氧电联合电石熔炼炉及系统

摘要

本发明涉及一种氧电联合电石熔炼炉，包括闪速熔炼炉体，闪速熔炼炉体上设有混合喷嘴，混合喷嘴连接有粉状碳基原料供应机构、粉状钙基原料供应机构及含氧气体输送机构；闪速熔炼炉体底部具有反应区熔池，反应区熔池向闪速熔炼炉体的其中一侧延伸形成精炼区熔池，并于精炼区熔池上方设置电极精炼炉体，电极精炼炉体上设有用于插入精炼区熔池内的电极，精炼区熔池上设有出料口。本发明采用闪速熔炼的方法生产电石，可充分利用粉状原料的活性表面，强化电石冶炼反应过程，降低反应温度，缩短反应时间；利用电极的高能量密度的电能加速电石生成反应进程，并促进电石反应充分完成。

权利要求

1.一种氧电联合电石熔炼炉，其特征在于：包括闪速熔炼炉体，所述闪速熔炼炉体上设有混合喷嘴，所述混合喷嘴连接有粉状碳基原料供应机构、粉状钙基原料供应机构及含氧气体输送机构，粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体由所述混合喷嘴喷入所述闪速熔炼炉体内反应形成氧热反应区；所述闪速熔炼炉体底部具有反应区熔池，所述反应区熔池向所述闪速熔炼炉体的其中一侧延伸形成精炼区熔池，并于所述精炼区熔池上方设置电极精炼炉体，所述电极精炼炉体上设有用于插入所述精炼区熔池内的电极，所述精炼区熔池上设有出料口。

2.根据权利要求1所述的氧电联合电石熔炼炉，其特征在于：所述闪速熔炼炉体上设有第一烟道，所述电极精炼炉体设于所述第一烟道远离所述氧热反应区的一侧。

3.根据权利要求1或2所述的氧电联合电石熔炼炉，其特征在于：自所述反应区熔池至所述精炼区熔池，熔池底部所处高度逐渐降低。

4.根据权利要求1或2所述的氧电联合电石熔炼炉，其特征在于：所述电极为3根，3根所述电极呈等边三角形布置。

5.根据权利要求1或2所述的氧电联合电石熔炼炉，其特征在于：所述电极精炼炉体上设有第二烟道。

6.一种氧电联合电石熔炼系统，其特征在于：包括如权利要求1至5中任一项所述的氧电联合电石熔炼炉，所述粉状碳基原料供应机构包括碳基原料制粉单元及碳基原料干燥单元，所述粉状钙基原料供应机构包括钙基原料制粉单元及钙基原料干燥单元。

7.根据权利要求6所述的氧电联合电石熔炼系统，其特征在于：所述闪速熔炼炉体上设有第一烟道，所述电极精炼炉体上设有第二烟道，所述第一烟道及所述第二烟道均与煤气净化系统连接。

8.根据权利要求7所述的氧电联合电石熔炼系统，其特征在于：所述煤气净化系统包括沿烟气流通方向依次连接的除尘器和换热器，所述换热器出口端通过烟气管道与煤气用户连通。

说明书

氧电联合电石熔炼炉及系统

技术领域

[0001] 本发明属于电石生产技术领域，具体涉及一种氧电联合电石熔炼炉及熔炼系统。

背景技术

[0002] 电石是有机合成化学工业的基本原料，其主要化学成分是碳化钙（CaC2）。工业上电石生产方法主要是电热法和氧热法。

[0003] 电热法冶炼电石，是借助电弧炉将电能转化为热能，加热粒径5 30mm的石灰和碳~素原料，在2000～2200℃高温条件下制取电石。电石合成反应是一个固相吸热反应，化学动力学过程时间长；由于块状原料接触面积小，严重影响反应速率和传热传质效率，因此，电热法冶炼电石需要2000℃以上的高温。电热法工艺成熟，缺点是采用高品位的电能供热，能耗高、效率低。

