电石生产过程及其操

电石生产过程及其操内容提要一概论电石的性质、用途、生产工艺流程二电石生产主要设备电石炉的类型、构造三电石生产的原料焦炭、石灰、电极糊和电极四电石生产过程操作电石炉操作、工序操作、基本操作五影响电石生产的主要因素电石生成理论、原料质量、电气参数对电石生产的影响六电石生产常见事故及处理不正常现象及处理、电极事故及处理、事故停炉与开炉七电石生产节能技术节能潜力分析、影响节能因素、节能技术措施八电石生产过程主要危险有害因素一、概论1.电石的性质电石是指工业碳化钙（CaC2），由无烟煤（或焦炭、兰炭）与生石灰在电石炉内加热到1800～2200℃时，使碳与钙发生化学反应生成的产物。电石的外观为灰黑色固体，其密度约为2300kg/m3，熔点约为2000℃，能导电，碳化钙含量越高导电性能越好。电石属遇湿易燃物品，本身不燃。遇水能迅速产生高度易燃的乙炔气，在空气中达到一定浓度时，可发生爆炸。原料中夹杂的磷化合物，在生产电石时变成磷化钙，当它与水作用时生成磷化氢而混合在乙炔气体中；原料中夹杂的硫化物也进入电石产品中，与水作用生成硫化氢，混于乙炔气中。1公斤碳化钙与水完全反应可产生370升乙炔气体。2电石的用途早期供制乙炔、氰氨化钙和有机合成，钢铁工业脱硫剂。电石的深加工分为：（1）以固体电石为原料进行产品制造的有石灰氮、氰熔体、氰化物、双氰胺、硫脲等。电石最重要的用途是制取乙炔，乙炔在氧中燃烧（氧-乙炔矩）可发生高温（3000℃以上）和强光，广泛用于金属的焊接和切割。（2）以乙炔为原料可生产多种重要的化学产品，如以乙炔为原料可通过加氯生产四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯；通过加氯化氢生产聚氯乙烯；通过加水生产乙醛、醋酸；通过加氰化氢生产丙烯酸、合成纤维等；通过加醋酸生产醋酸乙烯、聚乙烯醇等；通过聚合生产乙烯基乙炔、氯丁橡胶等；通过裂解生产乙炔炭黑等。目前我国占总产量将近70%的电石乙炔用来生产聚氯乙烯树脂。3我国电石生产概况建国初我国的电石生产主要集中在东部沿海地区，容量小、产量低、市场不大，1960年电石生产能力35万吨。20世纪70年代以后，随着石油化学工业的迅猛发展，生产醋酸、醋酸乙烯和聚氯乙烯等产品的原料路线由乙炔转为乙烯，电石的生产出现大幅度萎缩。21世纪，随石油资源紧张价格攀升，由石油炼制乙烯再生产PVC成本越来越高。而大型密闭炉的出现及生产过程自动化、资源利用化的提高，使电石产业又方兴未艾。随生产工艺及设备制造技术的提高，电石法PVC的成本及优势明显。西部地区具有丰富的煤焦、石灰石和电力资源，电石生产迅速发展，带动PVC、氯碱生产的同步增长。“十一五”期末全区电石计划产能达到1400万吨，2008年，全区电石企业共186户，拥有电石炉近310台，电石炉变压器容量为420万千伏安，产能为840万吨。近年来，一些国产化大型密闭电石炉纷纷在我区的一些大型氯碱聚氯乙烯化工企业落户，电石生产正在向大型化发展。4电石生产过程工艺流程（1）电石生成反应CaO+3C=CaC2+CO（2）电石生产工艺流程二、电石生产主要设备1电石炉的类型电石生产过程的主要设备是电石炉，包括开放式、半密闭和密闭电石炉。开放式耗能大，已逐渐被淘汰，现在实际生产使用的电石炉为半密闭电石炉和密闭电石炉。为充分利用炉气，节能降耗，发展方向是大型化、密闭化和自动化。＜10000kVA小型电石炉10000～25000kVA中型电石炉＞25000kVA大型电石炉2电石炉的构造密闭电石炉主要由炉体、电极、电石炉变压器及其短网、出炉系统和炉气净化系统等组成。三、电石生产的原料1焦炭焦炭是在炼焦炉中将煤隔绝空气加热到900～1200℃而得到的固体产物，主要成分是固定碳，挥发物较少，燃烧时无烟。为灰黑色具有金属光泽，坚硬多孔，燃烧热大约25000～32000kJ/kg。焦炭主要用于钢铁的冶炼和铸造，也用作化学工业的原料或燃料。