竖炉氧燃喷吹生产碳化钙方法及装置的制作方法

专利名称：竖炉氧燃喷吹生产碳化钙方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明是竖炉法生产碳化钙(CaC2)的技术领域。主要采用氧或富氧喷吹技术、在竖炉内形成高温的还原区域、通过碳酸钙热分解和利用炭素材料还原氧化钙生产碳化钙。
背景技术：
碳化钙是重要的化工原料，被誉为“有机化学合成工业之母”能合成数千种有机产品与石油有着同样重要的意义。它广泛用于合成塑料、橡胶、纤维、医药、农药、染料、树脂和溶剂有机合成物的原料，还可直接用作钢铁工业的脱硫剂，生产优质钢和用于金属焊接和切割等。此外，以碳化钙为原料的合成产品参见附图1。炭化钙1可用于生产合成乙炔8和氰氨化钙9，以乙炔8用于生产炭黑3、用于照明2和切割焊接7，并用于有机合成16、分别生产合成苯11、乙醛15、醋酸19、合成橡胶22、人造树脂23，还生产合成丙酮24、烯酮25、乙炔的氯衍生物26，及生产合成乙醇和其衍生物12、幸醇17、丁炔二醇20，再用丁炔二醇合成四氢呋喃27和用于电镀21；再利用氰氨化钙9生产合成肥料4、氨5、氰化合物6、尿素10、双氰氨13，再用双氰氨合成三聚氰氨14和胍18。炭化钙的传统生产方法是采用电炉的电热法，所以碳化钙产品俗称“电石”。现在，仍以电炉电热法生产电石为主，该法发展历史已有110多年。电炉冶炼生产电石产品，生产每吨电石的电耗高达3500-4000度，每吨生产成本高达2000元以上。为了降低电石的生产成本，近年来，德国建造了大型电炉采用空心电极技术，可通过电极孔投入25％粉料，以降低电石的生产成本。近期，日本和德国已开始进行竖式炉全焦、纯氧氧热法的试验，日本公开专利昭61--178412、以竖炉全焦、纯氧或富氧热法实验生产碳化钙(电石)，在竖炉内的填充层是分层填充炭素和含氧化钙材料、经风口喷吹氧气或富氧空气生产碳化钙产品，实验获得的产品中，50％的产品含5-61％CaC2，其余的产品含41％以上CaC2，氧化钙的回收率仅为60％。中国化工出版社的“电石生产及其深加工产品”书籍中介绍了德国采用竖式炉甲烷热裂解法的半工业装置，该竖炉日产能力为70-100吨(含80％CaC2)的电石，但是，至今尚未得以推广应用。鉴于电热法生产电石主要是存在着生产成本高、电耗大、环保设施投资大等缺点。德国新建的空心电极电炉、仅从合理用料来降低成本的幅度较小。日本竖炉全焦氧热法和德国竖炉生产碳化钙法的缺点，主要是消耗了大量的纯氧气和焦碳，其中焦碳消耗为电炉电热法的4倍，致使其生产成本高于电炉电热法。因此，尚难以获得工业应用。

发明内容
本发明针对电炉电石法和高炉生产碳化钙方法的缺点，采取合理调整炉料配比、采用风口喷吹煤粉、或焦粉、兰煤、重油、轻油、天燃气等燃料、与预热的富氧空气技术等措施的氧燃喷吹技术，以创造和保障了竖炉的碳化钙热分解和高温还原生产碳化钙的条件。从而，达到了节能、降耗、降低生产成本、生产含量大于65％CaC2的高质量碳化钙产品，且有效地实现了综合利用资源和改善了环保条件的目的。
本发明竖炉氧燃喷吹生产碳化钙的装置附图2所示包括上料系统、装料系统、竖炉本体、送风系统、喷吹系统、成品处理系统、冷却系统、煤气除尘回收系统等。上料系统包括1.原料仓(焦炭仓、石灰石或生石灰仓、溶剂仓、副产品配料仓)，2.振动筛给料机(四台)，3.电子斗秤(四台)，4.皮带机，5.料车，6.斜桥和卷扬机；7.竖炉本体；成品处理系统包括8.硅铁罐，9.碳化钙罐；煤气除尘回收系统包括10.放散阀；11.切断阀；12.重力除尘器；13.袋式或静电除尘器；14.螺旋运输机；15.灰尘车；16.灰尘车；17.净煤气总管；31煤气储村罐组；送风系统包括18.热风炉(二座或三座)，19.炉基基墩，20.炉基基座，21.热风炉地下烟道，22.烟筒，24.鼓风机，25.放风阀，26.混风阀门(二个或三个)预热混合空气时打开、燃烧热风炉时关闭，23.制氧机富氧系统，27纯氧阀；喷吹系统包括28.喷油系统，29喷煤系统，30.喷天然气系统，及纯氧和混风系统；或仅包括喷煤系统；冷却系统包括冷却泵，冷却水质处理器，冷却水塔，管路，水冷却壁和风口大、小冷却套，冷却炉套等；还有19炉基基礅，20炉基基座等。
