电石炉尾气化工利用与煤烧套筒窑市场前景初探
2016-04-10谢斌杨昊
谢斌，杨昊
（1.新疆国泰新华矿业股份有限公司,新疆昌平831100；2.江苏中圣园科技股份有限公司，江苏南京211102）
电石炉尾气化工利用与煤烧套筒窑市场前景初探
谢斌1，杨昊2
（1.新疆国泰新华矿业股份有限公司,新疆昌平831100；2.江苏中圣园科技股份有限公司，江苏南京211102）
对电石炉尾气制甲醇、乙二醇等化工产品进行了介绍，着重对市场前景及经济运行情况进行分析。对配套套筒石灰窑使用电石炉气、煤粉两种燃料情况进行介绍。分析两种燃料下的经济运行成本，对今后电石炉尾气化工利用及煤烧套筒窑市场新方向进行初探。
电石炉尾气；甲醇；乙二醇；甲酸钠；煤烧套筒窑；经济分析
近几年来，国内电石市场除了偶有微涨，一直处于价格的下行通道中。受国际金融危机、国内经济萎靡、下游PVC需求大幅减弱及产能供应过剩等因素的影响，电石市场的价格走势一直处于长期的下行区间[1]。自2010年末至2014年6月12日，西北区域的电石价格如图1、图2所示，已经从3 500元/t高位，下跌至2 500元/t，跌幅接近30%，创下近4年来的历史低位。
图1 鄂尔多斯化工电石价格走势图
目前，PVC企业电石消费量占到电石消费总量的70%以上，PVC市场的好坏，决定着电石价格的高低。今年电石价格一路走低难以自拔，究其主要根源是PVC疲软阴跌，制约电石价格的上涨。从去年到现在，房地产调控政策没有太大的松动迹象，建筑业长期不景气，从而使产能本已严重过剩的PVC行业雪上加霜。据统计，西北地区的PVC价格如图3、图4所示，从2010年7 750元/t的高位，一路下滑至5 800元/t，跌幅约25%，同样创下近4年来的最低价格。
图2 英力特电石价格走势图
图3 中石化齐鲁分公司PVC出厂价格走势图
图4 宁夏英力特河滨冶金有限公司PVC出厂价格走势图
随着价格的持续下跌，进一步降低企业的生产成本、增加产品有效竞争力成为未来发展的一个方向。
随着市场竞争的激烈，宏观经济的恶化，化工技术的成熟，越来越多的化工企业开始谋求电石炉尾气用于其他产品的低成本路线。
据统计，电石炉尾气热能损失巨大。密闭电石炉生产1 t电石，要排放90%浓度的CO气体400 m3，相当于白白燃烧200 kg标煤[2]。按2013年电石产量2 200万t，折算标煤440万t。目前，电石炉尾气主要利用在烧石灰、烘干兰炭、发电、烧余热锅炉等，从根本上并没有解决温室气体排放，而且燃烧尾气产生的附加价值低，而寻求尾气的化工产品化，能够从根本上解决温室气体排放问题，提升尾气的附加值，优化电石行业的循环经济结构。
1 电石炉尾气的应用工艺
1.1 电石尾气回收处理工艺
从密闭电石炉出来的尾气温度为500～800℃，最高可达1 000℃，总量约为400 m3/t电石，先进入两级旋风分离器高温除去粒径≥0.7μm颗粒，然后进入高温布袋过滤器，再经过水冷却管，将温度下降至250～260℃，通过耐温过滤袋，过滤后的净气含尘在50 mg/m3以下。通过冷却、除焦及调压部分及变压吸附工艺，可以将CO及H2浓度进一步提高，以满足下游化工生产的使用要求[3-4]。电石炉尾气净化工艺图如图5所示。
图5 电石炉尾气净化工艺流程图
1.2 CO、H2转化为其他产品
（1）甲醇
甲醇是一种重要的化工原料和清洁燃料，用于制造甲醛、二甲醚、烯烃和甲醇汽油等。中国为富煤、少气、贫油的国家，甲醇大部分由煤制合成气生产，CO和H2在200~300℃、5~30 MPa的压力下反应生成甲醇，反应式如下：
CO+2H2→CH3OH
因此可以通过电石炉尾气生产甲醇，节省大量的煤炭资源。
（2）乙二醇
煤制乙二醇，首先要生产出草酸二甲酯，再加氢生产乙二醇，反应如下：
2CH3ONO+2CO→（COOCH3）2+2NO
（COOCH3+4H2）→（CH2OH）2+2CH3OH
理论上每生产1 t乙二醇需要723 m3的CO和1 450 m3的H2，如果所有煤制乙二醇的CO和H2，全部由电石炉尾气提供，则所有电石炉所产生的尾气可以全部利用，对提高煤制乙二醇的竞争力大有好处。
（3）甲酸钠
甲酸钠可用作皮革工业铬制革法中的伪装酸，用于催化剂和稳定合成剂，印染行业的还原剂，还可用于生产保险粉、草酸和甲酸。甲酸钠法是CO和25%NaOH溶液，在160~200℃和2.0 MPa压力下反应，生产甲酸钠，反应如下：
CO+NaOH→HCOONa
1.3 煤烧套筒窑技术
为了能够进一步降低燃料价格，解决电石炉尾气再加工后新燃料的匹配问题。公司技术人员通过长期的实验、研发，将煤粉流化、计量、输送和燃烧系统引入环形套筒窑，在国内首先实现使用煤粉作为环形套筒窑的燃料，并成功使用燃煤环形套筒窑的清洁燃烧技术。大大降低煤化工行业石灰生产成本，提高整个行业的节能环保水平[5]。煤粉燃烧工艺如图6所示。
