浅析降低电石生产能耗的影响因素

科学之友　Ｆｒｉｅｎｄ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｍａｔｅｕｒｓ　２００７￣０９Ｒ囝　浅析降低电石生产能耗的影响因素　郭田敏　（山西省化工设计院，山西太原０３００２４）　

摘要：讨论了石灰原料、碳素原料以及炉料酌情比和操作对电石生产的影响。　关键词：电石；石灰；碳素；能耗　中图分类号：０６１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００－８１３６（２００７）０９－０１４５－０２　

随着现代工业的发展，电石行业与有机合成工业唇齿相依，特　别是聚氯乙烯行业，以２００５年为例，全国聚氯乙烯产量６４２万ｔ，　其中电石法聚氯乙烯３２０万ｔ，占总产量的５０％。由于市场原因，　电石销售受到影响，因此提高电石产品质量，降低能耗，降低成本，　在市场上才能更具竞争力，影响电石生产的因素很多，本文仅论述　原材料以及操作对电石生产的影响。　１　石灰原料的影响　１．１石灰杂质的影响　石灰中的杂质对电石生产是十分有害的。当炉料在电石炉　内反应生成碳化钙的同时，各种杂质也进行了下列反应：　ＳｉＯ：＋２Ｃ　５００％一Ｓｉ＋２Ｃ０－５７３ｋＪ　Ｆｅ：Ｏ３＋３Ｃ　７３０％　２Ｆｅ＋３Ｃ０—４５１ｋＪ　ＡｈＯ３＋３Ｃ　２　１６０℃　２Ａ１＋３Ｃ０～１２１６１０　ＭｇＯ＋２Ｃ————————————＋Ｍｇ＋ＣＯ一４８５１０　这些反应不仅消耗了电能，而且多耗了焦炭，同时降低了电石质　量，若石灰中的杂质增加１％，则每生产１　ｔ　电石需多耗电２５ｋＷ・ｈ，多　耗焦炭３．２　ｋｇ。　以上各种杂质中，氧化镁对电石生产的危害最大，氧化镁在　熔融区迅速还原成金属镁，而使熔区成为一个强烈的高温还原　区。镁蒸气从这个炽热的区域大量逸出，其中一部分镁与一氧化　碳反应，生成氧化镁。另一部分镁上升到炉料表面与一氧化碳或　空气中的氧反应，生成氧化镁。其反应式如下：　Ｍｇ＋ＣＯ———　Ｕｇｏ＋Ｃ＋４８９ｋＪ　Ｍｇ＋１／２０２——◆Ｍｇｏ＋６１３１０　以上两种反应都放出大量的热，所产生高温使局部硬壳被　破坏，炉面结块，阻塞炉气排出，更为严重的还能使溶池遭到破　坏，烧毁炉封，堵塞电石流出口。实践证明，石灰中氧化镁含量每　增加１％，则功率发气量将下降１０％～１５％。　二氧化硅在电石炉内被焦炭还原成硅，一部分在炉内生成　碳化硅，沉积于炉底，造成炉底升高；一部分与铁作用，生成硅　铁，硅铁会破坏炉壁铁壳，出炉时会烧坏流料嘴和冷却锅等设　备。二氧化硅也影响电石发气量，含量愈高，则功率发气量愈低。　氧化铝在电石炉内不能全部还原成铝，一部分混在电石里，　降低了电石质量，而大部分成为黏性很大的炉渣，沉积于炉底，　使炉底升高，严重时使炉眼位置上移，造成电炉操作条件恶化。　磷和硫也会对电石质量造成影响，在炉内可以生成磷化钙　和硫化钙，混在电石产品中。磷化钙在制造乙炔气时，有弓Ｉ起自　然和爆炸的危险；硫化钙在乙炔燃烧时，变成二氧化硫气体，对　设备和人有腐蚀作用。　１．２　生烧石灰的影响　在电石炉内生烧，石灰中的碳酸钙进一步分解成生石灰，再　与焦炭反应生成电石。分解碳酸钙需要消耗热能，这个热能由电　炉供给，就增加了电耗，并且破坏了电石炉正常生产。　１．３　过烧石灰的影响　过烧石坚硬、致密、活性差、降低了反应速度，并且体积缩小　后，接触面也减少，引起炉料电阻下降，电极容易上抬，对电炉操　作不利。　１．４粉化石灰的影响　在生产和贮存石灰的过程中，因接触空气中的水分而生成一　部分氢氧化钙，生成的氢氧化钙在炉内进行如下反应：　Ｃａ（０Ｈ）ｒ—◆ＣａＯ＋Ｈ２０－１０９１０　Ｈ’０＋Ｃ——◆ＣＯ＋Ｈ，＿－１６６ｋＪ　

