氧電聯(lián)合電石熔煉爐及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電石生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧電聯(lián)合電石熔煉爐及熔煉系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電石是有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)的基本原料，其主要化學(xué)成分是碳化鈣(CaC2)。工業(yè)上電石生產(chǎn)方法主要是電熱法和氧熱法。
[0003]電熱法冶煉電石，是借助電弧爐將電能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱粒徑5?30mm的石灰和碳素原料，在2000?2200°C高溫條件下制取電石。電石合成反應(yīng)是一個(gè)固相吸熱反應(yīng)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)；由于塊狀原料接觸面積小，嚴(yán)重影響反應(yīng)速率和傳熱傳質(zhì)效率，因此，電熱法冶煉電石需要2000°C以上的高溫。電熱法工藝成熟，缺點(diǎn)是采用高品位的電能供熱，能耗高、效率低。
[0004]氧熱法冶煉電石，是由前聯(lián)邦德國(guó)巴登苯氨純堿公司率先開(kāi)發(fā)，直接利用燃燒熱為電石生產(chǎn)供熱。氧熱法以含碳燃料的燃燒作為熱源，提供足夠的熱量滿足電石生成所需的溫度和反應(yīng)吸熱。氧熱法避免了能量的二次轉(zhuǎn)化，它的熱效率顯著高于電熱法。但是，由于氧熱法的高溫環(huán)境和物料的運(yùn)動(dòng)方式與電熱法不同，燃料燃燒供熱對(duì)電石熔融和純度的影響也與電熱法不同，氧熱法還沒(méi)有得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用。盡管如此，氧熱法避免了電極的使用和消耗，副產(chǎn)煤氣(含大量CO)可聯(lián)產(chǎn)利用，有利于降低投資，節(jié)約成本。氧熱法電石生產(chǎn)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景，相關(guān)的基礎(chǔ)研究仍在不斷深化之中。神霧環(huán)境能源科技公司申請(qǐng)的制備電石的方法的相關(guān)專利(申請(qǐng)?zhí)朇N201310728767.1、CN201310729034.X、CN201310728116.2等)中，將鈣基和碳基原料經(jīng)過(guò)熱解或煅燒處理后，制備電石。這些方法雖然可以提高反應(yīng)速率、降低能耗，但難以保證反應(yīng)充分完成，制得的電石品位相對(duì)較低。
[0005]閃速熔煉工藝廣泛應(yīng)用于有色冶金行業(yè)，該工藝是充分利用細(xì)磨物料巨大的活性表面，強(qiáng)化冶煉反應(yīng)過(guò)程的熔煉方法。有色金屬閃速熔煉的技術(shù)特征是將深度脫水的粉狀精礦(含水小于0.3%)，與熱空氣或氧氣混合后，以高速度(60?70m/s)噴入反應(yīng)塔內(nèi)，在反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生高溫(1450?1550°C)。閃速熔煉被較多應(yīng)用于冰銅的冶煉，此工藝的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是充分利用精礦粉的表面能和硫化物的燃燒熱，從而達(dá)到產(chǎn)量大、能耗低、回收率高、污染小的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型實(shí)施例涉及一種氧電聯(lián)合電石熔煉爐及系統(tǒng)，至少可解決現(xiàn)有技術(shù)的部分缺陷。
