電石渣脫硫劑的應(yīng)用

王霞，黃延?xùn)|

(內(nèi)蒙古三聯(lián)化工集團(tuán)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110)

電石渣是工業(yè)電石(CaC2)生產(chǎn)乙炔氣時產(chǎn)生的廢渣，主要成分是Ca(OH)2。內(nèi)蒙古三聯(lián)化工集團(tuán)(以下簡稱三聯(lián)化工)現(xiàn)有PVC裝置生產(chǎn)能力40萬t/a，滿負(fù)荷生產(chǎn)時每年可產(chǎn)生電石渣(干基)60萬 t左右。

用電石渣代替石灰石生產(chǎn)水泥是目前電石渣綜合利用中較為徹底、技術(shù)上也較為成熟的方法。三聯(lián)化工也曾考慮建設(shè)一套利用電石渣生產(chǎn)水泥熟料生產(chǎn)線，但隨著國家對水泥產(chǎn)業(yè)的調(diào)控，該項目未能實施。因此，三聯(lián)化工產(chǎn)生的電石渣主要是補貼運費送至周邊的水泥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)水泥，但是隨著國家一系列環(huán)保政策的實施，原有的一些不符合產(chǎn)業(yè)政策的小水泥廠被關(guān)停，未被關(guān)停的水泥廠也是開開停停，導(dǎo)致電石渣成為制約三聯(lián)化工發(fā)展的最大障礙。

與此同時，我國煙氣脫硫工藝主要采用石灰石或生石灰作為脫硫劑,但是石灰石、生石灰價格比較高,運行成本占脫硫裝置的30%～35%。

因此，三聯(lián)化工在做了大量的市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，最終選定利用電石渣生產(chǎn)鍋爐煙氣脫硫劑。

1 電石渣脫硫劑替代石灰石、石灰脫硫劑的意義

1.1 解決電石渣的污染問題

據(jù)統(tǒng)計，2016年國內(nèi)電石生產(chǎn)能力達(dá)到4 500萬t/a，電石產(chǎn)量為2 730萬t。按每耗1 t電石產(chǎn)生廢渣1.5 t計算，2016年產(chǎn)生的電石渣高達(dá)4 000萬t。近幾年來，很多新上聚氯乙烯項目都配套建設(shè)了電石渣制水泥項目，很多老企業(yè)也在積極開發(fā)電石渣再利用項目，但是仍然有大量的電石渣不能被消化利用，這些電石渣日積月累、堆積如山，不僅占用寶貴的土地資源，而且電石渣粒度小，長時間堆放后極易風(fēng)干起飛灰，對周邊環(huán)境造成的污染很大，屬于大宗工業(yè)固廢。

1.2 減少石灰石資源開采對地質(zhì)環(huán)境的影響

石灰石是不可再生資源，根據(jù)2008年國家發(fā)展與改革委員會的預(yù)測，我國石灰石資源可開采年限為30年。礦產(chǎn)資源的持續(xù)利用與發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，同時也是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動力，因此國家出臺石灰石限采政策是遲早的事。

因此,利用電石渣做脫硫劑可以通過鈣資源的循環(huán)利用，減少石灰石資源開采對地質(zhì)環(huán)境的影響。

1.3 減少CO2的排放

目前我國在脫硫劑的選用上，主要是采用鈣吸收法。無論是采用CaCO3還是CaO或Ca(OH)2作為最終的脫硫劑，其共同的原料都是石灰石。所以無論是直接用石灰石粉還是煅燒成CaO或Ca(OH)2使用，都會在不同階段釋放出CO2，都會增加碳排放量。石灰石—石膏工藝每脫除1 t SO2，同時產(chǎn)生CO2約0.69 t，而電石渣—石膏工藝不副產(chǎn)CO2。

從目前電廠脫硫運行情況來看，每生產(chǎn)1萬kW·h發(fā)電量，大約消耗電煤4 900 kg。按m(Ca)∶m(S)=2.1∶1、煤中的硫有90%轉(zhuǎn)化為SO2(灰渣帶走約為10%)、脫硫率98%計，處理1萬kW·h電量所產(chǎn)煙氣中的SO2，約需石灰石31 513 kg。呼和浩特市周邊電廠總裝機容量在770萬kW。據(jù)統(tǒng)計，2017年呼和浩特市火電發(fā)電量為300億kW·h，按此推算，脫硫須用石灰石約9 500萬t，CO2的排放量約4 200萬t。

