电石生产技术(电石炉技术的发展)

电石作为一种重要的化工原料，广泛应用于化工、冶金、医药等诸多领域。电石是煤化工的中间产品。随着国民经济的不断增长，特别是PVC需求的快速增加，电石的需求也在不断扩大。我国煤炭资源丰富，为电石生产提供了充足的原料保障。特别是近年来，油价的快速上涨导致石化行业的生产成本不断上升。与石油化工相比，煤化工一直显示出自身的优势，带动了电石行业的快速发展。电石生产的主要设备是电石炉，电石炉在电炉炉型分类上属于矿热炉(或矿热炉)，和一些铁合金炉属于同一种类。中国是煤炭大国，也是电石生产大国。我国大型电石生产骨干企业有五六十家，中小型电石企业有上百家。电石生产设备以中小型敞开式电石炉为主，大型密闭电石炉占比较少。在未来电石行业的发展中，大型节能环保型密闭电石炉将是主要发展方向。中国的老式电石炉主要是在前苏联发展起来的。过去，世界上拥有先进电石炉技术的外国公司主要有挪威的埃肯公司、德国的Simak Demag公司和日本的Diamond公司等。中国在70年代初从日本Diamond公司引进了35MVA密闭电石炉技术，80年代从挪威埃肯公司引进了25.5MVA密闭电石炉技术，从德国Simak Demag公司引进了各种容量的大型铁合金电炉技术。20世纪末，由于世界石油化学工业发展迅速，电石化学工业发展缓慢，一些提供电石炉设备技术的国际大公司在这方面发展相对较慢，特别是日本的金刚石公司，基本退出了电石炉技术的研发。相反，由于我国电石工业的快速发展，在生产中摸索出了许多有益的经验，并在引进国外先进技术的基础上不断总结和完善，在电石炉设备技术中吸收了铁合金电炉的许多有益经验，使我国目前的电石生产技术进入了国际先进行列。由于以往大型电极设备技术和工艺技术的制约，大型电石炉的发展一直受到限制。目前，直径1400mm的大型电极已应用于我国大型密闭矿热炉，收到了良好的应用效果，证明我国已经掌握了大型电炉的核心技术，为我们设计制造40MVA及以上规格的新型超大型电石炉创造了有利条件。由于大型电石炉具有劳动量少、易于高水平自动控制、投资相对较低、易于环境综合治理等优点，建议今后新建电石炉采用30 ~ 40 MVA的大型密闭电石炉。

2.电石炉的分类

电石炉是电石生产的主要设备，电石的电化学反应在电石炉中完成。电石炉按其容量可分为小型电石炉(一般容量10000kVA以下)、中型电石炉(一般容量10,000 ~ 25,000 kVA以下)、大型电石炉(一般容量25,000 ~ 40,000 kVA以下)和超大型电石炉(一般容量40000 kVA以上)；电石炉按其结构可分为开放式电石炉、半开放式电石炉和封闭式电石炉。

3.什么是密闭电石炉？

密闭电石炉是指电石生产的电化学反应是在密闭的容器(包括炉体和炉盖等)中进行的。)，外部空气体无法进入反应容器。这种电石炉称为密闭电石炉。由于空气体被隔绝在密闭的电石炉内，其反应生成的CO气体不会在炉内发生燃烧反应。

密闭电石炉的特点:

1)将反应产生的CO气体抽出，冷却、除尘、净化，可作为气体燃料和有机合成工业的原料，综合利用了能源，降低了电石生产的成本；2)密闭电石炉电化学反应在密闭炉盖下进行，电石炉周围没有火焰和粉尘，大大改善了工作环境；3)由于反应生成的CO气体被抽出，炉面不再发生燃烧反应，炉内气体温度降低，延长了设备的使用寿命；4)由于密闭电石炉表面不再发生燃烧反应，改善了电炉的工作环境，可以提高电石炉的功率，使电石炉向大型化发展。目前，世界上大型电封闭电石炉的产能已达100000kVA；5)密闭电石炉连续自动加料，取消了现场手动加料；6)电极的升降和压紧在控制室自动完成，可以减少劳动量，降低工人的劳动强度；7)密闭电石炉可以根据各种仪表对电石炉进行控制，仪表用于安全检查，提高了电石炉操作的安全性，为自动化电炉操作提供了基础；

4.节能环保型密闭电石炉介绍

根据电石生产满足可持续发展、装备先进、安全生产、环保排放标准、节能和经济规模的要求，新建电石炉的容量应是大型或超大型，结构应是封闭式电石炉。下面，介绍目前国内先进的节能环保密闭电石炉。

