CN106115702A

CN106115702A - 制备固态电石的方法

Info

Publication number: CN106115702A
Application number: CN201610430256.5A
Authority: CN
Inventors: 任中山; 徐刚; 闫方兴; 曹志成; 薛逊; 吴道洪
Original assignee: Shenwu Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: Shenwu Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2016-11-16

Abstract

本发明公开了制备固态电石的方法。该方法包括：将烟煤、含钙原料和添加剂分别进行细磨处理，以便得到烟煤颗粒、含钙原料颗粒和氟化钙颗粒，其中，所述烟煤为高挥发分、低灰分烟煤；将所述烟煤颗粒、所述含钙原料颗粒和所述氟化钙颗粒进行混合压球处理，以便得到混合物料团块；将所述混合物料团块进行热解处理，以便得到热解后的球团和含有挥发分的烟气；以及将所述热解后的球团进行焙烧处理，以便获得固态电石。该方法通过在冶炼过程中加入含有碳酸锂和氟化钙的添加剂，实现了在低温条件下冶炼生产电石，同时，对原料进行细磨处理，提高原料比表面积和接触面积，提高原料传质和传热效率，提高反应速率，降低电石冶炼温度和能耗。

Description

制备固态电石的方法

技术领域

本发明涉及制备固态电石的方法。

背景技术

电石是重要的煤化工产品以及基础化工原料，主要用于生产乙炔以及乙炔基化工产品，尤其用于生产聚氯乙烯，曾被誉为“有机合成工业之母”，其主要成分为CaC₂，目前工业上生产电石全部采用电热法。

电热法工艺主要采用电炉生产电石，具体为粒度在5～30mm的含碳物料与含钙物料在电炉中由电弧加热到2000℃以上，高温环境下碳元素还原氧化钙生成CaC₂产物，液态的电石物料从电炉底部间断排出。该生产工艺虽经历数十年的不断改进和优化，仍存在以下问题：1)采用优质碳素原料(焦炭、无烟煤等)，生产成本较高；2)生产中采用块状碳素原料和石灰，传质和传热效率低，反应速率较低；3)采用电弧加热，发电过程的热电转换效率仅为40％左右，一般电耗为3200～3600kwh/t电石，冶炼周期长，能耗较高；4)生产的电石产品为液态，对于炉窑、电极的侵蚀严重；此外液态电石的处理需要电石埚冷却、脱模、破碎等工序，工艺复杂，环境污染严重。

由此，制备固态电石的方法有待改进。

发明内容

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制备电石的方法，该方法通过在冶炼过程中加入含有碳酸锂和氟化钙的添加剂，实现了在低温条件下冶炼生产电石，并且该方法的能耗小，产能高。

需要说明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的：

氟化钙的熔点较低，为1423℃，在试验温度下也为液态，同样在碳素原料和钙基原料间形成液相扩散通道，加速碳和CaO彼此间的扩散。此外，氟化钙不仅可以提供钙源，同时F^-作为阴离子，其离子半径和氧的离子半径相差不大，可进入CaO晶格，使晶格活化，有利于碳和CaO的内部扩散，同时降低生产电石反应的活化能，使电石可以在较低温度下生产。

基于发明人的上述研究，发明人在制备电石的反应中添加氟化钙，能有效促进电石反应在低温环境下进行，提高电石品质。

因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备固态电石的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将烟煤、含钙原料和添加剂进行细磨处理，以便得到烟煤颗粒、含钙原料颗粒和氟化钙颗粒，其中，所述烟煤为高挥发分、低灰分烟煤；将所述烟煤颗粒、所述含钙原料颗粒和所述氟化钙颗粒进行混合压球处理，以便得到混合物料团块；将所述混合物料团块进行热解处理，以便得到热解后的球团和含有挥发分的烟气；以及将所述热解后的球团进行焙烧处理，以便获得固态电石。

根据本发明实施例的制备电石的方法，一方面通过在冶炼过程中加入氟化钙，实现了在低温条件下冶炼生产电石，另一方面，对原料进行细磨处理，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，降低了电石冶炼反应温度和工艺能耗。此外，冶炼反应温度低，进一步对设备耐热性的要求降低，从而降低设备投资成本。

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，所述烟煤颗粒的平均粒径为70～120μm；所述含钙原料颗粒的平均粒径为10～30μm；所述氟化钙颗粒的平均粒径均为30～50μm。

根据本发明的实施例，所述烟煤、所述含钙原料和所述氟化钙颗粒按质量比100：(100～200)：(3～15)进行所述混合压球处理。

根据本发明的实施例，所述含钙原料为石灰石。

根据本发明的实施例，所述含钙原料的氧化钙含量不低于50质量％。

根据本发明的实施例，所述烟煤的挥发分含量为25％～35％，灰分含量为4％～8％

根据本发明的实施例，所述热解处理的温度为1000～1200℃。

根据本发明的实施例，所述焙烧处理的温度为1500℃～1800℃，时间为30～90分钟。

根据本发明的实施例，所述焙烧处理是在氩气气氛下进行的。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：在所述细磨处理前，对所述烟煤和所述含钙原料进行干燥处理，以便得到干燥后的烟煤和含钙原料。

