi)壓力作用可自動由出料口出料，減少設(shè)備投入?？紤]到反應(yīng)后上升的CO氣體中含有熔渣，上升至預(yù)熱室下部時易在器壁結(jié)渣，由于溫度降低， 熔渣的流動性不好，容易結(jié)塊導(dǎo)致大塊渣的脫落或阻塞氣體通道，使氣流速度增大，磨損器壁，因此控制預(yù)熱室側(cè)壁的第二進(jìn)料口進(jìn)料的載氣溫度為200-220°C，使熔渣的溫度在氣化室上方迅速下降至900°C以下，形成固體顆粒隨CO繼續(xù)上升至氣固分離器。在氣化室內(nèi)，通過煤燒咀噴出的含氧氣體與煤粉混合物的燃燒生成CO2,并使氣化室形成1000°C以上的高溫，由于氣化室位于預(yù)熱室和反應(yīng)室之間，該高溫區(qū)域成為一個保溫帶，具有四個作用1.和反應(yīng)室一起產(chǎn)生爐熱和高溫氣體為預(yù)熱室提供熱量，保證預(yù)熱室內(nèi)反應(yīng)的正常進(jìn)行；2.增加物料進(jìn)入反應(yīng)室前的停留時間，使物料在此被加熱至1000°C 以上；3.該保溫帶可將預(yù)熱室與反應(yīng)室隔離開，減少反應(yīng)室向預(yù)熱室的熱輻射量，避免為保持反應(yīng)室高溫而導(dǎo)致的碳和氧氣消耗過多的問題，有利于反應(yīng)室高溫區(qū)的形成和穩(wěn)定。 4.氣化反應(yīng)形成的部分熔渣在此沿器壁向下流入反應(yīng)室，在反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)一步升溫生成電石?？刂蒲鯚浊邢蚪嵌葹?-8°，向下傾角為10-30°，噴射速度在200_300m/S，保證反應(yīng)時對電石池有一定的攪動，并與碳燃燒提供大量熱量維持反應(yīng)室溫度在1700°C以上，使含碳原料中的碳和含鈣原料中的氧化鈣反應(yīng)生成電石。所述含氧氣體可以為純氧、氧含量大于體積百分比30%的富氧或普通空氣。本發(fā)明電石反應(yīng)器集多種功能于一體，原料利用反應(yīng)室、氣化室燃燒的高溫輻射及電石反應(yīng)后上升的高溫氣體(包括電石反應(yīng)生成的CO和燃燒產(chǎn)生CO2)的接觸換熱在預(yù)熱室內(nèi)被充分預(yù)熱，無需另外消耗燃料，無需單獨的預(yù)熱設(shè)備，同時預(yù)熱室內(nèi)含碳原料與 CO2的吸熱反應(yīng)，及上升的高溫氣體與原料之間進(jìn)行接觸換熱，使原料被預(yù)熱，同時含塵CO 氣體在進(jìn)入氣固分離器時被降溫，這樣也無需另外設(shè)置換熱器等裝置，所有的反應(yīng)及熱交換均在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，無需另外配置預(yù)熱器或其它預(yù)處理裝置，設(shè)備簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、投資小、便于安裝和維護(hù)。電石反應(yīng)生成電石出料，副產(chǎn)物為C0，該部分副產(chǎn)的CO與預(yù)熱室內(nèi)含碳原料與 CO2吸熱反應(yīng)產(chǎn)生的CO —起(爐內(nèi)生成的(X)2可全部與碳反應(yīng)生成CO)，經(jīng)管道送入氣固分離器中除塵后(反應(yīng)爐內(nèi)所有生成的CO均含有灰粉，即含塵CO氣體，因此必須除塵)排出供后續(xù)使用，而分離出的灰粉又返回反應(yīng)爐中被循環(huán)利用。整個工藝的所有反應(yīng)產(chǎn)物均被合理利用，基本沒有外排，對環(huán)境任何沒有污染，其反應(yīng)速率高、時間短，生成的電石各項指標(biāo)滿足要求，副產(chǎn)氣體量極大且純度高。本發(fā)明工藝簡單、操作簡便、生產(chǎn)及運行成本低、能耗低，具有廣闊的市場前景。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A-A示意圖。圖3為圖1的B-B示意圖。圖4為第二進(jìn)料口的局部結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1-旋風(fēng)分離器、2-封閉式反應(yīng)爐、3-預(yù)熱室、3. 1-球拱形段、3. 2_直邊段、 3. 