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随着我国社会经济的发展.环保要求愈加严格.以电石为原料的下游产品市场供求关系中.成本的优势成为这类企业生存的第一要素，电石炉趋向大型化、集约化方式转化.因此对原料的要求进一步提高。而作为原料之一的石灰的活性度并没有得到足够的重视.但这恰恰是节能降耗的关键因素之一。 1 电石生成工艺过程 工业碳化钙的生成是以生石灰和炭素材料为原料.在电炉内混合均匀.炉料凭借电弧热和电阻热在1900～2200℃的高温下成熔融状态而制得的。 CaC2的生成反应如下： 在1900～2200℃的条件下.CaO是以液态形式存在的，C的熔点较高，是以固态方式存在的，其反应机理是1个CaO分子渗透到2个碳原子中间，CaO的反应活性直接决定CaC的生成速度。其结构式为： 其反应过程是按下列方式连续进行的： 这个反应是吸热的，也是可逆反应，根据平衡原理，提高温度和降低CO的压力，在这个反应过程中有利于从左向右进行，所以反应要在高温条件下进行，把反应生成的CO气体及时排出。 2 影响石灰活性的因素 石灰的活性是指石灰在电石生成反应过程中的反应能力，石灰的活性越高，其在电石生成反应过程中熔化速度越快，能加快Ca-C之间的反应。 石灰的活性主要受到煅烧温度的影响，一般把煅烧温度过高、煅烧时间过长而得到晶粒粗大、气孔率低和体积密度大的石灰称为硬烧石灰;将煅烧温度在1100℃左右而得到的晶粒细小、气孔率高和体积密度小的石灰称为软烧石灰.一般把软烧石灰也称为活性石灰.介于两者之间的叫中烧石灰而决定石灰活性的主要是其物理性质中的晶粒直径(m)和气孔率石灰石的煅烧过程是石灰石菱形晶格重新结晶转化为石灰的立方晶格的变化过程其变化所得晶体结构与形成新相晶核的速度和它的生长速度有关，当前者大于后者时。所得到的为细粒晶体.其活性CaO分子数量比较多.其活性也就越高而其细粒晶体越多，石灰的气孔率越高，其活性也就越高。 而在石灰的生产过程中影响晶粒直径和气孔率的主要有：①原料石灰石的粒度;②煅烧设备的选型;③煅烧温度及均衡作用时间：④煅烧所用燃料的热值;⑤石灰石原料中的杂质含量。 由于密闭电石炉对原料石灰的要求较高，且国家规定要对其尾气进行回收.因此.气烧石灰窑成为密闭电石炉配套生产的首选窑型目前节能环保型气烧石灰窑主要有套筒窑、双梁窑、双膛窑。这三种窑型都是国内外比较先进的窑型.表1为套筒窑、双梁窑、双膛窑综合比较。 表1 套筒窑、双梁窑、双膛窑综合比较表 根据此结果.套筒石灰窑比较适合使用密闭电石炉尾气煅烧石灰.且产品符合密闭电石炉对生石灰理化指标的要求.从而成为电石行业优选窑型密闭电石炉与套筒窑循环经济生产线如图1所示。 图1 密闭电石炉与气烧石灰窑循环经济产业链示意图 目前.由于循环经济环保产业技术的进一步提升。石灰煅烧的燃气一般为电石炉气(电石行业)和高炉煤气(钢铁行业).从以上三种煅烧设备的数据可以看出.套筒竖窑的相关指标优于其它两种窑型的指标.所以目前国内的推广还是比较快的 3 高活性石灰的特性及对电石电耗的影响 所谓活性石灰，就是一种优质轻烧石灰，它具有晶粒细小、气孔率高、体积密度小、比表面积大、反应性强、杂质低、粒度均匀，同时还具有一定强度等优点。活性石灰的活性度一般在300mL以上，符合密闭电石炉生产要求，有利于生产操作和降低电石生产电耗。 石灰的活性度取决于它的组织结构，石灰的组织结构与煅烧温度和煅烧时间密切相关。 由套筒石灰窑生产出的石灰活性度平均值一般可以超过360mL/4N-HCL,可以显著缩短反应时间，降低生产电耗，并有利于电石工艺操作。 石灰的活性度是指它在标准大气压下10min内，50g石灰溶于40℃恒温水中所消耗4N-HCL水溶液的毫升数就定义为石灰的活性度。 石灰活性度一般采用酸碱滴定法测定。 石灰活性度指标：表征生石灰水化反应速度的一个指标.即在足时间内.以中和生石灰消化时产生的Ca(OH)2所消耗的4mol/L盐酸的毫升数表示。 反应方程式： 根据上面的平衡方程，得出a=446，即理论最大活性度为446。 电石生产过程中.对石灰的指标要求都是局限于CaO、MgO、A12O3、SiO等成分的要求上，活性度只是参考数据.有些单位基本就没有做过活性度的要求，下面就活性度对电石生产的影响进行分析： (1)石灰活性度对电石炉电耗的影响 为充分分析活性度对电石炉电耗的影响.公司在30000kVA电石炉上对实际生产数据进行了统计公司套筒石灰窑自产石灰指标如表2所示,市场采购的石灰指标如表3所示。 表2自产石灰指标 表3市场采购石灰指标 两种原料配备相同兰碳原料，在相同的电石炉电气-几何参数的条件下生产8小时，得出以下两种生产数据，见表4、表5. 表4石灰一生产结果数据 表5石灰二生产结果数据 从上述两种生产结果数据分析.在同样的工况条件下.活性度为380mL/4N—HC1的石灰生产电石比活性度为330mL/4N—HC1的石灰生产的电石电耗降低134kW.h/t.其主要原因是因为活性度高的石灰在熔池中的熔化速度快.加快了电石的生成速度，在同样的时间段内其生成电石产量就多。 (2)对炉况的影响 电石炉生产过程中.对炉况的控制被认为是员工操作能力最重要指标之一.而不同的石灰活性度对炉况将造成不同的景况炉况主要指电石炉的料层结构，活性度高的石灰进入熔池后。能更加完全、快速的与C反应.使整个电石熔池内形成一种持续进行的反应过程而活性度低的石灰进入熔池后.由于参与反应的速度相对较慢。使整个熔池里面存在反应不均衡现象久而久之将打乱整个料层结构使电石炉操作出现反复，降低设备开车率在此状况下.除正常反应外.将产生更多的可逆反应.这就对电石质量造成了很大的影响 (3)石灰中杂质(氧化物)对电石炉生产的影响 石灰石中杂质的含量对石灰的活性度有一定的影响，石灰中的氧化物如MgO、Al2O3、SiO2等的混合含量如果超过3%,石灰的熔点将会降低.在低于1900℃时.石灰已经开始熔化.而此时兰碳的反应温度还没有达到.此种情况下在进料中形成分流并导致电石炉内的料层结构不稳定.如图2所示。
图2微量氧化物对CaC2、CaO系统熔点的影响 4 结语 电石属于高耗能产品。在资源、能源日趋紧张的情况下。密闭电石炉成为电石生产的主流炉型，与气烧环保石灰窑的配套生产工艺已成为电石行业发展的优选工艺路线.随着密闭电石炉生产的逐步成熟.使得原料配比等已没有节减的余地.电石生产电耗占综合能耗的50%～60%.因此降低电石炉生产电耗成为电石行业节能降耗的主要举措。 余鹏、马小刚 中国石化宁夏能源化工有限公司  |
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