电石炉气法合成乙二醇的发展前景

（新疆天智辰业化工，石河子市，832000） 马永刚

1 电石炉气概述

中国电石行业的发展已有50多年的历史，取得了举世瞩目的成绩，产能、产量跃居世界首位，并呈高速上升趋势。近年来，由于过度投资、盲目发展，加之受到市场、原料、能源、环保等多方面的制约，2012年底，电石产量占产能的50%以上。当前电石生产存在的主要问题是能耗高、污染严重、资源浪费、成本高、经济效益差、经济指标落后。生产技术先进化、产品性能稳定化、能量利用最优化应成为电石生产企业当前追求的目标。

在电石生产中，电石炉的烟气是最大污染源，以一座10000KVA的开放式电石炉为例，年排放废气量（以每年生产10个月计算）达6亿标准立方米，年粉尘排放量超过1000吨，污染极其严重。由于电石炉烟气温度高，粉尘性质特殊，风量变化大，国内电石行业采用了许多除尘技术，进行了大量的烟气净化的实践，但都未能根本解决问题。[1]

为推动国内电石炉行业技术进步，我国八十年代末从德国、挪威、日本等国引进8套25000KVA全密闭电石炉，引进中空电极、气烧窑、组合式把持器、干法除尘、计算机控制等五项新技术。从应用上看，组合式把持器、计算机控制二项技术获得了成功，但中空电极、电石炉烟气干法除尘技术却始终无法成功，由于烟气无法净化而不能向气烧窑提供洁净的气源，导致气烧窑技术也最终失败，烟气的污染不能解决，烟气中的大量的热能也白白浪费。国内电石炉烟气净化的实践告诉我们：无论是早期自行研制的电石炉除尘技术，还是从国外引进的新技术，或者改进后的除尘技术；无论是采用电除尘技术、或者袋除尘技术，还是采用耐高温陶瓷过滤技术，或者水除尘技术，都因为无法适应电石炉烟气变化和焦油糊袋、或形成二次污染而最终全部失败。新老项目普遍产生的严酷现实使电石炉行业认识到：即使是引进国外技术，也必须是成熟过硬的技术，还要符合中国的国情，否则将无法发挥其先进性。同时，要求国内电石行业必须下更大的力气和决心开发适合中国国情的电石炉烟气余热利用和烟气净化。[2]

由于电石炉尾气含尘量大、温度高、易析出焦油、易燃易爆、成分复杂、气体压力小，因此对其输送、净化或提纯的难度很大，回收利用较难。

2 电石炉气回收技术的难题

回收密闭电石炉气作为化工原料使用，无论是从净化、提纯的技术难度上考虑，还是从经济合理方面考虑都还存在一定的问题，所以目前国内外一般都把净化后的炉气作为燃料气使用，大多用于锅炉、气烧石灰窑、碳材干燥等方面。炉气净化有干法和湿法两种工艺。干法净化技术国内尚未过关，技术及设备需从国外引进，投资较大。湿法净化工艺虽然成熟，但投资高、污水处理所占场地大，且有二次污染，在技术上不可取。目前挪威、西德和日本等国家对密闭电石炉气普遍采用干法除尘净化，以代替传统的湿法除尘净化，从而避免了湿法净化带来的二次污染问题。50年代中期，西德SKW公司率先颁布以素烧陶管为过滤材料的炉气干法净化流程，并对收集的粉尘经过焚烧处理除去氰化物。70年代，日本BEC公司开发了以玻璃纤维布袋为中心的较经济的全密闭式除尘的炉气净化流程，也包括粉尘焚烧炉，引起了许多国家的关注。该技术为目前世界上技术水平较先进的炉气净化技术，但投资比较高。[3]

表1 电石炉炉气组分%

3 国内电石炉气利用的制约因素

采用密闭式电石炉生产1吨电石一般副产炉气400m3，炉气温度在800℃左右，炉气成分主要为（体积分数）65%～85%一氧化碳，7%～12%氢气。甲烷等，低位发热量11286KJ/m3，其中蕴含的热量高于优质烟煤。电石炉气的利用通常指热能利用（潜热和显热）和化工利用（作化工原料气）。国内对电石炉气在热能利用方面曾作过干法除尘后气烧石灰；在化工利用方面，先后进行了甲醇、醋酸、甲酯等产品的调研，但都未能实施。其原因是，热能利用的最大困难是必须干法除尘，而从国外引进的炉气干法净化技术不过关，多次攻关，最终还是不能打通全流程。化工利用除干法除尘技术和设备需要引进外，气体净化技术也暂时无法解决，产品规模、市场和基建投资等都制约着项目的实施，故化工利用的方向始终没有大的进展。[4]

4 新疆天业电石炉气法合成乙二醇

电石炉气通过耐硫变换提纯制乙二醇合成气工艺，其主要过程：电石炉气经过电捕，除去原料气中残存的焦油和粉尘，经过压缩升压，文丘里深度除尘，送至变换工段加蒸汽将高浓度一氧化碳等摩尔转换成氢气，利用MEDA脱碳法脱碳技术，将电石炉气中的CO2和H2S脱除后将炉气除水送至变压吸附一氧化碳分离出高浓度的一氧化碳气体，经过纯化除水后成为产品气体达到乙二醇合成气的要求；变压吸附一氧化碳尾气经变压吸附氢气系统后分离出氢气产品气，得到纯度满足要求的H2、CO。最后由草酸酯法气相合成乙二醇制得产品。

