电石工艺规程修改版.docx

1、电石工艺规程修改版鄂尔多斯氯碱化工有限公司电石生产工艺规程签 发：审 核：编 制：文件编号：SC/ZD-07分 发 号： 执行单位：氯碱化工分公司执行时间：2015年5月5日鄂尔多斯氯碱化工公司二一五年五月五日目 录一.产品说明 2二.原、辅助材料质量指标 6三. 电石生产原理7四.工艺流程简述 25五. 工艺控制指标25六. 产品、中间产品及原材料检验要求.26一.产品说明1.简介化学名：碳化钙工业名：电石（英文名：Calcium carbide）分子式：CaC2 C结构式：Ca C分子量：64.102. 电石的物理性质2.1 外观化学纯的碳化钙几乎是无色透明的晶体。极纯的碳化钙是天蓝色的大

2、晶体，颜色象淬火钢。工业电石是碳化钙和氧化钙以及其他杂质合成的混合物，根据杂质含量的不同呈黄色或黑色，含碳化钙较高时呈紫色。电石的新断面具有光泽，吸水后失去光泽呈灰白色。2.2 密度18时，纯电石的相对密度为2.22。工业电石的密度与其碳化钙的含量关系见表1。CaC2含量90807060504030密度g/cm32.242.322.402.502.582.662.742.3 熔点电石的熔点随电石中碳化钙含量的改变而改变，纯碳化钙的熔点为2300。碳化钙的含量在69的混合物的熔点最低，为1750。碳化钙的含量继续减少时，熔点反而升高，后降到1800，此时混合物中碳化钙含量为35.6。在此二个最低

3、熔点（17501800）之间有一个最大值1980，它相当于含碳化钙52.5的混合物。随着碳化钙含量继续减少（即低于35.6）混合物的熔点又升高。见下图。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。2.4 导电性电石能导电，其导电性与电石的纯度和温度有关，碳化钙含量越高，导电性能越好；反之，碳化钙含量越低，导电性能越差。当碳化钙含量下降到7065间，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，见图2。3. 电石的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。3.1碳化钙不仅能被液态的或气态的水所分解，而且也能被物理

4、的或化学结合的水所分解。在水过剩条件下，即将碳化钙浸于水中，反应依下式进行：CaC2+H2O=Ca(OH)2+C2H2被滴加水分解时，还发生如下反应：CaC2Ca(OH)2=CaO+C2H2吸收空气中水份而分解：CaC2+H2O=CaO+C2H23.2 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：CaC2H2CaC2H2当加热到2275时，所生成的钙开始升华。3.3 在高温下，干燥的氧气能氧化碳化钙而生成碳酸钙。2CaC2+5O2=2CaCO3+2CO23.4 粉状电石与氮气在加热条件下，反应生成氰氨化钙：CaC2N2CaCN2C3.5碳化钙能还原铅、锡、

5、锌、铁、锰、镍、钴、铬、钼及钒的氧化物。3.6 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：CaC2H2SCaSC2H24 乙炔的物理性质4.1 乙炔的分子式：C2H2结构式：HCCH分子量：26乙炔在常温和大气压下为无色气体，工业乙炔因含有杂质（特别是磷化氢）而有特殊的臭味。4.2 乙炔的密度随着温度和压力的变化而变化，当温度在20和压力为760毫米汞柱时，乙炔的密度为1.091kg/m3

6、。4.3 乙炔溶于水和酒精，极易溶于丙酮。在15和1大气压下1升丙酮可溶解乙炔25升，在15大气压下，1升丙酮可溶解乙炔为345升。5. 乙炔的化学性质5.1 乙炔属于不饱和烃，不稳定，在一定条件下，较易发生分解爆炸，而且和与它能起反应的气体的混合物也会发生爆炸。乙炔在高温高压下，具有分解爆炸的危险性。如压力为1.5表压以上的工业乙炔，在温度超过550时，则可能使全部乙炔发生分解爆炸。其反应式为：C2H22CH216.75MJ当温度低于500，有接触剂存在时，也可能发生爆炸。5.2 乙炔和与它能起反应的气体的混合物具有较强的爆炸能力。乙炔与氧混合时，如将混合物加热至300以上，则乙炔在大气压下

