[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

1.一種微波電石爐反應器，其特征在于：該反應器包括微波反應爐體(1)，所述微波反應爐體(1)包括微波聚能腔(10)、外殼(12)、位于外殼及聚能腔之間的保溫層(11)；所述微波聚能腔(10)內形成物料的反應室(13)，聚能腔上設有抽放氣系統(3)及測溫監視系統(4)；該反應器還包括用于向聚能腔內即反應室(13)傳導微波的微波能發生系統(2)；所述微波能發生系統(2)及微波聚能腔(10)上還連接有水循環冷卻系統；

所述微波反應爐體(1)的一側設有與爐體結構相同的爐門(14)；所述爐門(14)焊接于爐門推車(15)上；所述爐門(14)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；

所述微波能發生系統(2)包括微波源及環形器(20)、進行微波傳導的波導管(21)；所述波導管(21)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(13)傳導微波；

所述抽放氣系統(3)包括設于微波聚能腔(10)上部的排氣孔，所述排氣孔通過排氣管(30)、排氣閥(31)與真空泵Ⅰ(32)相連；還包括設于微波聚能腔(10)下部用于通入惰性氣體的進氣孔和用于抽走空氣的抽氣孔Ⅰ，所述進氣孔通過進氣管(33)上的進氣閥(34)控制進氣，所述抽氣孔Ⅰ通過抽氣管Ⅰ(35)、抽氣閥Ⅰ(36)與真空泵Ⅱ(37)相連；還包括開設于波導管(21)下側的抽氣孔Ⅱ，所述抽氣孔Ⅱ通過抽氣管Ⅱ(38)、抽氣閥Ⅱ(39)與真空泵Ⅱ(37)相連。

2.根據權利要求1所述的一種微波電石爐反應器，其特征在于：所述的微波源為915MHz或2450MHz的微波源；所述波導管(21)為金屬導管或鏡面石墨整體成型的導管；靠近微波源一端的波導窗口Ⅰ(22)材質為Al₂O₃，靠近聚能腔一端的波導窗口Ⅱ(23)材質為ZrO₂。

3.根據權利要求1所述的一種微波電石爐反應器，其特征在于：所述反應室(13)內設有物料保溫反應系統；所述物料保溫反應系統包括保溫桶和置于桶內的反應坩堝；所述保溫桶材質為氧化鋁纖維或者氧化鋯纖維，所述反應坩堝為透波且保溫的氮化硼坩堝，且所述坩堝帶有中心開孔的坩堝蓋。

4.根據權利要求1所述的一種微波電石爐反應器，其特征在于：所述測溫監視系統(4)包括安裝在微波聚能腔(10)上部的紅外測溫儀與攝像探頭。

5.根據權利要求1所述的一種微波電石爐反應器，其特征在于：該反應器還包括與微波能發生系統(2)、抽放氣系統(3)電連接的控制系統。

6.權利要求1-5任一項所述的微波電石爐反應器制備電石的方法，其特征在于，包括如下反應步驟：

S1、打開反應器爐門(14)，以一定的比例將碳基原料和鈣基原料的反應混合物料放置于氮化硼坩堝中放入反應室(13)中，移動爐門推車(15)關緊爐門(14)；

S2、關閉進氣閥(34)、排氣閥(31)后，打開抽氣閥I(36)、抽氣閥II(39)和真空泵II(37)進行抽氣，當體系壓力降低到1KPa后，關閉真空泵II(37)和抽氣閥I(36)、抽氣閥II(39)，打開進氣閥(34)通入惰性氣體對反應室(13)進行氣氛置換；

S3、如此進行若干次氣氛置換后，關閉進氣閥(34)，打開微波能發生系統(2)對反應物料加熱，通過水冷循環系統對微波能發生系統(2)和微波聚能腔(10)進行保護；根據反應需求，調變微波源的饋入功率來調控反應溫度、通過真空泵I(32)和排氣閥(31)來調控反應壓力；

S4、反應結束后，關閉微波能發生系統(2)和抽放氣系統(3)；當體系溫度低于500℃后，打開爐門，取出反應產物電石。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于：步驟S1中，所述鈣基原料選自方解石、石灰石、氧化鈣或氫氧化鈣；所述碳基原料選自無煙煤、褐煤、長焰煤、半焦或焦炭。