一种电石生产方法和生产系统与流程

1.本发明属于化工技术领域，涉及一种电石生产方法和生产系统。


背景技术：

2.电石是制备乙炔的重要原料，由电石制取的乙炔广泛应用于金属焊接和切割。传统的电石制备过程主要是采用低灰分和低挥发分焦炭（或兰炭），以及生石灰作为原料，在电炉内进行熔融反应制备电石。这一制备过程的具体工艺流程为（如图1所示）：将石灰窑烧好的生石灰经筛分后（或外购合格成品石灰）通过皮带输送机送入配料站的生石灰仓以贮存待用；将外购处理合格粒度的焦炭（或兰炭）经过烘干、筛分后进入配料站的焦炭料仓以贮存待用；在配料站中，按照工艺规定的配比将块状生石灰和焦炭（或兰炭）分别进行称量配料，用皮带输送机混合后将炉料送至电炉炉顶，通过炉顶给料机和料仓依次向电炉内加料；炉料从料管进入电石炉内发生高温熔融化学反应生成电石；电石出炉后经冷却、破碎工序获得成品电石。
3.上述工艺流程的原料进料方式为：计量混合均匀的混合料通过环形布料机输送到缺料料仓，料仓下安装插入炉盖的料管，混合料经料管均匀投入到电石炉内料面上。
4.上述工艺流程中，随着炉内生成电石反应的进行，电石炉熔池中的电石液定期排出，当电石炉内料面下降，料管内的混合料即时进入炉内反应料层，缺料料仓内的混合料下落补充。缺料料仓设置高、低和低低料位，当低料位信号出现时，开始向该料仓批次加料；料位到达高料位（或批次完成）时停止加料。低低料位信号作为危险报警，提示操作人员料仓缺料到达了警戒线。
5.上述工艺流程中通常先使用块状煤炭进行热解生产焦炭（或兰炭），然后再将焦炭（或兰炭）和生石灰混合进行高温熔融反应生产电石，也就是说，传统电石生产过程未能实现从原煤开始的全系统生产工序连续化。


技术实现要素：

6.本发明的目的之一是提供一种电石生产方法，所述电石生产方法能够直接采用煤粉和石灰的混合球团作为原料，将煤粉热解生产焦炭的过程和焦炭石灰混合生产电石的过程进行有机结合，使热解反应和生产电石产生的热能有机地用于球团的预热，从而降低电石生产过程的能耗，同时降低生产成本。
7.为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种电石生产方法，所述电石生产方法包括如下步骤：（1）在粘结剂存在下，将粉碎制粉后的原料石灰和煤混合，然后冷压成型得到球团，所述球团的强度满足2米高度跌落5次后破损率，即小于5毫米的碎粒占全部球团颗粒的数量比例不大于3%；（2）将所述球团先后进行预热和热解反应；（3）热解反应所得热解球团进行高温熔融反应，生成液态电石，导出的液态电石经
冷却、破碎后形成成品电石，所述高温熔融反应的温度为1800~2200℃；其中，所述预热是通过将所述球团与由所述热解反应产生的热解气和由所述高温熔融反应产生的煤气形成的混合气进行接触来实现的。
8.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种电石生产方法，其中，所述接触的时间为1-3min。
9.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种电石生产方法，其中步骤（2）中，所述预热为预热至200-300℃。
10.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种电石生产方法，其中步骤（1）中，所述粘结剂选自水溶性粘结剂和/或溶剂型粘结剂中的一种或者多种；所述水溶性粘结剂选自淀粉、糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的一种或者多种；所述溶剂型粘结剂选自虫胶和/或丁基橡胶。
11.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种电石生产方法，其中步骤（1）中，所述粉碎制粉为将原料石灰和煤的平均粒径均粉碎至100-200nm。例如，所述粉碎制粉可以通过磨机实现。
12.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种电石生产方法，其中步骤（1）中，所述原料石灰和煤的混合质量比为1:1.2-1.5。
13.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种电石生产方法，所述热解反应的温度可以为450-700℃；热解反应的时间可以为3-30min，也可以为0.5-2h。
