电石生产工艺操作手册.docx
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电石生产工艺操作手册
产品型号及名称：
陕西陕北基泰能源化工有限公司
30000KVA密闭电石炉
设计文件名称：
工艺操作手册
文件代号：
SJ30J.00SC
中钢集团吉林机电设备有限公司
年月日
一、产品说明及质量标准.................................
（2）
1、名称及结构式.......................................
（2）
2、基本理化性质........................................
（2）
3、电石的成份及用途....................................（5）
4、产品质量标准........................................（6）
5、电石的包装及贮运....................................（7）
二、原材料技术要求......................................（8）
三、电石生产工艺.......................................（10）
1、电石生成原理.......................................（10）
2、工艺系统概况.......................................（12）
3、电石冶炼操作.......................................（13）
4、正常生产工艺指标...................................（15）
5、开炉和停炉操作.....................................（17）
（1）新开炉或大修后开炉...............................（17）
（2）一般停炉及重新启动...............................（20）
四、生产岗位操作.......................................（23）
1、配料巡视岗位.......................................（23）
2、炉面巡视岗位.......................................（25）
3、电极操作...........................................（27）
4、仪表岗位操作.......................................（31）
5、出炉岗位操作.......................................（33）
五、事故现象及处理.....................................（35）
1、不正常现象及处理...................................（35）
2、电极事故在仪表上的反映及处理方法...................（36）
3、炉前不正常情况及处理...............................（37）
六、安全生产技术要求...................................（38）
电石生产工艺操作手册
一、产品说明及质量标准
1、名称及结构式
名称：
学名碳化钙；
工业名称：
电石，其中含碳化钙约65~85%，其余为杂质。
分子式：
CaC2
分子量：
64.10
C
结构式：
Ca
C
2、基本理化性质
（1）外观：
化学纯的碳化钙几乎为无色透明的晶体，极纯的碳化钙结晶为天蓝色大晶体，其色泽颇似淬火钢。
