電石爐尾氣處理及綜合利用探究★

門春艷

（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 奎屯市 833200）

1 電石爐尾氣利用現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有電石生產(chǎn)企業(yè)200 余家，電石生產(chǎn)多采用密閉式電石爐，每生產(chǎn)1 t 電石，產(chǎn)生尾氣400 m3～600 m3，電石爐尾氣超過150 億m3。電石爐尾氣組成見表1。

表1 電石爐尾氣組成

根據(jù)電石爐尾氣的成分，整個電石行業(yè)電石爐尾氣綜合利用途徑：一是作為熱量使用；二是作為化工原料氣使用。國內(nèi)報道，電石爐尾氣中含有大量煙塵級的粉塵、焦油，由于電石爐溫度較高，給電石爐尾氣除塵、凈化帶來很大難度。電石爐尾氣經(jīng)過除塵后可作為燒制石灰、烘干焦炭的熱源。電石爐尾氣中攜帶的粉塵在收集過程中產(chǎn)生的氣體會攜帶大量的粉塵排空，一方面在運行過程中造成周圍環(huán)境污染；另一方面在運行過程中管道及閥門存在堵灰憋壓風(fēng)險，影響裝置的平穩(wěn)運行。

電石爐尾氣中含有大量CO，是生產(chǎn)甲醇、醋酸、甲酯等化工產(chǎn)品最寶貴的化工原料，但是電石爐尾氣中含有HCN、PH3、H2S 及有機(jī)硫等雜質(zhì)，電石爐尾氣中的雜質(zhì)會使合成催化劑中毒。這已是電石行業(yè)電石爐尾氣綜合利用的難題。

2 電石爐尾氣除塵處理技術(shù)

電石爐尾氣中的有用成分達(dá)到綜合利用，尾氣中的粉塵去除是第一步的。由于電石爐尾氣中的粉塵含量很高，存在于燃燒過程尾氣中的粉塵造成管道及閥門堵灰憋壓現(xiàn)象，嚴(yán)重影響燃燒設(shè)備的正常運行。電石爐尾氣除塵的方法：濕法洗氣、干法洗氣。濕法洗氣工藝較為成熟，但是濕法洗氣一方面存在洗氣后出現(xiàn)含硫、磷和氫氰酸等劇毒廢液產(chǎn)生，極大地造成水體污染[1]；另一方面，電石爐爐氣中的煤焦油和鈣鎂氧化物沉淀形成煤泥，會造成管道堵塞和設(shè)備憋壓，嚴(yán)重影響設(shè)備的長周期運行。根據(jù)目前我國的生產(chǎn)現(xiàn)狀，電石爐尾氣中的粉塵多以干法除塵為主，云維股份有限公司寧平等[2]發(fā)明了一種電石爐尾氣粉塵負(fù)壓干法凈化方法。新疆天業(yè)股份有限公司[3]干法除塵具體的工藝流程見圖1，從電石爐出來的爐氣溫度為400℃～800 ℃，電石爐尾氣先進(jìn)入一、二級旋風(fēng)分離器,除去粒徑≥0.7 μm 的顆粒物雜質(zhì)，然后分別經(jīng)冷卻器，溫度降到250 ℃～260 ℃，再進(jìn)入高溫布袋除塵器，尾氣溫度必須控制在220 ℃～260 ℃，原因是，溫度低于220 ℃，因尾氣中的煤焦油析出造成糊袋；溫度高于260 ℃，因溫度過高出現(xiàn)燒袋現(xiàn)象。從高溫布袋除塵器出來的凈氣，含塵量控制在50 mg/m3以下，被凈氣風(fēng)機(jī)分兩路分別送往濕法凈化裝置或儲氣柜。經(jīng)濕法凈化裝置進(jìn)一步處理作為化工原料，為了防止產(chǎn)氣、用氣之間的波動，設(shè)置儲氣柜，將除塵后收集的氣體作為加熱爐、石灰窯的燃料氣。

圖1 干法除塵工藝流程圖

3 電石爐尾氣濕化凈化處理技術(shù)

經(jīng)過布袋干法除塵后的尾氣仍然含有一定量的粉塵和雜質(zhì)，并不能滿足輸送和作為化工原料綜合利用。有文獻(xiàn)報道，目前通常采用變壓吸附及膜分離技術(shù)，可將一氧化碳體積分?jǐn)?shù)提升至99%，再經(jīng)過變換處理后可用于生產(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的原料。邵玉民[2]采用噴淋塔、洗滌塔工藝脫除尾氣中的CO2、剩余粉塵和焦油。張強(qiáng)等改進(jìn)設(shè)備采用將洗滌塔與噴淋塔合二為一；除塵效果好，滿足后續(xù)工段使用要求，使用設(shè)備數(shù)量減少，提高經(jīng)濟(jì)效益。杜立果等對干法除塵后的氣體進(jìn)行濕法凈化處理，具體工藝流程（見圖2）：通過濕化凈化處理技術(shù)經(jīng)干法除塵后的氣體進(jìn)入兩級密閉水洗凈化裝置，經(jīng)氣體壓縮機(jī)加壓后進(jìn)入密閉脫水裝置，密閉脫水裝置出口氣體中的粉塵、焦油含量均在0.01 g/m3以下。經(jīng)水洗凈化裝置處理后的氣體進(jìn)入脫硫、脫磷裝置完成PH3、H2S 及有機(jī)硫等雜質(zhì)脫除。再經(jīng)變壓吸附脫碳裝置，最后獲得適合化工產(chǎn)品生產(chǎn)的原料氣，實現(xiàn)了電石爐尾氣的處理及綜合利用。