14.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种电石生产方法，其中步骤（3）中，所述高温熔融反应的时间为30-120min。
15.本发明的第二个目的是提供一种用于实施前述生产方法的电石生产系统，以能够更好地实现前述生产方法，从而降低电石生产过程能耗和生产成本。
16.为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种实现前述生产方法的电石生产系统，所述生产系统包括依次连接的粉碎装置、冷压成型料仓、预热料仓、热解炉、电石炉，以及混合室；所述粉碎装置用于粉碎原料石灰和煤；所述冷压成型料仓用于储存冷压成型后的球团；所述预热料仓用于对所述球团进行预热；所述热解炉用于进行所述球团的热解反应；所述电石炉用于进行所述热解球团的高温熔融反应；所述预热料仓、所述热解炉和所述电石炉通过所述混合室实现气体连通，使得所述热解炉中产生的热解气和所述电石炉中产生的煤气在所述混合室中进行混合后再通入所述预热料仓。
17.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种实现前述生产方法的电石生产系统，其中：所述预热料仓内设置进气支管、物料通道和出气总管，所述进气支管位于所述预热料仓的下段，所述出气总管位于所述预热料仓的上段，所述物料通道布置在所述预热料仓的内腔；所述物料通道内的侧壁上布置有百叶板，所述百叶板的一端固定在所述物料通道
的侧壁上，另一端作为自由端伸向所述物料通道的内腔并向下倾斜。
18.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种实现前述生产方法的电石生产系统，其中，所述物料通道沿垂直方向设置有多个层面，每个层面中设置有若干个百叶板，所述百叶板与所述物料通道在垂直方向上的夹角α为15-25
°
。
19.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种实现前述生产方法的电石生产系统，其中所述生产系统还包括燃烧室、热解球团料仓、电石锅中的一种或者多种部件，所述燃烧室连接所述热解炉，使得在所述燃烧室中生成的烟气通入所述热解炉内，用于加热发生热解反应；所述热解球团料仓连接所述热解炉与所述电石炉，用于储存热解反应后得到的热解球团；所述电石锅连接所述电石炉，液态电石导出后进入所述电石锅。
20.在一种优选的实施方案中，本发明提供一种实现前述生产方法的电石生产系统，其中在所述物料通道的外周布置有气体通道，在所述物料通道的侧壁上布置有进气孔，所述气体通道和所述物料通道通过所述进气孔实现气体连通。
21.在一种优选的实施方案中，在每个气体通道上设置有多个气体通道隔板，用于改变气体通道内气体的流动方向，增强气体余热换热效果和净化效果，每两个相邻的气体通道隔板之间布置有一个或多个进气孔，进气孔的孔径或者当量直径小于电石原料粒径。
22.本发明的有益效果在于，利用本发明的电石生产方法和生产系统，能够直接采用煤粉和石灰的混合球团作为原料，将煤粉热解生产焦炭过程和焦炭石灰混合生产电石过程的两步进行有机结合，使热解反应和生产电石产生的热能有机地用于球团的预热，从而降低电石生产过程的能耗，同时降低生产成本。
23.本发明的有益效果具体体现在：（1）本发明实现了从原煤到电石生产全过程的连续化，而且省略了传统电石生产工艺中单独的制焦步骤。
24.（2）本发明利用煤热解过程所产生的热解气和电石高温熔融过程所产生的煤气对球团进行换热，克服了传统电石生产过程未充分利用煤气余热的弊端。同时，为了实现更高效率的换热，本发明使用了特定设计的预热料仓，使得球团在所述预热料仓的停留时间更长，实现充分换热。混合气从进入预热料仓到排出预热料仓的温度差可以达到1400-1700℃，实现了更高的换热效率。
25.（3）本发明在预热料仓内设置有百叶板构件，在特定布置的百叶板的干扰下，混合气在预热料仓内并不是直线上升，而是呈折流上升，增加了混合气在预热料仓内的湍动程度，从而有助于提高混合气与球团的换热几率。
26.（4）本发明使用热解反应生成的热解球团直接进入热解球团料仓作为电石炉原料，省去了传统电石生产过程煤热解制焦后的热焦粉熄焦工序，避免了熄焦过程的热量损失。
27.（5）本发明的电石生产方法适用于多种形式的热解炉型，包括螺旋热解炉、流化热解炉、旋转热解炉、移动热解炉，实现了传统煤热解过程和电石生产过程的耦合。