工业电石是碳化钙和氧化钙以及其他杂质合成的混合物，为不规则块状体，根据杂质含量的不同其色泽呈灰色的、棕黄色的、黑色的，碳化钙含量高时呈紫色。
其新断面具有一定的光泽，若暴露在潮湿的空气中则呈灰白色。
（2）相对密度：
18℃时，纯电石的相对密度为2.22。
工业电石的相对密度与碳化钙的含量有关，电石的纯度越高，相对密度越小。
如图1所示。
（3）溶解度：
电石不溶于任何有机溶剂。
（4）熔点：
电石的熔点随电石中CaC2的含量而改变，纯CaC2熔点为2300℃，电石中CaC2含量一般在80%左右，其熔点在2000℃左右，CaC2含量为69%时熔点最低，为1750℃，碳化钙的含量继续减少时，熔点反而升高，最高达到1980℃后又降到1800℃，此时混合物中碳化钙含量为35.6％。
之后随着碳化钙含量继续减少混合物的熔点又升高。
如图2所示。
影响电石熔点的因素不仅是石灰的含量，氧化铝、氧化硅和氧化镁等杂质也有影响。
（5）导电性：
电石的导电性与其纯度有关，CaC2含量越高，导电性能越好。
，CaC2含量为94%时，通常比电阻为450欧姆/厘米3，当CaC2含量下降到70~65%之间时，其导电性能达到最低值，若碳化钙含量继续下降，则其导电性能复又上升，见下图：
电石的导电性与温度也有关系，温度越高，导电性则越好。
（6）化学性质：
电石的化学性质很活泼，在适当温度下能与许多的气体、液体发生化学反应。
A、电石遇水分解，生成乙炔和氢氧化钙
CaC2+2H2O=C2H2+Ca（OH）2+126.96（kJ）
该反应是在水过剩的情况下进行的。
当CaC2过剩时，则除上述反应外还有如下反应：
CaC2+Ca（OH）2=2CaO+C2H2
CaC2是一种强脱水剂，用饱和水蒸气分解CaC2时，也象用水分解一样。
电石在空气中能吸收环境中的水份而逐渐进行分解，放出乙炔气。
B、在没有任何水份条件下，将电石在氢气流中加热至2200℃以上时，就有相当量的乙炔发生：
CaC2＋H2＝Ca＋C2H2
当加热到2275℃时，所生成的钙开始升华。
C、粉状电石与氮气在加热条件下反应生成氰氨化钙（石灰氮）：
CaC2+N2CaCN2+C
D、在高温下，干燥的氧气能氧化碳化钙而生成碳酸钙。
2CaC2+5O2=2CaCO3+2CO2
E、电石中夹杂的磷的化合物，当电石与水作用时，生成磷化氢混在乙炔中；所夹杂的硫的化合物，与水作用时，生成硫化氢，硫化氢在电石被水分解时，几乎完全被水吸收，可是在水量不足时，所生成的乙炔中就会有相当多的硫化氢，硫化氢与碳化钙反应，能象水一样地使它发生乙炔：
CaC2＋H2S＝CaS＋C2H2
F、碳化钙能还原铅、锡、锌、铁、锰、镍、钴、铬、钼及钒的氧化物。
氨、氯、氯化氢、硫等在赤热或高温情况下能与电石反应。
磷、砷、乙醇、浓硫酸等也都能与电石反应。
3、电石的成份及用途
（1）电石的成份
工业产品电石中碳化钙的含量一般为65~85%，其余为杂质。
杂质是生产电石时所使用的原料带来的，如CaC2含量为80%的电石，其大致组成如下：
CaC280%
CaO15%
C1%
SiO2+MgO+Fe2O3+Al2O33.8%
S0.1%
P0.04%
（2）电石的用途
电石的用途极为广泛，电石被水分解时生成乙炔，乙炔水合时制得最重要的乙炔衍生物――乙醛。
乙醛是合成醋酸的重要原料。
乙炔和醋酸缩合制取亚二基－二乙酸酯，进而分解后生成醋酸酐。
这些都是制造医药、人造丝、电影胶片、塑料、工业合成树脂的重要原料。
用乙炔生产聚氯乙烯已成为电石最重要的用途之一，目前电石法聚氯乙烯产量已达到聚氯乙烯总产量的70%以上，其电石理论消费量占电石总产量的75%。
此外电石还用于生产偏二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、1,4-丁二醇、聚乙烯醇等。
