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1、电石生产工艺学,煤化工教研室 赵江,第一讲 电石生产概述,【教学目的】1、了解电石生产技术的起源、现状及展望；2、掌握电石的理化性质和用途；3、了解电石的工业标准和组成及含量；4、了解电石生产和消费现状；5、了解电石生产工艺。 【教学重点】1、电石的理化性质和用途；2、电石生产工艺简述。 【教学难点】电石生产工艺简述 【教学方法】讲授法 【计划学时】6,一、 电石的理化性质、用途及电石工业标准,（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
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。,一、 电石的理化性质、用途及电石工业标准,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
3、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,一、 电石的理化性质、用途及电石工业标准,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。,一、 电石的理化性质、用途及电石工业标准,（三）电
4、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
5、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。具体用途如下：,（四）电石的用途,1、为有机合成化学之基本原料。 生产一系列乙炔化学产品：乙醛。醋酸、乙烯、氯乙烯、三氯乙烯及其衍生物，合成苯，合成纤维，合成橡胶，合成树脂等。 生产Ca(CN)2等一系列产品：氰化物，尿素，双氰胺，三聚氰胺，胍，及塑料制品等。 2、制取乙炔炭黑，应用于导电橡胶，干电池阳极合剂等。 3、金属焊接，切割、及照明。 4、钢铁脱硫。,（四）电石的用途,5、用做催化剂。 用CaC2和MoO3为催化剂在250下使乙烯高压聚合； 用C
6、aC2和Cr2O3于110120，40atm 乙烯和丙烯共聚做催化剂； 用CaC2和碱做催化剂，在150，30atm下用C2H2使咔唑乙烯化； 用CaC2和碱做助催化剂使醇类乙烯化； 制备环辛烯（C8H8）时做助催化剂。,（四）电石的用途,6、生产非铁金属。 煅烧镁盐（89%MgO）加入CaC2（1.88份）CaF2（0.1份）于真空下加热至1140，可得到纯度为99.9%的金属镁，收率80%； 在真空下用电石还原ZnO、ZnCl2、ZnS得Zn； CaC2+ZnOZn+CaO+2C CaC2+ZnCl2Zn+CaCl2+2C CaC2+ZnSZn+CaS+2C 碱土金属及Mn、Cr、W、Zr
7、的氧化物均可在加热下用CaC2还原法制取；,（四）电石的用途,以NaCl（或CaCl2）为助熔剂，以CaC2为还原剂于810下，还原Zn、Ti、Zr的氧化物或硫化物而得到粉末金属Zn、Ti、Zr； Cu、Pb、Zr的氯化物与CaC2和CaO的混合物加热还原而得其金属； 于高温800用CaC2和H2还原TiCl4可得纯品TiC； CaC2+3H2+2TiCl4TiC +CaCl2+6HCl 于900，低压，从碱金属、碱土金属的氟化物用CaC2还原得其金属。,（四）电石的用途,7、利用CaC2和H2O作用能放热之原理，可从飞机喷洒电石以抑制形成的冰雹云。 8、利用CaC2与H2O接触能放出气体，在
8、水泥和混凝土中加入电石做泡沫剂。 9、利用电石发生C2H2和铵盐放出NH3，形成的混合气（C2H2NH3）做动力机燃料。 10、对某些气体是真正优良之干燥剂如用以干燥C2H2木柴，实验室的干燥器。冶金中空气鼓风机，醇类，醋酐，吡啶，液态H2S等。存在之间题是颗粒电石表面不久被生成之CaO 和Ca(OH)2所敷盖，防碍了进一步反应但亦不难解决。,（四）电石的用途,11、利用和除去氮中之氮。 12、于低级燃料油类，可改进蒸馏。 13、在有KCl或CaCl2存在并于加热下可用电石吸附法测定气体中之氮含量（用基耶达法测定生成之CaCN2）。 14、用CaC2测定水，包括盐中之结晶水、木材含湿，油类脂肪
9、、皮革、褐煤和干草等之含湿量。,（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：,（四）电石的用途,2、电石的工业标准电石产品质量标准(GB10665-2004),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
10、容量得以扩大。,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,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 60年代，世界上建成了28座密闭炉，电石总产量达到1000万吨。我国电石工业是在 20世纪中叶发展起来的，从吉林建成1750kVA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
11、13座。,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,（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。,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,（二）电石生产现状目前，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
12、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（2550030000）KVA的，建设（4000075000）KVA的亦已开始启动。,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,（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，新准
13、入条件将电石新建项目的起始规模提高至20万吨/年，同时在淘汰落后产能方面也作出了明确规定；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。,二、 电石生产技术的起源、现状及展
14、望,1、电石生产逐渐向资源丰富、能源供应充足的地区集中近年来，我国电石产能向资源和能源大省集中的趋势愈发明显。内蒙古、宁夏、陕西、新疆、甘肃等省凭借其能源和资源优势，成为最受电石企业青睐的地区。2008年，这五个省的电石产量分别达到444.4万吨、204.5万吨、120.98万吨、87.4万吨和75.9万吨，合计占全国总产量的68%。20052008年我国主要省份电石产量情况统计如下表。,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,2、技术进步加快，装备水平提高，节能减排工作进展顺利近年来，在国家和地方有关部门、行业协会组织的正确引导下，电石行业技术装备水平不断
15、提高，节能减排和资源节约工作也取得实质性进展。目前，污染严重的开放式电石炉已经全部被淘汰，国内只有内燃炉和密闭炉两种生产装置。其中，密闭炉能够对电石炉尾气进行回收、处理再利用，所以相对于内燃炉，密闭炉不仅污染排放量少，而且节能效果明显。内燃炉和密闭炉的污染物排放量对比见表3。,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,目前，我国已经完全掌握了大型密闭式电石生产技术，关键装备也已经全部实现国产化。因此，近年来我国密闭炉产能增长较快，已经从2006年的140万吨/年增长至2008年的400万吨/年，占总产能的比例也从8%增长至20%。受此影响，近几年来，我国单位电
16、石产品的电炉电耗和综合能耗均呈现出不断下降的趋势，详见下表。,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,5、生产自动化水平不断提高近年来，随着装备的升级和更新换代，我国电石生产的自动化水平和机械化程度不断提高。企业生产过程中的人工操作环节大量减少，部分企业已经实现了生产全过程的计算机控制，很多电石炉也已经具备自动配料、自动上料、电极自动升降和自动压放、炉压自动控制以及信号自动检测等多种功能，最大限度的减少了生产定员，改善了工人的劳动环境，降低了劳动强度。,二、 电石生产技术的起源、现状及展望,6、上下游行业现状及发展趋势煤炭和石灰资源丰富，原料供应有保障电石生产的主要原料是煤和石灰。我国煤炭资源储量丰富，煤炭供应完全可以满足国内需求。2007年，国内已查证的煤炭储量达到7200亿吨左右，净增约450亿吨（其中生产和在建项目占用的储量约为1870亿吨，占总储量的26%）。同年，我国原煤产量为25.23亿吨，同比增长8.2%。按此计算，我国煤炭资源最少还能够使用200年以上。因此，发展以电石为代表的煤化工行业，原料来源有充分保障。同煤炭一样，我国的石灰资源也非常丰富，能够保障电石行业的可持续发展。,