28.综上所述，本发明降低了电石生产过程的能耗和生产成本。
附图说明
29.图1为现有技术的电石生产方法的工艺流程图。
30.图2为示例性的本发明的电石生产方法的工艺流程图。
31.图3为螺旋热解工艺以及对应的生产系统。
32.图4为流化热解工艺以及对应的生产系统。
33.图5为旋转热解工艺以及对应的生产系统。
34.图6为移动热解工艺以及对应的生产系统。
35.图7为图3-图6中各热解工艺对应的热解炉的示例性的结构图，其中， a为螺旋热解工艺对应的热解炉；b为流化热解工艺对应的热解炉；c为旋转热解工艺对应的热解炉；d为移动热解工艺对应的热解炉。
36.图8为本发明球团预热原理示意图。
37.图9为图3-图6中预热料仓的结构图。
38.图10为图9中进气孔的水平方向剖视图。
39.图11为图9沿ii-ii线的剖视图。
具体实施方式
40.以下结合实施例和附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
41.传统电石生产方法是采用原煤热解过程所产生的冷却焦炭（或者兰炭）与石灰进行冷压成型形成球团，随后球团经过预热后在电石炉内进行熔融反应，换热过程是利用熔融反应产生的煤气与球团进行换热。也就是说，在传统电石生产方法中，所用的碳源是原煤热解后形成的冷焦炭，原煤热解产生的热量是完全未用于电石生产过程的。
42.本发明的电石生产方法与传统生产方法相比，不同之处主要在于：在本发明的生产方法中，将热解过程与电石生产过程进行有机结合，可以直接使用原煤作为碳源；同时两种过程有机结合的方式为：将热解反应产生的高温热解气和电石生产过程产生的高温煤气合并用于球团在热解前的预热。这样的结合方式，使得传统方法中原煤热解产生的高温焦炭因冷却释放的热量被回用于电石生产，同时热解产生的高温煤气所产生的热量也被回用于电石生产，这两部分热量的回用大大提升了余热回收率。
43.为了适应热解过程和电石生产过程的有机结合，本发明提出的电石生产系统布置混合室，用于高温热解气和高温煤气在所述混合室内混合，形成的混合气流通至所述预热料仓内用于球团的预热。
44.本发明电石生产方法及其系统大大提升了余热利用率，对于工业化、连续性生产电石而言很大程度上节省了供热成本。
45.此外，在本发明的一个实施方案中，采用本发明预热料仓对球团进行预热，能够延长球团在预热料仓的停留时间，延长其与混合气的换热时长，从而使混合气在所述预热料仓内的换热量更高。在一个实施方案中，球团预热后的温度在200~300℃范围内。混合气换热前后的温度差可以达到1400-1700℃，余热利用率得到进一步提升。
46.关于余热利用率的计算，本发明进行以下粗略计算。
47.电石生产方法所产生煤气温度通常在1800~2200℃（取2000℃计算）范围内。在传统电石生产方法中，高温煤气与球团进行换热后，煤气换热后的出口温度在400~600℃（取
500℃计算）内；传统生产方法余热回收率=电石生产煤气余热回收热量/电石生产所产生煤气显热热量
×
100%。
48.在本发明的生产方法中，原煤热解过程与电石生产过程有机结合在一起，被回用的余热包括：传统生产方法热解产生的热焦炭被冷却释放的热量、热解气所产生的热量，这两部分热量均被回用于电石生产过程（在本发明中二者形成混合气用于球团预热）。
49.本发明生产方法余热回收率=（电石生产煤气余热回收热量+热解过程热解气回用热量+热解过程焦炭回用热量-生石灰在热解炉内需要提供热量）/电石生产所产生煤气显热热量
×
100%由于传统生产方法余热回收率与本发明生产方法余热回收率计算时分母一样，所以只用分子计算结果，即余热回收量的计算结果即可对比传统生产方法余热回收率与本发明生产方法余热回收率。
50.余热回收量粗略计算过程如下：根据文献《兰炭在电石生产、特合金冶炼、高炉喷吹领域的应用》，兰炭主要使用原煤（长焰煤、不黏煤、弱黏煤等）进行生产，生产1吨兰炭平均需要消耗1.6-1.7吨原煤，同时，能够得到副产品0.1-0.16吨左右煤焦油和900-1500m3（0.52t）左右煤气。
51.平均每生产1吨电石消耗约0.85吨兰炭，产生电石炉煤气约530nm3（煤气密度约为1.1kg/nm3），即每生产1吨电石一般产生电石炉煤气约583kg。由此反推，应用1吨兰炭可以生产电石1.18吨，产生电石炉煤气约625nm3（约688kg）。忽略热解煤气和电石熔融生产煤气的比热差异，均取煤气比热为1.672kj/kg
·
℃；兰炭比热为1.045 kj/kg
