電石渣循環(huán)利用　助力綠色低碳發(fā)展

高紅

電石渣是電石法生產聚氯乙烯工藝的主要副產物，每生產1噸聚氯乙烯約產生電石渣廢料2噸左右，具有產生量大、堿性強、不易運輸、侵蝕土壤等特點。當前，我國電石渣產生量達3400萬噸/年（干基），我國企業(yè)經過多年的探索與研發(fā)，將電石渣制成氧化鈣再成型用于電石生產的循環(huán)利用技術已取得了顯著進步，為我國電石渣零排放、規(guī)?；咧道锰峁┝藰影?，解決了電石生產上游原料高品質石灰石資源緊缺、下游乙炔制備產生大宗固廢電石渣處理的難題。

加快推進電石渣資源化利用，將有效減少電石生產過程的能源消耗和污染物排放，有助于推動電石法聚氯乙烯生產綠色發(fā)展，對加強能源資源節(jié)約和環(huán)境保護具有重要意義。

一、現(xiàn)狀與問題

我國是利用煤炭生產聚氯乙烯產品的大國。電石產量位居全球首位，由此產生的大量電石渣，一直是煤制聚氯乙烯工業(yè)面臨的大難題。

上世紀60年代，隨著石油工業(yè)的崛起與發(fā)展，國外聚氯乙烯生產工藝由電石法轉向了乙烯法。但是中國聚氯乙烯行業(yè)始終以電石法工藝為主。原因是我國特有的“富煤、貧油、少氣”的資源和能源結構，決定了我國依托豐富的電力和煤炭資源，走電石制取乙炔，再合成聚氯乙烯的路線。據(jù)估算，2020年電石法聚氯乙烯產量1690萬噸，若全部采用乙烯原料替代，需要845萬噸乙烯，折算成原油約需8450萬噸，占全國原油產量的43.3%，或原油進口量的15.6%。

電石是生產聚氯乙烯產品重要的基礎化工原料。但是適合電石使用的石灰石資源稀少，我國的電石原料石灰石產地分散，主要分布于內蒙古烏海市海南區(qū)、鄂爾多斯市鄂托克旗、山西省的朔州市山陰縣、甘肅省永登縣等。加上各石灰石產區(qū)加強對石灰石礦山開采的管理，石灰石的產量受限、質量下降，電石生產企業(yè)經常面臨石灰石供應不足、石灰石以次充好的困境，嚴重制約電石行業(yè)的正常運行。

另外，電石水解產生乙炔氣后，廢棄物主要成分是電石渣Ca（OH）2，其理化pH>13，呈強堿性，還含有少量的MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，以及少量的磷化物、硫化物等組分。根據(jù)《危險廢物鑒別標準》判定，電石廢渣屬Ⅱ類一般工業(yè)固體廢棄物。隨著我國聚氯乙烯（PVC）等產能的增加，電石渣產生量相應增加。如何解決電石渣污染問題是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。

二、電石渣循環(huán)利用思路及創(chuàng)新技術

電石渣是難以處理的工業(yè)廢渣，顆粒很細，80%左右的顆粒粒徑在10—50微米，呈稀糊狀，流動性差，具有強堿性。電石渣如得不到妥善處理，將占用大量的土地用于堆積、填埋，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。電石渣的處理方式需要滿足“減量化、資源化、再利用”的循環(huán)經濟原則。

主要思路是，采用電石渣制備活性氧化鈣技術，將電石渣中的氫氧化鈣資源化，加工成氧化鈣，循環(huán)利用，代替生產電石的石灰石原礦，這樣不僅可以減少固體廢物的排放，而且可以保護石灰石原礦資源，保護生態(tài)環(huán)境。

電石渣制備活性氧化鈣技術，是將電石渣烘干、破碎、煅燒、冷卻、分選、壓球，進行深度加工，使得活性氧化鈣大部分回用于電石生產，少部分分選出的氧化鈣粉料作為發(fā)電廠的脫硫劑。將傳統(tǒng)工業(yè)固廢電石渣轉化為生產活性氧化鈣和脫硫劑的原料，循環(huán)使用，可稱“鈣循環(huán)”。這樣從根本上解決電石生產原料來源及電石渣處置問題。