根据本发明的实施例，利用所述含有挥发分的烟气作为所述热解处理所需的燃料。

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固态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。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固态电石的方法。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细磨处理

根据本发明的实施例，将烟煤、含钙原料和氟化钙进行细磨处理，得到烟煤颗粒、含钙原料颗粒和氟化钙颗粒，其中，烟煤为高挥发分、低灰分烟煤，煤中挥发分在热解时受热挥发进入烟气中，使烟气中存在大量可燃性气体，烟气可返回热解炉作为燃料使用，减少其他燃料的使用。同时，在此对氟化钙的作用进行具体说明，氟化钙的熔点较低，为1423℃，在试验温度下也为液态，同样在碳素原料和钙基原料间形成液相扩散通道，加速碳和CaO彼此间的扩散。此外，氟化钙不仅可以提供钙源，同时F^-作为阴离子，其离子半径和氧的离子半径相差不大，可进入CaO晶格，使晶格活化，有利于碳和CaO的内部扩散，同时降低生产电石反应的活化能，使电石可以在较低温度下生产。由此，一方面通过在冶炼原料中加入含有和氟化钙的添加剂，实现了在低温条件下冶炼生产电石，另一方面，通过对原料进行细磨处理，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。此外，冶炼反应温度低，进一步对设备耐热性的要求降低，从而降低设备投资成本。同时，原料粒径小，使原料几乎完全得到利用，避免了传统工艺中小于5mm的原料无法应用的问题，降低了原料成本。

其中，需要说明的是，本发明实施例的氟化钙，即可以是纯的氟化钙，也可以含有其它化合物。

根据本发明的具体实施例，烟煤颗粒的平均粒径为70～120μm；含钙原料颗粒的平均粒径为10～30μm；所述氟化钙颗粒的平均粒径均为30～50μm。发明人经大量研究发现，当反应原料的平均粒径小，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。同时，烟煤颗粒的平均粒径为70～120μm，在热解时便于挥发分的排出，同时减少碳的烧损。含钙原料颗粒的平均粒径为10～30μm，在热解时便于石灰石的快速分解成生石灰。此外，烟煤颗粒和含钙原料颗粒的粒度大小不同，形成粒级差，有利于成型和成型后物料强度的提高。

根据本发明的实施例，混合物料中各组分的比例不受特别的限制，只要能反应制备电石即可。根据本发明的优选实施例，烟煤、含钙原料和氟化钙按质量比100：(100～200)：(3～15)进行所述混合压球处理。由此，氟化钙对电石冶炼反应的催化效果好，冶炼温度低，时间短，并且烟煤和含钙原料充分反应，避免反应物过量引起的反应物浪费，电石的品质好。

根据本发明的具体实施例，含钙原料为石灰石。由此，电石反应的反应物活性高，促进电石反应的进行，电石品质好。

根据本发明的具体实施例，含钙原料的氧化钙含量不低于50质量％。由此，含氧化钙原料的氧化钙含量高，杂质少，电石品质好。

根据本发明的一些实施例，烟煤的挥发分含量为25％～35％，灰分含量为4％～8％。由于烟煤中挥发分含量高，进而在热解时受热挥发进入到烟气中的挥发分较多，使得烟气中的可燃性气体含量高，因此，烟气可返回热解炉作为燃料使用，减少其他燃料的使用，实现资源的高效综合利用，节约能源。

根据本发明的一些实施例，该方法进一步包括：在细磨处理前，对烟煤和含钙原料进行干燥处理，得到干燥后的烟煤和含钙原料。由此，降低原料的含水量，热解处理能耗低。

S200混合压球处理

根据本发明的实施例，将烟煤颗粒、含钙原料颗粒和氟化钙颗粒进行混合压球处理，得到混合物料团块。由此，反应原料均匀分散，并且混合物料团块的粒径适宜，便于后续进行冶炼处理。

S300热解处理

根据本发明的实施例，将混合物料团块进行热解处理，得到热解后的球团和含有挥发分的烟气。利用该混合物料，仅需低温冶炼即可制备得到优质的电石。在热解过程中，石灰石发生分解反应(r-1)，同时会和煤中的C发生反应(r-2)，生产CO进入烟气造成碳的损失。煤中挥发分在热解时受热挥发进入烟气中，因此，烟气中存在大量可燃性气体，可返回热解炉作为燃料使用，减少其他燃料的使用。

CaCO₃＝CaO+CO₂(r-1)

CO₂+C＝2CO(r-2)