·
℃，球团兰炭和生石灰的质量比按照1:1.5计，生石灰比热取0.59kj/(kg
·
℃) 。
52.则传统生产方法余热回收量为：1.672 kj/kg
·
℃
×
688kg
×
（2000℃-500℃）/1000=1725.5mj（电石生产煤气余热回收热量）本发明余热回收量为：1.672 kj/kg
·
℃
×
688kg
×
（2000℃-500℃）/1000=1725.5mj（电石生产煤气余热回收热量）1.672 kj/kg
·
℃
×
520kg
×
（500℃-300℃）/1000=167.2mj（热解过程热解气回用热量）1.045kj/kg
·
℃
×
1000kg
×
（500℃-25℃）/1000=496.4mj（热解过程焦炭回用热量）0.59kj/kg
·
℃
×
1500kg
×
（500℃-25℃）/1000=420.4mj（生石灰在热解炉内需要提供热量，应予以减去）在采用本发明预热料仓进行球团预热的实施方案中，余热利用量计算如下：1.672 kj/kg
·
℃
×
688kg
×
（500℃-300℃）/1000=230.1mj（预热料仓采用新型结构后电石炉所产生煤气多换热热量）由此，本发明余热回收量可以高达2198.8mj。
53.因此，本发明余热回收量较传统方法提高（2198.8-1725.5）/1725.5
×
100%=27.4%，即本发明余热回收率较传统方法提高27.4%。
54.需要说明的是，所谓余热回收率，是指生产方法中尾端介质（如热解煤气、煤气、固体产品）等中的余热回收再利用于电石生产过程的显热与生产方法中尾端介质等所具有的全部显热的比率。
55.示例性的本发明的电石生产方法的工艺流程如图2所示，对应的生产系统及生产原理如图3-图6所示，主要包括石灰磨粉、煤磨粉、原料（石灰粉和煤粉）计量混合、原料成型、球团预热、预热球团热解、高温熔融、冷却和破碎等工序。
56.原料石灰和煤均通过磨机进行制粉，所得石灰粉和煤粉的平均粒径均在100-200nm范围内。在计量混合工序中，煤粉和石灰粉按照质量比为1.2-1.5:1的比例进行计量混合，得到混合料。
57.混合料在添加水溶性粘结剂（如淀粉、糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等）或溶剂型粘结剂（如虫胶、丁基橡胶）条件下进行室温冷压成型，得到球团，球团强度满足：2米高度跌落5次后的破损率为小于5毫米的碎粒占全部球团颗粒的数量比例不大于3%，且单个球团物理强度不低于500n。混合料冷压成型后的球团储存在冷压成型球团料仓1中，然后在预热料仓2内进行预热，预热温度可达到200-300℃；随后在热解炉内进行热解反应，热解反应温度为450~700℃，热解反应压力为常压，热解反应时间10~30min。热解工序得到的热解球团储存在热解球团料仓5中并被连续送入电石炉6内进行高温熔融反应，高温熔融反应温度为1800~2200℃，反应压力为常压，反应时间30~120min，由此获得液态电石；所得液态电石定时流至电石锅7内，流入电石锅7内的电石经冷却工序后，破碎成一定要求的粒度规格，得到成品电石。
58.本发明的球团预热工序中，在热解炉上部的预热料仓2内，冷压成型球团的预热是通过热解气与煤气形成的混合气对球团进行直接接触预热。所述混合气中所含有的焦油等聚合物经冷压成型球团冷却并截留吸附在球团表面作为电石生产过程的碳源，混合气中携带的粉尘（主要来自电石炉6排放的煤气所携带的粉尘，少量来自热解气携带的粉尘）也被预热料仓2中的球团截留并继续参与电石生产过程。其中，热解气由球团热解过程所产生；煤气由球团高温熔融生产电石过程所产生；热解气和煤气在混合室3内混合。混合气预热球团后可以作为燃料供给至石灰窑用来生产石灰（参见图8）。本发明的方法中，球团预热工序可实现热解气和煤气的余热回收再利用，提高了电石生产全过程的热量利用率，降低了电石生产工艺的热能消耗量；同时，热解气和煤气的混合气经球团直接预热净化后，其焦油量和含尘量均大幅下降，减轻了后续进入石灰窑煤气管道焦油堵塞和除尘装置的处理负荷。在预热工序中，球团可被预热至200-300℃。
59.本发明的预热料仓的结构示意图如图9所示，本发明的预热料仓2分为上段、中段和下段，在上段的外壁布置有多个出气总管25；在中段的内部设置有气体通道23、气体通道隔板24（多层），物料通道26；在下段的外壁布置有多个进气支管21。