3-變徑段、4-氣化室、5-反應(yīng)室、6-第-進(jìn)料口、7-出氣口、8-進(jìn)氣口、9_灰返回進(jìn)口、 10-管道、11-出灰口、12-管道、13-開工點火燒咀、14-氧燒咀、15-出料口、16-煤燒咀、 17-排氣口、18-第二進(jìn)料口。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明反應(yīng)器作進(jìn)一步解釋說明電石反應(yīng)器包括位于旋風(fēng)分離器1下方的封閉式反應(yīng)爐2，所述封閉式反應(yīng)爐2 由上部的預(yù)熱室3、中部的氣化室4和下部的反應(yīng)室5構(gòu)成，所述預(yù)熱室3由頂部球拱形段 3. 1，中部直邊段3. 2和下部變徑段3. 3構(gòu)成，變徑段的變徑角度為5-30°，預(yù)熱室3頂部設(shè)有第一進(jìn)料口 6，所述進(jìn)料口 6的向下的擴(kuò)張角度為5-8°，預(yù)熱室3側(cè)壁均勻設(shè)有多個第二進(jìn)料口 18，其切向角度為3-10°，向下的傾角為10-30°。所述預(yù)熱室3頂部還對稱排列有分別經(jīng)管道12與旋風(fēng)分離器1的兩個進(jìn)氣口 8連接的兩個出氣口 7，所述進(jìn)氣口 8為切向進(jìn)氣口，可使含塵CO氣體沿切向進(jìn)入旋風(fēng)分離器1，提高分離效率。所述預(yù)熱室3側(cè)壁還對稱設(shè)有兩個灰返回進(jìn)口 9，所述灰返回進(jìn)口 9經(jīng)管道10與旋風(fēng)分離器1的出灰口 11連接，可使由CO中分離出來的含碳和氧化鈣的灰粉由灰返回進(jìn)口 9返回封閉式反應(yīng)爐2中循環(huán)利用，所述旋風(fēng)分器1頂部設(shè)有用于排出CO的排氣口 17 ；所述氣化室4設(shè)開工點火燒咀 13以及對稱均勻排列的4個煤燒咀16，所述反應(yīng)室5設(shè)有對稱均勻排列的4個氧燒咀14， 其切向角度為3-8°，向下傾角為10-30°，可使純氧噴入時，由于其高噴速度和角度的控制，可對反應(yīng)室5內(nèi)的電石反應(yīng)池產(chǎn)生攪拌作用。反應(yīng)室5底部還設(shè)有出料口 15。由于電石反應(yīng)器為高溫反應(yīng)器，因此其內(nèi)部各部分應(yīng)根據(jù)相應(yīng)工況溫度作好耐高溫及磨蝕的各項處理，如封閉式反應(yīng)爐2頂部由碳鋼板和耐火高鉻澆注料組成，底部可由低溫層炭搗料、自焙燒炭磚，輕質(zhì)炭磚、高鋁耐火磚、輕質(zhì)耐火澆注料組成，側(cè)壁采用低溫層炭搗料、自焙燒炭磚，輕質(zhì)炭磚和螺旋膜式水冷壁組成，旋風(fēng)分離器1中心筒采用圓筒型耐熱耐磨鋼板制成， 內(nèi)表面噴涂耐磨澆注料。本發(fā)明不限于上述耐高溫及磨蝕的處理方法，其它滿足本發(fā)明高溫工況的處理均可采用。工藝方法實施例1 原料重量比煤粉碳酸鈣為2. 2 1，粒徑為0. 15mm。將上述原料重量的的三分之一通過螺旋加壓給料機(jī)由第一進(jìn)料口 6投入封閉式反應(yīng)爐2內(nèi)，其余三分之二由加壓給料機(jī)由第二進(jìn)料口 18投入封閉式反應(yīng)爐2內(nèi)(該部分物料的載氣溫度為200°C，為氣固分離器分離出的部分經(jīng)激冷的CO氣體)，控制進(jìn)料速度為7m/s、壓力為2.0MPa，碳酸鈣在預(yù)熱室3內(nèi)高溫(600°C以上)下分解為氧化鈣和CO2，同時部分煤粉也與預(yù)熱室3內(nèi)的(X)2發(fā)生吸熱反應(yīng)生成C0，剩余部分煤粉和氧化鈣在預(yù)熱室3 中與來自氣化室4和反應(yīng)室5的高溫CO和(X)2進(jìn)行接觸換熱后一起下降進(jìn)入氣化室4 (通過熱交換原料被預(yù)熱，CO被降溫)；氣化室4的煤燒咀16噴入的煤粉和富氧混合物(噴入速度為85m/s，氧煤重量比為0.5 1)燃燒使氣化室4溫度達(dá)到1000°C以上繼續(xù)預(yù)熱原料； 經(jīng)氣化室4后的剩余部分煤粉和氧化鈣繼續(xù)下降至反應(yīng)室5，在反應(yīng)室5內(nèi)剩余部分煤粉的一部分與由氧燒咀14噴入的純氧(噴入速度為200m/s)燃燒產(chǎn)生1700°C以上的高溫，切向傾斜噴入的純氧還會對電石反應(yīng)池產(chǎn)生攪拌效果，余下部分的剩余部分煤粉則在高溫下與氧化鈣發(fā)生反應(yīng)生成電石和C0，電石由出料口出料，電石反應(yīng)生成的CO和氧氣與煤粉燃燒生成的CO2 —起上升至預(yù)熱室3，(X)2與原料中的部分煤粉反應(yīng)生成C0，所有的CO均通過封閉式反應(yīng)爐2的出氣口 7經(jīng)管道12進(jìn)入旋風(fēng)分離器1內(nèi)，使CO氣體中含有灰粉分離，分離灰粉后的CO由排氣口 17排出進(jìn)入下游工序，分離出的灰粉由旋風(fēng)分離器1底部的出灰口 11經(jīng)管道10、灰返回進(jìn)口 9進(jìn)入預(yù)熱室3和預(yù)熱后的剩余部分煤粉和氧化鈣混合下降。