如何生产优质的兰炭用于电石生产？

电石是重要的基础化工原料，多年来在保障我国经济平稳较快增长、满足相关行业需求等方面发挥了重要的作用，2006年以来，随着我国经济的快速发展，特别是国内市场对于聚氯乙烯、醋酸乙烯等乙炔产品需求的增长，我国电石产能和产量得到快速增加。2015年，我国电石产量为2483×104 t，表观消费量为2470×104 t。

我国电石主要用于生产电石法聚氯乙烯（PVC），PVC生产消耗的电石约占电石表观消费量的60%；其次用于生产金属切割用的乙炔类产品，该领域对于电石的需求量约占电石总消费量的10%左右；其余用于生产氯丁橡胶、聚乙烯醇（PVA）、石灰氮及其衍生物等产品。由此可见，国内电石市场走向主要取决于下游PVC行业的发展态势。

4.2.2.1　反应原理及生产流程

（1）反应原理。

在电石炉内的化学反应方程式如下：

石灰与炭素材料反应生成炭化钙的全过程是分两个阶段完成的。

第一阶段是两种材料在高温下首先发生下列反应：

钙蒸气与固体碳发生如下反应：

电石生产过程中，电石炉炉膛上部为低温区，下部为高温区，入炉的原料石灰和炭素材料经过在上层预热后，逐渐下移，在炉膛下部高温区发生反应产生大量的钙（Ca）蒸气和一氧化碳（CO）气体，并不断通过炉料孔隙上升。随着气体的上升，遇低温料层而降温时，上述反应（4-20）的逆反应发生，生成CaO+C及部分金属钙，这些物质会凝结在逐渐下移的石灰和焦炭表层。当下移的炉料被加热到1800～1900℃，发生上述反应（4-21），石灰和焦炭表层生成碳化钙层，从而形成预热层下部的半熔融扩散层，此层反应速率较慢。

第二阶段的反应进行过程如下：随着物料的不断下移温度逐渐升高，到一定高温时，石灰表面生成的碳化钙与石灰迅速共熔为（CaC2+CaO）熔融物，其CaC2含量约为20%，温度在2100℃左右，使反应过渡为液相反应，此区内反应剧烈进行，CaC2迅速形成，并最终完成反应，液态CaC2沉于炉膛下部，按时排放出炉，经冷却成型即得固体电石产品。

（2）生产流程。

以炭素材料（焦炭或兰炭等）与生石灰为原料，经计量按一定比例加入到高温电炉中，利用炉中电弧热和低电压大电流通过炉中混合料，产生大量电阻热加热反应生成电石。熔融电石从电石炉卸到电石锅中，经冷却破碎后装桶。生产工艺流程如图4-4所示。

图4-4　电石生产工艺流程

电热法生产电石技术已成熟可靠，可详见有关专著和手册。每生产1 t电石时，原材料及电耗的参考数值见表4-106：(www.xing528.com)

表4-106　生产1 t电石原材料及电耗

4.2.2.2　兰炭电热法生产电石

生产电石的炭素材料一般常用焦炭、石油焦及无烟煤。

焦炭是焦化厂的产品，其固定碳含量一般在85%左右，较好的可达90%，是电石生产的优良炭素材料。

石油焦是石油沥青高温焦化而得，固定碳含量在90%以上，灰分含量极少，比电阻较大。在生产电石时可用石油焦调节炉料电阻，有利于提高电石炉负荷和产品电石的质量，降低电耗。

电石生产适宜采用软质或半软质的无烟煤，其比电阻大；但因其反应活性较差，耗电量大，所以一般用在以焦炭为炭素材料时掺烧30%，只有在缺乏焦炭的地区才全部用无烟煤为炭素材料。

随着我国电石工业的发展，由于焦炭、石油焦和无烟煤的供应不足和价格上涨，近些年来兰炭已在电石企业得到广泛应用。

从20世纪90年代开始，我国就对兰炭制电石进行了工业性试验和实现工业化生产。生产实践表明，用兰炭生产电石具有显著特点，主要是具有含碳量高、灰分低、比电阻大、化学活性好、资源丰富、价格低廉等优点，因此兰炭是生产电石的一种比较理想的还原剂，见表4-107、表4-108。

表4-107　冶金焦和兰炭的性质

表4-108　生产记录（1993年5月—7月）

由表4-107可知，使用府谷兰炭比使用冶金焦生产电石一级品率平均提高10%左右，电耗平均降低了150 kW·h／t左右。特别是到10月份，两个炉月产量达5500 t，平均电耗3350 kW·h／t左右，一级品率保持在85%。

经过10多年的发展，兰炭制电石的水平有了进一步提高，其实际生产技术也更加成熟。为了促进兰炭制电石的推广应用，我国于2010年9月26日发布了兰炭产品技术条件国家标准（GB／T 25211—2010），其中对用作电石还原剂的兰炭产品提出了明确要求，见表4-109。

表4-109　用作电石还原剂的兰炭产品技术要求和试验方法