[0004] 氧热法冶炼电石，是由前联邦德国巴登苯氨纯碱公司率先开发，直接利用燃烧热为电石生产供热。氧热法以含碳燃料的燃烧作为热源，提供足够的热量满足电石生成所需的温度和反应吸热。氧热法避免了能量的二次转化，它的热效率显著高于电热法。但是，由于氧热法的高温环境和物料的运动方式与电热法不同，燃料燃烧供热对电石熔融和纯度的影响也与电热法不同，氧热法还没有得到广泛的工业应用。尽管如此，氧热法避免了电极的使用和消耗，副产煤气（含大量CO）可联产利用，有利于降低投资，节约成本。氧热法电石生产技术具有广阔的发展前景，相关的基础研究仍在不断深化之中。神雾环境能源科技公司申请的制备电石的方法的相关专利（申请号CN201310728767.1、CN201310729034.X、CN201310728116.2等）中，将钙基和碳基原料经过热解或煅烧处理后，制备电石。这些方法虽然可以提高反应速率、降低能耗，但难以保证反应充分完成，制得的电石品位相对较低。

[0005] 闪速熔炼工艺广泛应用于有色冶金行业，该工艺是充分利用细磨物料巨大的活性表面，强化冶炼反应过程的熔炼方法。有色金属闪速熔炼的技术特征是将深度脱水的粉状精矿（含水小于0.3%），与热空气或氧气混合后，以高速度（60～70m/s）喷入反应塔内，在反应区产生高温（1450～1550℃）。闪速熔炼被较多应用于冰铜的冶炼，此工艺的一个突出优点是充分利用精矿粉的表面能和硫化物的燃烧热，从而达到产量大、能耗低、回收率高、污染小的目的。

发明内容

[0006] 本发明实施例涉及一种氧电联合电石熔炼炉及系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。

[0007] 本发明实施例涉及一种氧电联合电石熔炼炉，包括闪速熔炼炉体，所述闪速熔炼炉体上设有混合喷嘴，所述混合喷嘴连接有粉状碳基原料供应机构、粉状钙基原料供应机构及含氧气体输送机构，粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体由所述混合喷嘴喷入所述闪速熔炼炉体内反应形成氧热反应区；所述闪速熔炼炉体底部具有反应区熔池，所述反应区熔池向所述闪速熔炼炉体的其中一侧延伸形成精炼区熔池，并于所述精炼区熔池上方设置电极精炼炉体，所述电极精炼炉体上设有用于插入所述精炼区熔池内的电极，所述精炼区熔池上设有出料口。

[0008] 作为实施例之一，所述闪速熔炼炉体上设有第一烟道，所述电极精炼炉体设于所述第一烟道远离所述氧热反应区的一侧。

[0009] 作为实施例之一，自所述反应区熔池至所述精炼区熔池，熔池底部所处高度逐渐降低。

[0010] 作为实施例之一，所述电极为3根，3根所述电极呈等边三角形布置。

[0011] 作为实施例之一，所述电极精炼炉体上设有第二烟道。

[0012] 本发明实施例还涉及一种氧电联合电石熔炼系统，包括如上所述的氧电联合电石熔炼炉，所述粉状碳基原料供应机构包括碳基原料制粉单元及碳基原料干燥单元，所述粉状钙基原料供应机构包括钙基原料制粉单元及钙基原料干燥单元。

[0013] 作为实施例之一，所述闪速熔炼炉体上设有第一烟道，所述电极精炼炉体上设有第二烟道，所述第一烟道及所述第二烟道均与煤气净化系统连接。

[0014] 作为实施例之一，所述煤气净化系统包括沿烟气流通方向依次连接的除尘器和换热器，所述换热器出口端通过烟气管道与煤气用户连通。

[0015] 本发明实施例至少实现了如下有益效果：采用闪速熔炼的方法生产电石，可充分利用粉状原料的活性表面，强化电石冶炼反应过程，降低反应温度，缩短反应时间；利用电极的高能量密度的电能加速电石生成反应进程，并促进电石反应充分完成。本发明提供的电石熔炼炉热效率高，熔炼过程快，缩短冶炼时间，提高生产效率，有利于实现不同等级能源的合理化配置使用和降低能耗。

