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电石炉气的净化工艺及其应用

发表时间：2020/9/27 来源：《基层建设》2020年第17期作者：滚海波

[导读] 摘要：电石炉煤气采用干法净化除尘技术回收煤气，避免了湿法回收时产生CN而造成对水的污染，同时净化后电石炉煤气资源的合理配置和综合利用，减少了项目的建设投资和运营成本，提高了产品竞争力，为企业创造最大利益。

        新疆中泰化学托克逊能化有限公司
        摘要：电石炉煤气采用干法净化除尘技术回收煤气，避免了湿法回收时产生CN而造成对水的污染，同时净化后电石炉煤气资源的合理配置和综合利用，减少了项目的建设投资和运营成本，提高了产品竞争力，为企业创造最大利益。
        关键词：电石炉气，净化工艺
        引言
        电石是重要的基础化工产品，于19世纪末工业化生产。随着PVC行业的迅速发展和电石新用途的出现，电石的主要生产装置电石炉由落后的开放炉、内燃炉向大型密闭电石炉转变，容量由几百千瓦向几万千瓦升级，单台炉的年产量由几百吨发展到十几万吨，产业集中度在发电能力比较集中以及石灰石和焦炭、兰炭等资源较丰富的西北、西南等地区进一步提高，形成了一批规模化、机械化、自动化程度高的企业集团。
        一、电石工业及电石炉技术的发展状况
        电石做为重要的化工原料，广泛应用于化工、冶金、医药等诸多领域。电石为煤炭化工的中间产品。随着国民经济的不断增长，尤其PVC需求量的迅速增加，电石的需求量也在不断地扩大。我国具有丰富的煤炭资源，为电石生产提供了充分的原料保证。特别是近年来石油价格的飞速上涨，导致石油化工生产成本不断升高，与石油化工相比，煤炭化工已不断呈显其自身优势，使得电石工业迅猛发展。电石生产的主体设备为电石炉，电石炉在电炉种类的划分中属埋弧电炉（或矿热电炉），与一些铁合金电炉属同一种类。我国是一个煤炭大国，同时也是一个电石生产大国，国内有大型电石生产骨干企业五、六十家，中、小型电石企业更多至几百家，电石生产设备主要以中、小型开放式电石炉为主，大型密闭式电石炉占有量相对较少。在今后的电石工业发展中，将以大型节能、环保型密闭电石炉为主。我国老式电石炉主要是在前苏联技术上发展起来的。国际上以前电石炉技术比较先进的外国公司主要有挪威埃肯公司、德国西马克•德马格公司以及日本钻石公司等，我国曾在20世纪70年代初期从日本钻石公司引进35MVA密闭式电石炉技术，20世纪80年代分别从挪威埃肯公司引进25.5MVA密闭电石炉技术、从德国西马克•德马格公司引进多种容量大型铁合金电炉技术。20世纪末期，由于国际上石油法化工发展迅速，电石法化工发展较为缓慢，国际上提供电石炉设备技术的一些大公司在此方面技术上发展也相对较为缓慢，特别是日本钻石公司等现在已基本退出电石炉技术开发研究领域。
        二、改造前净化工艺
        在原净化系统试运行的一个月中，由于设计、设备、工艺都存在缺陷，净化系统经常停车，炉气烟囱直排放空，导致电石炉生产负荷无法提升，直接影响电石产量，影响企业经济效益；另一方面，炉气直排造成环境污染，存在严重环保问题；此外，电石炉尾气不能全部送到上游原料车间供石灰窑煅烧石灰，也浪费了资源。半密封炉和全密封炉的出炉高温烟气，经空气冷却到400℃，用引风机送至除尘器的下部，经除尘分离后，送入烘干炉内，烟气与兰炭进行热交换，使兰炭中部分水分蒸发，水含量降低；水蒸气和烟气从烘干炉顶部出来，出炉的烟气进入湿式除尘器经除尘分离后，用引风机送至锅炉、石灰窑和其他地方作为燃料使用；燃烧后产生的尾气引入电石渣中，使电石渣中的氢氧化钙和尾气中的二氧化碳反应生成碳酸钙或碳酸氢钙，作为生产氧化钙的原料。
        三、电石炉气利用技术与应用
        1.目前，国内现有的全密闭式电石炉气的除尘和利用技术可归纳为3种。湿法回收电石炉气后再利用技术。该技术的主要特点是：快速洗涤、易于熄火，在很短时间内就可使高温炉气降到饱和温度；温度降低后可使焦油硬化、析出。国内有3家全密闭式电石炉使用厂家较早地采用了湿法回收炉气技术。

