電石破碎過(guò)程中乙炔回收技術(shù)的應(yīng)用

劉 輝，鄭 征，陳光道

（安徽華塑股份有限公司，安徽 滁州 239000）

安徽華塑股份有限公司氯堿分公司乙炔車間電石破碎過(guò)程中產(chǎn)生的硅鐵、落地灰、風(fēng)化灰和管道除鐵器排出的硅鐵渣， 下游水泥分公司電石渣風(fēng)選精制過(guò)程中產(chǎn)生的風(fēng)選顆粒和SLK 粉顆粒，電石分公司冷卻車間產(chǎn)生的電石風(fēng)化灰都含有一定的乙炔發(fā)氣量，其中含有經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的硅鐵和乙炔成分，每年產(chǎn)生硅鐵灰渣2.0～3.0 萬(wàn)t， 目前采用的處理方式是含硅鐵的灰渣，按照硅鐵含量折算銷售，不含硅鐵的灰渣按照雜灰銷售。 由于含硅鐵的灰渣經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，外售造成了資源的浪費(fèi)。

1 項(xiàng)目實(shí)施的意義

1.1 對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

固廢再處理回收利用技改項(xiàng)目對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生積極影響，最終產(chǎn)品為潔凈的工業(yè)產(chǎn)品（硅鐵和用于生產(chǎn)PVC 的乙炔氣）， 渣漿水產(chǎn)生電石渣用于生產(chǎn)水泥，清液循環(huán)使用，無(wú)廢棄物產(chǎn)生。

1.2 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益分析

回收乙炔氣回用于PVC 生產(chǎn)系統(tǒng)降低了PVC產(chǎn)品的噸電石消耗，同時(shí)回收的硅鐵品質(zhì)提高，市場(chǎng)售價(jià)也同步提高， 既解決了硅鐵灰渣直接外售可能會(huì)產(chǎn)生的環(huán)境污染和安全問(wèn)題， 又為企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 產(chǎn)業(yè)化前景和市場(chǎng)需求

解決了硅鐵灰渣外售處理可能會(huì)帶來(lái)的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)， 同時(shí)也為行業(yè)處理硅鐵灰渣提供了新的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

2 市場(chǎng)分析

2.1 產(chǎn)品市場(chǎng)分析

在電石法PVC 生產(chǎn)工藝中，電石破碎是重要工序。在電石破碎和輸送的過(guò)程中，每年會(huì)不可避免地產(chǎn)生數(shù)十萬(wàn)噸的電石粉塵，一方面會(huì)污染環(huán)境，危害人身健康，存在安全隱患；另一方面電石粉塵還含有有效成分，可以繼續(xù)發(fā)氣產(chǎn)生乙炔氣體，如果直接垃圾填埋會(huì)增大PVC 生產(chǎn)的電石消耗， 造成資源浪費(fèi)。

電石渣通常去做水泥、制磚、生產(chǎn)化工產(chǎn)品、生產(chǎn)建筑材料及用于環(huán)境治理等。 雖然電石渣的利用方法很多，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，受電石法PVC 的生產(chǎn)能力，電石渣的排出量，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及周圍環(huán)境因素，經(jīng)濟(jì)效益的制約。 電石渣的利用處置的發(fā)展方向也向“減量化、資源化、無(wú)害化”邁進(jìn)，對(duì)于產(chǎn)生量大、氫氧化鈣含量較高的電石渣， 應(yīng)充分利用電石渣中有效的鈣資源，生產(chǎn)出附加值高、環(huán)境污染小、風(fēng)險(xiǎn)控制低的下游產(chǎn)品。

電石渣漿中除含有主要成分氫氧化鈣之外，還含有不參加水解反應(yīng)的固體雜質(zhì)如硅鐵、焦炭末、電極殘棒以及沒(méi)有完全水解而被包裹的微電石顆粒、溶解在電石渣漿中的乙炔等。 如果將電石渣中的硅鐵進(jìn)行回收利用，將有很高的經(jīng)濟(jì)附加值，且利用空間較大。

硅鐵市場(chǎng)需求量大，煉鋼工業(yè)、鑄造工業(yè)和鐵合金工業(yè)都是硅鐵的較大用戶，消耗90%以上的硅鐵資源。在各種不同牌號(hào)的硅鐵中，目前應(yīng)用較廣的是75%硅鐵。

2.2 項(xiàng)目的意義

通過(guò)電石渣硅鐵的分離篩選及回收利用技術(shù)不僅能變廢為寶，同時(shí)可以改善作業(yè)工況條件，強(qiáng)化安全管理及減輕對(duì)后續(xù)工段的耗損與降低成本， 實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)，降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

