淺析電石爐爐氣資源再利用

文 _ 賀元 危微 賀強 寶鋼工程技術集團有限公司

淺析電石爐爐氣資源再利用

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我國的電石工業起步于20世紀中期，近年來，生產規模有了較大幅度的提高，爐型也由開放爐過渡到半密閉型，最后發展成全密閉型，并且機械化、自動化程度也逐漸提高。目前，我國是世界上最大的電石生產和消費國?！笆晃濉逼陂g，受原油價格大幅度上漲的拉動和以電石乙炔為原料的有機合成工業快速發展的帶動，我國電石工業進入快速發展期，通過對引進技術的消化吸收再創新，行業的技術水平有了很大的提高，大型密閉式電石爐實現了國產化，多項技術經濟指標達到或者領先國外先進水平。截至2012年底，我國電石企業為393家，產能達到3230萬t，產能利用率61.9%。據中國氯堿工業協會預測，2015年后我國電石產能將會超過5600萬t/a。

電石生產是一個高能耗、高排放的行業。由于電價上漲以及部分有機合成產品的原料路線由乙炔轉為乙烯等因素，曾一度導致電石的銷售價格隨油價的波動而受到影響。從長遠的角度來看，電石工業的發展，電石乙炔能否與石油乙烯并存，將主要取決于電石乙炔的成本能否大幅度降低。為降低成本，除積極探索電石生產的新工藝、采用新技術以外，對電石生產過程中產生的爐氣、電石渣等進行綜合利用也是降低電石生產成本的一種有效途徑。

1 電石爐爐氣簡介

在電石冶煉過程中，石灰和炭材兩種爐料通過電阻熱和電弧熱在1800～2200℃的高溫下發生熔融還原反應，除了得到主產品CaC2外，還產生大量的CO。通常將這種主要成分為CO的氣體稱為電石爐爐氣。

電石生產是連續作業，生產的液態電石周期性從爐口間斷放出，可回收的爐氣基本連續，但爐氣量和可燃成分是波動的。通常密閉電石爐爐氣的溫度約為500～650℃，塌料瞬時800℃。密閉電石爐每生產1t電石可回收爐氣量約為430Nm3，一氧化碳體積百分比為70%～85%，電石爐煤氣的熱值為2300～2700kcal/Nm3，電石爐粗煤氣的含塵量約為100g/Nm3。

表1 凈煤氣的主要成分

2 爐氣再利用的方法

2.1 直接燃燒法

直接燃燒法就是將電石爐爐氣送入余熱鍋爐作為燃料直接燃燒，既可以利用爐氣的潛熱，又可以利用爐氣的顯熱。例如，浙江巨化電石廠將2#電石爐的高溫爐氣，經煙道和灰封閥進入余熱鍋爐，與鼓風機送入的空氣進行混合燃燒，脫鹽水經除氧，通過廢熱鍋爐省煤器預熱后進入鍋爐，加熱后產生中壓蒸汽。煙氣經省煤器降至200℃以下，通過旋風除塵器、布袋除塵器除塵，達到排放標準后由引風機經煙囪排入大氣。為防止鍋爐積灰影響換熱效果，設計了振打及壓力氣體吹灰等裝置。鍋爐、除塵器除下的灰塵可做為建材產品再次被利用。

再例如陜西煤業化工集團神木電化發展有限公司擴建50萬t/a電石一體化項目，也采用了余熱鍋爐直燃法將產生的過熱蒸汽送至自備電廠發電。電石爐氣依靠余熱鍋爐爐膛負壓被抽吸進爐膛內經燃燒后形成高溫煙氣，其被余熱鍋爐利用后經布袋除塵器凈化達標排放，除塵設備本體鋼結構，包括灰斗、箱體、進出風口管道等，濾袋材質為耐高溫玻璃絲針刺氈覆膜，防靜電，濾袋耐溫≥230℃。