因此，利用電石渣作為脫硫劑，不僅可以解決電石渣難處理的問題，還不存在石灰石煅燒副產(chǎn)CO2的問題。

1.4 降低脫硫成本

從電石渣的成分分析，電石渣用作脫硫劑時完全能起到與石灰石相同的作用。從某些方面講，電石渣的性能超過石灰石，例如折算Ca(OH)2純度、比表面積等。因此，電石渣用作脫硫劑，完全適應(yīng)各種脫硫工藝，而且原脫硫工藝流程不需任何變動。電石渣的粒度細(xì)、活性高、可磨性好，實際投運時可大大提高脫硫效率，降低脫硫成本。

2 電石渣脫硫劑與石灰石脫硫劑脫硫原理對比分析

2.1 爐內(nèi)干法脫硫原理對比

(1)石灰石(CaCO3)的脫硫反應(yīng)見式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

(2)電石渣的脫硫反應(yīng)見式(4)～式(7)。

(4)

(5)

(6)

(7)

(3)CaO的脫硫反應(yīng)見式(8)～式(9)。

(8)

(9)

2.2 濕法脫硫原理對比

(1)石灰石(CaCO3)的脫硫反應(yīng)見式(10)～式(14)。

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(2)電石渣的脫硫反應(yīng)見式(15)～式(19)。

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(3)CaO的脫硫反應(yīng)見式(20)～式(24)。

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

2.3 半干半濕法脫硫原理對比

半干半濕法的脫硫劑通常采用CaO，因此以下只分析CaO與電石渣脫硫原理的差異。

(1)電石渣的脫硫反應(yīng)見式(25)～式(28)。

(25)

(26)

(27)

(28)

(2)CaO的脫硫反應(yīng)見式(29)～式(33)。

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

從以上分析不難看出：無論是采用CaCO3還是CaO或Ca(OH)2，其共同的原理都是通過化學(xué)反應(yīng)，使鈣元素以Ca(OH)2形態(tài)與煙氣中的SO2反應(yīng)，生成CaSO3和CaSO4。因此可以說電石渣脫硫劑與石灰石脫硫劑脫硫原理是相同的。

3 電石渣脫硫劑用于爐內(nèi)脫硫的適用性分析

3.1 電石渣脫硫劑的優(yōu)勢

(1)電石渣脫硫劑有效成分比石灰石高。

目前，普遍使用的石灰石原料的設(shè)計參數(shù)見表1，三聯(lián)化工電石渣脫硫劑成分見表2。

表1 石灰石設(shè)計參數(shù)

表2 電石渣脫硫劑成分

由表2可以看出：CaO的折算質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%以上；而石灰石即使純度達(dá)到100%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)也僅為56%，因此相同質(zhì)量條件下電石渣的CaO含量遠(yuǎn)高于石灰石。

(2)電石渣的比表面積高于石灰石。

電石渣表觀密度為550 kg/m3，中位粒徑為27.13 μm，平均粒徑為52.46 μm，粒度較常規(guī)使用的爐內(nèi)脫硫石灰石粉明顯偏細(xì)，所以電石渣的比表面積高于石灰石，反應(yīng)速度快，反應(yīng)能力強[1]。

3.2 電石渣脫硫劑的適用性分析

從以上分析不難看出，電石渣與石灰石相比有很大優(yōu)勢，具體用到實際脫硫中的適應(yīng)性分析如下。

(1)電石渣脫硫劑用于爐內(nèi)脫硫的適用性分析。

從爐內(nèi)干法脫硫原理對比不難看出：電石渣與石灰石用于爐內(nèi)干法脫硫均需要首先分解為CaO，脫硫劑的分解條件和分解速度就成為制約脫硫效果的首要因素。通過熱重分析試驗很容易得到石灰石和電石渣的分解情況，電石渣高于400 ℃即可發(fā)生分解,而石灰石的起始分解溫度一般在600 ℃以上。而且電石渣的分解反應(yīng)與SO2從煤中燃燒釋放接近同步，所以電石渣與SO2的接觸時間長于石灰石，反應(yīng)更充分。由此，電石渣的爐內(nèi)脫硫能力優(yōu)于石灰石。

(2)電石渣脫硫劑用于現(xiàn)有半干半濕法脫硫的適用性分析。

半干半濕法的脫硫劑通常是采用CaO，采用過熱蒸汽或者空氣作為輸送介質(zhì)。使用過熱蒸汽輸送脫硫劑和脫硫灰的特點是：石灰在輸送過程中與水蒸氣反應(yīng)，變?yōu)闈駨妷A性的Ca(OH)2，Ca(OH)2較CaO容易與煙氣中的SO2反應(yīng)；過熱的水蒸氣會激活粉煤灰中10%以上的潛在堿性物質(zhì)，使之變?yōu)橛谢钚缘膲A性物質(zhì)并參與脫硫反應(yīng)，在大大降低脫硫劑使用量的前提下，同樣能達(dá)到理想的脫硫效果；采用空氣輸送脫硫劑，由于沒有CaO消化環(huán)節(jié)，因而SO2的去除率低。