3 實(shí)施方案

3.1 技術(shù)方案

采用電石法生產(chǎn)乙炔的技術(shù)回收電石灰渣中的乙炔氣和硅鐵，電石法乙炔生產(chǎn)分為2 種技術(shù)，一種是濕法乙炔生產(chǎn)技術(shù)，另一種是干法乙炔生產(chǎn)技術(shù)，這2 種技術(shù)較為成熟， 行業(yè)應(yīng)用各占50%左右，本項(xiàng)目采用的是兩種方法相結(jié)合的技術(shù)方案。 從上料到發(fā)生器進(jìn)料機(jī)采用干法乙炔的生產(chǎn)技術(shù)， 發(fā)生及乙炔氣的輸送和系統(tǒng)熱平衡控制采用濕法乙炔的生產(chǎn)技術(shù)， 發(fā)生器上部設(shè)置噴淋裝置為發(fā)生器的氣相降溫， 發(fā)生器的循環(huán)清液設(shè)置了冷卻器為發(fā)生器的液相控制溫度。 硅鐵的分離和排出采用磁選分離的技術(shù)可以從電石渣漿中將硅鐵分離出來(lái)。

3.2 工藝流程

采用電石渣經(jīng)風(fēng)選后的顆粒料作為主原料，同時(shí)加入電石破碎系統(tǒng)排出的細(xì)顆粒硅鐵混合物、除塵灰、電石渣風(fēng)選精制項(xiàng)目和SLK 排渣、電石破碎電石灰、電石分公司冷卻廠房電石灰等，利用水和電石灰渣反應(yīng)生成乙炔氣體，其反應(yīng)方程式為：

該反應(yīng)是放熱反應(yīng)， 在發(fā)生器上部設(shè)置有噴淋裝置，給發(fā)生器進(jìn)行降溫。 發(fā)生器的水循環(huán)使用，控制發(fā)生器的液相溫度。 發(fā)生器底部排出渣漿， 約含10%的固體，通過(guò)磁選機(jī)將硅鐵和渣漿進(jìn)行分離，渣漿通過(guò)小型密閉沉降池沉降后， 上層清液經(jīng)過(guò)換熱器返回發(fā)生器作為噴淋水循環(huán)使用。 沉降后的濃漿（濃度約20%）進(jìn)入一期壓濾工段處理，篩選出的硅鐵通過(guò)沖洗置換排料，由皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)至二級(jí)堆場(chǎng)堆放，汽運(yùn)外售。

上料采用汽運(yùn)和噸包轉(zhuǎn)運(yùn)的方式， 將電石渣風(fēng)選精制工段產(chǎn)生的含硅鐵顆粒的混合灰渣、SLK 顆?；壹耙胰财扑檐囬g產(chǎn)生的含硅鐵顆粒的混合灰渣、除塵灰、落地灰，電石廠電石冷卻廠房產(chǎn)生的電石風(fēng)化灰、顆粒物，運(yùn)輸至本裝置的加料口，通過(guò)給料機(jī)、斗提機(jī)加入到緩沖料倉(cāng)，經(jīng)過(guò)螺旋給料機(jī)計(jì)量后加入到發(fā)生器，料倉(cāng)的存儲(chǔ)容量滿足24 h 的生產(chǎn)量。 發(fā)生器產(chǎn)生的乙炔氣通過(guò)正逆水封并入一期二線乙炔發(fā)生總管，輸送至原有的一期乙炔氣柜。運(yùn)輸車輛安裝阻火器，采取防靜電及防雨措施，嚴(yán)格按照規(guī)定路線和速度行駛。

裝置的安全風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自上料系統(tǒng)和乙炔氣體管道輸送環(huán)節(jié)，上料采用氮?dú)庹龎好荛]系統(tǒng)，可有效控制上料系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)， 乙炔氣體管道輸送環(huán)節(jié)設(shè)置了正逆水封和安全水封，乙炔氣體壓力控制4～11 kPa， 溫度控制在≤50 ℃， 乙炔氣體含有飽和水分，可有效控制乙炔氣管道輸送的風(fēng)險(xiǎn)。本裝置上下游裝置關(guān)系圖見(jiàn)圖1。

圖1 本裝置上下游裝置關(guān)系圖

圖3 優(yōu)化后工藝流程圖

3.3 裝置工藝參數(shù)指標(biāo)（見(jiàn)表1）

表1 工藝參數(shù)指標(biāo)

3.4 主要設(shè)備

本項(xiàng)目建筑防火等級(jí)為甲級(jí)， 所有電氣設(shè)備均為防爆設(shè)計(jì)。 設(shè)備一覽表見(jiàn)表2。

表2 設(shè)備一覽表

主要設(shè)備及技術(shù)要求如下。

（1）發(fā)生器采用螺旋進(jìn)料機(jī)進(jìn)料。發(fā)生器旋轉(zhuǎn)部件考慮應(yīng)力集中問(wèn)題。（2）反應(yīng)熱換熱使用列管換熱器。 （3）洗滌水泵葉輪結(jié)垢快，泵的前后管線容易堵， 要求使用半開(kāi)式葉輪； 洗滌水泵機(jī)械密封損壞快，檢修頻繁，要求使用填料密封。 （4）乙炔發(fā)生系統(tǒng)的水循環(huán)要求實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)， 即系統(tǒng)只有濃漿排至壓濾，其余清液全部回用。