附图说明

[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0017] 图1为本发明实施例提供的氧电联合电石熔炼炉的结构示意图；

[0018] 图2为本发明实施例提供的氧电联合电石熔炼系统的结构示意图。

具体实施方式

[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0020] 实施例一

[0021] 本发明实施例涉及一种氧电联合电石熔炼方法，包括以下步骤：

[0022] 步骤一，制备粉状碳基原料和粉状钙基原料，并对粉状碳基原料和粉状钙基原料进行干燥处理。其中，制备原料过程中，控制所述粉状碳基原料和粉状钙基原料的粒径均在0.07 1mm范围内，使碳基原料和钙基原料呈细粉状，具有较高的表面活性，从而强化电石熔~
炼速率，降低反应温度。干燥处理过程中，控制所述粉状碳基原料和粉状钙基原料中的水分的重量百分比均在0.3%以下，使得碳基原料及钙基原料可用于闪速熔炼。

[0023] 步骤二，将粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体喷入熔炼炉101内进行闪速熔炼，在所述熔炼炉101内形成氧热反应区3，该氧热反应区3温度控制在1600～2000℃，以在所述熔炼炉101底部的熔池内形成CaC2-CaO共熔层4。上述熔炼炉101采用闪速炉，粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体在闪速炉的混合喷嘴2内均匀混合，并以高速喷入闪速炉内，可有效提高反应速率，其中，混合喷嘴2的喷吹速度大于50m/s。电石生成过程的最基本特点是形成液态低温CaC2-CaO共熔层4，经过这一层，电石液才能不断提纯，并且该共熔物的存在使得电石可以在低于其熔点的条件下以熔融态排出熔炉。通过将氧热反应区3温度控制在1600～2000℃，可以控制反应过程不断形成CaC2-CaO共熔层4。为此，控制混合料中碳与氧化钙的摩尔比为1.5:1 3:1，氧气耗量为600 1600Nm³/t碳，可满足上述要求，获得良~ ~好的反应效果。其中，一部分碳基原料与氧气燃烧放热；一部分碳基原料与钙基原料迅速反应生成电石CaC2，反应过程产生的CO则可与氧气燃烧形成辅助放热，反应产生CaC2-CaO共熔物落入熔池，形成CaC2-CaO共熔层4，CaC2-CaO共熔层4内的CaO与C继续反应生成电石CaC2。
反应过程中可实时测定该氧热反应区3温度，以及时调整混合料中各原料的加入量，使得熔炼反应持续稳定进行。

[0024] 步骤三，在所述CaC2-CaO共熔层4内插入电极12加热，形成电极精炼区10。该电极12采用石墨电极，一方面可提供共熔层4内与CaO反应的C的来源，促进电石生成反应充分完成，有效提高电石液中电石的纯度，另一方面，利用电极12加热的高能量密度可加速CaC2-CaO共熔层4内电石生成反应速度，也可促进电石生成反应充分完成，有效提高生成效率。如图1，作为优选，所述电极12为3根，3根所述电极12呈等边三角形布置，且布置于电极精炼区
10炉体中心位置，可提高电极精炼区10内电石生产反应的均匀性，使反应更为稳定的进行。
另外，所述电极精炼区10与所述氧热反应区3相互远离设置，避免氧热反应区3的含氧气体造成电极12氧化，影响电极12使用寿命及反应稳定性。

[0025] 步骤四，所述电极精炼区10处的熔池排料得到电石液。随着精炼反应的进行，共熔层4内的CaO与C持续反应生产电石，因此，共熔层4内不断提纯得到电石液，碳基原料、钙基原料等原料中的灰分及杂质熔化成渣沉降在熔池底部。如图1，在电极精炼区10处的熔池底部，自下而上依次形成渣液层6、电石液层5和CaC2-CaO共熔层4，电石液和渣液一同定时或不定时从设于电极精炼区10处的熔池上的出料口7排出。

