本发明涉及制备电石的方法。
背景技术：
电石是一种生产乙炔气体的重要原料，也是生产PVC、PVA等产品的重要基础原料，主要组成物质为碳化钙(CaC2)，工业电石呈灰色、黄褐色或黑色。近年来，我国电石产量逐年攀升，据预测分析，到2015年底，全国电石产量将突破2500万吨。
传统电石生产工艺，也是目前广泛采用的是电弧加热生产电石法。随着我国对节能减排要求力度的不断加大，电石生产的设备也由开放式电石炉、半密闭式电石炉逐渐向密闭式电石炉发展，且目前国内外广泛采用的是密闭式电石炉。然而，密闭式电石炉料层透气性差，异常炉况发生率较高，生产稳定性和连续性受到影响，能耗增加。
因此，如何保证密闭式电石炉生产稳定性和连续性，进一步降低能耗，是我国可持续发展道路上亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备电石的方法，该方法将电石原料的生产和电石的制备结合在一起，由此可以进一步获得原煤热解过程产生的中间产品，提高热量利用效率和生产效率，以便进一步有效降低生产成本、降低能耗和污染。
因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备电石的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将碳基原料和钙基原料分别进行破碎处理，以便得到碳基颗粒和钙基颗粒，其中，所述碳基原料为选自原煤、轮胎和生物质中的至少一种，所述钙基原料为选自生石灰、熟石灰和石灰石中的至少一种；将所述碳基颗粒进行干燥处理，以便得到干燥后的碳基颗粒；将所述干燥后的碳基颗粒进行热解处理，以便得到煤气、焦油和热解固体产物；对所述热解固体产物进行筛分处理，以便得到目标粒径的热解固体产物和剩余热解固体产物，其中，所述目标粒径的热解固体产物的粒径为10-30毫米，所述剩余热解固体产物用于为所述干燥处理和所述热解处理提供热量；将所述目标粒径的热解固体产物与所述钙基颗粒进行混合处理，以便得到混合物料；以及将所述混合物料进行冶炼处理，以便获得所述电石。
根据本发明实施例的制备电石的方法，将碳基颗粒干燥过程和热解过程有效衔接在一起，制备电石的能耗显著降低，能量利用效率和生产效率显著提高。并且，将碳基颗粒干燥、热解后生成的固体产物与生石灰混合用作生产电石的原料，碳基颗粒热解后的固体产物水分含量较低，接近为零，后序热送、筛分、混合过程无水分进入，极大的减少或避免了碳基颗粒水分存在对生石灰粉化的影响，改善了密闭电石炉料层透气性，异常炉况发生频率明显减少，密闭式电石炉的稳定性好，有利于连续生产，而且能耗低。
另外，根据本发明上述实施例的制备电石的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述碳基颗粒的平均粒径不大于30毫米。
根据本发明的实施例，所述干燥后的碳基颗粒的含水量不高于3％。
根据本发明的实施例，所述钙基原料的含钙量不低于90％。
根据本发明的实施例，所述钙基颗粒的平均粒径为25～40毫米。
根据本发明的实施例，所述钙基颗粒和所述热解固体产物按照质量比为1:(0.72～1.28)进行所述混合处理。
根据本发明的实施例，所述热解处理的温度为550～700摄氏度，优选地，为650摄氏度，时间为30-50分钟，优选地，为40分钟；所述冶炼处理的温度为1820～2300摄氏度，优选地，为1900～2200摄氏度，时间为15～50分钟，优选地，为25～35分钟。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备电石的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将碳基原料和钙基原料分别用破碎机进行破碎处理，以便得到平均粒径为不大于30毫米的碳基颗粒和平均粒径为25～40毫米的钙基颗粒；(2)将所述碳基颗粒进行干燥处理，以便得到干燥后的碳基颗粒，其中，所述干燥后的碳基颗粒的含水量不高于3％；(3)将所述干燥后的碳基颗粒送入热载体热解蓄热式旋转床中在650摄氏度下热解处理40分钟，以便获得热解固体产物、焦油、煤气和热解水；(4)将所述热解固体产物进行筛分处理，以便得到目标粒径的热解固体产物和剩余热解固体产物，其中，所述目标粒径的热解固体产物的粒径为10-30毫米；(5)将所述钙基颗粒和所述目标粒径的热解固体产物按照1:0.80进行配料混合，以便得到混合物料；以及(6)将所述混合物料热送至储料罐，由所述储料罐下方的下料管连续输送至密闭式电石炉，在2000-2040摄氏度下冶炼处理28～30分钟，以便得到熔融态的电石，将所述熔融态的电石进行冷却和破碎，以便获得电石产品。
