浅析电石炉炉气资源再利用

文 _ 贺元 危微 贺强 宝钢工程技术集团有限公司

浅析电石炉炉气资源再利用

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我国的电石工业起步于20世纪中期，近年来，生产规模有了较大幅度的提高，炉型也由开放炉过渡到半密闭型，最后发展成全密闭型，并且机械化、自动化程度也逐渐提高。目前，我国是世界上最大的电石生产和消费国。“十一五”期间，受原油价格大幅度上涨的拉动和以电石乙炔为原料的有机合成工业快速发展的带动，我国电石工业进入快速发展期，通过对引进技术的消化吸收再创新，行业的技术水平有了很大的提高，大型密闭式电石炉实现了国产化，多项技术经济指标达到或者领先国外先进水平。截至2012年底，我国电石企业为393家，产能达到3230万t，产能利用率61.9%。据中国氯碱工业协会预测，2015年后我国电石产能将会超过5600万t/a。

电石生产是一个高能耗、高排放的行业。由于电价上涨以及部分有机合成产品的原料路线由乙炔转为乙烯等因素，曾一度导致电石的销售价格随油价的波动而受到影响。从长远的角度来看，电石工业的发展，电石乙炔能否与石油乙烯并存，将主要取决于电石乙炔的成本能否大幅度降低。为降低成本，除积极探索电石生产的新工艺、采用新技术以外，对电石生产过程中产生的炉气、电石渣等进行综合利用也是降低电石生产成本的一种有效途径。

1 电石炉炉气简介

在电石冶炼过程中，石灰和炭材两种炉料通过电阻热和电弧热在1800～2200℃的高温下发生熔融还原反应，除了得到主产品CaC2外，还产生大量的CO。通常将这种主要成分为CO的气体称为电石炉炉气。

电石生产是连续作业，生产的液态电石周期性从炉口间断放出，可回收的炉气基本连续，但炉气量和可燃成分是波动的。通常密闭电石炉炉气的温度约为500～650℃，塌料瞬时800℃。密闭电石炉每生产1t电石可回收炉气量约为430Nm3，一氧化碳体积百分比为70%～85%，电石炉煤气的热值为2300～2700kcal/Nm3，电石炉粗煤气的含尘量约为100g/Nm3。

表1 净煤气的主要成分

2 炉气再利用的方法

2.1 直接燃烧法

直接燃烧法就是将电石炉炉气送入余热锅炉作为燃料直接燃烧，既可以利用炉气的潜热，又可以利用炉气的显热。例如，浙江巨化电石厂将2#电石炉的高温炉气，经烟道和灰封阀进入余热锅炉，与鼓风机送入的空气进行混合燃烧，脱盐水经除氧，通过废热锅炉省煤器预热后进入锅炉，加热后产生中压蒸汽。烟气经省煤器降至200℃以下，通过旋风除尘器、布袋除尘器除尘，达到排放标准后由引风机经烟囱排入大气。为防止锅炉积灰影响换热效果，设计了振打及压力气体吹灰等装置。锅炉、除尘器除下的灰尘可做为建材产品再次被利用。

再例如陕西煤业化工集团神木电化发展有限公司扩建50万t/a电石一体化项目，也采用了余热锅炉直燃法将产生的过热蒸汽送至自备电厂发电。电石炉气依靠余热锅炉炉膛负压被抽吸进炉膛内经燃烧后形成高温烟气，其被余热锅炉利用后经布袋除尘器净化达标排放，除尘设备本体钢结构，包括灰斗、箱体、进出风口管道等，滤袋材质为耐高温玻璃丝针刺毡覆膜，防静电，滤袋耐温≥230℃。

2.2 布袋干法除尘技术法

目前电石炉气净化技术比较成熟的是布袋干法除尘技术。其工艺流程如下：电石炉炉气经过净炉气水冷烟道、再经缓冲沉降器将50%的粉尘和焦油捕集下来，再经二级空气冷却器（或一级空冷再加粉尘焦油沉降器）将温度降至220～260℃之间，同时将气体中大颗粒的粉尘捕集下来，煤气再经粗风机加压后进防爆型布袋除尘器进一步除尘，使出口煤气含尘量控制在＜50mg/Nm3（除尘效率可达到99.8%），最后由净煤气风机抽出加压送往降温装置降温和除焦油，煤气温度降到40℃，压力约5kPa，然后由管道输送至煤气柜或者用户点。

缓冲沉降器、两级空冷器与布袋除尘器收集下来的粉尘经过卸灰阀卸至刮板输送机、储灰仓，最后通过汽车外运。

通过净化装置处理后的净煤气的主要成分如表1。

该技术的关键是烟气降温必须严格控制在一定范围内，既不能超过滤袋所能承受的温度，也不能低于焦油析出的温度；降温装置及玻纤袋除尘器的清灰方式必须可靠，以确保含焦油的粘附性粉尘及时清除；整个系统的密封必须严格保证以防发生爆燃事故。

3 炉气净化后的应用

3.1 用于石灰煅烧

将净化后的炉气送到石灰窑中，可用于石灰煅烧的燃料。尽管电石生产是连续生产，生成的液态电石周期性从炉口间断放出，可回收的煤气基本连续，但是可回收的煤气量和可燃成分是波动的。鉴于电石炉煤气波动较大，为此设置1座10000m3橡胶帘干式煤气柜和煤气加压机及配套设施，将净化后的煤气储存在煤气柜中，以解决产气和用气之间波动。

由煤气柜输出的煤气经加压后通过管道输送给套筒竖窑作燃料使用。在煤气净化系统出口管道上设置煤气燃烧放散管，供事故状态时紧急放散煤气时使用。煤气净化装置有手动和自动两种控制方式，如有异常将自动报警，同时把综合信号传送给电石炉控制室，要求切断净煤气烟道阀，并完全打开荒煤气烟道阀，同时净化系统采取相应的紧急停车措施。

3.2 用作化工原料

净化后的炉气，催化脱氧除去含量为2%左右的氧气，可以用来生产草酸。其生产过程是由一氧化碳和液碱在一定的温度和压力下反应生成甲酸钠，甲酸钠溶液通过蒸发过滤，加热到一定温度时生成草酸钠，经过铅化、酸化生成硫酸钠和草酸，经精制、过滤、烘干即得到草酸。

净化后的炉气还可提纯后用于生产其他化工产品。将净化后的煤气送入煤气柜储存，后经增压风机升压后，通过预处理工序脱除炉气中杂质，经催化脱氧后气体进入两级变压吸附系统分离一氧化碳。将这些一氧化碳用于生产下游产品醋酸或者乙二醇等，具有较高的经济效益。

4 经济效益

电石炉炉气本身既具有潜热又具有显热，对于单台5万t/a电石炉，若回收利用炉气相当于节约标准煤7800t。若以我国2012年电石生产总量1869万t/a推算全国每年可节约标准煤超过1400万t。

因此，发展电石炉气资源回收利用技术，对降低生产成本、提高经济和环境效益，都有着重要的现实意义。

5 结论

综上所述，电石炉炉气经合理的技术手段处理后，不仅能变废为宝，提供有用的能源，减少污染，而且还能为企业带来良好的经济效益。