2.2 布袋干法除塵技術法

目前電石爐氣凈化技術比較成熟的是布袋干法除塵技術。其工藝流程如下：電石爐爐氣經過凈爐氣水冷煙道、再經緩沖沉降器將50%的粉塵和焦油捕集下來，再經二級空氣冷卻器（或一級空冷再加粉塵焦油沉降器）將溫度降至220～260℃之間，同時將氣體中大顆粒的粉塵捕集下來，煤氣再經粗風機加壓后進防爆型布袋除塵器進一步除塵，使出口煤氣含塵量控制在＜50mg/Nm3（除塵效率可達到99.8%），最后由凈煤氣風機抽出加壓送往降溫裝置降溫和除焦油，煤氣溫度降到40℃，壓力約5kPa，然后由管道輸送至煤氣柜或者用戶點。

緩沖沉降器、兩級空冷器與布袋除塵器收集下來的粉塵經過卸灰閥卸至刮板輸送機、儲灰倉，最后通過汽車外運。

通過凈化裝置處理后的凈煤氣的主要成分如表1。

該技術的關鍵是煙氣降溫必須嚴格控制在一定范圍內，既不能超過濾袋所能承受的溫度，也不能低于焦油析出的溫度；降溫裝置及玻纖袋除塵器的清灰方式必須可靠，以確保含焦油的粘附性粉塵及時清除；整個系統的密封必須嚴格保證以防發生爆燃事故。

3 爐氣凈化后的應用

3.1 用于石灰煅燒

將凈化后的爐氣送到石灰窯中，可用于石灰煅燒的燃料。盡管電石生產是連續生產，生成的液態電石周期性從爐口間斷放出，可回收的煤氣基本連續，但是可回收的煤氣量和可燃成分是波動的。鑒于電石爐煤氣波動較大，為此設置1座10000m3橡膠簾干式煤氣柜和煤氣加壓機及配套設施，將凈化后的煤氣儲存在煤氣柜中，以解決產氣和用氣之間波動。

由煤氣柜輸出的煤氣經加壓后通過管道輸送給套筒豎窯作燃料使用。在煤氣凈化系統出口管道上設置煤氣燃燒放散管，供事故狀態時緊急放散煤氣時使用。煤氣凈化裝置有手動和自動兩種控制方式，如有異常將自動報警，同時把綜合信號傳送給電石爐控制室，要求切斷凈煤氣煙道閥，并完全打開荒煤氣煙道閥，同時凈化系統采取相應的緊急停車措施。

3.2 用作化工原料

凈化后的爐氣，催化脫氧除去含量為2%左右的氧氣，可以用來生產草酸。其生產過程是由一氧化碳和液堿在一定的溫度和壓力下反應生成甲酸鈉，甲酸鈉溶液通過蒸發過濾，加熱到一定溫度時生成草酸鈉，經過鉛化、酸化生成硫酸鈉和草酸，經精制、過濾、烘干即得到草酸。

凈化后的爐氣還可提純后用于生產其他化工產品。將凈化后的煤氣送入煤氣柜儲存，后經增壓風機升壓后，通過預處理工序脫除爐氣中雜質，經催化脫氧后氣體進入兩級變壓吸附系統分離一氧化碳。將這些一氧化碳用于生產下游產品醋酸或者乙二醇等，具有較高的經濟效益。

4 經濟效益

電石爐爐氣本身既具有潛熱又具有顯熱，對于單臺5萬t/a電石爐，若回收利用爐氣相當于節約標準煤7800t。若以我國2012年電石生產總量1869萬t/a推算全國每年可節約標準煤超過1400萬t。

因此，發展電石爐氣資源回收利用技術，對降低生產成本、提高經濟和環境效益，都有著重要的現實意義。

5 結論

綜上所述，電石爐爐氣經合理的技術手段處理后，不僅能變廢為寶，提供有用的能源，減少污染，而且還能為企業帶來良好的經濟效益。