本发明竖炉本体7示于附图3，包括32碳化钙产品排放口；33硅铁排放口或碳化钙排放口；34炭捣耐火材料；35风口；36大冷却套；37小冷却套；38中性或碱性耐火砖；39冷却炉套；40炉体；41大、小料钟；42排烟管；43探料尺等。
本发明附图2所示碳化钙罐9包括冷却碳化钙罐、保温和继续反应的碳化钙罐和电加热反应碳化钙罐三种。
本发明制氧机的富氧系统23，富氧与空气比例的大于21％，使助燃空气的含氧率达到30％以上，甚至，达到80％以上，直至使用纯氧。
本发明附图2鼓风机24，为可调风机，可根据竖炉用风量和富氧比例控制鼓风量。放风阀25供竖炉临时休风时使用。送风系统，将空气含氧率控制在要求范围，或纯氧，当喷吹纯氧时应关闭24鼓风系统；当采用富氧空气时，富氧空气通过26.混风阀门(二个或三个)，进入18.热风炉(二座或三座)，预热后的富氧空气或纯氧，通过风口35(见附图2和3)，进入竖炉主体7的炉缸与炉内的燃料燃烧。或经预热后的富氧空气与喷吹的燃料包括重、轻油、天然气、煤粉。当喷吹时，均可通过风口35，进入竖炉主体7的炉缸，于炉内燃烧。还可喷吹常温纯氧，纯氧经过纯氧阀门27、直接通过风口35，经竖炉主体7的炉缸在炉内助燃。
本发明竖炉是一个竖式的圆筒形炉子见附图2、3。竖炉本体7还包括炉基、炉壳、炉衬及冷却设备和竖炉框架或支柱。竖炉炉型既竖炉内部工作空间的形状，一般可分五段炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。炉缸段设有数个风口35、碳化钙排放口32和硅铁排放口33。炉壳是用钢板焊接制成的，它起着乘受负荷，加固炉体和密封炉墙等作用。竖炉基础有上下两部分组成，上面耐热混凝土制的圆柱形体称做基墩，下面的钢筋混凝土块体为基座。炉衬用炭捣耐火材料34和中性或碱性耐火砖砌成，它是在高温条件下工作的，为了延长炉衬寿命，通常对炉体进行冷却，冷却介质采用水或汽化冷却。冷却设备种类很多，如光面冷却壁，镶砖冷却壁，铸钢水平冷却板，支架式冷却箱等，它们都是内有通水管子的金属铸件。
本发明附图2、3所示，35.风口数目的设定，是依竖炉主体7的炉缸直径d/M设定的；沿炉缸圆周上设置风口，风口计算公式为风口数目＝3d、d为炉缸直经、其单位为“米”。碳化钙排放口32和硅铁排放口33的数目也是依据竖炉主体7的炉缸直径d/M设定的，当d小于5米时，碳化钙排放口32和硅铁排放口33的各设1个；当d大于5米时，碳化钙和硅铁排放口各设2个；当d大于10米时，碳化钙和硅铁排放口则各设3个。硅铁排放口33设在炉缸底部，而碳化钙排出口32设置的水平位置较高，可根据出炉次数决定其位置。若每出2-4次碳化钙、出一次硅铁，则碳化钙排放口和硅铁排放口可设在同一水平线上。
本发明竖炉本体炉型，竖炉炉身高度Hu与炉缸直径d之比《3.5、喉口直径与炉缸直径之比为0.8-1.1。当竖炉容积在30M3以下、炉缸直径为7.5-9.5M；当竖炉容积为50-100M3，其炉缸直经为10-15M；当竖炉容积大于100M3时，炉缸直经大于9.5M；其炉身角均为80度左右。
竖炉本体外有7个主要辅助系统1)上料系统-包括贮料场、原料仓、振动筛给料机、电子斗秤、皮带机、料车坑、斜桥、斜桥、卷扬机。
2)装料系统-主要包括受料漏斗、螺旋布料器、大小钟料斗、大小钟、大小钟平衡杆、探料尺。
3)送风系统-主要包括制氧机富氧系统、鼓风机、热风炉、热风总管、热风围管等。
4)煤气除尘回收系统--主要包括煤气上升管、煤气下降管、重力除尘器、袋式或静电除尘器、灰尘车。
5)碳化钙、硅铁处理系统--硅铁罐、电石罐、硅铁、电石存放仓库。
6)喷吹系统-分轻、重油喷吹系统、天然气喷吹系统和喷煤系统三种。
7)冷却系统--主要包括冷却设备、冷却介质处理和散热器、冷却泵等。
本发明工艺流程主要包括供料、竖炉本体、送风、喷吹、煤气除尘回收、主副产品排放和处理等。
1)供料由供料系统的料车5将配制好的原料或按批料(一车石灰石、一车焦炭等)以批、次有序供给竖炉大、小料钟41，小料钟按车即时供给大料钟，大料钟受料两次料后(相当于混合料)等待放入炉内。为使煤气不泄漏，大、小料钟必须分别启闭。探料尺43，掌握炉内料面深度，每当其料深为1.5米时，放一次大料种。