圖2 濕化凈化工藝流程圖

4 電石爐尾氣綜合利用途徑

電石爐尾氣經(jīng)過干法除塵和濕化凈化處理后，可以作為能源和資源再利用，作為能源以電石行業(yè)循環(huán)生產(chǎn)為例，凈化后的電石爐尾氣是本廠石灰窯煅燒和烘干窯烘干焦炭燃料的自給，同時石灰窯煅燒后的石灰和烘干窯處理后的焦炭又作為電石爐合成電石的原材料。作為資源以化工產(chǎn)品生產(chǎn)為例，凈化后的尾氣因含有CO、H2、N2，是生產(chǎn)草酸、乙二醇、草酸銨、合成氨氣的原料氣，為構(gòu)筑電石-化工產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展奠定基礎(chǔ)[4]。

4.1 用作熱源燃料

用作石灰煅燒：石灰（CaO）和焦炭（C）是電石企業(yè)合成電石的原材料，每生產(chǎn)1 t 石灰需消耗石灰約1.02 t，需要熱量約4.186 MJ/kg，以40 萬t 電石為例，消耗石灰約40.88 萬t。每噸電石可回收尾氣400 m3～600 m3，電石爐尾氣熱值按平均值10 032 kJ/m3，相當(dāng)147 kg～210 kg 標(biāo)準(zhǔn)燃料煤。如果以處理后的電石尾氣作為石灰煅燒的燃料可很大程度上節(jié)約燃煤，在另一方面使電石爐尾氣變廢為寶，避免能源的浪費和尾氣的外排。

用作焦炭干燥：用于生產(chǎn)電石的原料焦炭產(chǎn)自焦化廠干熄焦裝置，但是由于焦炭自身存在多孔結(jié)構(gòu)具有吸水性，在長途運輸過程中吸收空氣中的水蒸氣，不滿足電石爐焦炭的入爐要求。需要加裝烘干窯裝置，電石爐處理后的尾氣除了用于石灰窯煅燒石灰外，多余的可以用于烘干窯作為焦炭烘干使用，確保電石爐-石灰窯-烘干窯能源、資源的綜合利用。

4.2 用作化工產(chǎn)品生產(chǎn)的原料

天津碳一公司通過干濕兩步法電石爐尾氣凈化后的CO 與燒堿反應(yīng)成功制取甲酸鈉，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)，比傳統(tǒng)的甲酸鈉生產(chǎn)成本降低500 元/t，以草酸鈉為原料生產(chǎn)草酸酯，再以草酸酯為原料生產(chǎn)草酸，完全避免了草酸鈉鉛化法生產(chǎn)草酸而引起的鉛污染問題。以電石爐尾氣為原料合成有機(jī)化工產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈見圖3。

圖3 電石爐尾氣合成有機(jī)化工產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈

新疆天業(yè)采用電石爐尾氣制取高純度CO 和H2創(chuàng)新技術(shù)，再以CO 和H2為原料，自主研發(fā)設(shè)計了分塔盤進(jìn)料、分塔盤側(cè)采兩項乙二醇精制技術(shù)。真正實現(xiàn)了電石法聚氯乙烯循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈中電石爐尾氣的高值化綜合利用。

新疆中泰化學(xué)托克遜能化有限公司采用以醇-氨聯(lián)產(chǎn)工藝，即甲醇生產(chǎn)中串入合成氨生產(chǎn)，將爐氣中的N2與H2合成氨，避免了合成甲醇過程中排放惰性氣體而造成大量有效氣體損失。這樣在一定程度上增加了經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

電石爐尾氣經(jīng)過干法除塵和濕法凈化后，電石爐尾氣能夠變廢為寶。干法除塵后的尾氣很大程度上解決了尾氣在利用過程中致管道的堵灰憋壓問題，改善了員工的工作環(huán)境。處理后的電石爐尾氣達(dá)到循環(huán)利用：一方面可以作為石灰窯、烘干窯的燃料直接利用；另一方面電石爐尾氣中豐富的CO 作為合成化工產(chǎn)品的原材料，可以節(jié)省大量的化石燃料，減少環(huán)境污染，提高經(jīng)濟(jì)效益。

電石爐尾氣處理后多作為燃料燃燒，造成資源的浪費，因為尾氣中高含量的CO 可以作為合成氨、合成甲醇、合成乙二醇、合成醋酸的原料氣，目前由于電石爐生產(chǎn)穩(wěn)定性欠佳，產(chǎn)生的尾氣時多時少，建設(shè)尾氣回收氣柜對電石爐尾氣進(jìn)行回收、批量處理后再用于化工生產(chǎn)的原料，以期實現(xiàn)長周期化工生產(chǎn)。