电石炉尾气的资源化利用

电石炉尾气的资源化利用

张同心

新疆中泰创新技术研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830023

摘要：电石炉尾气产量巨大，是十分宝贵的资源。通过用作燃料、利用余热、提取CO、生产化工产品等方式实现电石炉尾气的资源化利用，不仅减少碳排放，也提高了企业收益。

关键词：电石炉；尾气；热量；化工产品，资源化利用

电石是有机合成工业重要的基本原料，主要通过氧化钙和焦炭在高温下反应得到，同时产生大量的电石尾气和粉尘，每生产１吨电石要产生４００～６００ｍ^３的尾气，尾气中含有５０～１５０ｇ／Ｎｍ^３的粉尘。电石炉尾气具有含尘量大、温度高、易析出焦油、易燃易爆、成分复杂、气体压力小等特点，因此输送、净化或提纯的难度大，回收利用困难。２０１４年修订的《电石行业准入条件》明确要求，新建或扩建电石生产装置必须采用先进的密闭式电石炉；电石炉炉气必须１００％回收和综合利用，鼓励用于生产高附加值的化工产品。在国家环保政策的指导下，推进电石炉尾气净化和资源综合利用是电石行业发展循环经济，提升行业技术水平，降低污染物排放的有效途径。国内主要电石生产厂家开展了经济合理、技术可行的电石尾气净化与资源化利用的研究和实践，并取得了成效。

1 电石炉气成分

工业电石是以石灰和炭素材料为原料，混合均匀后进入电石炉内，炉料凭借电弧热和电阻热产生1900～2200℃，原料熔融状态下反应制得。该反应是可逆反应，及时排出反应产生的CO，有利于反应的进行。因此，大量的尾气和粉尘被排出。以目前大力推广的密闭电石炉为例，尾气的典型组成为ＣＯ：７０％ ～９０％；Ｈ_２：５％～１５％；Ｏ_２：１％～２％：ＣＯ_２：１％～３％；Ｎ_２：３％～１０％和少量硫化物、磷化物、氰化物以及少量的气化焦油气等，并含有５０～１５０ｇ／Ｎｍ^３的粉尘^[1]。

2. 炉气利用

2.1 热能利用

热能利用是指对电石炉尾气的显热和潜热进行综合利用的一种方式，具有工艺简单、操作方便的优点。密闭电石炉对炭材水含量要求十分严格，炭材入炉前必须进行干燥，含水质量分数在1．5％以下。烘干炭材所需的热量由沸腾炉供给，沸腾炉可使用煤粉和电石炉烟气两种燃料。电石生产企业将尾气进行净化处理后作为烧制石灰、烘干炭材的燃料，也可以用于燃气发电机进行发电，既节约了能源，又消除了环境污染。但是，电石炉尾气燃烧后产生CO₂，即增加了温室气体排放，也导致碳源流失严重。

电石炉尾气生成于炉料上方，一般温度为400~900℃，具有很高的利用价值。利用电石炉尾气中的余热通过锅炉产生蒸汽，实现热量利用。采用专用直立单锅筒自然循环烟道式余热锅炉以利用烟气热量，余热锅炉能够将烟气的温度降到250℃以下，所产生的蒸汽作为其他化工装置用汽。

2.2提取CO

西南化工研究院承担国家973计划“电石炉尾气净化与天然气高效开采应用基础研究”课题，与英力特化工公司合作，建成1套250m³／h电石炉尾气提纯制CO中试装置，该工艺装置是集成了催化脱氧，变温吸附(TSA)预净化，脱除硫、磷、砷、氟、氯化物，变压吸附(PSA)等工艺的提纯CO的全流程^[2]。

北大先锋科技有限公司开发的“密闭电石炉烟气提纯CO技术”将预处理后的电石炉尾气送入变压吸附(PSA)装置，采用专用吸附剂，CO被吸附，解吸后获得纯度98％以上的CO产品气。可根据需要生产需要，对CO进行变换，提高H₂的比例，在PSA-H2工序，获得纯度99%以上的H₂^[3]。

