Development of calcium coke for CaC 2 production using calcium carbide slag and coking coal

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REPORT


Development of calcium coke for CaC2 production using calcium carbide slag and coking coal Xu-zhong Gong 1,2,3), Jun-qiang Zhang 1), Zhi Wang 1,3), Dong Wang 1,3), Jun-hao Liu 1,3), Xiao-dong Jing 1,3), Guo-yu Qian 1,3), and Chuan Wang 4) 1) Key Laboratory of Green Process and Engineering, National Engineering Laboratory for Hydrometallurgical Cleaner Production Technology, Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China 2) Chemical Engineering School, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 3) Innovation Academy for Green Manufacture, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China 4) Department of Process Metallurgy, Swerim AB, Lulea 97125, Sweden (Received: 13 January 2020; revised: 21 March 2020; accepted: 24 March 2020)

Abstract: A type of calcium coke was developed for use in the oxy-thermal process of calcium carbide production. The calcium coke was prepared by the co-pyrolysis of coking coal and calcium carbide slag, which is a solid waste generated from the chlor-alkali industry. The characteristics  of  the  calcium  cokes  under  different  conditions  were  analyzed  experimentally  and  theoretically.  The  results  show  that  the  thermal strength of calcium coke increased with the increase in the coking coal proportion, and the waterproof property of calcium coke also increased with increased carbonation time. The calcium coke can increase the contact area of calcium and carbon in the calcium carbide production process. Furthermore, the pore structure of the calcium coke can enhance the diffusion of gas inside the furnace, thus improving the efficiency of the oxy-thermal technology. Keywords: calcium carbide slag; calcium carbide production; calcium coke; thermal strength; waterproof property

 

1. Introduction Electro-thermal CaC2 production is characterized by poor kinetic  conditions  because  of  the  limited  contact  area between the bulk char and CaO, leading to a higher reaction temperature  (~2200°C)  [1–2].  As  a  result,  the  total  energy consumption in electro-thermal CaC2 production is high. The oxy-thermal method  involves  directly  using  the  heat   generated from the coal combustion [3], and, at the same time, coal gas  with  a  high  calorific  value  is  also  generated  [4]. Moreover, the energy consumption in the oxy-thermal method is about 50% less than that in the electro-thermal method [5–6]. Liu et al. [7] proposed an oxy-thermal method that involves  the  use  of  CaO  powder.  In  their  study,  the  reaction temperature  was  reduced  to  about  1700°C  when  CaO  and char  powders  were  used  to  form  CaC2  [8].  Furthermore,  to improve  the  reactivity,  the  use  of  bio-char  as  the  carbon source for CaC2 production has been recommended [9–10]. Studies  have  shown  that  the  CaO  diffusion  controls  the formation  of  CaC2  [11–14].  Thus,  the  contact  of  reactant    

particles is crucial for the process. An increased contact area will improve the mass transfer rate of CaO, leading to a