电石炉气利用新途径的研究

唐 勇

(贵州水晶有机化工(集团)有限公司有机厂)

节能技术

电石炉气利用新途径的研究

唐 勇*

(贵州水晶有机化工(集团)有限公司有机厂)

以电石炉炉气进行燃气发电，投资效益好，是炉气利用新途径。这种燃气发电技术已国产化，成熟可靠，具有投资小、占地少、建设期短的特点，符合我国现行产业政策，是我国鼓励发展的节能环保项目。

电石炉 炉气 燃气发电 节能 环保

0 前言

我国是煤炭资源丰富的国家，煤种齐全，同时也是焦炭、电石生产及消耗大国之一。据统计，2009年我国电石产量为1 503.3万t，产生的电石炉气超过150亿m3。目前炉气的处置方式主要以炉气直排或点火炬为主，不仅浪费了大量能源，也造成环境污染。由于电石炉炉气成分复杂，净化提纯难度大，因而电石炉炉气回收利用率一直很低。我国电石炉炉气的利用量约为15亿m3，利用率不足10%。每年损失约240万t标准煤，同时排放约1 200万t二氧化碳。研究开发经济合理、工艺技术可行的电石炉炉气利用途径，迫在眉睫。

目前，电石的主要用途以电石生产乙炔为主，再由乙炔合成生产PVA。我国PVA生产厂家共有13家，其中有10家为电石法生产PVA。因此，电石法生产PVC将在我国存在一个长时期的 “牛市”。

1 电石生产原理

电石生产采用电热法工艺，以生石灰 （CaO）和焦炭 （C）在埋弧式电石炉内，通过电阻电弧产生的高温反应制得，同时生成大量的副产品一氧化碳 （CO）。

电石生产的基本化学原理：

由上式可见，电石生成反应中投入3mol的C，其中2mol生成CaC2，其余的则形成CO，消耗了1/3的炭素材料。

不同炉型的电石炉产生的炉气参数不同，以密闭式炉为例，其产生的炉气温度、炉气量及粉尘等详见表1，炉气中粉尘的化学成分详见表2。

表1 密闭式炉炉气参数

表2 电石炉烟气中粉尘的化学成分

2 密闭电石炉炉气利用途径

随着环境保护的重视及科学技术的进步，国家对能源的节约及环境保护的要求更加严格，电石生产不得不寻求新途径，向高效、节能、环保型的方向发展，形成煤、盐、电、碱、电石、PVC、水泥、CO利用的循环一体化发展趋势。目前电石炉炉气的利用主要有以下几种。

2.1 用做电石生产的热源燃料

电石属高能耗产品，其生产过程中的石灰烧制、焦炭干燥等都需要大量的热源。采用电石炉炉气做热源燃料，可就近利用电石炉炉气进行石灰的烧制及焦炭的干燥，直接降低能耗，达到节能减排目的。目前，国内已有多家企业采用该技术。

2.2 用做化工原料

发展 “碳一”化学。一氧化碳是一种用途广泛的化工原料，可以生产甲醇、甲酸、甲酸甲酯、二甲醚、甲醛以及聚乙烯、聚丙烯等化工产品。

目前国内已成功建成生产甲酸钠、合成氨的装置，具体情况详见表3。

表3 国内电石炉炉气利用情况

密闭式电石炉炉气经过净化脱尘、脱杂质后，将一氧化碳提浓，然后合成甲醇,目前该项技术已很成熟。由甲醇合成二甲醚的技术也很成熟，这种合成生产二甲醚技术叫 “两步法”。目前已发展了“一步法”合成二甲醚技术，即由CO与H2的合成气通过既有合成甲醇功能又有脱水功能的双功能催化剂，在催化剂的协同作用下直接合成二甲醚。其反应式如下：

2.3 炉气余热综合回收发电

炉气余热回收发电过程采用三级除尘技术。首先将生产过程中产生的大量炉气经引风机输送至重力除尘器进行一级除尘，除去＞50μm粉尘。二级除尘采用旋风除尘器进行，除去10～50μm粉尘。二级除尘后的炉气输送至热风炉，经一次配风，充分燃烧掉炉气中的CO,再经二次配风使炉气温度降低到600～800℃，送至余热锅炉进行热交换，炉气温度控制在200℃。出炉炉气 （CO气体已充分回收）送至袋式除尘器，进行三级除尘，除去0.2～10μm粉尘，使炉气排放达到国家排放标准。

密闭电石炉炉气余热回收发电系统包括水处理系统、给水除氧系统、废热回收系统、汽轮发电机组、热工仪表及自动保护报警系统。

以上炉气回收利用技术投资较高，设备复杂，工艺流程长，炉气的回收使用率低、热效率低。

3炉气回收利用新技术——燃气发电

根据密闭炉炉气特性，可以采取措施，综合利用炉气及其炉气所带热能 （600～800℃），提高炉气的利用率和热效率。密闭炉炉气先通过两级干法除尘，进行热量回收利用，再进入湿法脱尘水洗工艺，使最终气体含尘量低于10mg/m3，这样就可将炉气用于燃气发电机发电。

燃气发电机最突出的优点是发电效率比较高。此外，其设备集成度高，安装快捷。燃气发电机对气体中的粉尘要求不高，基本不需要水，设备的单位千瓦造价也比较低。因此燃气发电机投资小、占地小、建设期短 （一般3个月能建成投产）、发电成本低。其工艺流程见图1。

图1 炉气发电利用工艺流程

目前燃气发电技术已实现国产化，国内自主研发的单台机组以500 kW的为主，1 000 kW的机型正在试制过程中。国外有2 000 kW以上的机组，但价格昂贵。以国产设备投资为例，我公司电石厂设计能力为10万t，每年产生炉气约4 000万m3，可供500 kW的机组15台发电，年发电量约6 000万kWh，同时每小时副产7.5 t不饱和蒸汽。建设投资约2 250万元，按目前居民用电价格每kWh为

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*唐勇，男，1979年6月生，工程师。清镇市，551402。