2.3 提取CO₂

聂辉^[4]以电石炉气净化后产生的富含二氧化碳的烟道气为研究对象，采用活性炭、水解催化剂加氧化锌去除烟道气中的硫化氢及羰基硫，用分子筛去除烟道气中的水蒸气，采用低温精馏的工艺方法去除剩余的氮气及氢气，获得高纯度的二氧化碳。

2.4 生产化工产品

电石炉尾气中富含CO和H₂，两者之和占80%左右，CO和H₂均是重要的化工原料。电石炉尾气经过净化、分离和提纯获得高纯的CO，可以用来制备甲醇、甲酸、甲酸甲酯、碳酸二甲酯、甲醛、聚甲醛等重要的C1化工产品。

国内有电石生产企业以电石炉尾气为原料，采用变压吸附提纯CO，进而制取乙二醇，装置运行负荷超过90%，乙二醇优级品率超过90%，产品纯度94%。

电石炉气的成分决定了采用醇-氨联产工艺更合理，炉气的利用率更高。采用净化后的电石炉尾气生产甲醇联产合成氨，产品成本低，与国内先进的煤制甲醇工艺相比，成本降低50%以上；与常规法处理电石炉尾气相比减少了CO₂排放量60%以上。

甲酸钠是一种化工原料，生产方式是将电石炉烟气净化，得到高浓度、尘含量低的CO气体，其与氢氧化钠溶液在160—200℃的高温以及2MPa压力作用下，在反应器中生成甲酸钠，经蒸发浓缩获得成品甲酸钠^[5]。

利用电石炉尾气提取的CO可生产甲醇下游产品，主要有甲醇羰基化合成碳酸二甲酯和甲醇羰基化合成醋酸。

2.5 净化灰的利用

电石炉尾气通过水冷净气烟道进行初步降温后进入炉气净化装置。净化后得到的固体物为净化灰。净化灰，外观呈深黑色，在净化灰仓中温度一般在80-100℃左右，细度大，10μm以下粒径占有约80％左右，含有大量炭材粉末、氧化钙粉末以及少量的电石粉末、硫、磷等。由于净化灰含钙高，可替代石灰石生产水泥，在国内已有较为成熟的工艺。

江军^[6]研究了将净化灰用作电厂燃料和电石生产过程中碳材烘干的燃料：将净化灰增湿后加入助燃剂、粘结剂，将其加工成5mm大小米粒状颗粒，送至电厂煤场进行掺混，最终送至电厂锅炉内进行掺烧；将净化灰进行集中收集，用氮气作为动力气源，将其通过管道密闭输送送至炭材烘干窑焚烧，产生的热量用于烘干碳材。经过实践和综合对比，以净化灰替代兰炭末用于烘干炭材原料的方法具有环保、经济、安全的特点。

3 结语

我国电石产量巨大，电石炉烟气是十分宝贵的资源。目前，对电石炉烟气的利用还集中在用作燃料，用作原料开发附加值更高的化工产品是趋势。电石生产企业要调整产业结构，延伸产业链，加强对CO和CO₂化工下游化工产品的研发，提高电石炉烟气的利用效率。

参考文献：

1. 刘安花，刘泰安，牛丽慧等.国内电石炉尾气净化与综合利用研究进展.广州化工，2014，42，（14）:15-17）

2. 邓建民等.电石炉烟气的处理及综合利用[J].聚氯乙烯，2016，44，（9）:40-43.

3. 赵丹，耿云峰．电石炉尾气分离提纯CO技术研究[J]．中国石油和化工，2013(9)：50-51．

4. 聂辉.电石炉气净化产生烟中二氧碳回收工艺的设计与优化.石河子大学硕士学位论文.2019

5. 姜洪远．关于电石炉尾气生产甲酸钠技术的研究[C]．第四届电石行业健康发展论坛暨电石行业技术交流会论文辑，2008：81-86．

6. 江军.电石炉净化灰回收利用工艺技术研究.北京化工大学硕士学位论文.2015.