用高温分解乙炔可制得乙炔碳黑，乙炔还用于金属切割、焊接。
将粉状电石在1100℃～1200℃的高温下进行氮化，即生成氰氨化钙。
60年代氰氨化钙在农业上广泛用作氮肥，70年代开始逐步转为工业用，为双氰胺、硫脲、氰盐熔合物的原料（氰熔体），而且也是制造黄血盐、赤血盐等的主要原料。
电石可直接用作钢铁工业的脱硫剂，生产优质钢。
还可用于分析化学中作为水分的测试剂、用于农业果树等经济作物处理剂，现在还有用于环保行业用作废水的脱硫剂等。
近年来，又找到了电石的许多新用途，总之电石的用途是非常广泛的。
4、产品质量标准
电石生产的主产品为电石，副产品为炉气和净化后产生的炉尘。
（1）电石
电石产品质量标准按中华人民共和国国家标准GB10665—2004《碳化钙（电石）》执行。
该标准由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会于2004年11月29日联合发布，代替了GB10665—1997，于2005年5月1日开始实施。
指标名称
指 标
优级品
一级品
合格品
发气量（20℃、101.3kPa）L/kg ≥
305
285
255
乙炔中磷化氢（V/V）% ≤
0.06
0.08
乙炔中硫化氢（V/V）% ≤
0.10
粒度（5mm～80mm）的质量分数 ≤
85
筛下物（2.5mm以下）的质量分数 ≤
5
该标准规定了碳化钙（电石）的要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输、贮存和安全。
适用于由碳素材料和生石灰在电炉中化合而制得的碳化钙。
产品适用范围主要为发生乙炔、生产石灰氮、钢铁脱硫剂等。
（2）炉气
电石炉气的主要成份是CO，体积含量约为88~95%。
另外含有少量的H2、CO2、CH4、N2、O2等。
炉气的粉尘含量，未净化时约为50~150g/Nm3，净化除尘后小于50mg/Nm3。
（3）炉尘
电石炉气经过净化除尘后产生炉尘，其主要成份为C、CaO、MgO2等，
5、电石的包装及贮运
（1）电石的包装
电石的包装分为桶包装和防水塑料编织袋软包装：
电石的包装桶用1mm～1.2mm厚的铁板制成。
保证桶内干燥和无电石渣及其他杂物。
周转桶要逐个检查，首先要检查外观，焊缝和咬合部位是否牢固，桶身应完整，有泄漏的部位要进行再处理，直到合格为止。
防水塑料编织袋应完好，具备一定的拉伸强度。
包装容器上应有牢固标志，其内容包括：
生产厂名、厂址、产品名称。
包装应贴有合格证，由红、绿、黄三种色泽的商标分别表示：
优等品、一等品、合格品。
并标明净重以及按GB190第四类遇湿易燃物品规定的标志。
每批出厂的电石应附有质量证明书，证明书内容包括：
生产厂名称、产品名称、等级、粒度、重量、批号、生产日期等。
（2）电石的贮运
电石包装在干燥密闭的容器内。
电石包装后存放在专用的仓库或防雨棚中，仓库应保持干燥，打开的或已损坏的电石包装不允许存放在仓库中。
仓库必须有严格的防水、防火措施，严禁安装上下水管和采暖设备。
仓库内禁止积存电石粉尘。
二、原材料技术要求
电石生产所用的原材料为石灰和碳素材料，碳素材料包括焦炭、兰炭等，辅助材料主要为电极糊。
生产电石所用的原料通常都含有杂质，这些杂质将影响电石产品的质量，并对炉子的操作及设备产生影响，同时也会增加电能及还原剂的消耗，因此应尽可能避免。
此外，为获得满意的炉子操作，必须对原料的物理性能和粒度大小提出一定的要求。
1、石灰
成份（重量%）：
CaO＞92；SiO2≤2；
Mg≤1.5；Al2O3≤0.5；
Fe2O3≤0.5；P≤0.01；
S≤0.04；残留CO2＜2；
生过烧总量（%）：
＜10；
强度（Kg/cm2）：
＞80；
气孔率（%）：
＞35；
粒度（mm）：
5~40（＞85%）；
＞40（≤10%）；
＜5（≤5%）；