根据本发明实施例的制备电石的方法，将碳基颗粒干燥过程和热解过程有效衔接在一起，制备电石的能耗显著降低，能量利用效率和生产效率显著提高。并且，将碳基颗粒干燥、热解后生成的固体产物与生石灰混合用作生产电石的原料，碳基颗粒热解后的固体产物水分含量较低，接近为零，后序热送、筛分、混合过程无水分进入，极大的减少或避免了碳基颗粒水分存在对生石灰粉化的影响，改善了密闭电石炉料层透气性，异常炉况发生频率明显减少，密闭式电石炉的稳定性好，有利于连续生产，而且能耗低。
根据本发明的实施例，在步骤(2)中，采用下列方式的至少一种为所述干燥处理提供热量：第一种：采用粒径小于10毫米的长焰煤和/或所述剩余热解固体产物燃烧提供所述热量；第二种：所述密闭式电石炉炉顶煤气燃烧提供所述热量；第三种：所述密闭式电石炉炉顶煤气燃烧对加热管进行加热后产生带有热量的气体提供所述热量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的制备电石的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备电石的方法。参考图1，根据本发明的实施例，对该制备电石的方法进行解释说明，该方法包括：
S100破碎处理
根据本发明的实施例，将碳基原料和钙基原料分别进行破碎处理，得到碳基颗粒和钙基颗粒，其中，碳基原料为选自原煤、轮胎和生物质中的至少一种，钙基原料为选自生石灰、熟石灰和石灰石中的至少一种。通过对原料进行破碎处理，提高原料比表面积，增大两种原料的接触面积，提高原料传质和传热效率，提高反应速率，降低了电石反应温度和工艺能耗。
根据本发明的实施例，碳基颗粒的平均粒径不大于30毫米。当碳基颗粒的平均粒径不大于30毫米时，原料比表面积高，两种原料的接触面积大，原料传质和传热效率高，反应速率快。
根据本发明的实施例，钙基颗粒的平均粒径为25～40毫米。当钙基颗粒的平均粒径为25～40毫米时，原料比表面积高，两种原料的接触面积大，原料传质和传热效率高，反应速率快。
根据本发明的实施例，碳基颗粒和钙基颗粒的平均粒径存在粒径差异，例如：碳基颗粒的平均粒径不大于30毫米，钙基颗粒的平均粒径为25～40毫米，可以进一步改善碳基颗粒热解固体产物与钙基颗粒混合物料的透气性，确保密闭式电石炉料层稳定及生产稳定。
根据本发明的实施例，钙基原料的含钙量不低于90％。由此，钙基原料的含钙量高，杂质少，电石的产率高，质量好。
S200干燥处理
根据本发明的实施例，将碳基颗粒进行干燥处理，得到干燥后的碳基颗粒。由此，在热解处理前进行干燥处理，降低热解原料的含水量，从而，降低热解处理的反应能耗。
根据本发明的实施例，干燥后的碳基颗粒的含水量不高于3％。由此，热解处理能耗显著下降。
根据本发明的具体实施例，对碳基颗粒进行干燥处理的方式不受特别限制，只要使经过干燥处理后的碳基颗粒的含水量低于3％即可。根据本发明的实施例，可以采用粒径小于10毫米的长焰煤、长焰煤热解固体产物燃烧，或密闭式电石炉炉顶煤气燃烧，或密闭式电石炉炉顶煤气燃烧对加热管进行加热后产生带有热量的气体中的一种或多种为干燥热源在回转窑内对碳基颗粒进行干燥处理。
S300热解处理
根据本发明的实施例，将干燥后的碳基颗粒进行热解处理，得到煤气、焦油和热解固体产物。由此，通过热解处理，在得到用于后续冶炼的热解固体产物外，还可以得到高经济价值的煤气和焦油。
根据本发明的一些实施例，热解处理的温度为550～700摄氏度，时间为30-50分钟。由此，热解效率高，热解能耗低。根据本发明的优选实施例，热解处理的温度为650摄氏度，时间为40分钟。由此，热解效率更高，热解能耗更低。
S400筛分处理
根据本发明的实施例，对热解固体产物进行筛分处理，得到目标粒径的热解固体产物和剩余热解固体产物，其中，目标粒径的热解固体产物的粒径为10-30毫米，剩余热解固体产物用于为干燥处理和热解处理提供热量。由此，充分利用各粒径范围的热解固体产物，有效地实现资源的高效综合利用，生产成本低。