粉化石灰不但要多消耗电能和碳素原料，而且还要影响电石　炉操作。炉料中的粉末含量较多时，容易使电极附近料层结成硬　壳，发生棚料，阻碍炉气自由排出，增大炉内压力，最后发生喷料　和塌料现象，既不安全，又影响生产。　１．５　石灰粒度的影响　石灰粒度对电石生产是十分重要的，粒度过大，接触面小，反　应速度慢；粒度过小，炉料透气性差，影响操作。实践证明，石灰的　粒度应控制在５　ｍｉｌｌ～３５　ｍｉｌｌ，且合格率９０％以上。　

２　碳素原料的影响　２．１　碳素原料灰分的影响　碳素材料的杂质主要是灰分，全部由氧化物组成。在炉内生　成电石的同时，灰分中的氧化物也要被还原，既要消耗电能，又要　消耗碳素，而且还原后的杂质仍然混在电石中，降低电石的纯度。　实践证明，炉料的灰分增加１％，就要多耗电５０　ｋＷ・ｈ～６０　ｋＷ・ｈ，　因此碳素原煤料中的灰分含量愈少愈好。　２．２碳素原料中水分的影响　碳素材料中的水分对电石的生产也是一种十分有害的物质，　它在贮存与运输过程中与石灰相遇生成了消石灰Ｃａ（ＯＨ）：粉末，　容易引起料管堵塞，使电石炉透气性变坏。同时发生如下反应　Ｃａ（ＯＨ　—◆ＣａＯ＋Ｈ２０—１　０８．７１０　Ｃ＋Ｈ’０——　ＣＯ＋Ｈ：～１６６．４ｋＪ　消石灰的存在不仅多消耗了电能和碳材，而且还影响电石炉　的正常操作。因为碳素原料中的水分，使石灰产生粉末，粉末多　了，容易使炉料棚住，进而发生电石炉不吃料、喷料及炉压不稳　等，严重时要停炉处理。一般在中小型半密闭炉型中，水分应控制　在５％以下，而密闭电石炉水分能控制在１％以下，对生产的影响　

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维普资讯 http://www.cqvip.com 郭田敏：浅析降低电石生产能耗的影响因素　就可大大减轻。　２．３碳素原料中挥发分的影响　碳素材料中挥发分对电石炉的危害也是不容忽视的，实践　证明，挥发分在炉内有１０％～１５％被分解和碳化，使碳素原料的　效率降低，若碳素原料中的挥发分增加１％，则生产每吨电石需　多耗电３　ｋＷ・ｈ～５ｋＷ・ｈ。另外，挥发分靠近反应区，形成半融黏　结状，使反应区物料下落困难，容易引起喷料现象，使热量损失　增加，对于开放炉，使炉面火焰增长，操作环境恶化。因此，应控　制其挥发分在１．５％以下。　２．４　碳素原料粒度的影响　在电石炉内，一般是碳素原料粒度愈小，电阻愈大，在电炉　操作时，电极易于深入炉内，对电炉操作有利。反之，粒度愈大，　电阻愈小，电极易上抬，对电炉操作不利。因此，粒度的大小是电　石生产中的一个重要因素。但粒度过小，则透气性差，容易使炉　料结块，反而不利，所以要适当选择。　从电石炉操作时的电石反应速度而言，它和碳素原料的半　径成反比，所以粒度小，有利于加快反应速度。如果粒度大，则产　生支路电流，容易造成电极不下，降低熔池区电流密度，使炉温　降低，反应速度下降。　从另一方面来讲，粒度愈小，比表面积大，愈容易反应。同时　粒度小，电阻大，电极容易深入炉内，则熔池电流密度增加，炉温　增高，对提高电石产品质量更有利。但粒度过小，气体排出阻力　增加，甚至堵塞炉气通路，对反应不利，容易引起恶性喷料。粒度　过大，气体排出容易，但总的接触面积减少，电阻减小，支路电流　增加，电极上升，炉温降低，将会有未反应完的碳素原料随电石　排出，降低产品质量，也使碳素利用率降低。因此，实际生产中碳　素原料的粒度控制在３　ｍｍ～１８　ｍｉｌｌ比较合适。　２．５　碳素原料粉末的影响　碳素原料中的粉末对正常电石炉操作有很大害处，主要表　现在以下几个方面：　（１）粉末多了，炉料透气性不好，产生的一氧化碳气体不能　顺利排出，减慢电石生成速度；同时增加了炉内压力，容易发生　喷料现象，也会发生大量炉料突然漏人溶池，造成电极上升，不　能稳定操作，产品质量没有保证。　（２）粉末多了，许多粉末被炉气带出，使炉料配比发生变化，使　其料层结成硬壳，电极跗近产生支路电流，造成电极上升，降低炉温。　（３）粉末多了，对于开放炉，容易塌料和喷料，影响人身安　全，造成炉压波动，使电炉操作更难。　３炉料配比影响　石灰和碳素原料构成电炉炉料。炉料配比的正确与否，直接　影响电石炉的操作。　炉料的配比通常有高配比和低配比两种，高配比是以ｌＯＯ　ｋｇ　石灰为基准，然后配比加一定量的碳素原料，碳素原料多的Ｈｑ高　配比，碳素原料少的Ｈｑ上低配比，高配比可以得到发气量高的电　石产品，但炉料比电阻小，操作不好掌握，低配比的可以得到发　气量较低的产品，但炉料比电阻小，操作好掌握。　理论上的炉料配比可以用电石反应式来计算：　ＣａＯ＋３Ｃ　ＣａＣ，＋ＣＯ　实际生产中不可能按照纯电石配比纯原料中的碳素石灰，　在工厂实际生产，一般按下列经验公式来计算：　

