电石的培训讲义.doc

电石生产工艺的培训讲义一、 电石的理化性质（一）、电石简述什么是电石呢？电石的化学名称就是碳化钙，分子式是CaC2，分子量为64.1，结构式为。（二）、电石的物理性质1、纯的碳化钙几乎是无色透明的晶体，不溶于任何溶媒中。在18时相对密度为2.22，化学纯的碳化钙只能在实验室中，用加热的金属钙和纯碳使其直接化合的方法而制得。我们通常所说的电石是指工业碳化钙而言。它是由生石灰和碳素原料制得。电石中除了含大部分碳化钙外，还含有少部分杂质，这些杂质都是从原料中的杂质转移过来的。2、电石的外观为各种颜色的块状体，其颜色随碳化钙的含量不同而不同，有灰色的、棕黄色的或黑色的，含碳化钙较高时则呈紫色。若电石的新断面暴露在潮湿的空气中，则因吸收了空气中的水分而使断面失去光泽变成灰白色。3、电石的相对密度决定于CaC2含量。且随着碳化钙的含量减少，则相对密度增加。4、电石的熔点也随碳化钙的含量改变而改变，纯碳化钙的熔点为2300，工业碳化钙的含量一般为80左右，其熔点常在2000左右。工业碳化钙有两个最低熔点，第一个是相当于含碳化钙69与含氧化钙31的混合物，第二点是相当于含碳化钙35.6与氧化钙64.4的混合物。由此可知，影响电石熔点的因素不仅是碳化钙的含量，其它杂质如氧化铝、氧化硅与氧化镁等杂质也有影响。5、电石能导电，其导电性与电石纯度有关，碳化钙含量越高，导电性能越好；反之越差。当碳化钙含量下降到6570%时，导电性能达到最低值。同时，电石的导电性也与温度有关，温度越高，导电性则越好。（三）、电石的化学性质1、在无水的条件下，电石在氢气流中加热至2200以上时，有相当量的乙炔和金属钙生成(CaC2+H2=Ca+C2H2)。2、干燥的氧气在高温下氧化碳化钙而生成碳酸钙(CaC2+O2=CaCO3+CO)。3、粉状电石与氮气在加热条件下反应生成氰氨化钙（CaC2+N2=CaCN2+C）。除此之外，氯、溴、硫、氨、磷、氯化氢和乙醇等等物质在一定条件下均能与电石发生化学反应，生成相应的化学物质。（四）、电石的用途电石的最先用途是照明、金属的切割与焊接，进入 20世纪，随着生产石灰氨(氰氨化钙)的工艺问世后，进一步推广了电石的用途，如今，电石的用途更加广泛，成为有机合成工业、钢铁脱硫和制造乙炔的重要原料，尤其是近年来，乙炔在化工行业的广泛使用和国际石油价格的节节攀升，电石法乙炔备受国内外化工行业的关注，呈现出美好的应用前景。（五）、电石的工业标准和组成及含量1、电石的组成及含量下面我们举碳化钙含量为85.3%的电石组成为例：组成CaC2CaOSiO2MgOFe2O3+Al2O3C含量85.39.52.10.351.451.22、电石的工业标准电石产品质量标准(GB10665-2004)指 标 名 称指 标优等品一级品合格品发气量（20、101.3KPa）/( L/kg) 300280260乙炔中磷化氢，(V/V) 0.060.080.08乙炔中硫化氢，(V/V) 0.100.100.10粒度（580mm）的质量分数/% 85粒度（2.5mm以下）的质量分数/% 5二、 电石生产技术的起源、现状及展望（一）、电石生产起源电石工业诞生于 19世纪末，当时电炉容量很小，只有 100300KVA且是单相，馈电线路既长又笨重，采用间歇操作，生产技术处于萌芽阶段，所生产的电石只用于照明、金属的切割与焊接。进入 20世纪，随着生产石灰氨(氰氨化钙)的工艺问世后，电石生产向前迈进了一步，以后相继采用了自焙电极，开放式电石炉、低烟罩式的半密闭式电石炉，电炉容量得以扩大。第二次世界大战以后，挪威和联邦德国先后发明了埃肯(Elekm)型和德马格(Demag)型密闭炉，接着世界上许多国家均采用这两种形式设计建设密闭电石炉，20世纪 6o年代，世界上建成了28座密闭炉，电石总产量达到1 000万吨。