“鈣循環(huán)”的主要過程：

電石的生產，是將焦炭與氧化鈣（CaO）置于2200℃左右的電爐中熔煉，生成碳化鈣（CaC2）。每生產1噸電石大概需要石灰石約在1.6—1.8噸之間。

電石與水作用生成乙炔氣并放出大量熱量;同時，生成大量的電石渣。

CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2

電石渣主要成分為Ca（OH）2，在高溫度煅燒下，Ca（OH）2開始分解，生成水蒸汽和氧化鈣，如下：

Ca（OH）2→CaO+H2O

根據(jù)計算，約1.32噸Ca（OH）2干粉可燒成1噸氧化鈣。

再將焦炭與氧化鈣置于電爐中高溫熔煉，生成碳化鈣。

這樣的過程實現(xiàn)了“鈣循環(huán)”?？紤]電石渣制備氧化鈣存在20%電石渣除雜，只需要補充20%原礦石灰石，其余主要石灰來源依靠系統(tǒng)內部鈣的循環(huán)利用。

國外在上世紀六七十年代以后，由于大力開發(fā)石油資源和石化行業(yè)興起，電石法聚氯乙烯PVC全轉為乙烯法，因此電石法再無新的技術發(fā)展。僅有少量電石渣制硅酸鈣的專利與文獻可查。基于我國富煤貧油的資源條件，聚氯乙烯生產一直以電石法為主，其占比在80%左右。因此對電石渣循環(huán)利用技術必須依靠國內的技術突破與創(chuàng)新。

目前，電石渣制氧化鈣技術的研究與應用，主要圍繞“電石渣—氧化鈣—電石—乙炔—電石渣”的閉環(huán)的“鈣循環(huán)”技術路線，將電石渣煅燒成氧化鈣，作為電石的原料，再與焦炭煅燒成電石，形成“鈣循環(huán)”，達到節(jié)約資源、降低排放效果。

用于電石渣的干燥焙燒系統(tǒng)，陜西金泰氯堿神木化工有限公司已于2018年建成10萬噸級工業(yè)化試驗裝置，完成調試，投入試運行。該裝置技術創(chuàng)新性強、經濟效益好、電石渣回收效率高，整體技術處于國際先進水平。該技術可實現(xiàn)電石渣—石灰—電石—電石渣的閉環(huán)利用，對電石渣“減量化、資源化、無害化”利用具有重要示范價值。

三、節(jié)能減排降碳效益分析

電石渣循環(huán)利用技術既能實現(xiàn)鈣元素的循環(huán)利用又有經濟效益，是“既循環(huán)又經濟”的循環(huán)經濟案例典型，對生態(tài)環(huán)境保護意義重大。電石渣制備活性氧化鈣技術的節(jié)能減排與降碳增效成效顯著。

根據(jù)西安市節(jié)能評審中心出具的《電石渣制氧化鈣循環(huán)利用技術節(jié)能評價報告》，該技術與傳統(tǒng)的生產工藝相比，能源資源節(jié)約效果較為顯著。由Ca（OH）2直接焙燒至CaO，加工過程無CO2排出，有利于碳減排。由原礦碳酸鈣CaCO3直接焙燒至CaO，焙燒過程有大量CO2排出。所需熱量是電石渣制生石灰的1.66倍。電石渣制備活性氧化鈣技術與傳統(tǒng)的以石灰石煅燒生石灰用于電石生產工藝相比，噸電石二氧化碳減排40%、減碳量為0.572tCO2/t電石、節(jié)約石灰石量為1.710t石灰石/t電石。

電石渣制氧化鈣循環(huán)利用技術的研發(fā)與應用解決了聚氯乙烯生產過程中固廢電石渣的處置問題，實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用;在有效降低生產成本，提高生產效益的同時，切實降低了安全環(huán)保風險;降低了電石生產原料的開采量和依賴性，緩解了國家經濟發(fā)展與資源、環(huán)境之間的矛盾，很好地貫徹了“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。該技術對行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，應大力推廣。

（作者單位：國家節(jié)能中心）