2、焦炭
成份（重量%）：
固定炭F.C＞84%；灰份V＜15；
挥发份A＜0.5；P＜0.05；
S＜0.5；
水份（%）：
＜1；
粒度（mm）：
3~20（＞85%）；
＞20（≤10%）；
＜3（≤5%）；
3、兰炭
成份（重量%）：
固定炭F.C＞86%；灰份V＜10；
挥发份A＜2；P＜0.05；
S＜0.5；
水份（%）：
＜2；
粒度（mm）：
5~25（＞85%）；
＞25（≤10%）；
＜3（≤5%）；
4、电极糊
密闭炉电极糊质量应符合Q/JHDSY05-2007密闭糊标准。
成份（重量%）：
固定炭F.C＞80%；灰份V≤5；
挥发份A:
12.0~15.5%；
粒度（mm）：
＜100；
假比重（Kg/m3）：
1550；
软化点（℃）：
90~120；
烧结后性能：
真比重（Kg/m3）：
1800~1900（参考）；
抗拉强度（N/mm2）：
3~5（参考）；
弹性模数（N/mm2）：
4000~4500（参考）；
膨胀系数（I/C）：
5×10-6（参考）；
氧化消耗（mg/cm2·hr）：
30~35（参考）；
三、电石生产工艺
1、电石生成原理
工业碳化钙的生成是以生石灰和炭素材料（焦炭、兰炭、石油焦、无烟煤等）为原料，在电石炉内混合均匀，炉料凭借电弧热和电阻热在1800℃～2200℃的高温下成熔融状态而制得的。
CaO+3C1800—2200℃CaC2+CO—465.9（kJ）
碳化钙以液态形成，并溶解过量的石灰和杂质，而CO通过炉料逸散。
这个反应是吸热反应，需要消耗大量的电能。
当生成1吨发气量为300L/Kg的电石，根据反应方程式，消耗于反应的电能为1630KWh。
实际上，由于种种因素，工业电石炉生产1吨电石时，所消耗的电能远大于计算值，可见有大量的电能损失。
同时该反应也是个可逆反应，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，所以反应要在高温下进行，把反应生成的CO气体及时排出。
但当温度超过2200℃时，有严重的二次反应，碳化钙分解为金属钙和碳：
CaC2Ca+2C+63.21（kJ）
电石为CaC2和CaO等各种杂质的混合物，把CaC2和CaO按不同比例混合，并分别测定其熔点，可以得到CaC2—CaO液相平衡图，如图3所示。
2、工艺系统概况
电石生产系统电石冶炼炉及其辅助装置构成。
原料在配料站称重，由胶带运输机和环形输送机送至12个炉顶料仓。
三相自焙电极通过水冷短网和挠性接头由三台单相变压器供电。
炉料有12根料管随炉内消耗量向炉子自动供料。
电极壳及电极糊随消耗定时加装。
反应生成的电石从3个出炉口之一出炉，由电石锅、小车运出。
出炉口用烧穿设备由电弧打开。
反应生成的炉气经净化系统过滤净化后放空点燃或由管道送到用户进行再利用。
冷却用水由水泵房装置经循环水系统提供。
压缩空气和氮气由空压站经气系统提供。
工艺流程简图如下：
净炉气
供电系统
循环水系统液压系统
排空
3、电石冶炼操作
电石炉主要用炉料中的电阻进行操作，最佳操作电阻应试不造成出炉困难，同时上层炉料不出现过高温度的最大数值。
最佳操作电阻有经验确定。
实际上，良好的操作决定于某种温度的保持，这一温度可以从CaC2~CaO系统的相图中得知。
另一方面，温度太高会导致部分电石分解为钙蒸汽和碳。
最佳热度取决于炉子工作的电流和电压状况，电炉熔池温度以保持在2000~2200℃为宜。
正常情况下电石炉为自动调节，保持在满负荷状态下工作，允许适量超载运行，最高超载不超过10%。
电炉电气参数的操作通过电极调节来实现。
电极调节就是用电极升降系统移动电极。
电极调节应与选择变压器档位相结合，以获得满意的电极入炉深度和炉子负荷。
其操作模式有三种：
a、人工在控制台进行调节
b、恒定电阻自动调节
c、恒定电流自动调节
自动调节由计算机进行。