[0026] 如图1，作为优选，自所述氧热反应区3至所述电极精炼区10，所述熔池底部所处高度逐渐降低。即氧热反应区3下方的熔池与电极精炼区10处的熔池通过一缓坡式熔池连通，缓坡式熔池将氧热反应区3下方熔池内的CaC2-CaO共熔物引入电极精炼区10处的熔池内，便于通过电极12精炼提高CaC2-CaO共熔层4提纯的速度及效果。该缓坡式熔池的坡度可根据氧热反应区3内的CaC2-CaO共熔物产生速度及电极12精炼能力等因素确定，实现电石熔炼连续生产为准。如图1，由于电极精炼区10内电石液提纯速度较快，电极精炼区10处的熔池深度应较其他区域大。

[0027] 上述方法中，所述含氧气体优选为采用工业纯氧（含氧95% 97%）。闪速炉炉体上设~有第一烟道8，以排出氧热反应区3产生的烟气，电极精炼区10形成于第一烟道8远离氧热反应区3的一侧，电极精炼区10的炉体上设有第二烟道11，以排出精炼反应过程中产生的CO气体。经所述第一烟道8和第二烟道11排出的烟气均可输送至煤气净化系统103处理以回收利用，如图2，具体可以为：烟气经旋风除尘器等除尘后，经换热器回收热量进行利用（如发电等），回收热量的烟气可供给煤气用户进行综合利用。

[0028] 采用闪速熔炼的方法生产电石，可充分利用粉状原料的活性表面，强化电石冶炼反应过程，降低反应温度，缩短反应时间；利用电极12的高能量密度的电能加速电石生成反应进程，并促进电石反应充分完成。本实施例采用氧电联合的方法冶炼电石，由于氧热法对于控制电石反应程度存在困难，因此可利用电热法在这方面的优势加以补偿，从而促进电石反应的充分完成，提高电石液中电石的纯度。此外，氧热法联合使用电热法还能实现不同等级能源的合理化配置使用，将氧热法产生的热量主要用于加热物料和熔池从而提高热效率，而将电热法产生的热量主要用于电石生成反应从而加速反应进程并可节约优质电力资源。本发明提供的电石熔炼方法热效率高，熔炼过程快，缩短冶炼时间，可有效提高生产效率。

[0029] 实施例二

[0030] 如图1，本发明实施例涉及一种氧电联合电石熔炼炉101，包括闪速熔炼炉体1，所述闪速熔炼炉体1上设有混合喷嘴2，所述混合喷嘴2连接有粉状碳基原料供应机构、粉状钙基原料供应机构及含氧气体输送机构，粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体由所述混合喷嘴2喷入所述闪速熔炼炉体1内反应形成氧热反应区3；所述闪速熔炼炉体1底部具有反应区熔池，所述反应区熔池向所述闪速熔炼炉体1的其中一侧延伸形成精炼区熔池，并于所述精炼区熔池上方设置电极精炼炉体9，所述电极精炼炉体9上设有用于插入所述精炼区熔池内的电极12，所述精炼区熔池上设有出料口7。其中，所述含氧气体优选为采用工业纯氧（含氧95% 97%）；生产时，在精炼区熔池底部，自下而上依次形成渣液层6、电石液层5和~CaC2-CaO共熔层4，电石液和渣液一同定时或不定时从所述出料口7排出；因此，出料口7的位置应与电石液层5和渣液层6的高度相匹配，其对应设于精炼区熔池侧壁的下部。电极12插入精炼区熔池内的CaC2-CaO共熔层4内，以不断促进电石生成反应进行；所述电极12为3根，3根所述电极12呈等边三角形布置，且布置于电极精炼区10炉体中心位置，可提高电极精炼区10内电石生产反应的均匀性，使反应更为稳定的进行。如图1，由于电极精炼区10内电石液提纯速度较快，电极精炼区10处的熔池深度应较其他区域大。闪速熔炼炉体1可采用现有的闪速炉炉体，如奥托昆普闪速炉炉体或因科闪速炉炉体等，氧热反应区3可形成于奥托昆普闪速炉炉体的反应塔内或形成于因科闪速炉炉体的炉膛内。