图6 煤粉煅烧工艺图
2 经济运行分析
我国主要的电石产区在西北及新疆地区，新建的大型电石项目为60～100万t，目前电石炉气主要用于配套煅烧石灰或者兰炭烘干。套筒窑用煤粉燃烧、电石炉尾气成本对比情况见表1。
以每年生产60万t电石为例，每吨电石产生尾气400 m3，年产气量2.4亿m3，全部回收可以得到约1.9亿m3的CO。按照1元/m3，其价值为1.9亿元。表1是两种燃料的成本对比，由于煤烧套筒窑相对于气烧套筒窑，需新增加煤粉制备、输送等系统，在管理费及日常维修方面需多增加费用。燃料方面，煤粉按照380元/t，电石炉气按照0.6元/m3估算。
表1 套筒窑用煤粉燃烧、电石炉尾气成本对比（元）
套筒窑通过使用煤粉技术燃烧，不仅使电石炉尾气能够得到更大的利用，还进一步降低石灰窑运行成本。以60万t配套石灰生产为例，用煤粉燃烧与电石炉尾气燃烧成本对比，单位生产成本可节约125.35元，每年节约600 000×125.35=7 521（万元），即节约约0.75亿元。加上电石炉气使用后节约的费用，共计节约2.65亿元，对于企业来说，是一笔非常可观的收入。
3 结语
通过以上经济运行情况分析，可以看出，在电石化工竞争日益激烈的情况下，通过使用高价值的电石炉尾气，进行再加工提高副产品产值；使用煤粉作为套筒石灰窑的燃料同步降低生产成本。在新技术的创新下，企业通过联合生产甲醇、乙二醇等产品，在电石及相关产品的综合价格竞争上，更具有竞争力。另外，在环保方面，将电石炉尾气转变为化工产品，发展循环经济，提高资源的利用率，既可节省煤炭资源，又可减少大量的CO2排放，实现经济效益和环境效益的协同发展。
[1]佚名.上游支撑乏力下游持续疲软电石市场跌破成本红线难回暖[J].江苏氯碱，2014（2）：57-58.
[2]姜洪远.电石炉尾气生产甲酸钠的技术[J].石油和化工节能，2008（3）：14-17.
[3]马小刚.电石炉尾气干法冷凝除焦生产实践[J].工业炉，2013（5）：32-35.
[4]刘宏建.电石炉尾气生产化工产品的研究[J].洁净煤技术，2013（12）：101-104.
[5]沈浩,陈阳.燃煤环形套筒窑的清洁燃烧方案设计[J].洁净煤技术，2012（6）：100-103.
Discussion on Chemical Utilization of Calcium Carbide Furnace Tail Gas and Market Prospect of Coal-Fired Annular Shaft Kiln
XIE Bin1,YANG Hao2
（1.Xinjiang Guotai Xinhua Mining Co.,Ltd,Changping 831100,China; 2.Jiangsu Sinocalci Corporation，Nanjing 211102,China）
The measures about adopting tail gas of calcium carbide furnace to produce chemical products including methylalcohol,ethylene glycol are introduced,and put emphasis on the analysis of market prospect and economic operations.The adopting situations of both furnace gas and coal power as fuel in lime annular shaft kiln are introduced.The economic operation cost under aforesaid two fuels is analyzed. Further,it makes preliminary exploration about the chemical utilization of the calcium carbide furnace tail gas and the new orientation aboutthe market using coalpower as fuel in annular shaft kiln.
tail gas of calcium carbide furnace;methylalcohol;ethylene glycol;sodiumformate;coalfired annular shaft kiln;economic analysis
TQ054+.7
B
1001-6988（2016）06-0057-03
2016-09-08
谢斌（1979—），男，工程师，主要从事冶金、化工方面的研究工作.