S500混合处理
根据本发明的实施例，将目标粒径的热解固体产物与钙基颗粒进行混合处理，得到混合物料。由此，将钙基颗粒、热解后生成的热解固体产物与生石灰混合用作生产电石的原料，碳基颗粒热解后的固体产物水分含量较低，接近为零，后序热送、筛分、混合过程无水分进入，极大的减少或避免了碳基颗粒水分存在对生石灰粉化的影响，改善了密闭电石炉料层透气性，降低了异常炉况发生频率，促进了密闭式电石炉稳定、连续生产，进一步地降低了能耗。
根据本发明的实施例，钙基颗粒和热解固体产物按照质量比为1:(0.72～1.28)进行所述混合处理。由此，钙基颗粒与热解固体产物充分反应，有效避免其中一种产物大量过量，提高电石质量和原料利用率，避免了原料的浪费。
S600冶炼处理
根据本发明的实施例，将混合物料进行冶炼处理，获得所述电石。由此，将热解后平均粒径为10～30毫米的长焰煤热解固体产物与平均粒径为25～40毫米的生石灰颗粒配料混合作为冶炼电石的原料，不仅降低了生石灰的粉化率，也促使其在密闭式电石炉内起到强有力的骨架作用，为密闭式电石炉良好料层透气性和稳定性提供了保证，确保了密闭式电石炉稳定、连续、高效运行。现有的冶炼过程，通常将碳基颗粒和钙基颗粒破碎磨细后利用粘结剂进行压球成型，不仅消耗粘结剂，增加了生产成本，而且，添加过多的粘结剂对电石质量产生较大影响。另外，成型后的物料进入密闭式电石炉后在高温作用下容易粉化，强度较低，起不到料层骨架作用，不利于维持良好料层透气性和稳定性。利用本发明实施例的方法，无需造球，直接将混合原料进行冶炼，有效地避免了造球这一步骤所引起的上述问题，而且，简化了生产步骤，节省了人力成本。
根据本发明的实施例，冶炼处理的温度为1820～2300摄氏度，时间为15～50分钟。该方法制备电石，巧妙地应用了热解处理后得到的选自焦炭、半焦和炭黑中的一种的电石原料的显热，将混合物料直接用于密闭式电石炉生产电石过程，降低了能耗，缩短了冶炼时间。
根据本发明的优选实施例，冶炼处理的温度为1900～2200摄氏度，时间为25～35分钟。由此，该步骤中，焦炭、半焦或炭黑与氧化钙反应生成熔融态的电石和较纯的一氧化碳，其中，熔融态的电石通过密闭式电石炉炉底以液态形式排出，冷却后破碎得到电石产品；而产生较纯的一氧化碳可以作为直接还原炼铁过程中的还原气体，也可以通过燃烧对上述热载体蓄热式旋转床的热载体、碳基颗粒干燥所需的热源。
基于上述制备电石的方法，根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备电石的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将碳基原料和钙基原料分别用破碎机进行破碎处理，以便得到平均粒径为不大于30毫米的碳基颗粒和平均粒径为25～40毫米的钙基颗粒；(2)将所述碳基颗粒进行干燥处理，以便得到干燥后的碳基颗粒，其中，所述干燥后的碳基颗粒的含水量不高于3％；(3)将所述干燥后的碳基颗粒送入热载体热解蓄热式旋转床中在650摄氏度下热解处理40分钟，以便获得热解固体产物、焦油、煤气和热解水；(4)将所述热解固体产物进行筛分处理，以便得到目标粒径的热解固体产物和剩余热解固体产物，其中，所述目标粒径的热解固体产物的粒径为10-30毫米；(5)将所述钙基颗粒和所述目标粒径的热解固体产物按照1:0.80进行配料混合，以便得到混合物料；以及(6)将所述混合物料热送至储料罐，由所述储料罐下方的下料管连续输送至密闭式电石炉，在2000-2040摄氏度下冶炼处理28～30分钟，以便得到熔融态的电石，将所述熔融态的电石进行冷却和破碎，以便获得电石产品。
根据本发明实施例的制备电石的方法，将原煤进行热解得到含有选自焦炭、半焦和炭黑中的一种的热解固体产物与生石灰进行混合后得到混合物料，并进一步地将该混合物料热送至储料罐，由储料罐下方的下料管输送至密闭式电石炉中制备电石。因此，本发明实施例的制备电石的方法可以将碳基颗粒干燥过程和热解过程有效衔接，降低了能耗，提高了能量利用效率和生产效率。进一步地，将碳基颗粒干燥、热解后生成的固体产物与生石灰混合用作生产电石的原料，碳基颗粒热解后的固体产物水分含量较低，接近为零，后序热送、筛分、混合过程无水分进入，极大的减少或避免了碳基颗粒水分存在对生石灰粉化的影响，改善了密闭电石炉料层透气性，异常炉况发生频率明显减少，密闭式电石炉的稳定性好，有利于连续生产，而且能耗低。
