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1电石生产工艺的培训讲义一、 电石的理化性质（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 2.22，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，2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 65％～70%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，导电性则越好三）、电石的化学性质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(CaC 2+H2=Ca+C2H2)2、干燥的氧气在高温下氧化碳化钙而生成碳酸钙(CaC 2+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（CaC 2+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。

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：组成 CaC2CaO SiO2 MgO Fe2O3+Al2O3C含量％ 85.3 9.5 2.1 0.35 1.45 1.22、电石的工业标准3电石产品质量标准(GB10665-2004)指 标指 标 名 称优 等 品 一 级 品 合 格 品发 气 量 （20℃、101.3KPa）/( L/kg) ≥300 280 260乙 炔 中 磷 化 氢 ，％ (V/V) ≤0.06 0.08 0.08乙 炔 中 硫 化 氢 ，％ (V/V) ≤0.10 0.10 0.10粒 度 （5～ 80mm）的 质 量 分 数 /% ≥85粒 度 （2.5mm 以 下 ）的 质 量 分 数 /% ≤5二、 电石生产技术的起源、现状及展望（一）、电石生产技术起源电石工业诞生于 19 世纪末，当时电炉容量很小，只有 100～ 300KVA 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， 电炉容量得以扩大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4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 的长方形三相圆形半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 13 座二）、电石生产技术现状据 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、内蒙包头电石厂、登封 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 。

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，截至目前为止，全行业在役、在建和展开前期工作的全密 闭电石炉共有 36台左右，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 1 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25500～30000KVA 的，建 设 40000～75000KVA 的亦已开始启动三)、电石生产技术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；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、5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三、 电石生产和消费现状（一）、电石生产概况据有关资料统计，迄 2003 年末全国电石生产企业共 441 户，产量 530 万吨， 2004年全行业 438 个企业生产了 804 万吨电石，创下了本行业发展的空前记录，也为世界工业史上所仅有近年电石产 量如下表所示：年份 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 20051～9 月产量万吨/年318 204 261 325 346 425 530 804 705（二）、电石消费概况 我国电石主要用于生产乙炔，然后进一步用于生产聚氯乙烯（PVC）、醋酸乙 烯、氯丁橡胶、三 氯乙烯、四氯乙烯、双氰胺等化工产品，以及用于金属加工业（切割焊接等）目前我国各行业电石消耗用量比如下表：行业名称 PVC 化工 金属切割气体 出口电石用量占用比例(%) 75 15 8 26我国 2003 年电石消费量约 450 万吨，2004 年则上升到 540 万吨左右我国电石消费增长迅猛的主要原因一是下游需求旺盛，二是原油价格上涨不过我国电石产量比消费量增长得更快，2004 年我国电石产量超过消费量 100 万吨左右。

我国 2004 年电石消费构成如下：生产聚氯乙烯消耗电石约 340 万吨，生产醋酸乙烯等其它化工产品消耗电石约 100 万吨，金属加工业消耗电石约 100 万吨，合计 540 万吨 2005 年，国家宏观经济调控政策将会对电石行业产生负面影响冶金、金属加工、工业建筑、大型建设项目的 暂缓与推迟开工，将减少对电石的需求 预计 2005 年国内市场电石总需求量约为 740 万吨 四、电石生 产原理和主要生 产设备（一）、反应机理和炉内状况1、反应机理 氧化钙和碳素材料凭借电弧热和电阻热在1800～2200℃的高温下反应而生成碳化钙，电石炉是获得高温的最好 设备，能量非常集中碳化 钙的生成反应如下：CaO+3C=CaC2+CO －111.3(kCa1)这是一个吸热反应，为完成此反应必须供给大量的热能，生成1t 发气量300L／kg的电石，所消耗电能是：1000×0.806÷64×111300÷860=1630kWh式中：0.806——为发气量为300L／kg的电石中碳化钙的含量；860——电热，即lkWh电能完全转化为热能的数值；64——碳化钙的分子量；实际上，工业电石炉生产1t 电石所消耗7的电能远远超过了计算所得的数值，一般地生产1t 电石的电耗在32O0—4000kWh 之间，电损失主要有以下几个方面：（1）、电石炉中有许多副反应存在， 1t电石消耗电能157kWh。

主要副反应有：CaC2=Ca+2C 一14.5(kCa1)CaCO3=CaO+C02 —42.5(kCa1)CO2+C=2C0 —39.2(kCa1)H20+C=CO+H2 —39.6(kCa1)Ca(OH)2=CaO+H20 —26(kCa1)Ca2Si04=2CaO+Si02 —29(kCa1)Si02+2C=Si+2C0 一l37(kCa1)Fe2O3+3C=2Fe+3C0 一lO8(kCa1)Al203+3C=2Al+3C0 —29l(kCa1)MgO+C=Mg+CO —l16(kCa1)上述所有反应都要消耗热量2）、电石炉气(300 ～600℃)和被炉气带走的粉尘及出炉电石所带走的电热，每吨耗 电812kWh3）、消耗在电炉变压器、短网、电极的热以及通过 炉体热损失234kWh4）、电炉操作时，干烧、明弧造成 热损失，由于操作水平的不同引起的 热损失不同，一般在100～600kWh 不等例如，某公司由于设计时，二次电压较高，长期以来电流电压比为24O～260A／V，造成电极不能深入炉内，电极位置太高，炉内三相不通， 电石电耗在4000kWh／ t以上之后将电流电压比调整为280～294A ／V，电极深入炉内，炉内三相畅通，出炉顺利，减少了干烧、明弧现象， 电耗下降为3400kWh／t。

可见，电炉实际操作时，干烧、明弧对电石电耗的影响非常大2、炉内状况（1）、炉料层 A炉料被从反应区逸出的炉气预热及碳素原料所含水分蒸发；蒸发的镁、铝、硅等金8属蒸汽大部分凝结为氧化物，因此在此层的下部分常常生成硬壳，这一层的深度不应过大，深度取决于炉料的导热性、 热容量、炉料的下降速度、炉料层高度对电极插入深度的影响 （2）、相互扩散层 B此层是炉料和含有少量碳化钙的半熔融物，在此层中氧化物和碳相互扩散由电炉下方升上来的钙蒸汽和一氧化碳气体，由于逆反应生成氧化钙和碳，或者钙蒸汽和含在原料中的氧生成氧化钙，而 进入石灰或焦炭的空隙中，进行相互扩散3）、反应层 C此层是炉料和半成品的半熔融物质，以疏松状态存在，其中充满了钙蒸汽及一氧化碳，在此部分被上部的氧化钙和碳的相互扩散层（CaO·C），即透气性不好的硬壳所覆盖，且在其内部气体压力的传递极为迅速，在此部分进行着一系列的反应CaO＋C= CaO·C（扩散），CaO·C（扩 散）=Ca（气态）+COCa（气态）+2C=CaC 2其中以 CaO·C（扩散）=Ca（气态）+CO 和 Ca（气态）+2C=CaC 2 的反应为主4）、熔融层 D在此层电石熔融成液体，。