我国电石工业是在 20世纪中叶发展起来的，从吉林建成 1 750kVA的开放式电石炉开始，抗美援朝后吉林又建成了第二座电石炉。1956年河北省下花园建成一座容量3000kVA电石炉，1957年又从苏联引进一座容量为40000kVA的长方形三相圆形密闭炉在吉林投产以后，1960年我国共建成容量为 10000kVA开放式电石炉 13座。（二）、电石生产现状据1983年的不完全统计，全国共有电石厂204家，各种类型电石炉433座，其中绝大多数为开放炉。随着电石工业的发展，开放式电石炉逐渐过渡至半密闭式电石炉，最终朝着密闭式电石炉方向发展。因此在1986年我国从国外引进 6座密闭炉，其中西安电石厂、太原电石厂、包头电石厂、天津电石厂、浙江巨化和下花园电石厂各自引进一座25.5MVA的挪威埃肯型密闭电石炉，进人90年代，由于盲目引进，技术不过关，大部分密闭炉纷纷停产。目前，国内在引进挪威和德马克公司开发的全密闭电石炉基础上进行技术改进和创新，已成功开发出技术更先进、更环保和更安全的国产化全密闭电石炉，因此至2006年为止，全行业在役、在建和展开前期工作的全密闭电石炉共有36台，例如国内比较典型的是：乌海海吉公司3台、山东淄博海力化工厂2台、浙江巨化1台、下花园1台、云维1台、怀化电石厂一台、青海东胜1台和安徽皖维1台等等，总能力可达到190万吨/年，约合全行业能力的15左右，容量已有达到2550030000KVA的，建设4000075000KVA的亦已开始启动。(三)、电石生产发展趋势根据国家相关的政策法规（1、国家发改委公告2004年第76号附件一，电石行业准入条件；2、国家发改委发改产业【2004】930号国家发改委关于进一步巩固电石、铁合金、焦炭行业清理整顿成果规范其健康发展的有关意见的通知；3、国家环保总局办公厅、国家发改委办公厅、监察部办公厅、国家电力监管会办公厅文件“环办【2005】15号”关于印发晋陕蒙宁有关地区电石、铁合金、焦炭等行业清理整顿的要求的通知）和日益严峻的环保问题，电石生产的未来的发展方向必将朝着全密闭化方向发展，只有全密闭电石炉才能很好地解决电石行业的安全、环保和节能降耗的问题。才符合国家产业发展的方向。三、 电石生产和消费现状（一）、电石生产概况据有关资料统计，迄2003年末全国电石生产企业共441户，产量530万吨，2004年全行业438个企业生产了804万吨电石，创下了本行业发展的空前记录，也为世界工业史上所仅有。近年电石产量如下表所示：年份19971998199920002001200220032004200519月产量万吨/年318204261325346425530804705（二）、电石消费概况 我国电石主要用于生产乙炔，然后进一步用于生产聚氯乙烯（PVC）、醋酸乙烯、氯丁橡胶、三氯乙烯、四氯乙烯、双氰胺等化工产品，以及用于金属加工业（切割焊接等）。目前我国各行业电石消耗用量比如下表：行业名称PVC化工金属切割气体出口电石用量占用比例(%)751582我国2003年电石消费量约450万吨，2004年则上升到540万吨左右。我国电石消费增长迅猛的主要原因一是下游需求旺盛，二是原油价格上涨。不过我国电石产量比消费量增长得更快，2004年我国电石产量超过消费量100万吨左右。 我国2004年电石消费构成如下：生产聚氯乙烯消耗电石约340万吨，生产醋酸乙烯等其它化工产品消耗电石约100万吨，金属加工业消耗电石约100万吨，合计540万吨。 2005年，国家宏观经济调控政策将会对电石行业产生负面影响。冶金、金属加工、工业建筑、大型建设项目的暂缓与推迟开工，将减少对电石的需求。预计2005年国内市场电石总需求量约为740万吨。 