60.如图9所示，物料通道26布置在预热料仓2内腔的中段位置；预热料仓2的内腔布置有多个中空管路，所述中空管路的内腔作为物料通道26；所述中空管路可以是耐热材质，例如陶瓷。所述物料通道26和进气孔22沿ii-ii线的剖面图如图10所示，物料通道26（即，中空管路）的侧壁上布置有进气孔22，气体能够通过进气孔22穿行于物料通道26的侧壁。
61.如图9所示，气体通道隔板24布置在中段的内壁与物料通道26的侧壁（即中空管路的侧壁）之间，并横跨于二者之间，气体通道隔板24的两端分别固定在中段的内壁和物料通
道26的侧壁上，由此在二者之间形成气体通道23。
62.如图9所示，物料通道26的内侧壁上还布置有百叶板27，百叶板27的一端固定在物料通道26的内侧壁上，另一端作为自由端伸向物料通道26的内腔并向下倾斜。物料通道26和百叶板27沿ii-ii线的剖面图如图11所示，百叶板27均匀地布置在物料通道26的侧壁上并遮挡进气孔22，避免自上而下流通的球团进入进气孔22。
63.球团从上段的物料入口处进入预热料仓2的内部后进入物料通道26，位于物料通道26侧壁上的百叶板27，由于布置在进气孔22前端，因此能够阻挡球团进入到气体通道23内，而由热解气和煤气形成的混合气则可以通过进气孔22在气体通道23和物料通道26内自由穿梭。同时，气体通道隔板24布置在热解炉中段的内壁与物料通道26的侧壁（即中空管路的侧壁）之间，使得混合气在气体通道23形成折流，多个气体通道隔板24的布置使混合气整体呈现湍流形式，促使混合气更加频繁地穿行于进气孔22，从而延长了混合气在预热料仓2内的停留时间。
64.混合气通过进气支管21，分多路从预热料仓2底部进入预热料仓2内部，随后混合气分多路进入气体通道23，在气体通道23设置的气体通道隔板24的作用下，混合气的流动方向发生改变，形成折流，使得混合气在预热料仓2内的停留时间得到延长，增加了混合气与球团的接触时间和几率，从而增强了混合气的余热换热效果和净化效果。
65.预热料仓2内设置气体通道隔板24的数量可以为4~10个，每两个气体通道隔板24之间布置一个或多个进气孔22。进气孔22采用圆形或者椭圆形形状，进气孔22的孔径或者当量直径（通常为1~3mm）远小于球团粒径，以防止球团进入气体通道23。
66.在本发明的一个实施方案中，根据预热料仓2的直径和高度，沿物料通道26垂直方向共设置2~5层百叶板27，且每层设置有4-8个百叶板27。
67.在本发明的一个实施方案中，百叶板27与物料通道26在垂直方向上形成15~25
°
的夹角α。这样的夹角设置能够使球团在下落过程中形成折流，从而延长球团在预热料仓2内的停留时间，增加球团与混合气的接触时间和几率。在本发明的一个实施方案中，百叶板27在垂直方向上的长度为物料通道26直径的1.0~1.5倍。物料通道26通常为圆柱形通道。
68.为保证混合气在预热料仓2内的停留时间，混合气在物料通道26中的相对流量（相对于混合气在预热料仓2中总流量）控制在60-70%，其中30-40%的相对流量通过进气孔22进入气体通道23后再返回至物料通道26，以进一步加热物料通道26内60-70%相对流量的混合气，从而避免混合气在对冷压成型球团进行换热后在下料方向上形成过大的温度梯度，由此，混合气与冷压成型球团的余热利用效率可提高至85%以上。
69.在预热料仓2内，由热解气和煤气形成的混合气的气速控制在0.05-0.1m/s；冷压成型球团进入预热料仓2的速度控制在0.1-0.15m/s；预热料仓2内球团和混合气接触时间控制在1-3min，球团和混合气直接进行充分地逆流换热。同时，进入预热料仓2内的混合气携带的粉尘和焦油经逆流换热被冷压成型球团冷却和截留吸附后，进入后续系统时，混合气的粉尘量降至传统煤气含尘量的20%左右（传统煤气含尘量在10-25g/m3），进入后续系统时，混合气的焦油量降至传统煤气含焦油量的5%（传统煤气含焦油量在5-12g/m3）。
70.预热料仓2内，如果球团和混合气接触时间过长，例如超过3min，则换热后混合煤气中出口温度降低，混合煤气中的水蒸气就会冷凝，造成冷压球团在预热料仓内受潮出现破碎，影响预热料仓内物料流动；同时，破碎后的粉料存在进入百叶窗的可能，进而影响预
热料仓物料进料状态和气固换热；如果接触时间过短，例如低于1min，则混合气体温度出口温度过高，余热回收效率降低。
71.本发明的预热料仓2内，由热解气和煤气形成的混合气的入口温度为1400-1700℃，出口温度为300-350℃；冷压成型球团的入口温度为20-25℃，出口处预热球团的温度为200-300℃。
