電石爐氣利用新途徑的研究

唐 勇

(貴州水晶有機(jī)化工(集團(tuán))有限公司有機(jī)廠)

節(jié)能技術(shù)

電石爐氣利用新途徑的研究

唐 勇*

(貴州水晶有機(jī)化工(集團(tuán))有限公司有機(jī)廠)

以電石爐爐氣進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)電，投資效益好，是爐氣利用新途徑。這種燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)已國產(chǎn)化，成熟可靠，具有投資小、占地少、建設(shè)期短的特點(diǎn)，符合我國現(xiàn)行產(chǎn)業(yè)政策，是我國鼓勵(lì)發(fā)展的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目。

電石爐 爐氣 燃?xì)獍l(fā)電 節(jié)能 環(huán)保

0 前言

我國是煤炭資源豐富的國家，煤種齊全，同時(shí)也是焦炭、電石生產(chǎn)及消耗大國之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年我國電石產(chǎn)量為1 503.3萬t，產(chǎn)生的電石爐氣超過150億m3。目前爐氣的處置方式主要以爐氣直排或點(diǎn)火炬為主，不僅浪費(fèi)了大量能源，也造成環(huán)境污染。由于電石爐爐氣成分復(fù)雜，凈化提純難度大，因而電石爐爐氣回收利用率一直很低。我國電石爐爐氣的利用量約為15億m3，利用率不足10%。每年損失約240萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)排放約1 200萬t二氧化碳。研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)合理、工藝技術(shù)可行的電石爐爐氣利用途徑，迫在眉睫。

目前，電石的主要用途以電石生產(chǎn)乙炔為主，再由乙炔合成生產(chǎn)PVA。我國PVA生產(chǎn)廠家共有13家，其中有10家為電石法生產(chǎn)PVA。因此，電石法生產(chǎn)PVC將在我國存在一個(gè)長時(shí)期的 “牛市”。

1 電石生產(chǎn)原理

電石生產(chǎn)采用電熱法工藝，以生石灰 （CaO）和焦炭 （C）在埋弧式電石爐內(nèi)，通過電阻電弧產(chǎn)生的高溫反應(yīng)制得，同時(shí)生成大量的副產(chǎn)品一氧化碳 （CO）。

電石生產(chǎn)的基本化學(xué)原理：

由上式可見，電石生成反應(yīng)中投入3mol的C，其中2mol生成CaC2，其余的則形成CO，消耗了1/3的炭素材料。

不同爐型的電石爐產(chǎn)生的爐氣參數(shù)不同，以密閉式爐為例，其產(chǎn)生的爐氣溫度、爐氣量及粉塵等詳見表1，爐氣中粉塵的化學(xué)成分詳見表2。

表1 密閉式爐爐氣參數(shù)

表2 電石爐煙氣中粉塵的化學(xué)成分

2 密閉電石爐爐氣利用途徑

隨著環(huán)境保護(hù)的重視及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，國家對(duì)能源的節(jié)約及環(huán)境保護(hù)的要求更加嚴(yán)格，電石生產(chǎn)不得不尋求新途徑，向高效、節(jié)能、環(huán)保型的方向發(fā)展，形成煤、鹽、電、堿、電石、PVC、水泥、CO利用的循環(huán)一體化發(fā)展趨勢。目前電石爐爐氣的利用主要有以下幾種。

2.1 用做電石生產(chǎn)的熱源燃料

電石屬高能耗產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程中的石灰燒制、焦炭干燥等都需要大量的熱源。采用電石爐爐氣做熱源燃料，可就近利用電石爐爐氣進(jìn)行石灰的燒制及焦炭的干燥，直接降低能耗，達(dá)到節(jié)能減排目的。目前，國內(nèi)已有多家企業(yè)采用該技術(shù)。

2.2 用做化工原料

發(fā)展 “碳一”化學(xué)。一氧化碳是一種用途廣泛的化工原料，可以生產(chǎn)甲醇、甲酸、甲酸甲酯、二甲醚、甲醛以及聚乙烯、聚丙烯等化工產(chǎn)品。

