[发明专利]一种联产电石、煤气和焦油的复合床反应器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种联产电石、煤气和焦油的复合床反应器及方法，具体涉及粉状含碳原料和粉状含钙原料成型、部分含碳原料直接燃烧供热生产电石、燃烧产物气体和电石炉气自然上升至反应器上部过程中与原料不断换热，热气冷却和原料预热后反应的工艺。

背景技术

碳化钙俗称电石（CaC₂），上世纪中叶之前被誉为有机合成之母。目前主要用于生产氯乙烯基、醋酸乙烯基和丙烯酸基等系列产品，如我国70%左右的PVC（聚氯乙稀）生产源于电石乙炔路线。近年来，石油价格的高涨刺激了电石工业的发展，我国电石产量由2002年的425万吨增加到2010年的1500万吨。

通常，电石生产基于反应式CaO+3C→CaC₂+CO（气体），此反应为吸热反应。现有的工业电石生产方法主要为固定床-电弧法，即利用电弧产生的高温将固定床（也称移动床或电弧炉）中的大颗粒氧化钙（5-60mm）和大颗粒焦炭（5-40mm）加热至2000℃以上，停留一定时间而生成熔融态电石。生产过程中氧化钙和焦炭由电弧炉上端加入，熔融的产物电石由炉底排出，经冷却、破碎后得到产品，副产物CO气体通过大颗粒物料间隙从炉体上部排出。由于该工艺采用大颗粒原料，原料颗粒间的接触表面小、反应速率慢，因此要求高的反应温度和长的停留时间，且因电极布置等问题生产规模受限，副产物CO（也称电石炉气）产量不足，难以进行经济有效的利用。除此以外，电弧法采用高品位的电能加热，吨纯电石耗电4000度左右，加之煤燃烧发电效率一般在40%以下，因此该法能耗很高。

历史上也有固定床-氧热法生产电石的专利报道。日本专利（昭61-178412）和德国的有关资料公开了竖炉全焦氧热法。CN 85107784A披露了一种碳化钙的制备方法及设备，其利用煤在氧气中燃烧加热原料。CN 1843907A公开了一种竖炉氧燃喷吹生产碳化钙的方法及装置，其中采用煤、天然气、重油等燃料通过氧或富氧喷吹技术生产碳化钙，并将副产气体CO用于生产煤气。由于这些氧热法技术仍然采用大颗粒的焦炭和大颗粒的氧化钙，二者接触效果差，反应速率慢、物料在炉内的停留时间长，使得单炉产量低、单位产品能耗高，生产成本还高于电弧法，至今没有工业应用。另外，大颗粒原料在备料中的损失很大，一般约20％以上的原料由于粉碎粒度过小而不能使用，进一步提高了生产成本。

据报道，电石也可由粉状原料和氧热法制备。US 3044858A披露了一种粉状焦炭和粉状氧化钙在气流床中生产电石的方法，所述方法中产物电石为粉状固体，随气态副产物一起从反应器上部排出，但由于焦炭和氧化钙颗粒在气流中接触严重受限，产率不高，而且高温炉气的热量不能有效利用。CN 85107784A披露了一种采用氧热法倾斜反应转炉生产电石的方法，其特征是反应转炉中预留一定量的熔融电石，粉料加入转炉后，利用转炉转动使粉料与液态CaC₂混合均匀呈胶状；转炉顶部设有氧气喷嘴，利用氧气助燃使温度达到2000℃以上；高温电石炉气从反应转炉排出后，通过管路输送至预热窑炉预热粉料，预热原料再送入反应转炉中生产电石。该法炉型结构复杂，对材料要求很高。CN101428799A和CN101327928A披露了一种粉状原料氧热法在气流床中生产电石的方法和系统，所述方法和系统包括原料预热单元和反应单元，熔融态的产物电石从反应器底部连续排出，高温电石炉气排出后外循环至预热单元。尽管上述3个中国专利披露的工艺利用了电石炉气的热量，但高温气体输送管路难以解决，输送过程中的热损失严重，节能效果有限。近期，CN102153085公开了一种氧热法反应制备电石和合成气的方法及气流床反应器，所述方法与CN101428799A和CN101327928A类似，仅对反应器有所改进，所述反应器由气固分离器和封闭式反应炉组成，反应炉分为上部预热室、中部气化室和下部反应室，试图在预热室利用CO余热对原料进行预热而优化能量利用。但顶部原料喷射速度达7m/s，很难实现能量有效交换。

粉状原料确实可以增大了固体原料间的接触面，但这仅能在原料堆积时才能实现。而当粉料喷入反应器时，部分粉料不可避免地会被气流夹带离开反应器，造成原料利用率低。US3017244披露了一种制造“炭包覆钙”微粒、利用氧热法生产电石的技术。该技术中的炭包覆钙微粒采用气相沉积法制备，需使用液态或气态含C原料，原料成本和造粒成本均很高，且仍有原料被气流从反应器带出的问题。