每1噸原料煤可生成的0. 2444噸電石，其純度為60wt%，合成氣量為950升/kg。(煤的工業(yè)分析按 M 5wt%, V 25wt%, C 55wt%, A 15wt%計算)實施例2原料重量比蘭碳氧化鈣為2. 5 1，粒徑為0. 25mm。將上述原料通過螺旋加壓給料機(jī)由分別經(jīng)第一進(jìn)料口 6和第二進(jìn)料口 18投入封閉式反應(yīng)爐2內(nèi)，原料總重量的二分之一由第一進(jìn)料口 6加入，余下由第二進(jìn)料口 18加入， (該部分物料的載氣溫度為220°C )，控制進(jìn)料速度為lOm/s、壓力為4. OMPa，部分蘭碳與預(yù)熱室3內(nèi)的(X)2發(fā)生吸熱反應(yīng)生成C0，剩余部分蘭碳和氧化鈣在預(yù)熱室中與來自氣化室4 和反應(yīng)室5的高溫CO和(X)2進(jìn)行接觸換熱后一起下降進(jìn)入氣化室；氧燒咀14噴入的純氧的噴入速度為300m/s，其余同實施例1。每1噸蘭碳生成0. 378噸電石，其純度為63wt%， 合成氣氣量為1300升/kg。實施例3原料重量比煤粉氧化鈣為3 1，粒徑不大于0. 45_。將上述原料通過螺旋加壓給料機(jī)由第一進(jìn)料口 6和第二進(jìn)料口 18投入封閉式反應(yīng)爐2內(nèi)，原料總重量的四分之一由第一進(jìn)料口 6加入，余下部分由第二進(jìn)料口 18加入(該部分物料的載氣溫度為210°C )，控制進(jìn)料速度為lOm/s、壓力為1. 5MPa，氧燒咀噴入的為純氧和煤粉的重量比為0. 5 1的混合物，噴入速度為250m/s，其余同實施例1。每1噸原料煤生成的0. 348噸電石，其純度為56%，合成氣量為1500升/kg。
權(quán)利要求
1.一種電石反應(yīng)器，包括氣固分離器，其特征在于，氣固分離器的下方設(shè)有封閉式反應(yīng)爐，所述封閉式反應(yīng)爐由上部的預(yù)熱室、中部的氣化室、下部的反應(yīng)室構(gòu)成，所述預(yù)熱室頂部設(shè)有第一進(jìn)料口及對稱排列的經(jīng)管道與氣固分離器進(jìn)氣口連接的至少兩個出氣口，預(yù)熱室側(cè)壁均勻設(shè)置多個第二進(jìn)料口，及對稱設(shè)置至少兩個灰返回進(jìn)口，所述灰返回進(jìn)口經(jīng)管道與氣固分離器的出灰口連接；所述氣化室內(nèi)還設(shè)有煤燒嘴、開工點火燒嘴；所述反應(yīng)室設(shè)有氧燒咀，底部還設(shè)有出料口。
2.如權(quán)利要求1或2所述的電石反應(yīng)器，其特征在于，所述預(yù)熱室由頂部球拱形段，中部直邊段和下部變徑段構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的電石反應(yīng)器，其特征在于，所述下部變徑段的變徑角度為 5-30° 。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電石反應(yīng)器，其特征在于，所述預(yù)熱室頂部的第一進(jìn)料口向下的擴(kuò)張角度為5-8°。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電石反應(yīng)器，其特征在于，所述預(yù)熱室側(cè)壁的第二進(jìn)料口向下的傾角為10-30°，切向角度為3-10°。
6.如權(quán)利要求1或2所述的電石反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)室的氧燒咀切向角度為 3-8°，向下傾角為10-30°。