2)送风及主要的热化学反应本发明鼓风24和富氧系统23，本系统进行空气富氧预热，向竖炉风口热富氧空气实现生产碳化钙的全焦化或喷吹工艺。可使氧和空气混合后进入热风炉18预热，预热1000-1250℃的混合气体从竖炉风口35吹入炉缸内助燃(全焦冶炼法)或与某种燃料(重、轻油、煤粉、天燃气)一起喷入炉缸内燃烧(喷吹冶炼法)。燃料中的碳素和热风中的氧气，在竖炉主体7炉内，发生燃烧反应(；)，燃烧反应将使炉缸温度达到1900-2300℃以上，高温的燃烧的气体产物沿着和穿过竖炉料柱自下而上地流动，料柱自上而下地移动，由于高温燃气与炉料逆向流动，使热气体与炉料充分的热交换，充分地进行传质和还原化学反应过程。其主要的化学反应碳化钙生成反应式第一步反应
第二步反应或碳化钙生成反应式
(相互扩散态)
硅铁生成反应式本发明通过燃料燃烧所产生的大量热和炽热还原性气体，在高温下煤气中的CO和H2及部分固定碳夺取CaO中的氧，继而Ca与C反应生成CaC2液体，碳化钙CaC2熔液沉入炉缸和炉缸中的原存留的碳化钙液混合、待从碳化钙排放口32排出。如用焦炭或喷煤生产碳化钙时，碳、煤灰分较高，影响碳化钙的产品质量。碳、煤灰分中含有大量的SiO2，所以原料中配入一定量的洁净的废钢，使其反应生成硅铁，因硅铁比碳化钙的密度大，易于分离碳化钙和硅铁产品，从而提高了碳化钙的质量，还可获得副产品硅铁，硅铁是从硅铁排放口33排出。通过调整合理的配料比和选择块度、控制和调节鼓风量和富氧度、以控制竖炉所需燃烧温度和煤气的流动及均匀分布，以实现节能、降耗地生产出优质的碳化钙产品。
3)煤气除尘回收系统煤气由大、小料钟41分别密封。煤气从炉顶烟管42导出，经重力除尘器12和袋式或静电除尘器13净化处理后(一般含尘量可达10毫克/米3以下)回收的净煤气作为燃料和煤化工的原料，其中一小部分用于加热热风炉18，其余进入煤气储存罐31，供综合利用；回收气体燃料可用于发电和民用煤气，做煤化工原料可用于生产甲醇、化肥等。重力除尘器12和袋式或静电除尘器13回收的粉尘，其成分主要为氧化钙、碳化钙、焦碳等粉尘，可将回收的粉尘按计量装入碳化钙保温反应罐或碳化钙热反应罐内与定量的液态碳化钙产品反应生成碳化钙产品，也可将回收的粉尘再通过喷吹设备喷入炉内再生产优质的碳化钙产品，还可提供为其它建材材料综合利用。
本发明生产碳化钙，当提纯CaC2过程时，可生产硅铁副产品，获得有使用价值的净化煤气，可利用回收的灰尘生产碳化钙产品。因此，本发明是综合利用资源、节能环保的工艺；也可生产硅铁合金等成品。
本发明工艺方法包括原料配比、装料制度、料柱高度、供风制度、喷吹制度、成品排放制度等。其工艺参数和工艺制度是依据物料平衡、热平衡、反应温度、原料和能量消耗、生产率、成本等为基础，计算和确定的。本工艺主要原料组成为石灰石，焦碳、无烟煤、兰炭(半炭)石油焦，萤石，富氧空气或纯氧，及喷吹工艺所需的煤粉、轻、重油、天然气等。以生产1吨含80％炭化钙的碳化钙产品为准，其原料配比为CaCO3∶C∶CaF2为(1.2-2.0)∶(1.5-4.0)∶(0.027-0.080)t/t碳化钙，鼓风温度1150-1250℃、纯氧或富氧空气，其含氧量和富氧空气量为0.93-3.1M3/Kgc，从风口设置的喷射器向炉缸喷吹煤粉、或轻油、重油、天然气等40-400Kg(M3)/t碳化钙，相应喷入氧气50-500Kg(M3)/t碳化钙，或相应喷入富氧空气量，若原料中的含SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、CO2等物质，还原反应所需炭量和反应所需燃烧供热的用炭量，也均需要计算补入配料。如果这些元素还原后的总合量，超过碳化钙产品总成分的20％以上，再配加洁净的废钢铁(Fe)，使SiO2和Fe反应成硅铁()，再利用碳化钙、硅铁密度的不同，分离和提纯碳化钙产品，还可回收一氧化碳含量大于55％的净化煤气产品。
本发明方法的原料配比为CaCO∶C＝(1.2-1.5)∶(1.5-4.0)t/t碳化钙，石灰石∶焦炭＝(1.25-2.08)∶(2.08-4.76)t/t碳化钙。
本发明生产碳化钙方法，在上述原料和原料配比的条件下，鼓风温度1150-1250度、富氧率1-39％、40-78％，其含氧量相应为22-60％、61-99，供富氧空气量为3.05-1.2标M3/Kgc，从风口设置的喷射器向炉缸喷吹煤粉或轻油、重油、天然气等40--400kg(M3)/t碳化钙，相应喷入氧气50-500M3/t碳化钙，或相应喷入富氧空气量，炉缸温度可控制在2000-2700℃。