但是對于電石渣脫硫劑，由于其主要成分就是Ca(OH)2，因此用于半干半濕法脫硫系統(tǒng)不但可以進(jìn)一步提高脫硫效果，而且可以采用空氣輸送脫硫劑，從而可以提高CaSO3轉(zhuǎn)化為CaSO4的比例。

(3)電石渣脫硫劑用于現(xiàn)有濕法脫硫的適用性分析。

從2.2章節(jié)濕法脫硫原理對比不難看出：從技術(shù)原理上來說，以電石渣替代石灰石作煙氣脫硫劑是完全可行的，而且電石渣作為脫硫劑與SO2的反應(yīng)速度快。首先因為Ca(OH)2在水溶液中的溶解度為1.608 kg/m3，約為石灰石溶解度的10 000倍[2]；另外用電石渣脫硫時，由于Ca(OH)2分解生成的OH-與SO2水解反應(yīng)生成的H+反應(yīng)生成H2O，所以兩個反應(yīng)互相促進(jìn)，反應(yīng)速度很快，而石灰石的分解反應(yīng)會受到CO2逸出速度的影響，反應(yīng)速度相對會慢很多。

從以上分析不難看出，電石渣脫硫劑完全適用于現(xiàn)有的脫硫方法，已有的脫硫裝置可以不改變現(xiàn)有脫硫劑使用方法，只需減量替代即可。

4 電石渣脫硫劑生產(chǎn)工藝流程簡述

來自三聯(lián)化工電石渣臨時堆場的電石渣，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為23%，通過翻斗運輸車將其卸入電石渣倉。電石渣倉下部出料，經(jīng)喂料器進(jìn)行較準(zhǔn)確的計量后，通過皮帶輸送機喂入烘干錘式破碎機進(jìn)行烘干。烘干后的成品電石渣則隨熱煙氣進(jìn)入旋風(fēng)除塵器及布袋除塵器，經(jīng)過兩級除塵收集到的成品電石渣通過鏈?zhǔn)捷斔蜋C及斗式提升機入庫儲存。成品通過倉式泵氣力輸送至包裝機包裝入庫或散裝車運輸。

該工程控制烘干錘式破碎機進(jìn)口熱風(fēng)溫度在650～750 ℃，采用熱風(fēng)爐系統(tǒng)進(jìn)行加熱,系統(tǒng)排出的廢熱空氣送氯堿界區(qū)再利用。

5 電石渣脫硫劑應(yīng)用情況

三聯(lián)化工的電石渣脫硫劑項目第1期已于2017年6月投產(chǎn)運行，第2期已于2017年12月投產(chǎn)運行。所產(chǎn)電石渣脫硫劑在呼和浩特周邊被廣泛采用，受到用戶歡迎。電石渣脫硫劑在北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司金橋熱電廠、內(nèi)蒙古能源發(fā)電金山熱電有限公司等的濕法脫硫應(yīng)用中表現(xiàn)出脫硫劑使用量降低、副產(chǎn)石膏結(jié)晶好、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點；在久泰能源內(nèi)蒙古有限公司、內(nèi)蒙古阜豐生物科技有限公司等的半干半濕法脫硫應(yīng)用中表現(xiàn)出脫硫劑使用量降低、脫硫效率高等優(yōu)點。

6 結(jié)論

利用電石渣作為脫硫劑，一方面大大減少了電石廢渣的排放,降低了對環(huán)境的污染,具有很好的環(huán)境效益;另一方面提供價格低廉的脫硫劑,降低用戶脫硫運行成本,同時減少了石灰石礦的開采,降低了不可再生資源的消耗,對石灰石礦產(chǎn)資源進(jìn)行了有效保護(hù),另外還不存在石灰石、生石灰煅燒副產(chǎn)CO2的問題,具有良好的環(huán)境效益及社會效益。因此，利用電石渣作為脫硫劑是解決電石渣的污染問題、實現(xiàn)電石渣循環(huán)利用的良好途徑，具有以廢治廢、變廢為寶的優(yōu)點，值得電石法聚氯乙烯企業(yè)借鑒。