四、 电石生产工艺简述（一）、电石生产原理氧化钙和碳素材料凭借电弧热和电阻热在18002200的高温下反应而生成碳化钙，电石炉是获得高温的最好设备，能量非常集中。碳化钙的生成反应如下：CaO+3C=CaC2+CO 111.3(kCa1)这是一个吸热反应，为完成此反应必须供给大量的热能，生成1t发气量300Lkg的电石，所消耗电能是：10000.80664111300860=1630kWh。式中：0.806为发气量为300Lkg的电石中碳化钙的含量；860电热，即lkWh电能完全转化为热能的数值；64碳化钙的分子量；实际上，工业电石炉生产1t电石所消耗的电能远远超过了计算所得的数值，一般地生产1t电石的电耗在32O04000kWh之间，电损失主要有以下几个方面：1、电石炉中有许多副反应存在，1t电石消耗电能157kWh。主要副反应有：CaC2=Ca+2C 一14.5(kCa1)CaCO3=CaO+C02 42.5(kCa1)CO2+C=2C0 39.2(kCa1)H20+C=CO+H2 39.6(kCa1)Ca(OH)2=CaO+H20 26(kCa1)Ca2Si04=2CaO+Si02 29(kCa1)Si02+2C=Si+2C0 一l37(kCa1)Fe2O3+3C=2Fe+3C0 一lO8(kCa1)Al203+3C=2Al+3C0 29l(kCa1)MgO+C=Mg+CO l16(kCa1)上述所有反应都要消耗热量。2、电石炉气(300600)和被炉气带走的粉尘及出炉电石所带走的电热，每吨耗电812kWh。3、消耗在电炉变压器、短网、电极的热以及通过炉体热损失234kWh。4、电炉操作时，干烧、明弧造成热损失，由于操作水平的不同引起的热损失不同，一般在100600kWh不等。例如，某公司由于设计时，二次电压较高，长期以来电流电压比为24O260AV，造成电极不能深入炉内，电极位置太高，炉内三相不通，电石电耗在4000kWht以上。之后将电流电压比调整为280294AV，电极深入炉内，炉内三相畅通，出炉顺利，减少了干烧、明弧现象，电耗下降为3400kWht。可见，电炉实际操作时，干烧、明弧对电石电耗的影响非常大。（二）、电石生产主要设备众所周知，电石炉是电石生产的主要设备，它能够为电石生产提供足够的热能。按照炉型来分，电石炉又分为开放式电石炉、半密闭式电石炉和全密闭式电石炉。开放式电石炉是电石生产最先采用的炉型，随着电石生产技术的不断进步，后来人们将开放型炉罩改为半密闭型炉罩，减少了烟气量，提高了烟气温度，据而形成了半密闭型电石炉，但因开放式电石炉和半密闭式电石炉能耗高、污染大，同时操作环境恶劣，已不能适应电石朝着环保、节能方向发展的要求，同时不符合国家产业发展政策，因此最终逐步被淘汰，在这种形势下，新的环保、节能型电石炉全密闭式电石炉孕育而生。所谓全密闭式电石炉就是在开放式电石炉上盖上一个炉盖，将炉内产生的一氧化碳炉气用抽气设备抽出，并加以回收处理，由于盖上炉盖，隔绝了空气，料面上不发生燃烧现象。这样的炉子就叫密闭电石炉。相比于开放式电石炉和半密闭式电石炉，密闭式电石炉有如下优点：1、由于一氧化碳气体全被抽出，炉面上不发生燃烧火焰，所以电炉功率得到发展。5O年代初世界上已出现3500040000kVA大容量密闭式电石炉，目前已发展到75000100000kVA，是电石工业的一个大进步。2、盖上炉盖在电炉周围没有火焰和粉尘，改善了电炉操作工的劳动条件，采用多料管布料，炉料自动下落，用不着人工加料，降低了工人的劳动强度，炉面设备不受高温影响而延长了使用寿命。还可以用各种仪表来操作电炉，不但使电石生产工艺流程更趋合理，而且机械化程度也较高。