72.图10为图9中进气孔的水平方向剖视图。
73.图11为图9沿ii-ii线的剖视图。
74.如图7所示，本发明的预热球团热解工序可采用螺旋热解、流化热解、旋转热解和移动热解四种方式之一，其工艺流程分别如图3-图6所示，对应的热解炉的结构分别如图7中的a-d所示。上述四种热解方式均采用燃料和空气在燃烧室8内燃烧产生的800-950℃的热烟气，进入到热解炉（螺旋热解炉41、流化热解炉42、旋转热解炉43或移动热解炉44）内，直接与200-300℃的预热球团进行逆流对流接触，发生热解反应。热解炉内温度控制在450-700℃，热解气出口温度在420-640℃，球团在热解炉内完成热解反应后得到热解球团，热解球团均进入热解球团料仓5内作为电石炉6的反应原料。
75.螺旋热解炉的示意图如图7中的a所示，螺旋热解炉41包括第一预热球团进料口411、第一热解球团出口412、第一燃烧热烟气进口413、第一热解气出口414，其与传统螺旋热解炉存在以下主要不同：1）螺杆采用光杆浅内槽螺杆，不存在传统螺杆的螺旋片输送物料造成螺旋热解空腔内孔隙度大，影响螺旋热解处理能力；2）螺杆终端长度超出热解球团出口中线3-5cm，不采用传统螺杆终端和热解球团出口长度相同的形式，增加了螺旋终端空间，避免了热解物料终端堆积存在下料不畅的问题；3）螺旋热解炉靠近电机9侧设置有热解气密封装置，保证热解球团在炉内热解过程产生的热解气单向流动，预热球团在螺旋热解炉41内的反应时间受电机9转速控制，一般预热球团热解反应时间控制在5-8min。
76.流化热解炉的示意图如图7中的b所示，流化热解炉42包括第二预热球团进料口421、第二热解球团出口422、第二燃烧热烟气进口423、第二热解气出口424，采用悬浮热解方式，热解炉内热烟气密相区操作气速控制在0.5-1.0m/s，预热球团和热烟气在炉内通过热烟气造成的强烈湍动进行强制换热，提高热解反应速率，预热球团在炉内3-5min完成热解反应。
77.旋转热解炉的示意图如图7中的c所示，旋转热解炉43包括第三预热球团进料口431、第三热解球团出口432、第三燃烧热烟气进口433、第三热解气出口434，采用卧式安装，与水平面的夹角α在3-12
°
。预热球团在旋转热解炉43顶部的第三预热球团进料口431进入炉内，燃烧热烟气从旋转热解炉43底部第三燃烧热烟气进口433进入炉内与预热球团进行直接接触逆流换热，发生热解反应，反应后的热解球团经第三热解球团出口432进入热解球团料仓5，热解气体通过第三热解气出口434进入混合室3。旋转热解炉43采用快速回转式操作，热解时间控制在6-10min，炉子旋转速度为30-50r/min，热烟气在炉内的流速在0.3-0.8m/s。在此条件下操作，可有效增加热解球团与热烟气的反应时间。旋转热解炉43内特意设置有多组旋转片，在操作上有助于增强炉内热烟气湍动程度，提高预热球团热解反应速
率。
78.移动热解炉的示意图如图7中的d所示，移动热解炉44包括第四预热球团进料口441、第四热解球团出口442、第四燃烧热烟气进口443、第四热解气出口444，预热球团进入第四预热球团进料口441后由布料器均匀分散在移动热解炉44的料层上，热解球团通过炉底排料器均匀通过第四热解球团出口442排出。热烟气主要通过炉底部的第四燃烧热烟气进口443进入炉内和预热球团逆流换热发生热解反应，热解反应所产生的热解气沿着热解炉轴向方向向上流动至第四热解气出口444排出到混合室3内，且移动热解炉44沿轴向方向可设置多层面第四热解气出口444。移动热解炉44内预热球团热解反应时间主要依靠炉底排料器的旋转速度控制，通常排料器旋转速度控制在0.02-0.1r/min，预热球团在炉内热解时间控制在0.5-2h。移动热解炉44采用热烟气和预热球团内热式加热方式和多层面的排气方式，热解温度可严格的按照升温曲线进行，且不容易受排气影响。
79.本发明的高温熔融工序中，将热解球团料仓5内500-600℃的热解球团通过上端入口或管道加入电石炉6内。在开放或密闭的电石炉6中，加热至1800℃-2200℃左右发生高温熔融反应生产电石，合格熔融电石通过电石炉6的电石出口流到电石锅7内收集，电石炉6内产生的1800-2000℃左右的煤气返回至混合室3与热解气混合后进入预热料仓2进行球团预热。
80.本发明的冷却和破碎工序中，电石锅7内的熔融电石用卷扬机拉至走廊或包装间进行冷却，凝固电石砣用桥式吊车和单抱钳吊出，放在铸铁地面上冷却，冷却到适度后将电石破碎到合格粒度，然后分等极进行包装，送入成品库。