7、即行爆炸。乙炔与氯混合时，在日光作用下就会爆炸。乙炔与氧混合物的爆炸范围为2.393（乙炔在氧气中的浓度）。乙炔与空气混合物的爆炸范围为2.581（乙炔在空气中的浓度）。5.3 当乙炔被某溶剂溶解时，乙炔的爆炸能力就降低。湿乙炔比干乙炔的爆炸能力低关随着湿度的增高而减小。当水蒸汽与乙炔之体积比为1：1.15时，通常不会发生爆炸。5.4 在高分解压力与温度，容器的尺寸很大或管道很长时，乙炔会发生爆震现象。爆震的传播速度为1800米/秒3000米/秒，爆震时所发生的局部压力达到600大气压。5.5当乙炔与铜盐、银盐及汞盐的水溶液相互作用时，能生成各种金属乙炔的沉淀物，此沉淀物具有爆炸性。6.工业电

8、石的组成工业电石中碳化钙含量常为6590，其余为杂质。如碳化钙含量为85.3的电石，其大致组成如下：碳化钙（CaC2）85.3氧化钙（CaO） 9.5二氧化硅（SiO2） 2.1氧化铁和氧化铝（Fe2O3+Al2O3） 1.45氧化镁（MgO） 0.35碳（C） 1.27. 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

9、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11001200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。8. 电石的包装电石的包装由腹膜编织袋制成。保证

10、袋内干燥和无电石渣及其他杂物。包装袋上应有牢固标志，其内容包括：生产厂名、厂址、产品名称。包装袋内贴有合格证，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。包装桶注有商标、注明防潮、防水等标志。9. 电石的贮存和运输电石包装在干燥密闭的包装袋内。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袋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

11、。10. 电石的质量标准电石产品执行在GB10665-2004标准上提高部分发气量的内部标准指标名称指标优级品一级品合格品发气量（20、101.3kPa）L/kg305285275乙炔中磷化氢（V/V）% 0.060.08乙炔中硫化氢（V/V）% 0.10粒度（5mm80mm）的质量分数 85筛下物（2.5mm以下）的质量分数 5二.原、辅助材料质量指标1. 生石灰：生石灰的质量符合如下条件：CaO 89MgO 1.6酸不溶物 1.0% 生、过烧 8%2.兰炭固定碳 82%灰分10.0挥发分8.0水14.0硫0.5磷 0.06焦末含量53.精洗煤 固定碳 84.0灰分8.0挥发分7.0水4.0

12、硫 0.5磷 0.06焦末含量54.烘干兰碳指标 烘干兰炭的各项指标干燥物料初水分终水分物料粒度单台窑产量尾气排放浓度兰炭1520%1%830mm1215 t/h50 mgm34.电极糊 电极糊的各项质量指标碳含量80%灰分4%（越小越好）挥发分12%-14%粒度50100mm软化点83-90热导率2.5W/(Km)（室温）比热容0.9kJ/(Kkg)(室温)假密度13601450kg/m3(室温)压缩强度20MPa（室温）弯曲强度3.8Mpa（室温）杨氏模量3.5Mpa（室温）电阻65-70M（1000）热导率8（1000）比热容1.8（）分析水1.0以下5.石灰石的各项指标粒度要求：609

13、0mm或4070mm,6090mm(4070mm)必须占到总量的90%以上，其中大于90(70)5%,小于60(40)5%,如有不符合任何要求的,判定为不合格，60mm以下视为粉末，粉末允许存在5%，高于5%部分全部扣重。6自产石灰的各项指标 石灰是制造电石的主要原料，为电石生产提供钙元素。在电石生产中，对原料石灰氧化钙的要求需达到90%以上。除生、过烧外，对杂质的含量必须控制在一定的范围内，尤其是镁的含量，其含量越低越好。其含量如果超标，对炉体耐火砖形成侵蚀，还堵塞炉气抽出，会影响发气量。在电石生产过程中大约有15%的氧化镁与氮反映生成氮化镁，导致电石发粘在炉内不易流出，影响产量和操作。硅的