本发明生产碳化钙方法，原料含96％的石灰石、含84％的固定炭的焦炭、含70％CaC2的萤石，其原料配比相应为石灰石∶焦碳∶萤石＝(1.4-1.7)∶(1.78-4.76)∶(0.039-0.046)t/t碳化钙，富氧率为9-39％，风温1150-1250℃，空气量1500-7400M3/t碳化钙，其富氧空气量相应调整3000-7600M3/t碳化钙。
本发明生产碳化钙方法，其原料配比为石英石∶焦炭∶萤石＝(1.4-1.7)∶(1.78-2.6)∶(0.039-0.46)t/t碳化钙，富氧率为40-78％，风温1150-1250℃，空气量500-3500M3/t碳化钙，富氧空气量相应为500-3500M3/t碳化钙。
本发明采用富氧率大于39％的富氧空气或纯氧的喷吹技术和鼓风技术，以生产纯度更高的碳化钙产品和纯度高的净化煤气，以适应技术发展的需要。
本发明工艺方法，原料中加入萤石是为了将生产碳化钙的产品()的共熔点从1750℃降到1600℃以下。使反应温度和稀释温度降低，以达到在较低温度下生产碳化钙产品。
本发明工艺方法的原料配比、其中，富氧空气或氧气、喷吹及冷却等技术的配合，第一要求是生产碳化钙产品，第二达到煤化工、“煤变油”的煤气化技术要求的煤气质量，一氧化碳含量达55％以上。
本发明工艺竖炉法生产碳化钙中的钙(Ca)质材料来源于CaCO3，在高温反应过程中CO2与C反应生成CO。每冶炼一吨80％CaC2的碳化钙需用1.4吨左右的CaCO3，所以，相当于综合利用或开采168公斤左右炭。2003年全国统计电炉电热法生产的电石530万吨，如全国采用竖炉氧热法冶炼碳化钙CaC2，相当于多开采煤90多万吨。
本发明不仅是生产碳化钙炉的方法，而且是煤气发生炉生产煤气的方法，以往的“低温高压”煤气发生炉，存在着大量排渣，每使用一吨煤需排废渣200公斤左右，而本发明是“高温低压”煤气发生炉，无须排废渣，分别排放的是碳化钙产品、硅铁产品，炉顶排放的是CO煤气产品。本发明为一个工艺三种产品技术的结合，就可以看出竖炉法生产碳化钙，仅利用了固体煤气化过程中的释放的热量，煤气化过程中的废渣通过还原生成了碳化钙和硅铁产品；采用富氧空气或氧气增加了煤气的CO的浓度，提高了煤气质量。所以本发明为综合利用资源、能源、实现生产多品种的生产方法、具有节能、低消耗、环保、优质、高产、低成本的优点。为缓解我国石油短缺，选择资源丰富、价格低廉的煤为原料，生产出高附加值的化工产品。本发明为煤的绿色环保和循环生产提供了一种生产方法。
(一)、生产碳化钙的原料及其要求1、石灰石的化学成分要求CaCO3＞96％ Fe2O3＜1％SiO2＜1％ P＜0.02％Al2O3＜1％ S＜0.1％MgO＜1％2、碳类的化学成分要求固定炭＞84％ P＜0.12％灰分＜14％S＜0.1％挥发分＜8％(静电除尘器、袋式除尘器＜3％)
3、萤石的化学成分要求CaF2＞70％SiO2＜25％S＜1.5％4、洁净废钢铁含铁成分要大于90％以上。
本发明依上述成分要求其原料配比相应为石灰石∶焦炭∶萤石＝(1.3-1.5)∶(1.65-3.8)∶(0.038-0.057)t/t碳化钙，相应生产1吨碳化钙的原料配比应为1.3-1.5吨石灰石、1.65-3.8吨焦碳、0.039-0.046吨萤石。供风量7600-3000M3/t碳化钙，富氧空气的富氧率1-39％、风温1150-1250℃、混合风量相应为8590-3450M3/t碳化钙。其最佳原料的质量百分配比相应为石灰石∶焦碳∶萤石＝(1.4-1.7)∶(2.2-2.6)∶(0.039-0.046)，风温1150-1250℃，空气量6400-7400M3/t碳化钙，富氧率为9-39％，或富氧率大于39％，其供风量作相应的调整。
本发明喷吹工艺包括喷吹煤粉、重油、轻油、天然气、石油气等燃料，配以富氧空气或纯氧气，通过设在风口的喷射器从竖炉风口将燃料、预热富氧空气或纯氧喷入炉内。喷吹燃料量为40-400Kg(M3)/t碳化钙，相应喷吹的氧量50-500M3/t碳化钙、或相应的富氧率9％-39％的富氧空气、或富氧率大于39％的富氧空气。
本发明主要的生产技术经济指标包括利用系数、冶炼强度、焦比、生产率、生产成本等。
1、利用系数利用系数是指每昼夜每米3竖炉有效容积生产的碳化钙量，可用下式计算。
K＝i/cK----竖炉有效容积利用系数，吨碳化钙/米3·昼夜；i----冶炼强度，吨焦/米3·昼夜(与鼓风能力、氧含率、温度有关)；