目前國內(nèi)已成功建成生產(chǎn)甲酸鈉、合成氨的裝置，具體情況詳見表3。

表3 國內(nèi)電石爐爐氣利用情況

密閉式電石爐爐氣經(jīng)過凈化脫塵、脫雜質(zhì)后，將一氧化碳提濃，然后合成甲醇,目前該項(xiàng)技術(shù)已很成熟。由甲醇合成二甲醚的技術(shù)也很成熟，這種合成生產(chǎn)二甲醚技術(shù)叫 “兩步法”。目前已發(fā)展了“一步法”合成二甲醚技術(shù)，即由CO與H2的合成氣通過既有合成甲醇功能又有脫水功能的雙功能催化劑，在催化劑的協(xié)同作用下直接合成二甲醚。其反應(yīng)式如下：

2.3 爐氣余熱綜合回收發(fā)電

爐氣余熱回收發(fā)電過程采用三級(jí)除塵技術(shù)。首先將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量爐氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)輸送至重力除塵器進(jìn)行一級(jí)除塵，除去＞50μm粉塵。二級(jí)除塵采用旋風(fēng)除塵器進(jìn)行，除去10～50μm粉塵。二級(jí)除塵后的爐氣輸送至熱風(fēng)爐，經(jīng)一次配風(fēng)，充分燃燒掉爐氣中的CO,再經(jīng)二次配風(fēng)使?fàn)t氣溫度降低到600～800℃，送至余熱鍋爐進(jìn)行熱交換，爐氣溫度控制在200℃。出爐爐氣 （CO氣體已充分回收）送至袋式除塵器，進(jìn)行三級(jí)除塵，除去0.2～10μm粉塵，使?fàn)t氣排放達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

密閉電石爐爐氣余熱回收發(fā)電系統(tǒng)包括水處理系統(tǒng)、給水除氧系統(tǒng)、廢熱回收系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組、熱工儀表及自動(dòng)保護(hù)報(bào)警系統(tǒng)。

以上爐氣回收利用技術(shù)投資較高，設(shè)備復(fù)雜，工藝流程長，爐氣的回收使用率低、熱效率低。

3爐氣回收利用新技術(shù)——燃?xì)獍l(fā)電

根據(jù)密閉爐爐氣特性，可以采取措施，綜合利用爐氣及其爐氣所帶熱能 （600～800℃），提高爐氣的利用率和熱效率。密閉爐爐氣先通過兩級(jí)干法除塵，進(jìn)行熱量回收利用，再進(jìn)入濕法脫塵水洗工藝，使最終氣體含塵量低于10mg/m3，這樣就可將爐氣用于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電。

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電效率比較高。此外，其設(shè)備集成度高，安裝快捷。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)對(duì)氣體中的粉塵要求不高，基本不需要水，設(shè)備的單位千瓦造價(jià)也比較低。因此燃?xì)獍l(fā)電機(jī)投資小、占地小、建設(shè)期短 （一般3個(gè)月能建成投產(chǎn)）、發(fā)電成本低。其工藝流程見圖1。

圖1 爐氣發(fā)電利用工藝流程

目前燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)自主研發(fā)的單臺(tái)機(jī)組以500 kW的為主，1 000 kW的機(jī)型正在試制過程中。國外有2 000 kW以上的機(jī)組，但價(jià)格昂貴。以國產(chǎn)設(shè)備投資為例，我公司電石廠設(shè)計(jì)能力為10萬t，每年產(chǎn)生爐氣約4 000萬m3，可供500 kW的機(jī)組15臺(tái)發(fā)電，年發(fā)電量約6 000萬kWh，同時(shí)每小時(shí)副產(chǎn)7.5 t不飽和蒸汽。建設(shè)投資約2 250萬元，按目前居民用電價(jià)格每kWh為

TQ 16

*唐勇，男，1979年6月生，工程師。清鎮(zhèn)市，551402。