[0007]本實(shí)用新型實(shí)施例涉及一種氧電聯(lián)合電石熔煉爐，包括閃速熔煉爐體，所述閃速熔煉爐體上設(shè)有混合噴嘴，所述混合噴嘴連接有粉狀碳基原料供應(yīng)機(jī)構(gòu)、粉狀鈣基原料供應(yīng)機(jī)構(gòu)及含氧氣體輸送機(jī)構(gòu)，粉狀碳基原料、粉狀鈣基原料及含氧氣體由所述混合噴嘴噴入所述閃速熔煉爐體內(nèi)反應(yīng)形成氧熱反應(yīng)區(qū)；所述閃速熔煉爐體底部具有反應(yīng)區(qū)熔池，所述反應(yīng)區(qū)熔池向所述閃速熔煉爐體的其中一側(cè)延伸形成精煉區(qū)熔池，并于所述精煉區(qū)熔池上方設(shè)置電極精煉爐體，所述電極精煉爐體上設(shè)有用于插入所述精煉區(qū)熔池內(nèi)的電極，所述精煉區(qū)熔池上設(shè)有出料口。
[0008]作為實(shí)施例之一，所述閃速熔煉爐體上設(shè)有第一煙道，所述電極精煉爐體設(shè)于所述第一煙道遠(yuǎn)離所述氧熱反應(yīng)區(qū)的一側(cè)。
[0009]作為實(shí)施例之一，自所述反應(yīng)區(qū)熔池至所述精煉區(qū)熔池，熔池底部所處高度逐漸降低。
[0010]作為實(shí)施例之一，所述電極為3根，3根所述電極呈等邊三角形布置。
[0011]作為實(shí)施例之一，所述電極精煉爐體上設(shè)有第二煙道。
[0012]本實(shí)用新型實(shí)施例還涉及一種氧電聯(lián)合電石熔煉系統(tǒng)，包括如上所述的氧電聯(lián)合電石熔煉爐，所述粉狀碳基原料供應(yīng)機(jī)構(gòu)包括碳基原料制粉單元及碳基原料干燥單元，所述粉狀鈣基原料供應(yīng)機(jī)構(gòu)包括鈣基原料制粉單元及鈣基原料干燥單元。
[0013]作為實(shí)施例之一，所述閃速熔煉爐體上設(shè)有第一煙道，所述電極精煉爐體上設(shè)有第二煙道，所述第一煙道及所述第二煙道均與煤氣凈化系統(tǒng)連接。
[0014]作為實(shí)施例之一，所述煤氣凈化系統(tǒng)包括沿?zé)煔饬魍ǚ较蛞来芜B接的除塵器和換熱器，所述換熱器出口端通過(guò)煙氣管道與煤氣用戶連通。
[0015]本實(shí)用新型實(shí)施例至少實(shí)現(xiàn)了如下有益效果:采用閃速熔煉的方法生產(chǎn)電石，可充分利用粉狀原料的活性表面，強(qiáng)化電石冶煉反應(yīng)過(guò)程，降低反應(yīng)溫度，縮短反應(yīng)時(shí)間；利用電極的高能量密度的電能加速電石生成反應(yīng)進(jìn)程，并促進(jìn)電石反應(yīng)充分完成。本實(shí)用新型提供的電石熔煉爐熱效率高，熔煉過(guò)程快，縮短冶煉時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，有利于實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)能源的合理化配置使用和降低能耗。
【附圖說(shuō)明】
[0016]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氧電聯(lián)合電石熔煉爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氧電聯(lián)合電石熔煉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0020]實(shí)施例一
[0021]本實(shí)用新型實(shí)施例涉及一種氧電聯(lián)合電石熔煉方法，包括以下步驟:
[0022]步驟一，制備粉狀碳基原料和粉狀鈣基原料，并對(duì)粉狀碳基原料和粉狀鈣基原料進(jìn)行干燥處理。其中，制備原料過(guò)程中，控制所述粉狀碳基原料和粉狀鈣基原料的粒徑均在0.07?Imm范圍內(nèi)，使碳基原料和鈣基原料呈細(xì)粉狀，具有較高的表面活性，從而強(qiáng)化電石熔煉速率，降低反應(yīng)溫度。干燥處理過(guò)程中，控制所述粉狀碳基原料和粉狀鈣基原料中的水分的重量百分比均在0.3%以下，使得碳基原料及鈣基原料可用于閃速熔煉。
