电石渣循环利用 助力绿色低碳发展

高红

电石渣是电石法生产聚氯乙烯工艺的主要副产物，每生产1吨聚氯乙烯约产生电石渣废料2吨左右，具有产生量大、碱性强、不易运输、侵蚀土壤等特点。当前，我国电石渣产生量达3400万吨/年（干基），我国企业经过多年的探索与研发，将电石渣制成氧化钙再成型用于电石生产的循环利用技术已取得了显著进步，为我国电石渣零排放、规模化高值利用提供了样板，解决了电石生产上游原料高品质石灰石资源紧缺、下游乙炔制备产生大宗固废电石渣处理的难题。

加快推进电石渣资源化利用，将有效减少电石生产过程的能源消耗和污染物排放，有助于推动电石法聚氯乙烯生产绿色发展，对加强能源资源节约和环境保护具有重要意义。

一、现状与问题

我国是利用煤炭生产聚氯乙烯产品的大国。电石产量位居全球首位，由此产生的大量电石渣，一直是煤制聚氯乙烯工业面临的大难题。

上世纪60年代，随着石油工业的崛起与发展，国外聚氯乙烯生产工艺由电石法转向了乙烯法。但是中国聚氯乙烯行业始终以电石法工艺为主。原因是我国特有的“富煤、贫油、少气”的资源和能源结构，决定了我国依托丰富的电力和煤炭资源，走电石制取乙炔，再合成聚氯乙烯的路线。据估算，2020年电石法聚氯乙烯产量1690万吨，若全部采用乙烯原料替代，需要845万吨乙烯，折算成原油约需8450万吨，占全国原油产量的43.3%，或原油进口量的15.6%。

电石是生产聚氯乙烯产品重要的基础化工原料。但是适合电石使用的石灰石资源稀少，我国的电石原料石灰石产地分散，主要分布于内蒙古乌海市海南区、鄂尔多斯市鄂托克旗、山西省的朔州市山阴县、甘肃省永登县等。加上各石灰石產区加强对石灰石矿山开采的管理，石灰石的产量受限、质量下降，电石生产企业经常面临石灰石供应不足、石灰石以次充好的困境，严重制约电石行业的正常运行。

另外，电石水解产生乙炔气后，废弃物主要成分是电石渣Ca（OH）2，其理化pH>13，呈强碱性，还含有少量的MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，以及少量的磷化物、硫化物等组分。根据《危险废物鉴别标准》判定，电石废渣属Ⅱ类一般工业固体废弃物。随着我国聚氯乙烯（PVC）等产能的增加，电石渣产生量相应增加。如何解决电石渣污染问题是行业可持续发展面临的重大挑战。

二、电石渣循环利用思路及创新技术

电石渣是难以处理的工业废渣，颗粒很细，80%左右的颗粒粒径在10—50微米，呈稀糊状，流动性差，具有强碱性。电石渣如得不到妥善处理，将占用大量的土地用于堆积、填埋，严重破坏生态环境。电石渣的处理方式需要满足“减量化、资源化、再利用”的循环经济原则。

主要思路是，采用电石渣制备活性氧化钙技术，将电石渣中的氢氧化钙资源化，加工成氧化钙，循环利用，代替生产电石的石灰石原矿，这样不仅可以减少固体废物的排放，而且可以保护石灰石原矿资源，保护生态环境。

电石渣制备活性氧化钙技术，是将电石渣烘干、破碎、煅烧、冷却、分选、压球，进行深度加工，使得活性氧化钙大部分回用于电石生产，少部分分选出的氧化钙粉料作为发电厂的脱硫剂。将传统工业固废电石渣转化为生产活性氧化钙和脱硫剂的原料，循环使用，可称“钙循环”。这样从根本上解决电石生产原料来源及电石渣处置问题。

“钙循环”的主要过程：

电石的生产，是将焦炭与氧化钙（CaO）置于2200℃左右的电炉中熔炼，生成碳化钙（CaC2）。每生产1吨电石大概需要石灰石约在1.6—1.8吨之间。

电石与水作用生成乙炔气并放出大量热量;同时，生成大量的电石渣。

CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2

电石渣主要成分为Ca（OH）2，在高温度煅烧下，Ca（OH）2开始分解，生成水蒸汽和氧化钙，如下：

Ca（OH）2→CaO+H2O

根据计算，约1.32吨Ca（OH）2干粉可烧成1吨氧化钙。

再将焦炭与氧化钙置于电炉中高温熔炼，生成碳化钙。

这样的过程实现了“钙循环”。考虑电石渣制备氧化钙存在20%电石渣除杂，只需要补充20%原矿石灰石，其余主要石灰来源依靠系统内部钙的循环利用。

国外在上世纪六七十年代以后，由于大力开发石油资源和石化行业兴起，电石法聚氯乙烯PVC全转为乙烯法，因此电石法再无新的技术发展。仅有少量电石渣制硅酸钙的专利与文献可查。基于我国富煤贫油的资源条件，聚氯乙烯生产一直以电石法为主，其占比在80%左右。因此对电石渣循环利用技术必须依靠国内的技术突破与创新。

目前，电石渣制氧化钙技术的研究与应用，主要围绕“电石渣—氧化钙—电石—乙炔—电石渣”的闭环的“钙循环”技术路线，将电石渣煅烧成氧化钙，作为电石的原料，再与焦炭煅烧成电石，形成“钙循环”，达到节约资源、降低排放效果。

用于电石渣的干燥焙烧系统，陕西金泰氯碱神木化工有限公司已于2018年建成10万吨级工业化试验装置，完成调试，投入试运行。该装置技术创新性强、经济效益好、电石渣回收效率高，整体技术处于国际先进水平。该技术可实现电石渣—石灰—电石—电石渣的闭环利用，对电石渣“减量化、资源化、无害化”利用具有重要示范价值。

三、节能减排降碳效益分析

电石渣循环利用技术既能实现钙元素的循环利用又有经济效益，是“既循环又经济”的循环经济案例典型，对生态环境保护意义重大。电石渣制备活性氧化钙技术的节能减排与降碳增效成效显著。

根据西安市节能评审中心出具的《电石渣制氧化钙循环利用技术节能评价报告》，该技术与传统的生产工艺相比，能源资源节约效果较为显著。由Ca（OH）2直接焙烧至CaO，加工过程无CO2排出，有利于碳减排。由原矿碳酸钙CaCO3直接焙烧至CaO，焙烧过程有大量CO2排出。所需热量是电石渣制生石灰的1.66倍。电石渣制备活性氧化钙技术与传统的以石灰石煅烧生石灰用于电石生产工艺相比，吨电石二氧化碳减排40%、减碳量为0.572tCO2/t电石、节约石灰石量为1.710t石灰石/t电石。

电石渣制氧化钙循环利用技术的研发与应用解决了聚氯乙烯生产过程中固废电石渣的处置问题，实现了资源的循环利用;在有效降低生产成本，提高生产效益的同时，切实降低了安全环保风险;降低了电石生产原料的开采量和依赖性，缓解了国家经济发展与资源、环境之间的矛盾，很好地贯彻了“绿水青山就是金山银山”的发展理念。该技术对行业绿色可持续发展具有重要意义，应大力推广。

（作者单位：国家节能中心）