81.综上所述，本发明的新型电石生产方法和生产系统直接采用煤粉和石灰粉的混合球团作为原料，将煤粉热解生产焦炭过程和焦炭石灰混合过程融合为一步，并在电石炉内进行高温熔融生产电石，这样不仅实现了电石生产过程连续化，而且还省略了传统电石生产工艺制焦步骤，降低了电石生产成本；同时利用煤热解过程所产生热解气和电石高温熔融过程所产生的煤气混合后进行原料预热，克服了传统电石生产过程未充分利用煤气余热的弊端，降低了电石生产过程能耗和电石成本；同时应用预热球团热解炉所生产热解球团，可直接进入热解球团料仓作为电石炉原料，省去了传统电石生产过程制焦后热焦粉熄焦工序，避免了熄焦过程的热量损失。因此，本发明的新型电石生产方法和生产系统整体余热回收率可达75-80%，相对于传统电石生产工艺（与本发明具体区别点如前）余热回收率（55-60%）提高了25-45%。
82.实施例1：石灰和煤分别经过各自磨机，生产平均粒度在150nm的石灰粉和煤粉。石灰粉和煤粉按照质量比为1.0:1.2的比例进行计量、混合均匀，生产100吨混合料，该混合料在添加聚乙烯醇条件下进行室温冷压成型，所得单个球团的强度为500n。
83.混合料冷压成型后的球团在预热料仓2内与由热解气和煤气形成的混合气进行换热，球团进入预热料仓2的速度为0.1-0.15m/s；混合气在预热料仓2入口处的温度为1400-1700℃，经换热后，混合气在预热料仓2出口处的温度为300-350℃，随后流通至石灰窑作为燃料用，球团在预热后的温度为200-300℃。预热料仓2内设置的气体通道隔板24共4个，沿预热料仓2轴向方向布置的百叶板27层面为4层，每层布置百叶板27共8个，百叶板27安装角度α为20
°
。球团与混合气的接触时间为3min左右。
84.燃烧室8内燃烧产生的850℃左右的热烟气进入到螺旋热解炉41直接与预热球团接触发生热解反应，热解反应时间控制在5.5min，螺旋热解炉41内温度控制在580℃左右，螺旋热解炉41的热解气出口温度在540℃，520℃左右的热解球团进入热解球团料仓5内作为电石炉6用原料。
85.电石炉6本体生产电石3.5吨/小时，控制高温熔融的温度在2000℃左右，经检测，所得煤气的焦油含量9.8g/m3（2000℃），煤气的粉尘含量16g/m3（2000℃）。
86.2000℃左右煤气进入到混合室3与热解气混合，所得混合气的温度在1500℃左右（通过设置在进气支管21处的温度传感器进行监控，未示出），混合气进入预热料仓2的气速为0.05-0.1m/s，流量控制为：混合气在物料通道26内相对流量为70%，混合气在气体通道23的相对流量为30%。混合气的流量通过设置在预热料仓2下段的三通流量阀（陶瓷材质，未示出）进行控制，三通流量阀的三个通路分别连通至进气支管21、气体通道23、物料通道26。
87.混合气在预热料仓2出口处的温度在320℃左右（通过设置在出气总管25处的温度传感器进行监控，未示出），经检测，混合气的焦油含量为3.0g/m3，混合气粉尘含量2.5g/m3，煤气布袋除尘器压降达到1200pa的时间从未采用预热料仓2的预热净化系统的1.0h延长到3.5h，整个电石生产工艺的余热回收率可达77.6%左右。
88.余热回收率的计算方式为：余热回收率=（混合气换热前热量-混合气换热后热量）/混合气换热前热量
×
100%。
89.实施例2：石灰和煤分别经过各自磨机，获得平均粒度在100nm的石灰粉和煤粉。石灰粉和煤粉按照质量比为1.0:1.5的比例进行计量、混合均匀，获得150吨混合料，该混合料在添加虫胶条件下进行室温冷压成型，所得单个球团的强度为550n。
90.按照与实施例1相同的方式，混合料冷压成型后的球团在预热料仓2内与由热解气和煤气形成的混合气进行换热。
91.在本实施例2中，预热料仓2内设置气体通道隔板24共6个，沿预热料仓2轴向方向布置百叶板27层面3层，每层布置百叶板27共6个，百叶板27安装角度α为18
°
。球团与混合气的接触时间为1min左右。
92.按照实施例1的方式，预热球团在螺旋热解炉41中发生热解反应，所得热解球团进入热解球团料仓5内作为电石炉6用原料。
93.电石炉6的高温熔融温度控制在2050℃左右，经检测，所得煤气的焦油含量10.2g/m3（2050℃），煤气粉尘含量18.5g/m3（2050℃）。