方式的调整和改变由现场或控制室进行。
炉内反应大多发生在电极以下和周围象坩埚一样熔池内，熔池壁和炉衬间的炉料主要起耐火绝热作用。
三相电极的入炉深度应相同，并有良好的穿透状况，电极工作长度应经常测量。
事实上，准确掌握电极工作端长度，对电炉操作是至关重要的。
如果电极插入深度浅，则工作不良。
热反应区上升，从而导致炉料上部温度过高，废气过多，并有烧结块生成，同时使炉底温度过低，造成出炉困难。
此外，电极插入深度浅，热量会对炉内设备造成不必要的负担。
电极端部至炉底距离的期望值为1.1m~1.3m，其最佳距离由经验确定。
电石炉采用自焙电极。
电极焙烧所需要的热量一部分为电极端头的传导热，另一部分是电极电流产生的电阻热。
电极加热元件和加热风机用以调整烧结状况。
电极的糊柱高度要按时进行测量，为了保障糊柱高度，应根据测量数据进行必要的添加。
正常情况下，液态电极糊高度为接触元件以上约1~2m。
糊柱的高度约在接触元件顶部之上4.5~5m处。
正常生产中，电极顶部不应有焦油、烟气逸出。
电极糊贮运过程中应注意防灰。
电极糊添加之后，电极壳顶部应用盖板盖好，以防灰尘落入电极筒内。
电极的消耗通过电极压放装置对电极进行压放来补充。
电极烧结与电流平方成正比，正常压放量应低于安全压放量，每次压放量为20mm。
电极不宜在短时间内下滑过多，因为这样会干扰已建立的温度区，并可能引发电极故障（软断或硬断）。
如果需要做较大距离的压放，则应降低电极电流，重新建立起正确的温度区后，在逐渐增大电极电流。
电极工作端长度：
自底部环以下约2100mm。
应经常注意电极的消耗、压放及焙烧速度趋于或保持平衡。
随着电极的消耗，电极壳应及时续接，续接操作的最低位置在操作平台之上约500mm处。
电极壳制作必须符合有关图纸的技术要求，运搬过程要有可靠措施，使电极壳不产生塑性变形。
电极壳的连接用电焊进行，焊接质量要满足夹紧、导电、升降、压放、密封等环节的需要。
绝不允许有焊渣、气孔存在，并且要打磨光滑。
产品的质量主要取决于炉料的组成。
原料除化学成分对炉子生产有影响外，原料的粒度以及水分都可能对炉子正产工作造成极大的影响。
因此对入炉原料的成分、粒度、湿度和配比按有关规定要定期经常检查，以免造成电极穿透不良和电极消耗增加。
炉料配比采用重量配比法。
炉料配比：
石灰：
炭材=100：
60~70（干基）
炉料配比可根据原料质量、产品要求及炉况等方面情况，需要灵活掌握，进行调整。
自动配料时计算机上的配比设定值要根据情况进行修正。
4、正常生产工艺指标
变压器冷却水压力：
0.05～0.08MPa
变压器冷却水进水温度：
≤20℃
三台变压器间电压最大级差：
3级
变压器组二次电压：
140～240V
满功率电压范围：
190～240V
变压器二次电流：
41000～50000×√3A
自然功率因数：
0.72～0.78
变压器油温：
≤60℃
（以上有关指标具体根据变压器参数确定）
电极工作端长度：
2000～2200mm
电极的工作端在炉料表面以下：
1100～1300㎜
底部环至料面距离：
>800
炉压：
0～10Pa
炉气温度（炉内）：
≤800℃
炉气中H2含量：
＜12%
炉气中O2含量：
＜2%
糊面糊柱高度：
接触元件以上4.5～5.0m
电极糊粒度：
﹤100mm
N2压力：
≥0.5MPa
N2纯度：
99%～99.6%
N2露点：
-40℃
压缩空气压力：
≥0.5MPa
压缩空气露点：
-40℃
电炉循环冷却水给水压力：
0.3～0.35MPa
电炉循环冷却水给水温度：
≤35℃
电炉循环冷却水回水温度：
≤45℃
循环冷却水进回水温差：
≤10℃
电极压放长度：
20mm
电极压放间隔时间：
30～60min
液压系统最大工作压力：
12Mpa
溢流阀设定压力：
10～11MPa
液压油油箱油温：
≤50℃