如：压放电极采用油压控制；电极升降采用计算机控制；配料系统采用电视监控、空心电极等。3、电石炉炉气(CO)，由于抽出并净化处理，经过除尘、降温、净化的CO作为燃料或有机合成工业的基本原料，除尘后的粉尘可以做肥料等，这样可以降低电石成本，做到尾气综合开发和利用。与此相反，全密闭电石炉也有如下缺点需要解决：1、因炉料质量较差，会导致料面烧结，透气性不好，产生红料层和熔洞，结果出现炉盖温度偏高，进而导致炉盖和电极零部件的烧损，停炉次数增多，设备利用率低。2、电极压放系统故障多，导致电极折断事故多。3、操作困难，炉压不稳，负荷波动大。4、电极很难深入料层内，生产效果差。5、电石炉尾气净化处理非常困难，目前国内外暂无非常理想的净化技术解决这一问题，因此密闭电石炉存在一定的环保和安全问题。（三）、电石生产工艺简述1、原料破碎、烘干、筛分和配料系统（1）、焦炭的破碎烘干系统工艺简述和工艺流程 检验合格的到厂冶金焦炭和兰炭经铲车分别运送至焦炭和兰碳地下受料斗，如买到合格粒度的焦炭和兰炭（525mm），则无需破碎直接通过胶带机送入焦炭烘干机烘干，在烘干工程中与焦炭和兰炭分别进行热交换后的热风因含大量的粉尘需送入旋风除尘器进行粗除尘，然后通过布袋除尘器精除尘，达到国家排放标准后，最后经风机直接放空。烘干后的焦炭和兰炭通过胶带机分别送入焦炭和兰炭料仓备用。其流程如下：地下受料斗 大倾角胶带机 切焦机 胶带机 烘干机 胶带机 焦炭和兰炭料仓 旋风除尘器 布袋除尘器 风机 放空 （2）、生石灰的破碎系统工艺简述和工艺流程 石灰窑生产出的生石灰经检验合格后，通过皮带机送入生石灰地下受料斗，经胶带机输送至鄂式破碎机破碎成合格粒度（850mm）的生石灰后，通过大倾角胶带机和可逆胶带机送至生石灰料仓备用。其工艺流程如下：石灰窑 地下受料斗 鄂式破碎机 大倾角胶带机 可逆胶带机 生石灰料仓（3）、筛分系统工艺简述和工艺流程 破碎、烘干后的满足粒度要求的焦炭与兰炭和破碎后的合格粒度的生石灰分别经料仓下电机振动给料机给料，通过胶带机和大倾角胶带机输送至振动筛进行筛分，筛分后的焦炭和生石灰粉料直接收集至粉料仓里，每隔一段时间再通过货车运走。除去粉料后的生石灰、焦炭和兰炭原料经胶带机分别输送至对应的日料仓 进行配料。其工艺流程如下：料仓下电机振动给料机 胶带机 大倾角胶带机 振动筛 (筛下)焦炭粉仓，生石灰粉仓 货车运走 (筛上)胶带机 胶带机(带卸料车) 炉顶日料仓（4）、配料系统工艺简述和工艺流程 炉顶日料仓内的合格原料经电液动平板闸门、电机调速给料机、称量斗和电机振动给料机称量给料，再通过大倾角胶带机输送至炉顶环形加料机，最后通过加料管进入电石炉内反应生成电石。其工艺流称如下：日料仓 电液动平板闸门 电机调速给料机 称量斗 电机振动给料机 胶带机 炉顶环形加料机2、电石炉系统全封闭电石炉是由炉体、炉盖、电极把持器、液压系统、电极压放和电极升降装置等组成，是生产电石的主体设备。称量好的混合料通过炉顶布料设施按需要把炉料布入料仓，再经电石炉加料管分批加入电石炉内。电石炉由变压器供电，通过三根电极产生电弧热和电阻热，在18002200、010Pa的高温、微正压下使生石灰和炭素原料发生还原反应生成电石，并放出一氧化碳气体，生成的电石由出炉口排出，用烧穿器打开出炉口，熔融电石流到小车上的电石锅内冷却。反应过程中产生富含一氧化碳的高温烟气，温度在500600左右，生产不稳定的情况下，温度可瞬间达到1000左右，含尘量在100150g/Nm3，并且富含大量的焦油，通过炉气抽出烟道（下半部分为水冷段烟道）将尾气抽出送至气烧窑系统作为燃料生产生石灰，如生产出现异常情况，则可通过荒炉气烟道（下半部分为水冷段烟道）直接排放至大气中。