7.一種氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法，其特征在于，將經(jīng)磨煤和干燥的含碳原料和含鈣原料由進(jìn)料口送入預(yù)熱室預(yù)熱，同時部分含碳原料中的碳與預(yù)熱室內(nèi)的(X)2發(fā)生吸熱反應(yīng)生成CO，CO進(jìn)入氣固分離器分離出含碳和氧化鈣的灰粉后排出，分離出的灰粉送回預(yù)熱室，和剩余的含碳原料、含鈣原料一起下降經(jīng)氣化室進(jìn)一步預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)室底部， 在反應(yīng)室內(nèi)碳和純氧燃燒的高溫?zé)崃渴故Ｓ嗪荚现械奶己秃}原料中的氧化鈣反應(yīng)生成電石和C0，電石經(jīng)出料口出料，CO上升至預(yù)熱室對原料接觸換熱，然后經(jīng)氣固分離器分離出含碳和氧化鈣的灰粉后排出。
8.如權(quán)利要求7所述的氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法，其特征在于，所述含碳原料和含鈣原料中的C Ca的重量比為2. 2-3 1，所述含鈣原料和含碳原料分兩部分進(jìn)入預(yù)熱室，總重量的1\2 1\4從頂部噴射進(jìn)入；余下部分從預(yù)熱室側(cè)壁呈切圓旋流向下進(jìn)入，該部分物料的載氣溫度為200-220°C，所述進(jìn)料采用加壓進(jìn)料，壓力控制在0. 5 4. OMPa。
9.如權(quán)利要求7或8所述的氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法，其特征在于，所述含鈣原料為碳酸鈣，碳酸鈣在進(jìn)入預(yù)熱室后高溫下分解為氧化鈣和CO2,氧化鈣和含碳原料一起下 降經(jīng)氣化室進(jìn)入反應(yīng)室底部。
10.如權(quán)利要求7所述的氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法，其特征在于，所述反應(yīng)室的高溫由位于反應(yīng)室的氧燒咀噴入的純氧與反應(yīng)室內(nèi)的部分含碳原料燃燒維持，或由氧燒咀同時噴入的含碳原料和純氧混合物燃燒維持，燃燒生成CO2進(jìn)入預(yù)熱室。
11.如權(quán)利要求10所述的氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法，其特征在于，通過控制氧燒咀的切向角度3-8°和向下傾角10-30°，控制噴射速度200-300m/s，使噴出的氣流形成向下傾斜角度以沖擊攪拌反應(yīng)室內(nèi)的電石池，加速電石反應(yīng)。
12.如權(quán)利要求7所述的氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法，其特征在于，所述氣化室的高溫由煤燒咀噴入的含碳原料與含氧氣體混合物燃燒維持，燃燒生成(X)2進(jìn)入預(yù)熱室；所述預(yù)熱室的高溫由電石反應(yīng)生成的CO所攜帶的熱量及氣化室和反應(yīng)室內(nèi)的高溫輻射維持。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧熱法反應(yīng)制備電石和合成氣的方法及電石反應(yīng)器，解決了現(xiàn)有電石制備原料消耗大、設(shè)備多、投資大、工藝較為復(fù)雜、副產(chǎn)的CO量較少且難以工業(yè)化使用的問題。電石反應(yīng)器包括氣固分離器，氣固分離器的下方設(shè)有封閉式反應(yīng)爐，所述封閉式反應(yīng)爐由上部的預(yù)熱室、中部的氣化室、下部的反應(yīng)室構(gòu)成。本發(fā)明方法采用專用的電石反應(yīng)器，合成電石的同時，產(chǎn)生大量的CO可作為工業(yè)應(yīng)用，生產(chǎn)及運行成本低、能耗低，副產(chǎn)氣量大、具有廣闊的市場前景。
文檔編號C10J3/46GK102153085SQ20101058170
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者劉宏建, 張宗飛, 張志華, 張秀全, 徐建民, 徐才福, 李伍成, 楊小林, 楊建國, 陳雪楓 申請人:中國五環(huán)工程有限公司, 河南煤業(yè)化工集團(tuán)研究院有限責(zé)任公司