14、含量也不能高出指标，因为硅铁会沉积于炉底，使炉底升高，流出的硅铁会损坏炉壁，流料嘴，电石锅等。因此石灰的质量关系到电石生产过程的操作和产品质量。生产电石对自产石灰的要求如表1-5所示。表1-5 自产石灰的各项指标粒度范围粒度合格率CaOMgO生过烧4080mm90%90%1.6%8%三. 电石生产原理1. 电石的生成反应机理炉料凭借电弧热和电阻热在18002200的高温下反应而制得碳化钙。电炉是获得高温的最好设备，而且能量非常集中。碳化钙的生成反应式如下：CaO+3C=CaC2+CO466kJ实际上电石的生成反应过程是相当复杂的，在电石炉内不单是一个化学反应的场所，也是电磁感应和能量交换的场所

15、。首先在反应区发生如下反应：CaOCCaOC（相互扩散态）CaOC（相互扩散态）Ca（气态）COCa（气态）2CCaC2从反应区流下来的碳化钙和氧化钙在熔融状态下进行互熔和扩散作用，得到质量均匀的熔融物，并逐渐向下沉降：mCaC2+nCaO=mCaC2nCaO此熔融物在高温条件下再进行熔炼：mCaC2nCaO=(m1)CaC2(n2)CaO3Ca2CO通过这个反应增加碳化钙的含量，并与上面沉降下来的低质量的碳化钙相混合而保持质量均一，这种质量决定于炉料配比。电石的实际反应速度，不仅要由化学反应的速度来决定，而且还决定于石灰的渗透速度、焦炭的崩裂分散和扩散速度、焦炭的化学活性等。而影响氧化钙碳化

16、反应速度的根本因素则是炉温的变化。KAe-E/RT式中：K反应速度常数；A常数；E反应的活化能（粗略估计为200kcal/mol）；R气体常数，1.98kcal/mol；T反应温度如果炉温从1900提高到2100，反应速度常数为K1/K2eE/R（1/T01/T1）e200000/1.98(1/2173-1/2373)=e4.0=54.4如果炉温从1800提高到2100，则反应速度常数为：K1/K2e200000/1.98(1/2073-1/2373)=e6.2=490所以，炉温对反应速度的影响是十分巨大的。要想提高炉温，主要是靠生产高质量的电石，相应地也要提高电石炉的负荷。在这种情况下，炉膛

17、内的电阻将会下降，电极不容易深入到适当的位置，甚至出现明弧操作，这就会降低各项技术经济指标。通常采用的办法为：适当提高电流电压比，使其能在电阻较低的情况下，仍然进行闭弧操作；掺用部分比电阻较大的碳素材料等。电石的生成反应是一个吸热反应。为完成此反应，必须供给大量的热能。理论上生成一吨发气量为300 L/kg的电石，消耗于此反应的电能为：式中：0.806发气量为300L/kg的电石是碳化钙的百分含量；3600电热，即1kW.h电能完全转化为热能的数值（J/kW.h）64碳化钙的分子量。2. 副反应生产中，在进行电石生成反应的同时，进行着如下副反应：CaC2=Ca+2C-60.7kJCaCO3Ca

18、OCO2-178kJCO2C2CO-164kJH2OCCOH2-166kJCa(OH)2=CaO+H2O-109kJCa2SiO4=2CaOSiO2-121kJSiO22CSi2CO-574kJFe2O3+3C=2Fe+3CO-452kJAl2O3+3C=2Al+3CO-1218kJMgOCMgCO-486kJ上述反应大部分是原料中带进的杂质所引起的。发生这些副反应时，不但要消耗碳材和电能，而且有碍电石生成的反应过程，对生产是十分有害的。3. 影响电石生产及消耗的因素3.1 原料中杂质的影响原料中的杂质主要包括氧化镁、氧化硅、氧化铁、氧化铝等。当炉料在电炉内反应生成碳化钙的同时，各种杂质也进行

