密闭电石炉尾气煅烧活性石灰研究--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

密闭电石炉尾气煅烧活性石灰研究

发表时间：2021/5/12 来源：《基层建设》2021年第1期作者：胡国峰

[导读] 摘要：电石工业是我国的重要产业，其中生产工艺在很大程度上决定经济效益、生产效率。

        新疆圣雄电石有限公司新疆吐鲁番市 838100
        摘要：电石工业是我国的重要产业，其中生产工艺在很大程度上决定经济效益、生产效率。如今在密闭电石炉生产过程中，尾气处理是一项难题，高温、易燃易爆、包含大量一氧化碳的尾气不可直接排放到空气中，若按照国外通用方法进行收集，则成本过高，会为企业增加负担。因此，必须探讨适合我国国情的处理方法。本文针对密闭电石炉尾气特征进行详细分析，指出其中主要组分，并提出有效的尾气回收利用方案，希望能够提供借鉴。
        关键词：密闭电石炉；为其煅烧；活性石灰；研究
        电石是我国工业中的重要原料，可作为石油替代品用于PVC生产，在工业生产中，电石制造工艺会产生大量主要成分为一氧化碳的尾气。如今随着行业的不断发展，密闭电石炉逐渐成为主要生产设备，但其在闭炉状态下运转时产生的一氧化碳很难直接回收利用，本文对此进行详细分析，给出密闭电石炉尾气煅烧活性石灰的有效策略。
        一、电石概述
        工业电石中，碳化钙质量分数为65%-85%，其余为各类杂质。其中氧化钙约占15%，碳约占1%，二氧化硅、氧化镁、氧化铁、氧化铝等共占3.8%左右，其余则为磷硫等。在化学中，纯净碳化钙为接近无色的透明晶体，工业中则为块状固体，外观色泽根据碳化钙含量变化而改变，多呈现灰白色或棕黄色，如碳化钙含量达到一定水平，会呈现紫色，断面一般为灰色，长期在潮湿环境中存放后，变为灰白色。电石密度与碳化钙含量呈负相关；熔点同样与纯度有关，纯净物熔点为2300°C，工业电石熔点接近2300°C；其不溶于任何溶剂，但可与水剧烈反应，释放大量热，生成易燃易爆的乙炔气体，由于含有杂质，在与水反应时还会释放诸如砷化氢、磷化氢等有毒气体，具有一定危险性。碳化钙导电性优良，因此电石也是良好的电导体，其性能同样受到纯度影响，碳化钙含量越高，导电能力越强，当碳化钙含量高达94%时，比电阻为450欧姆/平方厘米；含量在65%-70%时，性能最差。电石化学形式十分活泼，除了与水反应外，还能在不同条件下与氮气、氯、硫、氨、浓硫酸等多种物质反应。其用途广泛，能够用于生成石灰氮、乙炔，可作为脱硫剂用于提纯钢铁，生产制造高质量钢，或合成多种常见工业材料，是我国工业中不可或缺的一类物质[1]。
        二、密闭电石炉生产工艺简介
        1、电石生产原理
        工业上生产电石主要以生石灰、碳素材料作为原料，投入电石炉中充分混合，搅拌均匀，利用电路内的电弧热、电阻热升温至1800°C-2200°C，在熔融状态下得到液态碳化钙，其中溶解了过量的原料与杂质，炉气（主要成分为一氧化碳）则逸散。该反应可逆，因此可通过升温降压、排出炉气来促进反应向正方向进行，但当温度过高，超出2200°C时，会引发二次反应，使生成物分解，因此要控制温度。理论上，生成1t发气量为300L/kg的电石需要消耗1630KWh，但在实际生产中，由于能量损耗、设备局限性、无法提供理想环境等，最终消耗的能量远高于计算值。在电炉熔炼环节，炉料配比大致为石灰：炭材=100:65-70（干基），可根据对产品的需求、原材料成分、炉况等进行调整与优化。电石炉有两种工作状态，即开炉与闭炉，后者为标准运行方式，指的是不与外界互通、阻止外界空气进入炉内，内部压力为微正压，由排气系统抽取和排出炉气。在闭炉运行中，炉气包含大量易燃易爆的一氧化碳，因此必须配备一氧化碳检测器、完善的报警系统[2]。开路运行时，空气能够进入电石炉，一氧化碳在炉内燃烧产生高于600°C的高温，炉气主要成分为二氧化碳。
        2、各项参数与物质组分
        密闭电石炉中会产生大量尾气，其组分（体积分数）为：一氧化碳约占90%-95%，氢气大约为2.5%，二氧化碳为2.5%，甲烷为1%-2%，氮气为1%-2%，氧气约为0.2%-0.6%，其中粉尘含量约为50-150g/Nm3，炉气体积约为2400-2800Nm3/h；炉尘的主要成分为：碳约占10%-25%，氧化钙约占30%-50%，氧化镁约占1%-5%，温度大约在250-350°C。由于电石暴露在潮湿空气中或直接接触水时容易发生燃烧、爆炸，因此，必须使用特殊的干燥包装袋或桶进行密封。投入到密闭电石炉中的生产原材料也具有特殊要求，其中石灰要求有效成分氧化钙的质量分数大于92.5%，二氧化硅低于1.101%，残留二氧化碳低于2%，气孔率（%）一般大于35、强度大于80kg/cm2。焦炭中有效成分固定碳重量分数要求大于84%，灰份小于15%，水分小于1%，硫含量低于5%，磷含量低于0.05%，粒度要求为：5-25的占据85%，大于25的占比应当小于等于10%，低于5的应当小于等于5%。机兰炭中，要求固定碳重量分数高于86%，灰份低于10%，水分低于1%，硫含量少于0.5%，磷含量低于0.04%。电极糊中，要求固定碳质量分数高于80%，灰份小于等于4.5%，挥发份小于等于12-14，粒度小于80，软化点（°C）在90-120之间，抗压强度高于17Mpa。
        三、密闭电石炉尾气煅烧活性石灰研究
        1、密闭电石炉尾气成分
        经实践检测得知：密闭电石炉尾气中一氧化碳含量高达74-85%，粉尘粒径分布为：