3.5 消耗

3.5.1 原料及化學(xué)品消耗（見(jiàn)表3）

表3 原材料消耗規(guī)格及消耗量

3.5.2 公輔消耗（見(jiàn)表4）

表4 公輔消耗規(guī)格及消耗量

4 回收乙炔裝置運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題及優(yōu)化

4.1 存在問(wèn)題

（1）兩臺(tái)斗提機(jī)入口星型給料機(jī)卡阻頻繁。

（2）發(fā)生器底部排渣管傾角為7°，極易堵塞。（3）鐵選機(jī)皮帶置于封閉腔內(nèi)，跑偏無(wú)法在線調(diào)整。

（4）溢流水罐出水口設(shè)置在下部，易形成虹吸而排空。

（5）排渣泵與事故泵共用一根排水管線，且管徑為DN40，外排量無(wú)法滿足生產(chǎn)平衡。

（6）儲(chǔ)鐵罐排空管線彎頭多且管徑細(xì)，易堵塞。

（7）沉降池放空管口設(shè)置在樓內(nèi)，不符合安全規(guī)范。

（8）發(fā)生器氣相管堵塞難以清理。

（9）上下儲(chǔ)鐵罐間電動(dòng)插板閥（DN100）內(nèi)、外漏嚴(yán)重，且動(dòng)作緩慢。

4.2 優(yōu)化改造方案

（1）2 臺(tái)斗提機(jī)入口插板閥增加限流孔板，控制料流。 將星型給料機(jī)原3 kW 4 級(jí)電機(jī)更換為4 kW 4 級(jí)電機(jī)，增大扭矩。

（2）鐵選機(jī)拆除，發(fā)生器排渣管與上儲(chǔ)鐵罐入口連接， 上儲(chǔ)鐵罐上部增加溢流管引至去沉降池的液相管道，溢流管增加氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行排渣量控制。

（3）溢流水罐出水口移至上部，避免虹吸。

（4）事故泵出口與沉降池底部出液管相連，可沖洗。 排渣泵出口管徑放大，改為DN80。

（5）下儲(chǔ)鐵罐放空管由DN25 改為DN50，放空分為兩路，一路與進(jìn)入沉降池液相管道相連，作為下儲(chǔ)鐵罐補(bǔ)水時(shí)溢流使用；一路與裝置放空總管相連，作為下儲(chǔ)鐵罐置換放空使用。

（6）將沉降池放空管（DN200）與裝置總放空管（DN80）相連，總放空口加高4 m。

（7）機(jī)械過(guò)濾器、皮帶輸送機(jī)拆除。

（8）氣相管與正水封相連垂直段增加法蘭一對(duì)，便于拆清。

（9）將下儲(chǔ)鐵罐進(jìn)出口2 個(gè)電動(dòng)插板閥更換為氣動(dòng)偏心旋轉(zhuǎn)閥。

（10）優(yōu)化后的流程見(jiàn)圖2。

4.3 優(yōu)化后運(yùn)行效果

現(xiàn)經(jīng)部分改造后，該裝置已實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，除供料緩沖倉(cāng)乙炔含量波動(dòng)較大外， 其余工藝指標(biāo)均在可控范圍。

5 效果評(píng)價(jià)

（1）有利于降低社會(huì)安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)影響。全部硅鐵灰渣回收利用， 降低了外售硅鐵灰渣可能會(huì)引發(fā)的環(huán)境和安全事故對(duì)公司的影響。

（2）有利于提高現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保粉塵治理的水平。硅鐵灰渣集中處理，改進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，各類電石粉塵有了固定的去處， 解決了現(xiàn)場(chǎng)堆放電石粉塵造成粉塵污染的問(wèn)題，提高了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保粉塵治理的水平。

（3）有利于提升硅鐵灰渣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 按照實(shí)際生產(chǎn)情況可回收乙炔氣約56 000 m3/月， 共能回收乙炔氣67 萬(wàn)m3/a， 按每噸電石實(shí)際生產(chǎn)發(fā)氣量250 m3計(jì)算，每月可節(jié)省電石約224 t，電石價(jià)格按目前市場(chǎng)平均價(jià)格4 000 元/t 計(jì)算，可節(jié)省電石采購(gòu)費(fèi)用1 075 萬(wàn)元/a；硅鐵每年產(chǎn)出4 000 t，按銷售價(jià)格2 500 元/t，可產(chǎn)生銷售利潤(rùn)1 000 萬(wàn)元/a?；厥盏囊胰矚饣赜糜赑VC 生產(chǎn)系統(tǒng)， 降低了PVC 產(chǎn)品的噸電石消耗，同時(shí)回收的硅鐵品質(zhì)提高，為企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

安徽華塑采用濕法乙炔發(fā)生和干法乙炔發(fā)生相結(jié)合的技術(shù)， 回收乙炔氣回用于PVC 生產(chǎn)系統(tǒng)，清洗后的成品硅鐵外售，提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 本裝置安全、穩(wěn)定，工藝技術(shù)成熟可靠。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)廢棄物產(chǎn)生，對(duì)于實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益都有著重要的意義。