淺析電石爐爐氣資源再利用

文 _ 賀元 危微 賀強(qiáng) 寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司

淺析電石爐爐氣資源再利用

文 _ 賀元 危微 賀強(qiáng) 寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司

我國(guó)的電石工業(yè)起步于20世紀(jì)中期，近年來，生產(chǎn)規(guī)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(fā)展成全密閉型，并且機(jī)械化、自動(dòng)化程度也逐漸提高。目前，我國(guó)是世界上最大的電石生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。“十一五”期間，受原油價(jià)格大幅度上漲的拉動(dòng)和以電石乙炔為原料的有機(jī)合成工業(yè)快速發(fā)展的帶動(dòng)，我國(guó)電石工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期，通過對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收再創(chuàng)新，行業(yè)的技術(shù)水平有了很大的提高，大型密閉式電石爐實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到或者領(lǐng)先國(guó)外先進(jìn)水平。截至2012年底，我國(guó)電石企業(yè)為393家，產(chǎn)能達(dá)到3230萬t，產(chǎn)能利用率61.9%。據(jù)中國(guó)氯堿工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2015年后我國(guó)電石產(chǎn)能將會(huì)超過5600萬t/a。

電石生產(chǎn)是一個(gè)高能耗、高排放的行業(yè)。由于電價(jià)上漲以及部分有機(jī)合成產(chǎn)品的原料路線由乙炔轉(zhuǎn)為乙烯等因素，曾一度導(dǎo)致電石的銷售價(jià)格隨油價(jià)的波動(dòng)而受到影響。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來看，電石工業(yè)的發(fā)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(chǎn)的新工藝、采用新技術(shù)以外，對(duì)電石生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的爐氣、電石渣等進(jìn)行綜合利用也是降低電石生產(chǎn)成本的一種有效途徑。

1 電石爐爐氣簡(jiǎn)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(fā)生熔融還原反應(yīng)，除了得到主產(chǎn)品CaC2外，還產(chǎn)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(chǎn)是連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)的液態(tài)電石周期性從爐口間斷放出，可回收的爐氣基本連續(xù)，但爐氣量和可燃成分是波動(dòng)的。通常密閉電石爐爐氣的溫度約為500～650℃，塌料瞬時(shí)800℃。密閉電石爐每生產(chǎn)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(jīng)煙道和灰封閥進(jìn)入余熱鍋爐，與鼓風(fēng)機(jī)送入的空氣進(jìn)行混合燃燒，脫鹽水經(jīng)除氧，通過廢熱鍋爐省煤器預(yù)熱后進(jìn)入鍋爐，加熱后產(chǎn)生中壓蒸汽。煙氣經(jīng)省煤器降至200℃以下，通過旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器除塵，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排入大氣。為防止鍋爐積灰影響換熱效果，設(shè)計(jì)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(chǎn)品再次被利用。

再例如陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木電化發(fā)展有限公司擴(kuò)建50萬t/a電石一體化項(xiàng)目，也采用了余熱鍋爐直燃法將產(chǎn)生的過熱蒸汽送至自備電廠發(fā)電。電石爐氣依靠余熱鍋爐爐膛負(fù)壓被抽吸進(jìn)爐膛內(nèi)經(jīng)燃燒后形成高溫?zé)煔?，其被余熱鍋爐利用后經(jīng)布袋除塵器凈化達(dá)標(biāo)排放，除塵設(shè)備本體鋼結(jié)構(gòu)，包括灰斗、箱體、進(jìn)出風(fēng)口管道等，濾袋材質(zhì)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(shù)法

目前電石爐氣凈化技術(shù)比較成熟的是布袋干法除塵技術(shù)。其工藝流程如下：電石爐爐氣經(jīng)過凈爐氣水冷煙道、再經(jīng)緩沖沉降器將50%的粉塵和焦油捕集下來，再經(jīng)二級(jí)空氣冷卻器（或一級(jí)空冷再加粉塵焦油沉降器）將溫度降至220～260℃之間，同時(shí)將氣體中大顆粒的粉塵捕集下來，煤氣再經(jīng)粗風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)防爆型布袋除塵器進(jìn)一步除塵，使出口煤氣含塵量控制在＜50mg/Nm3（除塵效率可達(dá)到99.8%），最后由凈煤氣風(fēng)機(jī)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(diǎn)。

緩沖沉降器、兩級(jí)空冷器與布袋除塵器收集下來的粉塵經(jīng)過卸灰閥卸至刮板輸送機(jī)、儲(chǔ)灰倉，最后通過汽車外運(yùn)。

通過凈化裝置處理后的凈煤氣的主要成分如表1。

該技術(shù)的關(guān)鍵是煙氣降溫必須嚴(yán)格控制在一定范圍內(nèi)，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(shí)清除；整個(gè)系統(tǒng)的密封必須嚴(yán)格保證以防發(fā)生爆燃事故。

3 爐氣凈化后的應(yīng)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(chǎn)是連續(xù)生產(chǎn)，生成的液態(tài)電石周期性從爐口間斷放出，可回收的煤氣基本連續(xù)，但是可回收的煤氣量和可燃成分是波動(dòng)的。鑒于電石爐煤氣波動(dòng)較大，為此設(shè)置1座10000m3橡膠簾干式煤氣柜和煤氣加壓機(jī)及配套設(shè)施，將凈化后的煤氣儲(chǔ)存在煤氣柜中，以解決產(chǎn)氣和用氣之間波動(dòng)。

由煤氣柜輸出的煤氣經(jīng)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(tǒng)出口管道上設(shè)置煤氣燃燒放散管，供事故狀態(tài)時(shí)緊急放散煤氣時(shí)使用。煤氣凈化裝置有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，如有異常將自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)把綜合信號(hào)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(shí)凈化系統(tǒng)采取相應(yīng)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(chǎn)草酸。其生產(chǎn)過程是由一氧化碳和液堿在一定的溫度和壓力下反應(yīng)生成甲酸鈉，甲酸鈉溶液通過蒸發(fā)過濾，加熱到一定溫度時(shí)生成草酸鈉，經(jīng)過鉛化、酸化生成硫酸鈉和草酸，經(jīng)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(chǎn)其他化工產(chǎn)品。將凈化后的煤氣送入煤氣柜儲(chǔ)存，后經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)升壓后，通過預(yù)處理工序脫除爐氣中雜質(zhì)，經(jīng)催化脫氧后氣體進(jìn)入兩級(jí)變壓吸附系統(tǒng)分離一氧化碳。將這些一氧化碳用于生產(chǎn)下游產(chǎn)品醋酸或者乙二醇等，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 經(jīng)濟(jì)效益

電石爐爐氣本身既具有潛熱又具有顯熱，對(duì)于單臺(tái)5萬t/a電石爐，若回收利用爐氣相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤7800t。若以我國(guó)2012年電石生產(chǎn)總量1869萬t/a推算全國(guó)每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤超過1400萬t。

因此，發(fā)展電石爐氣資源回收利用技術(shù)，對(duì)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)論

綜上所述，電石爐爐氣經(jīng)合理的技術(shù)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(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。