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通过不断改造，湿法净化回收利用工艺已经比较成熟，但仍存在以下不足：工艺较复杂，系统的气密性要求高，安全隐患较多；动力消耗大，维护费用较高；占地面积大；排出的含氰废水会造成二次污染，不能达到环保要求，也不符合循环经济的要求。直接利用后再除尘技术。我国较早利用全密闭式电石炉气作为燃料直接燃烧的有杭州电化集团有限公司等。该工艺利用电石炉气在余热锅炉内燃烧，使气体及灰尘中的氰化物全部分解，并使灰尘的物理性质发生变化，由原来的疏松、轻、黏变成了结构密实、重、黏性降低，其除尘方式等同于国内成熟的锅炉除尘工艺，可使除尘难度大大降低，并解决了氰化物的污染问题。国内多家企业采用这种技术，利用锅炉产生蒸汽或发电。
        2.化工利用是电石炉气资源综合利用的最好途径，目前主要集中在制甲醇、醋酸、乙二醇、甲酯等产品。在电石法PVC生产中，氯化氢和乙炔合成氯乙烯时，为了避免氯化氢中的游离氯和乙炔发生爆炸，参加反应的氯化氢一般要过量5％～10％。氢气和氯气合成氯化氢时，氢气也要过量5％～10％。而氯化钠电解时，产生的氯气和氢气量是相同的，这样就会导致氯气过剩。安志明等口1提出将电石炉气回收后经过等温变换、变压吸附等工艺分离出氢气，用于氯化氢合成，从而消除氯化钠电解中过量的氯气。国内湿法洗气净化技术源于前苏联，最早用于原吉林电石厂。其工艺流程为：电石炉气经过抽出管、顺流塔、逆流塔、沉降槽再经过洗气机进一步洗气（洗气机为单层齿棒结构），经过洗气净化可以达到排放标准。含氰污水经过处理循环使用，沉降的含氰污泥送到本厂水泥厂。
        四、电石炉气回收利用的制约因素
        电石炉气成分复杂，净化提纯难度大，国内外目前可供选用的真正成熟、可行且可工业化生产的工艺技术很少，缺少先进成熟的深度净化技术。在没有成熟可靠的工艺技术和产业化示范装置的情况下，企业不愿冒风险试验炉气回收装置HJ，目前部分企业只是将电石炉气进行简单处理后，用作发电、锅炉、石灰窑的燃料；此外，国内原有的部分电石生产企业布局分散，密闭电石炉所占比例低、规模小，配套电石炉气回收而建设的甲醇、合成氨、甲酸钠、二甲醚等装置因规模过小，其单位产品能耗较高，装置基建消耗较大，产生的经济效益较小，使电石炉气回收利用的经济、节能、环保效益大打折扣。深度净化技术、电石装置规模、炉气下游产品的研究开发都是电石炉气回收利用的瓶颈，严重制约着电石炉气的资源化利用。炉气湿法净化装置除喷淋塔、洗涤塔外，还需配套建设循环水处理系统。循环水中含有少量的油、酚和氰化物，采用氧化剂次氯酸钠对部分循环水进行处理。正常生产时循环水系统的污水不外排；应急排放时加人次氯酸钠作为氧化剂，碱式氯化铝（粉状）作为混凝剂，阴离子型聚丙烯酰胺作为絮凝剂。生产过程产生含氰污水，需要进行消氰处理，在消氰处理中加氯，系统设备腐蚀较重，污泥需要经过多级沉淀及过滤，因此该方法工艺流程长，占地面积大。
        结束语
        当前，电石生产行业电石炉开工率偏低的主要因素除市场行情不稳外，更多是来自于生产装置的运行不稳定，其中炉气净化系统的袋式除尘器发生“烧袋”或“糊袋”等事故是导致部分电石炉开工率偏低的主因，电热炉法生产铁合金、黄磷、氮化钙、碳化硅等装置也存在类似问题。除尘器滤袋不定期被炉气产生的异常温度摧毁，从而导致以电石为基础的纵向生产企业不能正常生产。经电石炉炉气净化系统的实际运行情况和除尘器的运行理论推论得知，采用使用温度更高的多孔陶瓷滤芯可有效避免袋式除尘器频繁出现的“烧袋”或“糊袋”等事故，同时还会给生产企业带来可观的经济效益。
        参考文献：
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        [3]张云洁，安志明，李朝阳．新装置新技术在氯碱项目中的应用[}]．氯碱工业，2015，41（2）：7—9．