4.1密闭电石炉的炉体形式

电炉的炉体由炉壳和炉衬组成。在电石炉中，炉料通过自身的电阻热和局部电弧放出的高温熔化反应生成电石。由于反应温度高达2000℃以上，一般耐火材料承受不了这么高的温度，所以炉体的体积必须大于反应室空，也就是说在反应区和炉衬之间留一层炉料来保护炉衬。炉体的形状有很多种，从炉口的形状看有圆形、椭圆形、方形、长方形。从热力学角度来说，圆形更有利。实际上，炉型的选择取决于电极位置的布置和一氧化碳提取设备的安装位置。现在的电石炉可以说大部分都是圆炉。炉内反应空的大小由电极的大小和距离以及电弧的作用范围决定。电极之间的距离与它们的直径成正比，并且电极的直径随着熔炉的容量而变化。电极的直径由其允许的电流密度决定。电极的电流由变压器的容量决定。最后的结论是，炉子的大小取决于它的变压器的容量。对炉壳的要求:①炉体的强度应能满足炉衬受热引起的急剧膨胀，满足炉衬的热胀冷缩要求；②在满足强度要求的情况下，努力节省材料，减轻重量；③制造方便，必要时应考虑包装和运输的可能性。目前国内使用的炉壳结构有两种:一种是圆柱壳，多数工厂采用。另一种是锥角为7°的锥形炉壳。这种炉壳以前在国内大容量密闭电石炉上使用过。4.2密闭电石炉的炉盖形式

炉盖的作用是盖住炉体以密封电石炉，炉盖与炉体之间的密封是沙封。炉体与炉盖之间的密封是为了回收电石生产中产生的全部炉气。炉盖为水冷焊接结构，其上结有耐火材料。炉盖上设有检查孔、安全阀、温度计孔、炉气出口、加料口和三个电极插入口。4.3密闭电石炉电极装置的结构形式

电石炉电极装置是电石炉设备的重要组成部分，电极装置的质量直接影响着电石炉能否顺利生产。自焙电极系统生产成本低，使用可靠。目前电石炉电极系统基本采用自焙电极系统。目前，大型电石炉电极装置的控制主要采用液压系统进行全自动控制。电极主要分为组合手爪式电极装置、液压刹车式电极装置和钢带抱压式电极装置。组合电极装置是近年来在引进国外技术的基础上改进的一种新型电极装置。这种结构的电极装置在国内一些厂家得到了很好的应用，充分证明了其适应大型电石炉生产的特点。具有这种结构的电极装置不同于电极装置的结构形式。这种结构的电极装置的电极外壳上焊接有多个筋条，通过夹紧筋条来完成电极的压紧和导电。它分为上下两部分。根据长期使用，本发明与其他电极装置的组合具有以下显著特点:

a)结构简单，简化了夹持器和压紧机构，使用可靠，重量轻；b)互换性好，接触装置和压紧装置可适用于各种不同直径的自焙电极；c)组合支架接触电阻小，电效率高，不易与电机外壳打火；d)电极外壳不会再次变形；e)电极在滑动过程中不会失去控制，增加了高能耗冶炼过程中电极的安全滑动率；f)由于电极冷却的减少，电极烘烤位置升高；g)减少电极断裂事故；h)使用寿命长。普通铜瓦座一般使用寿命短，块闸笨重易磨损，而组合式极柱接触件和压紧装置的使用寿命可达传统极柱的5 ~ 8倍以上。I)在电极导电系统中，接触导电元件和电极外壳由弹簧夹紧，电极在电炉满负荷下受压，不降低电炉负荷，大大提高了电石炉的功率利用系数。

组合电极柱虽然具有上述优点，但必须根据其特点进行精密制造和调试，才能充分发挥其优势。

5.电石炉空心脏电极系统介绍

近年来，随着生产技术的发展，人们开发了空心脏电极系统，并得到了很好的应用，取得了良好的经济效益。电石炉空芯电极系统将原料粉碎过程中产生的石灰粉、焦炭粉、无烟煤粉混合作为原料，从空电极内部直接加入炉内。空芯电极系统具有以下特征:

1)电石炉空芯电极系统直接将配料前筛选的粉料(石灰、焦炭、无烟煤粉)从电极芯加入炉内，提高原料利用率，粉料加入率最高可达30%；(对于没有空芯电极系统的电石炉，粉末一般按废品处理)2)由于电极有空芯结构，电极烘烤效果好；3)快速调整溶解池原料配比和炉况；4)精细原料在炉内混合均匀，直接进入反应区，更有利于反应，降低电耗5%左右；5)在电石生产中可以加入更多的焦炭而不会引起电极上移，可以提供更有利的还原条件，提高产品质量；6)使用空心电极系统可减少电极糊和电极外壳用量1/3以上；

6.电石炉气体分析溶液

电石(CaC2)是一种基本的有机化工原料，曾被誉为有机合成之母。其生产的乙炔气可替代石油产品生产醋酸、醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙炔碳墨等一系列上千种有机产品。电石化工作为煤化工的一个分支，一方面是生机勃勃的产业，另一方面又是高能耗、高污染的产业。在电石生产中，电石炉排放的烟气是最大的污染源。为加强环境保护和管理，实现能源回收利用，降低生产成本，提高企业和社会效益，根据国家发改委2007年70号文《电石行业准入条件(2007年修订)》的意见。新建电石炉必须满足以下四个要求:(1)建造大型密闭电石炉；(2)单炉容量大于25000KVA(3)初始总容量为100000KVA；(4)电石炉气必须综合利用。电石炉气的净化和利用是国内外的一个难题。为了充分、安全、有效地利用电石炉气，必须对电石炉尾气进行有效监测。电石炉尾气的分析方法主要有三种:人工(奥氏体气表)分析、色谱分析和在线分析。本解决方案仅对密闭电石炉烟气在线监测进行简要分析，并对电石炉尾气分析系统的设计进行简要介绍。希望能引起更多的关注，使新电石炉和旧电石炉改造后的尾气得到充分利用，进而实现环保、劳动保护、能源循环利用，降低生产成本，提高企业和社会经济效益。