图1 电石炉气法合成乙二醇工艺简图

新疆天业BDO-EG（1,4-丁二醇和乙二醇）项目成功建成、运行了国内首套30000方/h电石炉气制高纯一氧化碳和氢气工业化装置，填补了电石炉气高效、清洁利用的空白，完全符合国家清洁生产和节能减排产业政策，为电石炉气生产高附加值化工产品提供了技术保障。经过不断的质量提升和改造，目前新疆天业1,4-丁二醇和乙二醇产品质量各项指标都优于国家标准；国家标准中优等品的乙二醇主含量为99.80%，天业乙二醇生产出的产品能100%达到99.95%以上，高于国家标准，紫外透光率不但高于国家标准规定，更是优于石油法生产的乙二醇指标，乙二醇的其他指标也达到及优于国家标准。电石炉气制乙二醇项目副总经理林涛海说：“国内、世界很多都用煤来发气，我只是用废气直接作为原料，我们用的是电石炉气尾气里面一氧化碳含量高的特点，大部分都作为燃料燃烧用的，那个附加值非常低的。

5 乙二醇的市场需求和经济效益

世界乙二醇生产能力主要集中在中东和亚洲，中东地区具有原料优势，而亚洲则靠近主要的消费市场。中东是世界乙二醇出口的主要地区，其出口量占总产量的90%以上，中国是世界上乙二醇的主要进口国，每年需要进口大量的乙二醇。2011年，向中国市场出口乙二醇排前三的国家和地区是沙特、台湾和新加坡。下表是2010年世界十大乙二醇生产厂家排名，由此可以看出，国外装置产能占世界乙二醇总产能的60%左右。

表2 2010世界十大乙二醇生产厂家一览表

2011年全球乙二醇生产能力约为2600多万吨，产量2000万吨左右，全球开工率平均约为77%，全球乙二醇产能处于相对过剩的状态。2005～2011年，中国乙二醇生产能力从139万吨/年增长到360多万吨/年，产量从110万吨增长到255万吨以上，表观消费量从500多万吨增长到981.94多万吨。由于国内乙二醇产量增长速度明显低于下游需求增幅，因此近年来我国进口乙二醇逐年大幅增加，从2005年的400万吨大幅增加至2011年的727万吨，而我国的自给率始终徘徊在25%左右。

国内乙二醇的主要产能集中于中石化、中石油、中海化学三大集团，其中中石化占到国内产能的58%，产能最大的企业分别是中石化旗下的上海石化和镇海炼化，均为60万吨/年。

目前世界上主要的乙二醇生产工艺依旧为环氧乙烷（EO）直接水合法，该生产技术基本上由英荷壳牌(Shell)、美国Halcon-SD以及美国联碳(UCC)三家公司所垄断。它们的工艺技术和工艺流程基本上相似，即采用乙烯、氧气为原料，在银催化剂、甲烷或氮气致稳剂、氯化物抑制剂存在下，乙烯直接氧化生成EO，EO进一步与水以一定物质的量比在管式反应器内进行水合反应生成EG，EG溶液经蒸发提浓、脱水、分馏得到EG及其他副产品。

随着国内多套煤制乙二醇项目的建设，相信制乙二醇的对外依存度将大大下降，但目前煤制乙二醇的问题主要有两个，一是装置的长周期满负荷运行问题；二是随着国际石油价格的下降，煤制制乙二醇的竞争力也需要进一步观察。

6 结束语

电石炉气法合成乙二醇项目改变了传统的石油法，依托新疆丰富的煤炭等矿产资源，在现有电石法聚氯乙烯循环经济模式基础上，利用氯碱生产中的电石炉气，也就是尾气做原料，生产出的纯度均超过国标优等品标准的乙二醇和1,4丁二醇，产品供不应求。这一项目的成功运行，在氯碱化工延伸下游产业链条，必然实现煤基乙炔化工和电石炉气综合利用的多元化发展。乙二醇可用来合成“涤纶”等高分子化合物，还可用作薄膜、橡胶、增塑剂、干燥剂、刹车油等原料。乙二醇这块都是石油法的，油和天然气都是比较缺稀的资源。因为天业一直以做氯碱化工为主，那么我们用电石炉气来做乙二醇和1，4丁二醇，就很好地嫁接了氯碱化工和煤化工。

电石炉气净化法合成乙二醇，有效的回收电石炉气中高浓度的一氧化碳，不仅节约成本，实现变废为宝，而且降低了我国乙二醇进口的依赖性，从环境角度考虑，合理有效的利用电石炉气，减少了废气粉尘的排放，实现了可持续发展。也为国内合成气制乙二醇技术发展提供了新思路。

[1]林金元.密闭电石炉气的综合利用[J].浙江巨化电石有限公司,2000.

[2]应为勇,曹发海,房鼎业.碳一化工主要产品生产技术北京化学工业出版社2004.

[3]石峻，毛志伟.全密闭电石炉尾气治理综合利用[J].合肥：合肥水泥研究设计院,2007.

[4]师琼.洁净煤技术的发展简史[D].山西大学 2007

[5]戴煜敏.中国乙二醇的市场结构和市场价格分析[D].浙江工业大学.2012