19、反应：SiO2+2C=Si+2CO-574kJFe2O3+3C=2Fe+3CO-452kJAl2O3+3C=2Al+3CO-1218kJMgOCMgCO-486kJ上述反应不仅消耗电能和碳材，而且影响操作，破坏炉底，特别是氧化镁在熔融区迅速还原成金属镁，而使熔融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时，其中一部分镁与一氧化碳立即起反应，生成氧化镁：MgCOMgOC489kJ此时，由于反应放出强热形成高温，局部硬壳遭到破坏，使带有杂质（Si、Fe、Al、Mg）的液态电石侵蚀了炉底。另一部镁上升到炉料表面，与一氧化碳或空气中的氧反应：MgO2MgO614kJ当镁与氧反应时，放出

20、大量的热，使料面结块，阻碍炉气排出，并产生支路电流。还破坏局部炉壳，甚至使熔灺遭到破坏，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1015L/kWh。还有部分氧化镁在熔融区与氮反应，生成的氮化镁(Mg3N2)，使电石发粘，造成出炉困难。影响正常生产。二氧化硅在电石炉中被焦炭还原成硅，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，硅铁会损坏炉壁铁壳，出炉时会损坏嘴和电石锅等。氧化铝在电石炉内不能全部还原成铝，一部分混在电石里，降低了电石的质量，而大部分成为粘度很大的炉渣，沉积于炉底，使炉底升高，严重时，炉眼位置上移，造成电炉操作条件恶化。

21、氧化铁在电炉内与硅熔融成硅铁。磷和硫在炉内分别与石灰中的氧化钙反应生成磷化钙和硫化钙混在电石中。磷化钙在制造乙炔气时混在乙炔中有引起自燃和爆炸的危险，硫化钙在乙炔气燃烧时，变成二氧化硫气体，对金属设备有腐蚀作用。依据氧化物的反应热量平衡计算，平均每公斤氧化物还原需要耗热折电2.5kWh、耗焦0.32kg。如果炭材中灰分增加1%，按焦耗600kg/t计算，则影响电石电耗约6001%2.515kWh/t；影响电石焦耗约6001%0.321.92kg/t。平均每公斤氧化镁及氧化硅还原需要耗热折电为3kWh、耗焦为0.35kg。如果石灰中氧化镁及氧化硅含量增加1%，按电石石灰耗900kg/t计算，则影

22、响电石电耗约9001%327kWh/t，影响焦耗约9001%0.353.15kg/t。焦炭中灰分含量的升高对电石电耗及焦耗具有综合的影响。灰分高即会造成固定碳含量降低，在电石生产时必然会影响炉料的配比，进而影响到炉料的电阻，造成电极上抬、热损失增大。所以在实际生产中，因焦炭灰分升高而造成电石电耗、焦耗的上升值会远远高于以上的计算。据有关生产试验显示，焦炭中灰分每增加1%，电石电耗实际会上升达5060kWh/t。3.2炭素材料中水分的影响假设焦炭投炉时为25，则每公斤水份由25上升到100需耗热314kJ，而水由100化为蒸汽需耗热2256.8kJ。假设有50%的水蒸汽直接由100加热到550逸

23、出，则需耗热：0.50.482（550100）4.187454.1kJ另外50%水蒸汽与碳作用：H2OCCOH27300kJ/kgH2O181228 20.5 0.330.77 0.055需耗热0.573003650kJCOH2带出热为（0.770.2590.0550.26）（550100）4.187402.7kJ这样每公斤水份影响电耗合计为：3142256.8454.13650402.77077.6kJ折合电能：7077.6/36001.97kWh假如每吨电石的焦耗为600kg，则焦炭中水份每1%，即影响电耗增加：6001%1.9711.8kWh同时如果焦炭平均含碳量为84%，则碳素与每公斤

24、水分反应增加的焦耗为0.33/0.840.39kg，则焦炭中水份每1%，即影响电石焦耗增加：6001%0.392.3kg3.3炭材中挥发份对电石电耗的影响炭素材料中挥发份对电石生产的危害也是不容忽视的，实践证明，挥发份在炉内有1015%被分解和碳化，使碳素材料的效率降低。若炭素原料中的挥发份增加1%，则生产每吨电石多耗电35kWh/t。另外，挥发份靠近反应区，形成半融粘结状，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。3.4石灰生过烧的影响大块石灰石中心部位来不及分解就被卸出窑来，这个夹心实际是碳酸钙。在电石炉内这部分碳酸钙要进一步分解成石