C----焦比，吨焦/吨碳化钙(两种认识方法1.全焦比包括CaC2用炭；2.燃料焦比)。
注因利用系数，很大程度来源于生产实践与计算，所以本例待以后使用。
2、冶炼强度冶炼强度是指每昼夜每米3’竖炉有效容积燃烧的焦炭量。竖炉喷吹燃料时，冶炼强度应包括燃烧焦炭和喷吹物折合焦炭的总量，即称为综合冶炼强度。冶炼强度的选择主要应根据原燃料及冶炼条件、同类型竖炉的实际生产指标、鼓风机能力、富氧率、温度等有关，经过计算、比较后确定。
(1)、冶炼强度与富氧的关系根据鼓风含氧量的计算，每增加1.0％氧，温度升高53-20℃，氧含量在30-80％之间的富氧空气时具有比较明显的特点，综合评价技术和经济因素，故我们选择氧含量在30-60％之间的富氧空气，理论燃烧温度在2890-3654℃范围、实际温度约为2160-2700℃。
(2)、冶炼强度与温度的关系在竖炉炉内存在反应速度与稀释速度，影响这两个速度的条件虽然不同，但在正常情况下，这二种可以保持平衡关系。
稀释速度是比较相对稳定的，而影响反应速度的因素比较多，其中主要因素是炉温。反应常数可由下式k＝Ae-E/RT式中K—反应速度常数；E—常数；E—反应的活化能(粗略估计为200千卡/克分子)R—气体常数1.98卡/克分子·度；T—反应温度。
因此，比较炉温1900℃(CaC273％)和2100℃(CaC285％)二者的反应常数为K1/K2＝eE/R(1/T0-1/T1)＝e200000/1.98(1/273-1/273)＝e4.0＝54.4倍如果炉温从1800℃(CaC285％)提高到2100℃(CaC285％)反应速度常数提高多少倍呢？K1/K2＝eE/R(1/T0-1/T1)＝e200000/1.98(1/273-1/273)＝e6.2＝490倍从计算数据中可以看出，炉温对反应速度的影响是十分巨大的。竖炉温不但反应速度快，而且碳化钙质量好。所以说空气富氧直接影响着冶炼强度。
(3)、冶炼强度与炉顶压力的关系采用低压操作能提竖炉内压差，，有利于原料还原、CaC2的反应，提高冶炼强度。炉顶压力控制在(0.01-0.03)MPa，大于排放煤气管道和除尘器的阻力，但要注意炉况顺行问题。
3、焦比焦比是指炼一吨电石所需的焦炭量。其焦比为2.2-3.8t/t碳化钙，焦比可根据设计采用的原料、燃料、风温、设备、操作等条件与实际生产情况进行全面分析比较和计算确定。当竖炉采用喷吹燃料时，计算焦比须考虑喷吹物的焦炭置换量。本发明喷吹煤粉或轻、重油或天然气，相应为60-400Kg/t碳化钙，40-210Kg/t碳化钙，40-210M3/t碳化钙，富氧率9-39％的富氧空气，则相应的焦比可降到1.82-2.77t/t碳化钙。
(1)、焦比与原料的关系石灰石要求含CaCO3品位高、强度较好、粉末少、成分稳定、粒度均匀；燃料要求含炭品位高、强度教好、粉末少、成分稳定，有利于降低焦比。
(3)、提高风温每提高100℃风温，可降低焦比20-30公斤/吨电石。提高风温还可增加燃料的喷吹量，从而增加替换的焦炭量。
(4)、喷吹燃料每喷吹1公斤重油可置换焦炭1-1.35公斤；每喷吹1公斤煤粉可置换焦碳0.7-0.9公斤；每喷吹1米3天然气可置换焦碳0.9-1.3公斤。
(5)、富氧；富氧为提高竖炉炉温、增加喷吹量，提高喷吹燃料的置换率创造条件。富氧1％相当于补偿温度42℃左右。
本发明与现有的电炉电石法生产技术比较，由于改变了能源结构和竖炉炉型，合理地利用能源和综合回收利用，生产碳化钙、硅铁、回收一氧化碳煤气等产品，实现了综合利用资源和环保生产的要求、从而达到了节能、环保和降低生产成本目的。每吨碳化钙(含65-80％CaC2)综合生产成本约为1200-1300元。折算为电石生产成本，本发明与电炉电石法比较每吨电石生产成本降低约800-900元。我国2003年生产电石530万吨、以本发明生产碳化钙替代电炉法生产电石比较，则全年可降低生产成本约42.4亿元。本发明与现有高炉制造电石法比较，由于选用了合理的炉型、合理的调整配料比，采用了预热富氧空气或氧气、喷吹燃料和富氧喷吹技术，合理地调整和控制竖炉内温度为本发明的核心技术和创新，从而保证了用小于39％的富氧率的富氧空气的喷吹技术，达到和超过现有技术生产电石的质量，因此，采用富氧率＞39％的富氧空气或纯氧喷吹技术，将取得更好的技术经济效果。