[發明專利]一種利用微波能低溫制備電石的方法

有效

• 申請號: 201610020462.9
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105439147B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 姜標;趙虹
• 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
• 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

技術領域

本發明涉及電石制備技術領域，具體涉及一種利用微波能低溫制備電石的方法。

背景技術

碳化鈣，俗稱電石，由焦炭(C)和石灰(CaO)經高溫反應制得，是一種重要的煤化工中間產物，是除甲醇之外由煤生產純凈化學品的關鍵化合物。目前的工業電石生產技術發明于1892年，是氧化鈣和焦炭在電弧產生的高溫下(2000℃以上)反應生成熔融態碳化鈣(CaC₂)。電熱法雖然歷史悠久，但仍存在高能耗、高污染的缺點。電石合成反應是一個固相吸熱反應，原料傳質、傳熱效率低，化學動力學過程時間長，因而需要高溫加熱和高活性的焦炭作為原料。2000～2200℃的加熱條件需要大量的能量，每噸電石產品的能耗為3250～3600KW/h，對設備的耐熱性能要求高，增加了投資成本和能耗。焦炭一般由煤的焦化得到，該過程流程長，有機碳損耗高、電耗高、環境污染嚴重。由于傳統的電石生產技術存在“高投入，高能耗，高污染”的缺點，不符合節能減排和可持續發展的要求，嚴重限制了電石行業的發展。

微波能是一種清潔能源，微波加熱是依靠物料自身的介電性質轉換微波能量，產生熱量。國內外在微波煅燒方面開展了大量研究工作，并將該工藝技術在現代有色冶金和新材料制備領域廣泛應用。微波加熱作為一種綠色高效的加熱方法，與常規的加熱方法相比，微波加熱具有選擇性加熱、升溫速率快、反應時間短、易于自動控制、可降低化學反應溫度等優點。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種利用微波能低溫制備電石的方法，解決現有技術中傳統的電石生產技術存在“高投入，高能耗，高污染”的技術問題。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案如下：

一種利用微波能低溫制備電石的方法，該方法為：以煤為碳源、石灰石或石灰為鈣源，在微波能加熱下，反應合成電石。所述石灰石的主要成分為碳酸鈣，石灰的主要成分為氧化鈣。

優選地，所述合成電石的反應溫度為1300～2000℃，反應壓力為0.3～1.1atm，反應時間為3～120min。

進一步優選地，所述合成電石的反應溫度為1550～1750℃，反應壓力為0.7～1.0atm，反應時間為20～40min。

優選地，所述煤選自無煙煤、褐煤、長焰煤，半焦煤、焦煤中的一種或多種。

優選地，所述鈣源為石灰時，碳與氧化鈣的摩爾比為4.5～3.5：1。進一步優選為4.1～3.8:1。

優選地，所述鈣源為石灰石時，碳與碳酸鈣的摩爾比為3.5～2.7：1。進一步優選為3.1～2.8：1。

優選地，所述碳源和鈣源初磨后按比例混合，然后進行超細化獲得超細化的混合物料，再利用微波能加熱反應合成電石。所述初磨的粒徑為0.1～10mm，超細化的粒徑為5μm～0.1mm，進一步優選為10～50μm。

優選地，所述超細化的混合物料造粒成顆粒后進料反應合成電石，或者超細化的混合物料直接進料反應合成電石。

優選地，利用微波輻射裝置提供微波能，微波輻射頻率為0.915GHz～140GHz范圍內的一個或多個頻率。

優選地，電石合成過程中可根據需要采用輔助加熱方式補充熱量，所述輔助加熱方式選自電加熱、微波加熱、過量碳燃燒加熱、排放尾氣的余熱。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1，采用石灰石(碳酸鈣)為鈣源，省去了石灰高溫煅燒制生石灰工序；采用煤炭替代塊焦，可利用低中階粉煤，并省去煉焦環節，降低成本，提高生產效率。

2，采用微波加熱替代電加熱，利用微波對電石生成反應的催化作用，降低生成電石的反應溫度。

3，副產物為大量高濃度的一氧化碳，可作為化工原料生成其他化學品。此工藝生產電石工序短、二氧化碳排放少、反應溫度低、節能環保。

具體實施方式

以下通過具體實施例來說明本發明的技術方案。本發明中所用的原料和試劑均市售可得。

本發明制備電石的工藝流程為：

采用粉煤作為碳源，石灰石或石灰作為鈣源，碳源和鈣源經過粗磨后按一定比例混合后進行超細粉碎；獲得的超細混合物料可直接進入反應爐進行電石反應，也可經過造粒后再進入反應爐進行電石反應，反應生成電石和CO氣體。

下述實施例1-7中所采用的微波反應器為本實驗室自行設計制備的高功率微波反應器，微波頻率為2.45GHz，微波功率在0～4KW連續可調，反應過程中產生的氣體通過排氣管抽出。實施例8中微波反應器的微波頻率為0.915GHz，其他條件與前例一致。