[0023]步驟二，將粉狀碳基原料、粉狀鈣基原料及含氧氣體噴入熔煉爐101內(nèi)進(jìn)行閃速熔煉，在所述熔煉爐101內(nèi)形成氧熱反應(yīng)區(qū)3，該氧熱反應(yīng)區(qū)3溫度控制在1600?2000°C，以在所述熔煉爐101底部的熔池內(nèi)形成CaC2-CaO共熔層4。上述熔煉爐101采用閃速爐，粉狀碳基原料、粉狀鈣基原料及含氧氣體在閃速爐的混合噴嘴2內(nèi)均勻混合，并以高速噴入閃速爐內(nèi)，可有效提高反應(yīng)速率，其中，混合噴嘴2的噴吹速度大于50m/s。電石生成過(guò)程的最基本特點(diǎn)是形成液態(tài)低溫CaC2-CaO共熔層4，經(jīng)過(guò)這一層，電石液才能不斷提純，并且該共熔物的存在使得電石可以在低于其熔點(diǎn)的條件下以熔融態(tài)排出熔爐。通過(guò)將氧熱反應(yīng)區(qū)3溫度控制在1600?2000°C，可以控制反應(yīng)過(guò)程不斷形成CaC2-CaO共熔層4。為此，控制混合料中碳與氧化1丐的摩爾比為1.5:1?3:1，氧氣耗量為600?1600Nm 3/t碳，可滿足上述要求，獲得良好的反應(yīng)效果。其中，一部分碳基原料與氧氣燃燒放熱;一部分碳基原料與鈣基原料迅速反應(yīng)生成電石CaC2，反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的CO則可與氧氣燃燒形成輔助放熱，反應(yīng)產(chǎn)生CaC2-CaO共熔物落入熔池，形成CaC2-CaO共熔層4 ,CaC2-CaO共熔層4內(nèi)的CaO與C繼續(xù)反應(yīng)生成電石CaC2。反應(yīng)過(guò)程中可實(shí)時(shí)測(cè)定該氧熱反應(yīng)區(qū)3溫度，以及時(shí)調(diào)整混合料中各原料的加入量，使得熔煉反應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。
[0024]步驟三，在所述CaC2-CaO共熔層4內(nèi)插入電極12加熱，形成電極精煉區(qū)1。該電極12采用石墨電極，一方面可提供共熔層4內(nèi)與CaO反應(yīng)的C的來(lái)源，促進(jìn)電石生成反應(yīng)充分完成，有效提高電石液中電石的純度，另一方面，利用電極12加熱的高能量密度可加速CaC2-CaO共熔層4內(nèi)電石生成反應(yīng)速度，也可促進(jìn)電石生成反應(yīng)充分完成，有效提高生成效率。如圖1，作為優(yōu)選，所述電極12為3根，3根所述電極12呈等邊三角形布置，且布置于電極精煉區(qū)10爐體中心位置，可提高電極精煉區(qū)10內(nèi)電石生產(chǎn)反應(yīng)的均勻性，使反應(yīng)更為穩(wěn)定的進(jìn)行。另外，所述電極精煉區(qū)10與所述氧熱反應(yīng)區(qū)3相互遠(yuǎn)離設(shè)置，避免氧熱反應(yīng)區(qū)3的含氧氣體造成電極12氧化，影響電極12使用壽命及反應(yīng)穩(wěn)定性。
[0025]步驟四，所述電極精煉區(qū)10處的熔池排料得到電石液。隨著精煉反應(yīng)的進(jìn)行，共熔層4內(nèi)的CaO與C持續(xù)反應(yīng)生產(chǎn)電石，因此，共熔層4內(nèi)不斷提純得到電石液，碳基原料、鈣基原料等原料中的灰分及雜質(zhì)熔化成渣沉降在熔池底部。如圖1，在電極精煉區(qū)10處的熔池底部，自下而上依次形成渣液層6、電石液層5和CaC2_Ca0共恪層4，電石液和渣液一同定時(shí)或不定時(shí)從設(shè)于電極精煉區(qū)10處的熔池上的出料口 7排出。
[0026]如圖1，作為優(yōu)選，自所述氧熱反應(yīng)區(qū)3至所述電極精煉區(qū)10，所述熔池底部所處高度逐漸降低。即氧熱反應(yīng)區(qū)3下方的熔池與電極精煉區(qū)10處的熔池通過(guò)一緩坡式熔池連通，緩坡式熔池將氧熱反應(yīng)區(qū)3下方熔池內(nèi)的CaC2-CaO共熔物引入電極精煉區(qū)10處的熔池內(nèi)，便于通過(guò)電極12精煉提高CaC2-CaO共熔層4提純的速度及效果。該緩坡式熔池的坡度可根據(jù)氧熱反應(yīng)區(qū)3內(nèi)的CaC2-CaO共熔物產(chǎn)生速度及電極12精煉能力等因素確