本发明的原料中添加了一定比例的萤石，从而降低了生产过程的所需温度、降低溶液的黏度、及降低碳化钙和氧化钙共熔物的熔点，则可实现较现有技术可在较低的冶炼温度和富氧率的条件下，实现生产高效、优质的碳化钙产品。在现有技术中的高炉法生产的电石法，采用的富氧率》59％条件下、生产的电石的CaC2的含量仅为5-61％，其中只有50％的成品的CaC2的含量达40％的水平。本发明相应仅采用富氧率9-39％的喷吹技术生产的碳化钙产品的CaC2的含量达到了65-80％的水平，其产品已远超过现有技术的质量水平。若采用更高的富氧率的空气或纯氧喷吹技术，可更有效的提高和控制还原区的温度，将进一步提高碳化钙产品的质量和碳化钙的含量，将降低副产品洁净煤气中的氮气量、提高煤气产品质量及其发热值，使其广泛用于化工及其它工业。甚至，在保证产品质量的条件下，可根据用户的要求生产不同成分和发热值的煤气，供应市场。同时，通过采用富氧空气的高富氧率提高和控制燃烧温度和还原区的温度、可有效地使用喷吹煤粉和氧气的技术，以便降低其焦比至1.8-2.6t/t碳化钙的水平，甚至达到更低的水平，且提高生产率。通过与现有技术比较说明本发明已克服了现有技术的缺点，突破了该技术难点，具有创新技术特点，在技术和经济上是可行的、技术经济指标是先进的。
本发明不仅是生产碳化钙炉，而且是煤气发生炉的发明，以往的“低温高压”煤气发生炉，存在着大量废渣，每使用一吨煤需排废渣200公斤左右，而本发明亦是“高温低压”煤气发生炉，但是，本发明采用了综合利用回收的有效措施，则无须再排除废渣，生产的产品分别是碳化钙产品、硅铁产品、炉顶排放回收的净化的CO煤气产品。本发明为一个工艺三种产品的技术方法，可看出竖炉法生产碳化钙，利用了固体煤的气化过程中释放的热量为能源，用于生产碳化钙和硅铁产品；利用富氧增加了煤气的CO的浓度、提高了煤气质量。所以本发明是综合利用资源和能源的工艺方法，降低能源消耗、是缓解我国石油短缺、提供了利用资源丰富价格低廉的煤为原料，生产急需的化工产品的绿色环保和循环生产工艺。


本发明附图1表示碳化钙(电石)为原料合成的化工产品的示意图，附图2是竖炉氧燃喷吹生产碳化钙方法的装置示意图，包括原料系统的原料仓(1)、震动筛给料机(2)、电子斗称(3)、皮带机(4)、料车(5)、斜桥(6)等，竖炉本体(7)、炉基基墩(19)、炉基基座(20)，成品处理系统包括硅铁罐(8)、电石罐(9)，煤气除尘回收系统包括放散阀(10)、切断阀(11)、重力除尘器(12)、袋式或静电除尘器(13)、螺旋运输机(14)、灰尘车(15)、灰尘车(16)、净煤气总管(17)、煤气储存罐(31)，送风系统包括热风炉(18)、热风炉地下烟道(21)、烟筒(22)，制氧机富氧系统(23)、鼓风机(24)、放风阀(25)、混风阀(26)、纯氧阀(27)，喷吹系统包括喷油系统(28)、喷煤系统(29)、喷天然气系统(30)、纯氧系统和混风系统等。
本发明附图3为竖炉本体纵剖面示意图，包括电石出口(32)、硅铁出口或为电石出口(33)、炭捣耐火材料炉缸衬(34)、风口(35)、大小冷却套(36)、喷吹系统的喷射器(36)、中型或碱性耐火材料砖衬(38)、冷却炉套(39)、炉体(40)、大、小料钟(41)、排烟管(42)、探料尺(43)等。
具体实施例方式本发明选择竖炉容量30M3、离心鼓风机风量260M3/MIN、风压0.18Mpa，1、原料原始条件本发明配料所用原料见表1-1—表1-4。
2计算中需要选定的数据1)碳酸盐分解出的CO2与C的反应系数定为100％，2)外部热损失；(按整体用热的20％计算)，3)选定兰碳、CaCO3氧热法生产80％碳化钙电石。
3原料配比和供料制度主要原料以生产一吨电石的配比为石灰石∶焦碳∶萤石＝(1.3-1.5)∶(2.2-2.6)∶(0.039-0.046)。碳化钙生产物料平衡见表1-5。每批料焦炭220-260Kg；石灰石260-300Kg，加萤石7.8-9.2Kg。每批料间隔时间是根据富氧量、冶炼强度而定，有炉顶料尺控制。
4喷吹工艺参数喷吹煤粉100-300Kg/t碳化钙，或喷吹轻油100-320Kg/t碳化钙，或喷吹天然气100-300M3/t碳化钙，相应的需要补充燃烧的用氧气量为100-370M3/t碳化钙。