94.按照实施例1的方式，控制混合气在预热料仓2的相对流量和温度。本实施例2中，检测预热料仓2出口处的混合气，其粉尘含量为2.46g/m3，焦油含量为3.2g/m3。煤气布袋除尘器压降达到1200pa的时间从未采用预热料仓2的预热净化系统的1.5h延长到4.2h，整个电石生产工艺的余热回收率可达78.0%左右。
95.余热回收率的计算方式为：余热回收率=（混合气换热前热量-混合气换热后热量）/混合气换热前热量
×
100%。

技术特征：
1.一种电石生产方法，其特征在于，包括：（1）在粘结剂存在下，将粉碎制粉后的原料石灰和煤混合，然后冷压成型得到球团；所述球团的强度满足2米高度跌落5次后破损率，即小于5毫米的碎粒占全部球团颗粒的数量比例不大于3%；（2）将所述球团先后进行预热和热解反应；（3）热解反应所得热解球团进行高温熔融反应，生成液态电石，导出的液态电石经冷却、破碎后形成成品电石，所述高温熔融反应的温度为1800~2200℃；其中，所述预热是通过将所述球团与由所述热解反应产生的热解气和由所述高温熔融反应产生的煤气形成的混合气进行接触来实现的。2.根据权利要求1所述的电石生产方法，其特征在于：所述接触的时间为1-3min。3.根据权利要求1所述的电石生产方法，其特征在于：步骤（2）中，所述预热为预热至200-300℃。4.根据权利要求1所述的电石生产方法，其特征在于：步骤（1）中，所述粘结剂选自水溶性粘结剂或溶剂型粘结剂中的一种或者多种；或者所述粘结剂选自水溶性粘结剂和溶剂型粘结剂组成的混合物；所述水溶性粘结剂选自淀粉、糊精、聚乙烯醇或羧甲基纤维素中的一种或者多种；所述溶剂型粘结剂选自虫胶或丁基橡胶；或者所述溶剂型粘结剂是虫胶和丁基橡胶组成的混合物。5.根据权利要求1所述的电石生产方法，其特征在于：步骤（1）中，所述粉碎制粉为将原料石灰和煤的平均粒径均粉碎至100-200nm。6.根据权利要求1所述的电石生产方法，其特征在于：步骤（1）中，所述原料石灰和煤的混合质量比为1:1.2-1.5。7.一种用于实施权利要求1-6中任一项所述的电石生产方法的电石生产系统，其特征在于：所述生产系统包括依次连接的粉碎装置、冷压成型料仓、预热料仓、热解炉、电石炉以及混合室；所述粉碎装置用于粉碎原料石灰和煤；所述冷压成型料仓用于储存冷压成型后的球团；所述预热料仓用于对所述球团进行预热；所述热解炉用于进行所述球团的热解反应；所述电石炉用于进行所述热解球团的高温熔融反应；所述预热料仓、所述热解炉和所述电石炉通过所述混合室实现气体连通，使得所述热解炉中产生的热解气和所述电石炉中产生的煤气在所述混合室中进行混合后再通入所述预热料仓。8.根据权利要求7所述的电石生产系统，其特征在于：所述预热料仓内设置进气支管、物料通道和出气总管；所述进气支管位于所述预热料仓的下段，所述出气总管位于所述预热料仓的上段，所述物料通道布置在所述预热料仓的内腔；所述物料通道内的侧壁上布置有百叶板，所述百叶板的一端固定在所述物料通道的侧壁上，另一端作为自由端伸向所述物料通道的内腔并向下倾斜。
9.根据权利要求8所述的电石生产系统，其特征在于：所述物料通道沿垂直方向设置有多个层面，每个层面中设置有若干个百叶板，百叶板与物料通道在垂直方向上的夹角α为15-25
°
。10.根据权利要求7所述的电石生产系统，其特征在于：所述生产系统还包括燃烧室、热解球团料仓或电石锅中的一种或者多种部件；所述燃烧室连接所述热解炉，使得在所述燃烧室中生成的烟气通入所述热解炉内，用于加热发生热解反应；所述热解球团料仓连接所述热解炉与所述电石炉，用于储存热解反应后得到的热解球团；所述电石锅连接所述电石炉，液态电石导出后进入所述电石锅。

技术总结
本发明属于化工技术领域，涉及一种电石生产方法和生产系统。所述生产方法包括如下步骤：（1）在粘结剂存在下，将粉碎制粉后的原料石灰和煤混合，然后冷压成型得到球团；（2）将所述球团先后进行预热和热解反应；（3）热解反应所得热解球团进行高温熔融反应，生成液态电石，导出的液态电石经冷却、破碎后形成成品电石，其中，所述预热通过将所述球团与由所述热解反应产生的热解气和由所述高温熔融反应产生的煤气混合接触实现。本发明能够直接采用煤粉和石灰的混合球团作为原料，将煤粉热解生产焦炭过程和焦炭石灰混合生产电石过程的两步融合为一步在电石炉内生产电石，从而降低电石生产过程能耗和生产成本。过程能耗和生产成本。过程能耗和生产成本。


技术研发人员：刘骏 王宁
受保护的技术使用者：北京绿清科技有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/7/22