液压油油箱下限油位：
下限报警
出炉次数：
6～8炉/班
流料时间：
约20分钟
电石锅内冷却时间：
﹥90分钟
5、开炉和停炉操作
（1）新开炉或大修后开炉
电石炉设备经检查合格后，方可开炉，同时要确保辅助系统工作正常。
开炉的第一步是电极的预焙烧，在电极送电焙烧之前要做好如下准备工作。
a、在电极壳下端装好电极封头，在底环以下的电极壳上开好气体逸散孔，孔径为Φ3~Φ4mm，孔间距为100~150mm。
电极壳内填加块状电极糊，高度为电极接触元件以上约1~2m。
b、在电极下面放置导电柱，导电柱内充满合格的碳材。
在炉底砌好假炉门，并铺好底炭，底炭厚约200~300mm。
c、电炉变压器二次电压调整至最低电压档位，复查短网，导电接触器、绝缘试验符合要求。
d、关闭炉气净化系统，打开放散烟囱全部阀门，炉盖检查门全部打开。
e、冷却水、压缩空气、N2投入运行并正常。
f、电极加热风机及加热元件投运并正常。
g、在正式送电之前要做空载试验，检查各接触部位、绝缘部位等是否正常。
测试有载调压开关工作是否正常。
准备工作完成后，即可送电焙烧。
下放电极与导电柱焦炭密切接触，此时，电极外壳不应承受由于自重而产生的拉力，电极位置应高于行程下限400~600mm。
瞬时通电应正常，各接触部位、绝缘部位均应正常。
正式合闸送电，电极电流的热量使焦炭升温、燃烧。
随焦炭温度增加，比电阻逐渐降低，负载逐渐增大，当负载达到能用仪表控制的程度时，可根据情况缓慢增加电流。
视电极成熟情况逐步升压，此时电极端部尚未固化，因此，应十分小心，产生弧光大小，以不烧穿电极壳，造成漏糊为准。
电极端部烧结固化前，尽可能不提升电极。
焙烧应均匀进行，为此，三相电流应平衡，同时据气体逸散情况判断电极烧结情况并正确调整电流或加添焦炭，使负载增加速度与焙烧程序相适宜。
在开始的几天内，应通过目视观察控制，保持电弧在电极下面。
常常有必要断开电流，以便焙烧放慢，但最好是通过调节电极电流的方法保持负荷连续。
随烧结逐渐成熟，导电能力增加，焙烧区逐渐上移，当不加炉料，焙烧区上移已十分缓慢时，电极焙烧基本完成。
此时电极心部仍有可能未烧透，但已可进行装炉，进行电极的工作焙烧，工作焙烧随电炉启动同时进行。
电极预焙烧大约需4~8天。
在预焙烧过程中，应经常测量电极的糊柱高度，并及时添加电极糊。
随着电极烧结区域的上移，糊柱高度逐步增加到接触元件以上4.5~5m。
电极预焙烧基本完成，各相关系统及环节均属正常后即可进行加料实施开炉启动。
首次启动用开炉操作方式运行。
首批炉料配比按正常生产的配比控制，对炉内剩余焦炭的数量应在配比中考虑。
首批加料要严格控制，料面要低于正常生产料面，适宜高度需现场观察控制。
启动期间的主要目的是完全完成电极焙烧；逐步提高炉温至正常温区及建立正确的炉况，因此，炉料应逐步填充，炉子负载亦随之逐步增加。
因为是开炉操作，其料位、负载均应受排气量及烟气温度的制约，即负载的增加应使排气量不自炉盖开孔涌出及烟道温度不超过500℃为宜。
首批装料24小时后，可根据情况进行第一次出炉。
第一次出炉电石发气量期望值为295L/kg~305L/kg（热样发气量为300L/kg~301L/kg）。
第一次出炉合格及能完全控制炉况后，即可逐步提高电炉的负载，炉料亦逐步填充至正常，电炉转入闭炉运行，投入正常生产。
此时炉子的负载仍应与烟道排气能力、烟道允许温度及其他环节的承载能力相适应。
在炉子出炉正常和处于完全控制的情况下之前，料面应保持一个低的料位。
为建立正确的炉况，形成良好的料层结构及熔融区，电炉的负荷提升不宜过快，要根据炉子状况进行提升。
炉内料面也要严格控制，要根据负荷的提升逐步提高，以免电极电流上升过快，造成电极上抬，从而使反应区上移的不良后果。
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