[0031] 接续上述氧电联合电石熔炼炉101的结构，电极精炼区10与氧热反应区3应相互远离设置，避免氧热反应区3的含氧气体造成电极12氧化，影响电极12使用寿命及反应稳定性。如图1，混合喷嘴2设于闪速熔炼炉体1的一侧端墙上，与该侧端墙正对的另一侧炉体上设有第一烟道8，所述电极精炼炉体9设于所述第一烟道8远离所述氧热反应区3的一侧。

[0032] 进一步优化上述氧电联合电石熔炼炉101的结构，自所述反应区熔池至所述精炼区熔池，熔池底部所处高度逐渐降低。即氧热反应区3下方的熔池与电极精炼区10处的熔池通过一缓坡式熔池连通，缓坡式熔池将氧热反应区3下方熔池内的CaC2-CaO共熔物引入电极精炼区10处的熔池内，便于通过电极12精炼提高CaC2-CaO共熔层4提纯的速度及效果。该缓坡式熔池的坡度可根据氧热反应区3内的CaC2-CaO共熔物产生速度及电极12精炼能力等因素确定，实现电石熔炼连续生产为准。本实施例提供的电石熔炼炉101中，氧热反应区3相当于气流床反应器，即本氧电联合电石熔炼炉101为包括气流床反应器和电极精炼炉的集成反应器，气流床反应器和电极精炼炉通过上述缓坡式熔池连接，实现多工序冶炼电石，可综合氧热法和电热法冶炼电石的优点，有效提高电石冶炼生产效率及产品质量。具体体现为：由于氧热法对于控制电石反应程度存在困难，因此可利用电热法在这方面的优势加以补偿，从而促进电石反应的充分完成，提高电石液中电石的纯度。此外，氧热法联合使用电热法还能实现不同等级能源的合理化配置使用，将氧热法产生的热量主要用于加热物料和熔池从而提高热效率，而将电热法产生的热量主要用于电石生成反应从而加速反应进程并可节约优质电力资源。

[0033] 上述第一烟道8用于排出氧热反应区3产生的烟气；电极精炼区10的炉体上设有第二烟道11，以排出精炼反应过程中产生的CO气体。经所述第一烟道8和第二烟道11排出的烟气均可输送至煤气净化系统103处理以回收利用。

[0034] 本实施例提供的氧电联合电石熔炼炉101可使用实施例一中所述的氧电联合电石熔炼方法生产电石。

[0035] 实施例三

[0036] 本发明实施例涉及一种氧电联合电石熔炼系统，包括电石熔炼炉101，该电石熔炼炉101采用实施例二中所提供的氧电联合电石熔炼炉101，此处不再赘述。该氧电联合电石熔炼炉101的混合喷嘴2连接有粉状原料供应系统102和含氧气体输送机构；粉状原料供应系统102包括粉状碳基原料供应机构和粉状钙基原料供应机构，所述粉状碳基原料供应机构包括碳基原料制粉单元及碳基原料干燥单元，所述粉状钙基原料供应机构包括钙基原料制粉单元及钙基原料干燥单元。

[0037] 对于上述氧电联合电石熔炼炉101，闪速熔炼炉体1上设有第一烟道8，电极精炼炉体9上设有第二烟道11，第一烟道8及所述第二烟道11均与煤气净化系统103连接，经第一烟道8和第二烟道11排出的烟气输送至煤气净化系统103处理以回收利用。如图2，具体可以为：煤气净化系统103包括沿烟气流通方向依次连接的除尘器和换热器，烟气经旋风除尘器等除尘后，经换热器回收热量进行利用（如发电等），回收热量后的烟气可供给煤气用户进行综合利用。

[0038] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。