根据本发明的实施例，在步骤(2)中，采用下列方式的至少一种为干燥处理提供热量：第一种：采用粒径小于10毫米的长焰煤和/或剩余热解固体产物燃烧提供所述热量；第二种：密闭式电石炉炉顶煤气燃烧提供热量；第三种：密闭式电石炉炉顶煤气燃烧对加热管进行加热后产生带有热量的气体提供所述热量。由此，有效地实现了能源的高效综合利用，生产成本低，节能环保。
根据本发明实施例的制备电石的方法，至少具有下列优点之一：
(1)本发明实施例制备电石的方法首先将碳基原料和钙基原料分别破碎至一定粒径的碳基颗粒和钙基颗粒，而后将碳基颗粒干燥过程和热解过程有效衔接，降低了能耗，提高了能量利用效率和生产效率。
(2)将碳基颗粒与生石灰同时进入热解炉热解，碳基原料中由于水分的存在，易造成生石灰粉化，强度降低,生石灰与碳基颗粒同时进入热解炉热解，将对热解产物煤焦油、高热值煤气的纯度造成影响。生石灰加热后进入密闭式电石炉，对电石生产过程降低能耗起不到积极作用，这是因为热的生石灰进入密闭式电石炉所节约的能量不抵热解炉内生石灰加热后所吸收的热量。所以本发明中钙质原料不进行热解。
(3)本发明实施例制备电石的方法将碳基颗粒干燥、热解后生成的固体产物与生石灰混合用作生产电石的原料，碳基颗粒热解后的固体产物水分含量较低，接近为零，后序热送、筛分、混合过程无水分进入，极大的减少或避免了碳基颗粒水分存在对生石灰粉化的影响，改善了密闭电石炉料层透气性，降低了异常炉况发生频率，促进了密闭式电石炉稳定、连续生产，进一步地降低了能耗。一般而言，密闭式电石炉料层透气性越好，塌料发生频率则越低，炉况则越稳定。传统密闭式电石炉生产过程塌料发生频率约6～10次/小时并伴随有大塌料1～3次/小时，采用本发明技术方案可将塌料发生频率降低至0～2次/小时且无大塌料发生。
(4)将热解后平均粒径为10～30毫米的长焰煤热解固体产物与平均粒径为25～40毫米的生石灰颗粒配料混合作为冶炼电石的原料，不仅降低了生石灰的粉化率，也促使其在密闭式电石炉内起到强有力的骨架作用，为密闭式电石炉良好料层透气性和稳定性提供了保证，确保了密闭式电石炉稳定、连续、高效运行。将碳基颗粒和钙基颗粒破碎后压球成型，一方面消耗了一定量的粘结剂，增加了生产成本，另一方面，添加过多的粘结剂对电石质量产生较大影响。另外，成型后的物料进入密闭式电石炉后在高温作用下容易粉化，强度较低，起不到料层骨架作用，不利于维持良好料层透气性和稳定性。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
原料：
生石灰，CaO含量为92％。
长焰煤，该长焰煤的工业分析见表1。
表1为长焰煤工业分析
制备方法：
(1)将长焰煤和生石灰进行破碎，破碎后长焰煤的平均粒径不大于30毫米，生石灰的平均粒径为25～40毫米。
(2)采用回转窑对长焰煤进行干燥，采用密闭式电石炉炉顶煤气燃烧对加热管进行加热后产生带有热量的气体为干燥热源，干燥后长焰煤的水分含量为1.7％。
(3)将步骤(2)干燥后的长焰煤颗粒送入热载体热解蓄热式旋转床中，按照布料厚度为80毫米，热解温度为650摄氏度，热解时间为40分钟进行热解处理。热解产物及产率如表2所示。
表2热解产物及产率
热解后得到的固体产物为半焦，半焦中固定碳含量为80.72％，半焦温度为650摄氏度。
(4)将生石灰颗粒和热解后平均粒径为10～30毫米、温度为650摄氏度的长焰煤热解固体产物按照1:0.80进行配料混合，将混合物料热送至储料罐，由储料罐下方的下料管连续输送至密闭式电石炉，在2020摄氏度下冶炼处理28分钟后获得熔融态的电石，并通过炉底排出，将排出的熔融态的电石冷却、破碎得到电石产品。电石产品碳化钙的含量为80.46，发气量为281.61L/kg。
综上所述，利用上述工艺制备电石可实现密闭式电石炉料层透气性较好，电石生产稳定、连续，塌料发生频率降低至0.75次/小时且无大塌料。密闭式电石炉能耗降低约3.78％，折合耗电量约为123度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。