[發明專利]一種微波電石爐反應器及利用其制備電石的方法

有效

• 申請號: 201711403738.2
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN107986279B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 姜標;趙虹;劉思源;齊會杰;黃偉光
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: C01B32/942
• 分類號: C01B32/942;C01B32/40;B01J19/12;B01J19/14
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 劉紅梅

本發明公開一種微波電石爐反應器，包括微波反應爐體；所述微波反應爐體包括微波聚能腔、外殼、位于外殼及聚能腔之間的保溫層，所述微波聚能腔內形成物料的反應室，反應室內設有物料保溫反應系統，聚能腔上設有抽放氣系統及測溫監視系統；還包括用于向聚能腔內即反應室傳導微波的微波能發生系統；所述微波能發生系統及微波聚能腔上還連接有水循環冷卻系統。本發明同時還提供了利用該電石爐反應器制備電石的方法。本發明通過利用微波加熱，可以強化反應物料間的熱質傳遞過程，從而將電石的生成溫度大大降低，在1600～1900℃的較低溫度下合成電石；并且反應速度快、能量利用率高、操作方便無粉塵污染，解決了電弧電石爐“三高”的問題。

技術領域

本發明屬于煤化工技術領域，具體涉及一種微波電石爐反應器及利用其制備電石的方法。

背景技術

中國是貧油富煤的國家，煤炭是我國重要的基礎能源和工業原料。降低煤炭一次性能源消費比重，提升煤化工水平是黑色煤炭綠色發展、高碳資源低碳發展的有效手段。電石(碳化鈣)是煤化工的關鍵中間體和基本化工原料，主要用于產生乙炔等化工產品。我國80％以上的PVC生產廠家都是采用的電石乙炔原料。目前，煤制電石與煤制甲醇是我國煤化工的兩條主要途徑。相較于煤基甲醇烯烴路線，電石炔烴路線工藝簡單、副產物CO純度高，水耗低。

電石生產具有一百多年歷史，全球產量在1965年達到頂峰，隨后由于石油化工的強勢發展，電石產業逐漸衰落。我國由于以煤為主的特殊能源結構，成為當前世界最大的電石生產國和消費國，2015年產能達2850萬噸。我國電石工業生產一直采用1892年發明的電弧法，即采用焦炭(C)和氧化鈣(CaO)在電弧加熱產生的高溫2200℃左右反應而生成液態電石，并從爐底間歇排出。在中國長達半個多世紀的電石生產史上，電石生產技術基本無太大改進。電弧法工藝要求采用一定粒度的塊狀原料，需要在高溫下強化原料間的傳質和傳熱，因此電石生產的溫度高、時間長，導致耗電量大、產量低、原料要求高、粉塵大及尾氣治理困難。盡管日前電石市場需求不斷擴大，但由于電石生產技術存在“高投入、高污染、高能耗”的缺點，不符合節能減排和可持續發展的要求，嚴重制約了電石行業的發展。電石行業亟需新的技術改變其落后現狀。

電石爐是電石生產的核心設備，電石爐的結構和能效直接決定電石生產工藝以及生產成本。開發節能高效環保的新型電石爐是解決電石行業技術落后的關鍵所在。

發明內容

針對上述現有技術中的不足，本發明提供了一種微波電石爐反應器及利用其制備電石的方法。

目前電石的工業生產技術中，電石生成反應的反應方程式為：CaO+3C＝CaC₂+CO。從反應熱力學分析獲知，及時移走一氧化碳、降低一氧化碳分壓，可以促使反應向生成碳化鈣的方向進行。因此，本發明提供了一種微波電石爐反應器及利用其制備電石的方法，降低能耗和生產成本，增加經濟效益。

為實現上述目的之一提供一種微波電石爐反應器，本發明采用了以下技術方案：

一種微波電石爐反應器，包括微波反應爐體；所述微波反應爐體包括微波聚能腔、外殼、位于外殼及聚能腔之間的保溫層，所述微波聚能腔內形成物料的反應室，聚能腔上設有抽放氣系統及測溫監視系統；還包括用于向聚能腔內即反應室傳導微波的微波能發生系統；所述微波能發生系統及微波聚能腔上還連接有水循環冷卻系統。

優選的，所述微波聚能腔為全密閉石墨聚能微波諧振腔，聚能腔內層為鏡面石墨整體成型；所述外殼為全密閉不銹鋼外腔；所述保溫層材質為氧化鋁、莫乃石或者石墨；

所述微波反應爐體的一側設有與爐體結構相同、以作為爐體一部分的爐門；所述爐門焊接于爐門推車上；所述爐門與爐體之間采用法蘭壓緊聯接，爐門在關閉狀態時與爐體形成結構一致的密閉整體。

優選的，所述微波能發生系統包括微波源及環形器、進行微波傳導的波導管；所述波導管兩端由可透波的波導窗口密封，其中一端窗口連接微波源，另一端窗口作為聚能腔的部分內壁用以向腔內反應室傳導微波。