1.炉气特性

在生产过程的密闭电石炉中，通电后生成的产物的主要反应式为:Cao+3C = CAC2+CO

1.1炉气量:400Nm3/t电石；

1.2温度:正常400-800摄氏度，(瞬时)1000摄氏度。

1.3炉气的成分(一般)

1.4粉尘含量和成分

含尘量:50-150克/立方米

密闭电石炉尾气有以下特点:

2.炉气特性

(1)电石炉尾气排放温度高且不稳定；

(2)炉膛气量波动，不稳定，尾气中一氧化碳浓度高，约74-85%，温度高，属于易燃易爆气体；

(3)尾气中粉尘含量大，粒径小。约40%的粉尘为5 ~ 10μ m，大于40μm的不到11%，高达150g/Nm3的粉尘不利于尾气的回收。

(4)尾气具有一定的热值，约为2300-2600 kcal/nm3；

(5)尾气中含有微量焦油，沉淀后附着在粉尘上，给低温除尘带来不便。

3.密闭电石炉尾气分析系统

一般的分析系统在结构上可分为三部分，即采样系统、预处理系统和分析系统。根据炉气的上述特点，经过多年的经验积累，天宇智能控制对分析系统进行了功能划分。基于此，设计制造了一整套密闭电石炉尾气分析系统，在新建大型密闭电石炉(5万t)和旧电石炉改造中取得了良好的应用效果。下面简要介绍分析系统的设计。

3.1采样点的选择

取样点的选择应满足以下要求:能真实、及时地反映用户关心的炉况参数；采样点的温度、压力和流量相对稳定；灰尘和焦油含量应尽可能少。如果采样点选择不当，会给后续系统带来额外的负担，甚至不能真实反映所需的炉况参数。

3.2取样系统的设计

取样系统是整个分析系统的第一道关口，它的成功与否将直接导致整个分析系统的成败。电石炉尾气取样点的温度在200-300℃左右，相对压力在微正压和微负压之间。由于炉气的特殊性，取样系统必须对样品成分进行初步的物理分离，并将取样探头周围的固体颗粒与气态流体分离。因此，采样系统不仅要有探头(采样管)，还要有过滤系统和探头清洗系统等。此外，它还应该具有便于维护的结构。天之空自主研发的采样探头可以过滤掉99%大于0.3 μ的粉尘m。特殊的取样探头，加上程控自动吹扫装置，可以承担这一重要任务。

3.3预处理系统的设计

预处理系统主要完成对采样系统送来的气体样品进行安全、及时、有效的处理，以满足仪器分析系统的使用条件。首先，传输管道的设计必须满足空的空气动力学要求，使样气流路畅通无阻；接下来，对样气进行除尘、除焦油、调压、除水和稳流。使处理后的样气干燥、清洁，以便准确分析进入仪器分析系统的关键组分。从而为电石生产的安全和炉气的有效利用提供科学依据。

除尘系统包括过滤、清洗、再过滤等。防止管道堵塞；除焦除油系统包括温度控制、冲洗、吸附等。有利于管道畅通和保护分析设备；除水系统包括汽水分离、冷凝、捕雾、气水分离、干燥和过滤等。，以保护分析仪并确保测试的准确性；压力调节系统包括泵、调节阀、快速回路等。以保证仪器的正常工作状态。可编程控制(PLC)系统，主要包括PLC、程序软件、执行机构、人机界面等。，主要用于实现采样预处理系统的自动控制，并在出现异常情况时报警。

3.4仪器分析系统

该系统包括流量调节装置、异常进水防止装置、校准装置、分析仪器等。分析仪器根据电石生产工艺和尾气用途进行配置。通常密闭电石炉尾气中的O2、H2、CO等气体是必检项目。O2和H2的含量是安全指标，CO是尾气利用的核心。

4.电石炉尾气全分析系统的应用

武汉天宇智能控制开发的电石炉尾气分析系统将在功能框图的基础上，根据不同用户的工况和要求进行设计。

总之，密闭电石炉适用于大容量炉，炉气导出炉外后可综合利用，既降低了冶炼能耗，又减少了能源的巨大浪费，同时大大减少了烟气的直接排放，有利于环保。符合国家相关产业政策，必将快速发展。同时，对废气在线分析系统的要求也会越来越高。因此，电石炉尾气分析系统应在先进性、适用性、可靠性、稳定性和安全性方面提出更高的要求。

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