        由上可知，尾气具有易燃易爆特性，包含大量粒径较小的粉尘，且半数以上粉尘粒径小于10微米。
        2.密闭电石炉尾气回收相关研究
        目前国内外针对密闭电石炉的尾气回收开展了大量研究，得出不同结论。国外能够自主研发生产高品质耐高温、耐火材料，因此可将其直接作为回收尾气的材料，在焦油不析出的情况下回收尾气，整个过程中对耐高温材料具有较高要求。但对于国内厂家而言，耐高温材料需进口，致使生产成本大幅提升，因此只有极少数厂家和企业选择采纳直接收集法进行尾气处理。更多的则是采用干湿两种方法，后者将尾气通入洗涤塔进行降温并除去其中粉尘，但最终得到的尾气过于潮湿，不能进行石灰石煅烧，且尾气中的氰根无法去除，因此也不能直接排放，要对冷却水进行二次处理；后者指的是采用旋风除尘，可省略降温步骤，但若是粉尘浓度过高、粒径过小，实际效果不能尽如人意，因此在电石炉尾气回收中，能够起到的作用相当有限[3]。
        3.密闭电石炉尾气回收方案
        针对上述讨论结果，拟采用分级管道式冷却的袋式除尘法来处理尾气，将气体进行冷却，使温度降到180°C-260°C，再利用布袋除尘。该方法的成本较低且效果优良，如今市面上常见的耐高温袋式除尘器即可满足使用需求。安全起见，为避免尾气发生燃烧或爆炸，决定使用水、惰性气体先后进行两级尾气冷却，惰性气体如氮气不与尾气中的任何成分反应，混合后也不会改变尾气性质，因此不会引发安全事故。另外，袋式除尘器种类、型号丰富，有专门的安全设计与保护措施，可满足生产流程的安全需求。先采用水冷，将尾气温度降到280°C-360°C，为避免冷却系统内部结垢，影响整个流程，应使用脱去硅酸盐的水[4]。之后，采用氮气进行二级冷却，将气体温度控制在220°C-260°C，再通入袋式除尘器。最后，将所得气体输送到储存罐或进行加压处理、送入石灰窑燃烧器中即可。
        结束语：随着环保意识的深入普及，工业必然迎来重大改革，密闭电石炉尾气煅烧活性石灰技术能够有效对尾气进行回收利用，降低处理污染成本，提高生产效能，应当得到推广。
        参考文献：
        [1]马川. 电石生产工艺过程的设计与优化[D].西安建筑科技大学,2018.
        [2]李明禄.尾气的循环利用[J].科技资讯,2014,12(12):56.
        [3]马小刚,范永霞.套筒窑在电石炉尾气煅烧石灰工艺中的应用[J].工业炉,2012,34(01):14-17.
        [4]梁军,王琳,乔斌,王凯.密闭电石炉尾气煅烧活性石灰研究[J].化学工程与装备,2009(11):70-71+25.