通过富氧鼓风可提高风口喷吹区域的燃料燃烧温度、当用空气鼓风时、控制竖炉实际温度为1800-2000℃。而用富氧鼓风时，富氧率分别为9％、14％、19％时，其控制竖炉实际温度相应为2000-2312℃、2312-2486℃、2486-2645℃。显然，利用富氧鼓风喷吹技术相应地提高了炉缸和炉腹的温度，可增强冶炼强度和提高产量。
5送风制度热风温度(tB)1150℃；炉顶温度(tg)200-400℃；炉顶压力0.01-0.03Mpa；空气量5600-2600M3/tc；鼓风湿分(ε)1.7％；原料入炉温度t＝30℃；富氧量506-805M3/tc；富氧率(β)9-19％；富氧空气量7200-3500M3/tc；
各种入炉物料的化学成分表1---1石灰石成分表％

表1---2焦炭成分表％

表1---3萤石成分表％

表1---4几种碎铁成分表％

6竖炉小时碳化钙产量应用富氧鼓风，富氧率为9-39％，其相应每小时生产碳化钙3.43t/h、4.26t/h、5.21t/h，煤气产量7000-5900M3/t碳化钙。
本发明实施方案的技术指标，利用系数为2.73-4.16吨碳化钙/米3.昼夜，焦比为1.8-2.6t焦炭/t碳化钙，碳化钙日产量为含78％CaC2的碳化钙82-125吨/昼夜，副产品含54-64％CO的煤气5000-7000M3/t碳化钙，含硅45-75％的硅铁0-200Kg/t碳化钙，综合生产成本为人民币1250元/t碳化钙、生产成本较电炉法降低生产成本35-40％、降低人民币约800元/t碳化钙。
本发明即是生产碳化钙、硅铁、又是生产净煤气的装置。还可成为生产硅铁或煤气生产装置。生产的高质量碳化钙产品，其炭化钙含量可》80％。本发明的装置投资小、节能、低耗、、高产、优质、生产成本低、具有综合利用资源和绿色环保的优点。碳化钙产品用途广泛、市场需求量大、发展前景广阔。
表1-5电石生产物料平衡表
权利要求
1竖炉氧燃喷吹生产碳化钙方法及装置，其特征在于竖炉包括上料系统、装料系统、竖炉本体、送风系统、喷吹系统、成品处理系统、冷却系统、煤气除尘回收系统等，附图2所示上料系统包括1.原料仓(焦炭仓、石灰石或生石灰仓、溶剂仓、副产品配料仓)，2.振动筛给料机(四台)，3.电子斗秤(四台)，4.皮带机，5.料车，6.斜桥和卷扬机；7.竖炉本体；成品处理系统包括8.硅铁罐，9.电石罐；煤气除尘回收系统包括10.放散阀；11.切断阀；12.重力除尘器；13.袋式或静电除尘器；14.螺旋运输机；15.灰尘车；16.灰尘车；17.净煤气总管；31煤气储村罐组；送风系统包括18.热风炉(二座或三座)，19.炉基基墩，20.炉基基座，21.热风炉地下烟道，22.烟筒，24.鼓风机，25.放风阀，26.混风阀门(二个或三个)预热混合空气时打开、燃烧热风炉时关闭，23.制氧机富氧系统，27纯氧气阀；喷吹系统包括28.喷油系统，29喷煤系统，30.喷天然气系统，及纯氧和混风系统；或仅包括喷煤系统；冷却系统包括冷却泵，冷却水质处理器，冷却水塔，管路，水冷却壁和风口大、小冷却套，冷却炉套等；竖炉本体7示于附图3，包括32.碳化钙排放口；33.硅铁排放口或碳化钙排放口；34.炭捣结耐火材料；35.风口；36.大冷却套；37.小冷却套；38.中性或碱性耐火砖；39.冷却炉套；40.体；41.大、小料钟；42.排烟管；43.探料尺等。
2根据权利要求1所述竖炉，其特征在于风口5、碳化钙排放口32和硅铁排放口33的数目是依竖炉主体7的炉缸直径d/M来设定；沿炉缸圆周上设置风口数目为3d、当炉缸直经d小于5米时，碳化钙排放口32和硅铁排放口33的各设1个；当炉缸直径d大于5米时，碳化钙和硅铁排放口各设2个；当炉缸直径d大于10米时，排放口各设3个；硅铁排出口33设在炉缸底部，碳化钙排出口32设置在较高位置，可根据出炉次数决定位置；若每出2-4次碳化钙产品、相应出一次硅铁，则碳化钙排放口和硅铁放出口可设在同一水平线上，当仅生产碳化钙产品时、可将硅铁排放口为用作碳化钙的排放口。
3根据权利要求1所述竖炉，其特征在于竖炉炉身高度Hu与炉缸直径d之比《3.5、喉口直径与炉缸直径之比为0.8-1.1，竖炉容积在30M3以下、炉缸直径为7.5-9.5M，竖炉容积为50-100M3，其炉缸直经为10-15M，竖炉容积》100M3，炉缸直径》9.5M；其炉身角为80度。