其工艺流程如下：炉顶环形加料机 炉顶料仓 加料管 电石炉 炉气抽出烟道 气烧窑 除尘 放空 电石 电石锅3、电炉冷却、破碎及包装工段熔融电石在电石锅内用牵引车拉至冷却间进行冷却，温度冷却至3040凝固为电石坨，然后用行车将电石坨吊入电石破碎平台进行破碎。合格产品由斗式提升机送入成品仓，由电磁振动给料机自动称计量后，通过轨道小车送入电石制乙炔工段生产PVC。其工艺流程如下：电石锅 冷却车间 电石破碎平台 斗式提升机 成品仓 振动给料机 称量斗 轨道小车 电石制乙炔工段4、电石尾气处理工段电炉中产生的富含一氧化碳的高温炉气经水冷壁烟道初步冷却降温后，温度在500600左右，随后直接送至气烧窑的矩形外火箱燃烧，充分利用电石炉尾气的显热和燃烧热生产生石灰，最后产生的二次尾气经布袋除尘器净化除尘后达标排放。密闭电石炉的烟气及粉尘特征如下表所示：表一、密闭电石炉烟气成份%COH2CO2N2O2焦油正常75825151.557.58.50.150.31.52表二、粉尘主要成份CMgO/CaOAL2O3Fe2O3SiO2烧失量34.07%40.01%4.84%1.46%10.04%9.58%表三、粉尘分散度（单位：m）粒径02255101020204040百分比%37.519.621.815.64.11.4表四、粉尘比电阻（单位：cm）温度150180200250300数 据1.010121.210121.110121.610111.71011（四）、电石生产主要经济技术指标和电石成本估算1、电石生产的主要经济技术指标主要技术经济指标表序号项目名称单位数量备 注一、生产装置1电石装置万t/a20二、产品方案1电石万t/a20三、年操作时间小时8000四、主要原材料用量1石灰石万t/a35.61.78吨/吨电石2生石灰万t/a201吨/吨电石3焦炭万t/a130.65吨/吨电石4无烟煤万t/a20.1吨/吨电石5电极糊万t/a0.60.03吨/吨电石6钢板万t/a0.060.003吨/吨电石五、燃料、动力用量1新鲜水万t/a53.62.68吨/吨电石2电亿度/年6.463230度/吨电石六、“三废”排放1废水万t/a 1.120.056吨/吨电石2废渣万t/a0无废渣3废气万Nm3/a36000石灰窑尾气七、财务分析1总投资万元207492年均销售收入万元520003年均成本费用万元441404年均税前利润万元7860八、定员人1502、电石成本估算电石成本估算表序号原料单耗(t/t)单 价(元/t)小计(元)备注一变动成本1石灰石1.784071.22焦碳0.651050682.53无烟煤0.1300304电极糊0.031500455钢板0.00332009.66电32300.3751211.37新鲜水2.680.51.3二人工成本11.25150人，平均1.5万元/人年三折旧及维修费120按10年折旧计，维修费取折旧费的50。四财务费用0无贷款五销售费用0自产自销六管理费用26占销售收入1%，销价2600元/吨七合计2207五、电石生产过程中的注意事项密闭式电石炉与开放式电石炉相比，一楼出炉操作大致相同，这里不作详细叙述。由于炉面加上炉盖，二楼以上操作则不相同，一些故障处理与开放炉不一样。在开放式电石炉上，二楼以上对炉料配比调整，电极事故(如：硬断、软断、漏糊等)、短网故障、绝缘故障、漏水事故等，都比较直观，容易处理。而密闭式电石炉由于设备较复杂，生产事故处理则不大一样，现简述如下：(一)、炉料配比一般在65以下，配比应设置好，如果调整配比后，在48h以后才能观察出炉温、质量的效果；(二)、炉料水分要求严格，一般控制在1以下；(三)、炉料粒度要求严格，焦炭、生石灰05mm的粒径控制在10以下；(四)、炉内压力一般控制在10Pa左右，然而国内大多数电石厂家为了安全起见，一般控制电石炉