干法電石渣性質(zhì)分析及乙炔氣逸出行為研究

曹瑋儒　劉雪梅

摘要：聚氯乙烯（PVC）是一種應(yīng)用廣泛的化工產(chǎn)品，主要用于建筑材料、管材、薄膜、電線電纜等方面，我國(guó)PVC產(chǎn)能占全世界60%以上，2019年總產(chǎn)能達(dá)到2498×104t/a[1]。電石渣是聚氯乙烯行業(yè)電石法制乙炔氣過程產(chǎn)生的廢渣，生產(chǎn)1tPVC約排放電石渣1.5～1.9t（干基），造成國(guó)內(nèi)電石渣年產(chǎn)生量達(dá)到3000×104t/a。電石渣主要成分為Ca（OH）2及少量CaCO3，粒徑一般小于200μm，易于揚(yáng)塵造成大氣及粉塵污染，此外電石渣利用率較低，大量堆存造成鈣資源的浪費(fèi)，而電石渣的規(guī)?；{與有效利用將促進(jìn)上游產(chǎn)業(yè)的綠色持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：干法電石渣;乙炔氣;廢物處理;擴(kuò)散;平衡

1干、濕電石渣性質(zhì)分析

1.1干、濕電石渣儲(chǔ)存安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)

化工電石渣漿經(jīng)壓濾后，含水分約30%的渣進(jìn)入水泥生產(chǎn)線，除直接上料進(jìn)入烘干破碎機(jī)外，多余的料就儲(chǔ)存在堆棚內(nèi)做調(diào)整用。電石渣揮發(fā)物、渣漿、粉塵屬于強(qiáng)堿性物質(zhì)，對(duì)鋼構(gòu)、人體皮膚、呼吸道、眼睛有很強(qiáng)的腐蝕性。堆積時(shí)間長(zhǎng)了容易板結(jié)，無形中增加了勞務(wù)費(fèi)用，所以物料平衡是降本增效和安全環(huán)保的關(guān)鍵?；じ煞ㄒ胰埠?%～7%，含有少量的殘余乙炔，經(jīng)輸送設(shè)備進(jìn)入水泥六個(gè)電石渣儲(chǔ)存庫，如何調(diào)整出入庫是防止庫內(nèi)掛壁、控制殘余乙炔的措施。庫頂除塵器防止冬季結(jié)露，是保證庫內(nèi)安全環(huán)保運(yùn)行的關(guān)鍵。

1.2干、濕電石渣在使用過程中存在物料、熱量的不平衡性

兩條水泥生產(chǎn)線建成投運(yùn)后，1#線回轉(zhuǎn)窯采用三級(jí)預(yù)熱器，窯尾預(yù)熱器出口溫度550℃，窯尾管道連接兩臺(tái)電石渣烘干破碎機(jī)。由于烘干熱量不足，烘干渣量不能滿足窯的投料需求，而化工產(chǎn)生的濕渣又有富余。2#線回轉(zhuǎn)窯采用五級(jí)預(yù)熱器，預(yù)熱器出口溫度350℃，在窯尾干燥管內(nèi)烘干化工干渣工藝產(chǎn)生的電石渣，富余的熱量靠窯尾管道噴淋降溫，保護(hù)電袋除塵器的安全使用，造成熱量的損失。干法乙炔產(chǎn)生的電石渣不能滿足2#回轉(zhuǎn)窯的投料需要，加之化工干、濕乙炔產(chǎn)能調(diào)整有一定局限性，水泥兩臺(tái)窯干渣庫因設(shè)計(jì)工藝缺陷不能互用，出現(xiàn)干、濕電石渣物料和熱量的失衡。

1.3干、濕電石渣輸送過程中的弊端

濕渣經(jīng)輸送設(shè)備、喂料機(jī)進(jìn)入1#回轉(zhuǎn)窯尾烘干破碎機(jī)，利用窯尾余熱烘干后，通過旋風(fēng)分離器進(jìn)入成品干粉庫。濕渣在輸送過程中粘性大，料倉、下料溜管、烘干破碎機(jī)、喂料器、螺旋絞刀等設(shè)備設(shè)施易堵塞，在冬季易結(jié)露，嚴(yán)重影響正常運(yùn)行。干粉中矽鐵含量大，在輸送和除渣過程中易產(chǎn)生揚(yáng)塵。