4上述竖炉氧燃喷吹生产碳化钙装置的方法，其特征在于包括原料配比、装料制度、料柱高度、供风制度、喷吹制度、成品排放制度等，主要原料包括石灰石，焦炭、无烟煤、兰炭(半炭)，萤石，富氧空气或纯氧，及喷吹工艺所需的煤粉、轻、重油、天然气等。以生产1吨含80％CaC2的炭化钙为准，其原料配比为CaCO3∶C∶CaF2为(1.2-2.0)∶(1.5-4.0)∶(0.027-0.080)t/t碳化钙，鼓风温度1150-1250℃、纯氧或富氧空气，其纯氧量或富氧空气量为1.2-3.1标M3/Kgc，从风口设置的喷射器向炉缸喷吹煤粉、或轻油、重油、天然气等40-400Kg(M3)/t碳化钙，相应喷入氧气50-500Kg(M3)/t碳化钙，或相应喷入富氧空气量，若物料中的SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、CO2等物质，还原反应所需炭量和反应所需燃烧供热的用炭量，也要计算补入配料，如果这些元素还原后的总含量，超过碳化钙总成分的20％以上，则再配加洁净的废钢铁(Fe)使SiO2和Fe反应成含硅45-75％硅铁()，经分离和提纯的碳化钙产品，煤气为含一氧化碳大于55％的净化煤气产品。
5根据权利要求4所述生产碳化钙方法，其特征在于原料配比CaCO3∶C为(1.2-2.0)∶(1.5-4.0)t/t碳化钙。
6根据权利要求4所述生产碳化钙方法，其特征在于原料含96％CaO的石灰石、含84％固定炭的焦炭、含70％CaF2的萤石，其相应生产1吨碳化钙的原料配比为石灰石∶焦炭∶萤石＝(1.25-2.08)∶(1.78-4.76)∶(0.039-0.114)t/t碳化钙，供风量7600-2000M3/t碳化钙，当富氧空气的富氧率1-69％、风温1150-1250℃、富氧空气量相应为8590-2250M3/t碳化钙。
7根据权利要求4、5所述生产碳化钙方法，其特征在于原料配比相应为石灰石∶焦碳∶萤石＝(1.4-1.7)∶(1.78-4.76)∶(0.039-0.114)t/t碳化钙，富氧率为9-39％，风温1150-1250℃，空气量1500-7400M3/t碳化 钙，其富氧空气量相应调整3000-7600M3/t碳化钙。
8根据权利要求4、5所述生产碳化钙方法，其特征在于富氧率为40-80％，风温1150-1250℃，空气量500-3500M3/t碳化钙，富氧空气量相应为500-3500M3/t碳化钙。
9根据权利要求4所述生产碳化钙方法，其特征在于喷吹工艺包括喷吹煤粉、重油、轻油、天然气、石油气等燃料，配以富氧空气或纯氧气，通过设在风口的喷射器从竖炉风口将燃料、预热富氧空气或纯氧喷入炉内，喷吹燃料量为40-400Kg(M3)/t碳化钙，相应喷吹的氧量50-500M3/t碳化钙或相应的富氧率为9％-39％的富氧空气。
10根据权利要求4所述生产碳化钙方法，其特征在于原料配比为石灰石配比为(1.3-1.5)∶(1.65-3.8)∶(0.039-0.046)t/t碳化钙，风温1150℃，富氧率为9-39％；每批料的焦炭200-260Kg，石灰石260-300Kg，萤石7.8-9.2Kg，每批料间隔时间以探料尺探测控制；富氧空气量为3500-7200M3/t碳化钙，空气量为2800-6800M3/t碳化钙，喷吹工艺参数，喷吹煤粉100-300Kg/t碳化钙、喷吹轻油100-320M/t碳化钙、或喷吹天燃气100-300m/t碳化钙，相应需补充燃烧的用氧量100-370M3/t碳化钙，高温还原区温度达2000-2645℃，相应利用系数2.73-4.16t/M3.h，焦比为1.8-2.6t/t碳化钙，生产含78％CaC2的碳化钙产品，达82-125吨/昼夜，生产含54-78的副产品硅铁约0-200Kg/t碳化钙生产副产品含54-64％CO的煤气5000-7000M3/t碳化钙。
全文摘要
本发明为竖炉氧燃喷吹生产碳化钙技术领域。用预热氧或富氧空气喷吹技术，经碳酸钙热分解成氧化钙被炭素材料还原生成碳化钙。本发明装置，包括竖炉本体、上料、装料、制氧、热风、鼓风、富氧和喷吹、冷却、煤气净化回收、碳化钙和硅铁回收等系统。竖炉炉身高度与炉缸直径比≤3.5，喉口与炉缸直径比为0.8－1.1。本发明方法，以生产80％CaC
文档编号C01B31/32GK1843907SQ20051006321
公开日2006年10月11日 申请日期2005年4月7日 优先权日2005年4月7日
发明者岳书才 申请人:岳书才