在电石生产中焦炭一方面作为主要原料之一，另一方面焦炭也是化学反应中的导电体和导热体。电石生产对焦炭的要求：焦炭为电石生成提供碳质元素。生产电石时焦炭的固定碳含量、水分、粒度等对电石炉的操作都有影响，对焦炭的一般要求是：固定碳＞85%，灰分＜15%，挥发分＜1.5%，水分＜1%，粒度3～20mm，粒度合格率＞90%。此外作为制造电石的碳素原料还有无烟煤、石油焦、兰炭等，也可以按照一定比例混合使用。2石灰石灰是指煅烧石灰石分解而得到的固体物，又称生石灰，主要成分是氧化钙（CaO）。纯石灰为白色，熔点2580℃。含有杂质时呈淡灰色，一般成块状，具有吸湿性遇水易粉化。石灰与水作用时生成氢氧化钙（熟石灰）并且放出大量热，与酸性物质能发生剧烈反应，具有较强的腐蚀性。电石生产对石灰的要求：石灰为电石生成提供钙质元素。在电石生产中，对原料石灰中氧化钙的要求需达到92%以上。除生烧过烧外，对杂质的含量必须控制在一定范围内，尤其是镁的含量，其含量越低越好。其含量如果超标，对炉体耐火砖形成侵蚀，还堵塞炉气抽出，会影响发气量。在电石生产过程中大约有15%的氧化镁与氮反应生成氮化镁，导致电石发粘在炉内不易流出，影响产量和操作。硅的含量也不能高出指标，因为硅铁会沉积于炉底，使炉底升高，流出的硅铁会损坏炉壁，流料嘴，冷却锅等。因此石灰的质量关系到电石生产过程的操作和产品质量。生产电石对石灰的基本要求是：CaO≥92%，MgO＜1.6%，生烧＜5%，过烧＜5%，粒度5～40mm，粒度合格率＞90%。3电极糊和电极1）电极的特性电石炉是一种电弧炉，电流通过电极输入电石炉内转化为热能。电石炉的电极采用自焙烧电极，即利用电石生产中自身产生的热量，使电极壳内的电极糊经过熔化、烧结，并在高温下进一步石墨化，形成强度及导电性良好的碳素电极。生产中电极不断消耗，不断向电极壳内加入电极糊。因此电极糊既是制造电极的原料，也是电石生产中碳素原料的一部分。连续式自焙烧电极既是电石炉中的重要组成部分，又是电石炉的心脏，它起着导电和传热的双重作用。电弧炉对电极的要求是：（1）能耐高温且热膨胀系数要小。（2）电阻系数小，在传导电流时电能的损耗少。（3）具有较小的气孔率。（4）机械强度要高，不致因机械与电气负荷的影响而折断，同时要经受得住生产过程中炉料崩塌等的侧击打压。2）电极糊对电极糊的控制指标主要有固定碳、挥发份、灰份和水份等。电极糊中灰份含量要求越低越好，但限于原料来源，一般要求密闭电极糊不高于5%。灰份过高使强度差，电阻大，电耗高，电极糊消耗量就大。电极糊的质量需要通过烧结后，检验其机械强度、电阻系数、气孔率等参数。一般要求电极糊烧结后达到下列要求：（1）电阻系数55～75欧·毫米2/米；（2）抗压强度140～200公斤/厘米2；（3）假比重1.36～1.45克/厘米3（4）真比重1.8～1.9克/厘米3；（5）气孔率25～28%；（6）电流密度6～9安/厘米2。3）制造电极糊的原料主要原料为碳素材料，因碳具有能承受在电石生产中的高温、其氧化物为气体、导电性能良好、与许多化学物质不易反应等性质。制造电极糊的原料有固体碳素原料和粘结剂两大类。固体碳素原料：（1）无烟煤除价格便宜外，能改进电极糊的使用质量。无烟煤是致密的、带有金属光泽的黑色油脂矿物，优点是含碳量高，机械强度大，挥发物少。制造电极糊用的无烟煤，其灰份含量一般要求稳定在8%以下，挥发物要小于7%。（2）焦炭焦炭是制造电极糊，尤其是生产石墨化电极的最重要的原料之一。最有价值的焦炭为低灰份的焦炭，其灰份含量不超过1%，包括石油焦和沥青焦。（3）人造石墨在电极糊中加入灰份含量不超过1%的人造石墨，可以增加烧结电极的导电系数，导热系数和热稳定性。粘结剂：当电极糊在自焙烧结时，粘结剂所剩下的焦化残渣能使电极的强度增加和质地均匀，最好的粘结剂为煤沥青和煤焦油。4）电极的烧结在电极壳内进行，电极端头产生电弧达到3500℃，而热量自下向上传导，故电极糊由上向下降落时受热越来越高，逐渐烧结，电流通过电极时电阻大，输入的功率部分变成电阻热，炉面热量通过传导和辐射到电极，使电极表面温度提高受热电极糊被烧结而形成电极。