根据本发明的实施例，热解处理的温度为1000～1200℃。由此，石灰石充分分解，有利于提高电石产率。

根据本发明的实施例，将含有挥发分的烟气作为热解处理所需的燃料使用。采用高挥发分、低灰分的烟煤为原料，煤中挥发分在热解时受热挥发进入烟气中，因此，烟气中存在大量可燃性气体，可返回热解炉作为燃料使用，减少其他燃料的使用，节约能源，有效地实现了能源的综合利用。

S 400焙烧处理

根据本发明的实施例，将热解后的球团进行焙烧处理，获得固态电石。由此，热解得到的氧化钙与烟煤中的碳反应生成固态电石。

根据本发明的实施例，冶炼处理的温度为1500～1800℃，时间为30～90分钟。由此，反应的温度低、时间短，能耗成本少。同时，对冶炼设备耐热性的要求也进一步降低了，从而冶炼设备的投资成本更低。

根据本发明的实施例，冶炼处理是在氩气气氛下进行的，使得炉内冶炼气氛保持为非氧化气氛，减少烟煤中碳的烧损，同时促进生成电石。根据本发明的优选实施例，冶炼处理是在高纯氩气气氛下进行的。由此，烟煤中碳的烧损更少，有利于电石的制备。

根据本发明的实施例，热解后的球团，热态时直接装入耐火材料埚中，再放入高温焙烧炉中。由此，热态的热解后的球团直接进行焙烧，充分利用热解的热量。

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

以挥发分为29％、灰分为8％的烟煤和CaO含量为50.77％的石灰石为原料制备电石，具体方法如下：

(1)将煤、石灰石和氟化钙分别进行干燥和磨细处理，分别得到煤细粉、石灰石细粉和氟化钙细粉，其中，煤粉的粒度控制在70μm～120μm，石灰石粉的粒度控制在10μm～30μm，氟化钙细粉的粒度控制在30μm～50μm范围内。

(2)取煤细粉100份，石灰石细粉125份和氟化钙细粉8份，混料均匀后压制成椭球状。

(3)压好的球团布入解炉中在1050℃下进行热解，热解后直接接入耐火材料埚中，然后放入高温焙烧炉中，在1600℃下焙烧80min，焙烧过程中通入高纯氩气进行气氛保护，得到固态电石。冶炼结束后取出电石进行发气量测定，结果为235L/kg。

实施例2

以挥发分为32％、灰分为6％的烟煤和CaO含量为52.41％的石灰石为原料制备电石，具体方法如下：

(2)取煤细粉100份，石灰石细粉180份和氟化钙细粉10份，混料均匀后压制成椭球状。

(3)压好的球团布入解炉中在1100℃下进行热解，热解后直接接入耐火材料埚中，然后放入高温焙烧炉中，在1700℃下焙烧60min，焙烧过程中通入高纯氩气进行气氛保护，得到固态电石。冶炼结束后取出电石进行发气量测定，结果为267L/kg。

实施例3

以挥发分为28％、灰分为5％的烟煤和CaO含量为52.41％的石灰石为原料制备电石，具体方法如下：

(2)取煤细粉100份，石灰石细粉120份和氟化钙细粉15份，混料均匀后压制成椭球状。

(3)压好的球团布入解炉中在1000℃下进行热解，热解后直接接入耐火材料埚中，然后放入高温焙烧炉中，在1800℃下焙烧50min，焙烧过程中通入高纯氩气进行气氛保护，得到固态电石。冶炼结束后取出电石进行发气量测定，结果为278L/kg。

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。

Claims

1.一种制备固态电石的方法，其特征在于，包括：

将烟煤、含钙原料和氟化钙进行细磨处理，以便得到烟煤颗粒、含钙原料颗粒和氟化钙颗粒，其中，所述含碳原料为高挥发分、低灰分烟煤；所述含钙原料为石灰石；

将所述烟煤颗粒、所述含钙原料颗粒和所述氟化钙颗粒进行混合压球处理，以便得到混合物料团块；

将所述混合物料团块进行热解处理，以便得到热解后的球团和含有挥发分的烟气；以及

将所述热解后的球团进行焙烧处理，以便获得固态电石。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烟煤颗粒的平均粒径为70～120μm；

所述含钙原料颗粒的平均粒径为10～30μm；

所述氟化钙颗粒的平均粒径均为30～50μm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烟煤、所述含钙原料和所述氟化钙颗粒按质量比100：(100～200)：(3～15)进行所述混合压球处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钙原料的氧化钙含量不低于50质量％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烟煤的挥发分含量为25％～35％，灰分含量为4％～8％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热解处理的温度为1000～1200℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧处理的温度为1500℃～1800℃，时间为30～90分钟。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧处理是在氩气气氛下进行的。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述含有挥发分的烟气作为所述热解处理所需的燃料。