ｘＩＯＯＢ／Ｑ＋Ｆ　炉料配比：　————一　！　：　￣ＩＯＯＢ／Ａ＋Ｄ＋Ｅ　Ｃａ＜４　

式中：Ａ：石灰中所含氧化钙配比，％；　Ｂ：电石中所含ＣａＣ：百分比，％；　Ｑ：碳素原料中所含固定碳百分比，％；　Ｄ：电石中氧化钙含量百分比，％；　Ｅ：投炉石灰损失量，ｋｇ；　Ｆ：投炉碳素原料损失量，　。　上述计算中考虑了原料中的杂质含量，以及生产过程中物　料失量等因素。因此电石生产中，要严把原料质量关，正确选择　炉配比，才能生产出优质产品。　

４　操作对电石生产的影响　根据相平衡图可知，炉温愈高，配比愈高，电石质量愈好。根　据计算得知，当炉温从１　９００￣Ｃ提高到２　１００℃时，反应速度常数　可提高５ｌ倍，可见炉温的影响是巨大的，它远远超过了焦炭和　石灰粒度对反应速度的影响。因此，应减少明弧操作，以提高炉　温，获得高产优质产品。　明弧操作使得大量的热能损失，耗电量明显增加，炉面温度　较高，电极和短网上的零件容易受到热腐蚀，加重损坏，导致设　备利用率低。实践证明，在炉内若有５％～７％的石灰分解逸出，每　吨产品就多耗电２００　ｋＷ・ｈ左右，所以明弧操作产生出的热辐射　损失是相当于惊人的。根据公式：　Ｑ　ｍ＝ｅ×２０．７３Ｅ（Ｔ／ＩＯ０）一（ＴＯ／ＩＯ０）　］计算。　式中：Ｑ　：每平方米辐射面积每，Ｊ埘明弧热量损失，ｋＪ／ｍ￣・ｈ；　Ｅ：辐射系数；　Ｔ：明弧温度，＇１２；　１、０：周围温度，℃。　当明弧温度为２　５００￣Ｃ，环境温度为６００￣Ｃ，ｅ为０．５时，Ｑ明　弧＝４　０１０　Ｘ　１０４ｋＪ！ｍ－＇ｈ，依５　０００ＫＶＡ电石炉为例，每相电极辐射　面积为０．７　，则每吨产品要多消耗２４０ｋＷ・ｈ电。另外，长时间明　弧操作，引起炉底上移，熔池缩小，液体电石就可能与炉料黏结　在一起，给操作带来困难，严重时引起喷料和烧坏炉盖，威胁设　备和人员人身安全，因此绝对不允许明弧操作。　总之，要得到优质、高产、低成本的电石产品，必须坚持高炉　温、合理配比、选用精料，并保证加料、出炉和电极位置和相对稳　定，才能达到降低能耗，提高产品质量的目的。　

Ｏｎ　Ｆａｃｔｏｒｓ　Ｒｅｄｕｃｉｎｇ　Ｅｎｅｒｇｙ－ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｆ０ｒ　Ｃａｌｃｉｕｍ　Ｃａｒｂｉｄｅ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ＧＵＯ　Ｔｉａｎｍｉｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　Ｉｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　０１１　ｃａｌｃｉｕｍ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｉｍｅ　ｍａｔｅｒｉａ１．ｅａｒｂｏｌｌ　ｍａｌｅｒｉａｌ　ａｓ、ＶｅＨ　ａｓ　ｔｈｅ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｃｈａｒｇｅ　ｐｒｏｐｏｒｌｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｌｃｉｕｍ　ｃａｒｂｉｄｅ，ｌｌｍｅ，ｃＥｈ，￣ｂｏｌｌ，ｅｎｅｒｇｙ－ｃｏｎｓｕｍｐｌｉｏｎ