2干法電石渣中乙炔氣逸出影響因素

考察外部環(huán)境變化會(huì)對(duì)干法電石渣和夾雜乙炔氣的相對(duì)狀態(tài)產(chǎn)生影響，一方面根據(jù)分子熱運(yùn)動(dòng)原理，環(huán)境溫度會(huì)對(duì)氣體分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有較大的影響，另一方面根據(jù)擴(kuò)散原理，外界機(jī)械振蕩可能在一定程度上使得乙炔氣逸出速率加快。因此首先考察了不同溫度（25、45℃）環(huán)境及機(jī)械振蕩條件對(duì)電石渣乙炔氣逸出行為的影響規(guī)律，環(huán)境溫度由室溫25℃升至45℃后乙炔逸出量有顯著提升，45℃條件下1h內(nèi)乙炔氣的逸出量與室溫相比從0.23m³/t提升到0.39m³/t，2h逸出量則由0.25m³/t提升到0.44m³/t，溫度升高對(duì)乙炔氣的逸出速率有明顯的促進(jìn)作用;另外一方面，1～2h的過程中，低溫環(huán)境下干法電石渣的乙炔氣逸出增量較高溫環(huán)境條件下小，表明低溫環(huán)境下干法電石渣中的乙炔氣逸出量小，且更快達(dá)到平衡。原因可能在于溫度較高時(shí)，氣體熱運(yùn)動(dòng)速率較快，相較于電石渣固體表面與氣體的黏附作用，乙炔可以更加有效地逸出;同時(shí)高溫狀態(tài)下殘余電石與體系中的水分能夠更快反應(yīng)，從而提高逸出量和逸出速率。在低乙炔夾帶情況下，振蕩對(duì)于乙炔氣的逸出沒有明顯作用，而在高乙炔夾帶情況下，振蕩使得乙炔的逸出有小幅提升，但總體來說機(jī)械振蕩對(duì)乙炔氣逸出行為的促進(jìn)或抑制作用不明顯。

3干法電石渣中乙炔氣高效逸散方案

由干法電石渣3h自然逸出行為規(guī)律可知，電石渣中乙炔氣在取出后1h內(nèi)快速逸出，因此考慮通過對(duì)干法電石渣在自然敞開體系中進(jìn)行晾置，實(shí)現(xiàn)夾帶乙炔氣的自然逸散，然后考察封閉體系中的干法電石渣乙炔氣逸出行為變化規(guī)律。干法電石渣在敞開體系晾置10min后封閉，乙炔氣逸出量大幅降低，晾置時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)至20min時(shí)，乙炔氣逸出量的減少趨勢(shì)不太明顯。從晾置后的乙炔逸出總量可以看出，經(jīng)過一段時(shí)間的敞開晾置，乙炔氣的逸出量由0.26mm³/t降低至0.07m³/t，晾置過程乙炔氣逸散73.16%，封閉體系中的乙炔氣濃度仍然會(huì)緩慢提升，并上升至爆炸極限濃度2.1%～80%（體積比）。為了能夠更好地為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中乙炔氣的儲(chǔ)運(yùn)和利用過程的安全風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避提供參考，模擬現(xiàn)場(chǎng)封閉體系中快速充氣和氣體置換行為，考察了前期敞開體系晾置和中間快速氣體置換相結(jié)合的方式對(duì)乙炔氣逸散的影響效果。

在乙炔氣大量快速逸出的1h內(nèi)，晾置30min相比直接密封操作，乙炔氣富集最高濃度降低50%，對(duì)乙炔氣逸出2h后的封閉體系進(jìn)行氣體置換，體系內(nèi)乙炔氣含量迅速降低，體系中乙炔氣總含量由直接封閉條件下的1.00m3/t降至0.09m3/t，逸散量達(dá)到91.40%，且經(jīng)晾置及氣體置換后體系內(nèi)乙炔氣濃度大幅下降，遠(yuǎn)低于乙炔氣的爆炸極限濃度。自然狀態(tài)下電石渣顆粒表面附著少量電石，其內(nèi)部有大量不規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)使得其夾帶大量乙炔氣，后經(jīng)封閉空氣中的水分及其自身水汽與電石反應(yīng)產(chǎn)生部分乙炔氣，孔道內(nèi)夾帶及吸附的氣體隨之逸出，封閉系統(tǒng)內(nèi)的乙炔氣濃度迅速提升，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)使得孔道內(nèi)氣體及密封系統(tǒng)內(nèi)的氣體得以置換，使得該系統(tǒng)內(nèi)乙炔氣達(dá)到低濃度穩(wěn)定狀態(tài)。

結(jié)束語：干法電石渣是電石法制乙炔過程中產(chǎn)生的大宗鈣基固廢，其中殘留電石及乙炔氣對(duì)資源化利用影響較大。針對(duì)利用過程乙炔氣富集的安全隱患問題，對(duì)電石渣的粒徑分布、礦相組成、微觀形貌等進(jìn)行了系統(tǒng)分析和表征，考察了殘留電石含量變化及不同溫度、濕度、振蕩、晾置時(shí)間、氣體置換等因素對(duì)乙炔氣逸出行為影響。

參考文獻(xiàn)

[1]張國(guó)文，羅宏浩，劉小正.干法乙炔電石渣漿系統(tǒng)改造總結(jié)[J].聚氯乙烯，2020，48（09）：38-40.