25、灰，然后与碳反应生成电石，分解碳酸钙需要热量，这个热量要由电能来提供，这就增加了电耗。此外，还要影响炉料配比，打乱了电炉的正常生产秩序。按碳酸钙分解反应式：CaCO3=CaO+CO21779.5kJ/kgCaCO3计算，每公斤碳酸钙分解后，生成0.44公斤CO2，这些生成的CO2中约有75%左右还会跟碳作用生成CO：CO2C2CO3919kJ/kgCO2，需要耗热为39190.750.441293.3kJ，根据热量衡算，最终生成的CO2和CO随炉气逸出时带走热量为210kJ。则每公斤碳酸钙在电石炉内分解所耗热折电为约0.91kWh，耗焦为0.11kg。如果按电石石灰耗900kg/t计算，石灰中

26、生烧增加1%，则影响电石电耗9001%0.918.19 kWh/t，影响焦耗约9001%0.110.99kg/t。过烧石灰坚硬致密，比重大，反应接触面减小，活性差，影响产品质量和产量。3.5 粉化石灰的影响石灰在生产和贮存的过程中，吸入空气和碳材中的水份而产生一部分氢氧化钙，氢氧化钙在电炉内发生如下反应：Ca(OH)2=CaO+H2O109kJH2O+C=CO+H2166kJ在电石生产过程中，粉化石灰不但要多消耗电能和炭素原料，而且还要影响电石操作。炉料中的粉末含量较多时，容易使电极附近料层结成硬壳，产生棚料现象。棚料有两种害处：一是降低炉料自由下落的速度，减少投料量，使电石炉减产；二是阻碍炉

27、气自由排出，增大炉内压力，最后发生喷料和塌料等现象，影响电石炉正常操作。按照氢氧化钙在炉内反应式进行衡算，每公斤石灰风化后投炉反应，将需要消耗热量4911.5kJ，折电为1.36kWh，需耗焦炭0.21kg。如按电石石灰耗900kg/t计算，石灰风化1%，则影响电石电耗9001%1.3612.24 kWh/t，影响焦耗约9001%0.211.89kg/t。3.6 原料粒度的影响石灰粒度过大，接触面积小，反应速度慢；粒度过小，炉料透气性不好，影响炉气的排出，不仅影响操作，而且有碍于反应往生成电石的方向进行。碳材粒度的不同，其电阻相差很大。一般是粒度越小，电阻越大，在电炉上操作时，电极易深入炉内，

28、对电炉操作有利。但粒度过小，则透气性差，容易使炉料结块，电炉操作反而不利。根据层堆粒状焦炭电阻测试实验结果，粒状焦炭的名义结构电阻为粒状焦炭的本征电阻与接触电阻之和，可以近似地用下列公式表示：式中：r焦粒的当量直径，cm；p层堆粒状焦炭所承受的负荷，MPa；a、b、c与焦粒几何形状有关的经验常数。这样，影响粒状焦炭结构电阻的诸多因素就可以分别由焦炭的本征电阻和接触电阻所表现出来。焦炭的本征电阻与温度的变化密切相关，温度越高，其本征电阻越小。而粒径的大小、几何形状、粒度分布和焦层上压力的变化，则会改变堆层粒状焦炭的接触电阻。如果认为焦炭几何形状、粒度分布及焦层上压力固定不变，仅考察焦炭粒度变化对接触电阻的影响，则焦炭粒径越大，其接触电阻越小。对于不等径焦炭的粒度分布的影响，通常焦炭的密堆程度越大，则其接触电阻越小。碳素原料粒度与电阻的关系见表:单一粒度粒度(mm)03310101515202025电阻()18106.6 6.15混合粒度粒度(mm)03310101515202025电阻()10 701557.2525 631029.105 40351556.003.7 碳素原料粉末的影响碳素原料粉末对电石生产有很大影响；粉末多了以后，炉料透气性不好，电石生成过程中产生的一氧化碳气体不能顺