电极糊烧结过程：（1）软化阶段熔化液态120～200℃，颚板以上500mm。（2）挥发阶段充分熔化沿电极壳内截面流动，充填空隙使均匀，挥发急剧而呈糊状，650～750℃，大致在半环部位。（3）烧结阶段电极烧结为坚硬整体。完全烧结高度为导电颚板下部200～400毫米处，900～1000℃。电极受到表面氧化、炉内反应作用、逐渐烧损，需按其消耗情况控制烧结，并把已烧结的电极往炉内下放，使它保持适当的工作长度。电极焙烧的判断：电极表面呈灰白或暗而不红，则焙烧良好；发红则太干；发黑或冒烟甚多，则太软。四、电石生产过程操作1电石炉生产操作（1）烘炉与焙烧电极新开炉的电石炉操作前需要烘炉，烘炉的目的一方面是排除电石炉壁耐火砖砌体中的水份，使炉底炭素层形成一个整体，延长炉衬使用寿命；另一方面是焙烧电极，满足开炉时所需的电极工作长度。通常采用挂吊篮装焦炭焙烧电极的方法。（2）电石炉装炉准备工作砌假炉门装炉（3）电石炉送电开炉（4）投料和出炉（5）旧炉大修后的开炉2电石生产工序操作（1）配料工序操作配料操作采用人工和自动，目前大型密闭电石炉采用机械化进行配料，配料完毕后通过皮带运输机输送到高位料仓，通过下料管直接加入电石炉中。炉料配比通常以100公斤石灰配入X公斤碳素原料进行计算。按照电石生产反应：CaO+3C→CaC2+CO563664由计算知每生成一吨纯碳化钙需氧化钙875公斤和562.5公斤纯碳，因此100公斤纯氧化钙需配入64.3公斤纯碳。但实际上工业电石生产过程不可能采用纯的原料，也生产不出纯的碳化钙。所以在配料时要考虑原料中的杂质含量、电石产品质量要求和生产过程物料的损失等。通常配料比X（干基）可采用下面的公式计算：式中：A——石灰中氧化钙含量（质量分率）；B——电石产品中碳化钙含量（质量分率）；C——碳素原料中固定碳含量（质量分率）；D——电石产品中游离氧化钙含量（质量分率）；E——投料过程石灰损失量（%）；F——投料过程碳素原料损失量（%）；1006456)1()6436(EDBAGFBCXG——碳素原料的含水率（%）。在大部分情况下，配料比石灰：焦炭=100：（60～75）（2）加料工序操作将石灰和焦炭称量、混合、拌匀后，直接将料加入电石炉内即可。而对密闭电石炉则采用加料管自动加料。电石炉基本操作：每60～80分钟出一次炉；每班出炉6～8次；每炉加料2～3次；每班压放电极2～3次；每次压放量80mm～100mm。（3）电石炉操作控制电石炉的控制在控制室的斜面操作台上集中进行，包括电石炉的停送电，三根电极的电流表，电压，功率，温度，压强显示观察等。（4）电极的升降电极升降系统由电极卷杨机组成，操作台设有操作按钮。（5）电极的压放（6）出炉（7）停炉操作为保持正常的维护和检修，要有计划的进行停炉，正常停炉遵循停炉为开炉创造条件的原则。①停炉前适当加低配比的混合料，尽量将炉内电石出清。②停炉前应将电极焙烧得稍长一些，保证再开炉时电极有足够的工作长度。停电时应将电流降至正常操作值的1/3，使电极适当下降，电极露出料面部分应埋住保温，防止氧化损坏。③停炉后应每隔半小时活动一次电极，但上下幅度不要太大，以防电极与半成品粘住。如设备进行检修电极不能上下活动时，停电后应在电极下垫上少量焦炭。④停炉后冷却水不能停，可适当调整水量。再次开炉时，应首先将电极附近的炉料扒掉并适当去掉一些红料，使电极周围料面呈现凹形，为电极下插创造条件。开始送电时电石炉负荷不得超过额定负荷的40%，随后负荷慢慢增加，应注意观察送电后电极的变化和升负荷的动态。若电石炉停炉时间长，升负荷时要小心，应尽量避免出现断电极事故。（8）清炉操作石炉在生产过程中，炉底就会逐渐抬高，当炉底高到一定程度时，电石炉极其难操作。此时需要把电石炉停下来，进行清炉。清炉操作过程的大体步骤为：（1）在停炉前应先将炉料干烧下去，尽可能将炉内的电石全部排出。（2）停炉后将电极落至最低，并将电石炉上的设备扫干净。