电石炉尾气生产化工产品的研究

电石炉尾气生产化工产品的研究

朱顺然

新疆中泰矿冶有限公司 新疆阜康市 831500

摘要：电石是化工的基本原料，在生产和生活的许多方面都有广泛的应用，如聚氯乙烯的生产。因此，电石在化学工业中扮演着重要的角色。然而，在生产过程中，会产生一定量的电石炉尾气，因此有必要对以电石炉尾气生产的化工产品进行研究。基于此，本文对电石炉尾气生产化工产品的研究进行了重点分析。

关键词：电石炉尾气；醋酸；甲酸

我国电石产量巨大，生产的电石炉尾气是一种宝贵资源。当前，电石炉尾气的利用附加值较低，为了提高电石炉尾气的利用价值，以电石炉尾气为化工原料生产高附加值化工产品是今后的发展趋势。此外，只要煤化工能生产的化工产品，均可用电石炉尾气生产。通过将电石炉尾气转化为化工产品，发展循环经济，提高资源利用率，不仅能节约煤炭资源，还能减少大量的CO₂排放，以此实现经济、环境效益的协调发展。

一、电石炉简介

电石炉是生产电石的主要设备，在电石炉内由于电弧发出的高温使炉料熔化反应而生成电石。由于反应温度高达2000℃以上，这样高的温度，一般耐火材料难以承受。所以炉体的容积必须要大于反应空间，也就是说在反应区与炉衬之间应留存一层炉料，用以保护炉衬。

此外，炉体内反应空间的大小由其电极的大小、距离及电弧作用范围来决定。圆形电极的距离与其直径成正比例。而电极直径是随炉子的容量而变的。电极直径又由其所允许的电流密度来决定。电极的电流又由变压器容量来决定。最终结论是炉体的大小决定于其变压器的容量。

二、电石炉尾气概述

电石炉在生产过程中会产生的大量高温的含尘尾气(烟气)。电石炉的尾气中含有大量CO，又是一种可利用的能源介质。但可针对电石炉尾气的特性，对电石炉尾气进行收集、净化处理，使电石炉尾气满足清洁能源的要求，这样既改善了电石炉的操作环境，又变废为宝，节约了能源，提高了企业的经济效益，同时符合《电石行业准入条件》的规定。

三、利用电石炉尾气生产化工产品

近年来，随着国际油价及天然气价格的逐步上涨，煤化工产品在我国越来越受欢迎。大多数煤化工产品首先需进行煤制气，煤制气的主要成分是CO。所以从理论上讲，只要是煤制气生产的化工产品，均可用电石炉尾气生产。若用电石炉尾气代替部分合成气，电石炉尾气的价值将大幅提高。

1、电石炉尾气中的CO生产化工产品。电石炉尾气中CO含量达70％～90％，所以可成为生产C0的很好原料，CO可生产醋酸等化工产品。

电石炉尾气先经沉降室，除去大颗粒粉尘后，进入副产蒸汽的废锅内，温度降至220℃，经电袋联合除尘，除尘效率可达99.9％，进入冷却器内，用循环水冷却到40℃，再通过电除焦油器，脱除焦油。经压缩机压缩到用户所需压力，输送到脱硫塔内，脱硫塔采用水解催化剂加活性炭，将硫含量降至10^-7以下。脱硫后的电石炉尾气进入脱水塔，通过分子筛将电石炉尾气中的水分脱到10^-5以下。最后电石炉尾气进入变压吸附装置，脱除N₂、H₂、CO₂等气体，最终得到99％符合用户要求的CO气体。

生产醋酸。醋酸是重要的有机化工产品，衍生物达数百种。醋酸主要用于合成醋酸乙烯、对苯二甲酸、醋酸纤维、醋酸酯和醋酐等，是合成纤维、胶粘剂、医药和农药的重要原料。目前，醋酸工业生产技术主要有甲醇羰基合成法、乙醛氧化法、正丁烷氧化法，其中乙醛氧化法又分为乙烯氧化法、乙炔法和乙醇氧化法，而以乙烯氧化法为主。当前，大多数醋酸生产采用甲醇羰基化法，其次是乙醛氧化法，最后为丁烷氧化法，但随着羰基化工艺发展，乙醛氧化法的数量逐渐减小。甲醇羰基合成法的反应式为：

2)生产光气。光气是重要的有机中间体，是农药、医药、高分子材料的重要资源，其下游产品市场前景广阔。光气的工业生产方法采用C0和C1₂反应，反应式为C1₂+CO=COCl₂，催化剂为活性炭，反应温度200℃左右。反应为强放热，要及时移出反应热。但光气为剧毒气体，所以国家对生产进行严格准入管理。

3)生产甲酸。甲酸是基本有机化工原料，用于医药、农药、化学工业和橡胶等。我国很早就开始生产甲酸，采用甲酸钠法工艺和甲酸甲酯水解工艺。甲酸钠法是CO和25％NaOH溶液，在160～200℃和2.0 MPa压力下反应，生成甲酸钠，然后甲酸钠和硫酸反应生成甲酸，反应物精馏即得成品。反应式为：

甲酸甲酯水解工艺为在70～90℃，4.0 MPa，甲醇钠的作用下，甲醇和CO反应生成甲酸甲酯，水解甲酸甲酯得到甲酸。反应式为：

这两种方法都需C0，可利用电石炉尾气，因地制宜建一套甲酸生产装置，降低甲酸的生产成本，以提高甲酸产品的竞争力。

2、电石炉尾气生产工业H₂及其它化工产品。H₂是重要的工业原料和特种气体，在石油化工、冶金、航空航天等方面应用广泛。

电石炉尾气经压缩后进入变换装置，CO和水蒸汽反应，生成H

₂和CO₂，变换一般分两步进行，第一步是高温变换，使大部分C0转变为C0₂和H₂；第二步是低温变换，将C0含量降至0.3％左右。变换产物经脱硫和脱水后，经变压吸附脱除C0₂等，制得工业用H₂，纯度能达到99.999％。

1)合成氨。氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨也是重要的工业原料，硝酸、含氮的无机盐及有机中间体、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。氨合成反应式为：

每生产1t氨需2000m³H₂，我国合成氨绝大部分采用煤制气，一年的合成氨产量需要的煤炭资源巨大。若能用电石炉尾气替代一部分煤制气，能节省煤炭资源，减少大量CO₂排放。

2)天然脂肪醇。天然脂肪醇是表面活性剂和塑料增塑剂等精细化工的基础原料，用于化工、石油等行业。天然脂肪醇是以椰子油、棕榈油、棕榈仁油或动物油为主要原料生产，将椰子油、棕榈油、棕榈仁油或动物油等，以油酸锌为催化剂，与过量甲醇反应生成脂肪酸甲酯。脂肪酸甲酯在200～250℃，20～30 MPa压力下，以CuO为催化剂与H₂反应，其反应式为：

3、利用电石炉尾气制合成气并生产化工产品。合成气是以CO和H₂为主要组分，是化工原料的一种原料气。我国每年生产甲醇和甲烷等产品需大量的合成气，这些合成气可利用电石炉尾气生产。

通过压缩的电石炉尾气进入变换装置，经C0和水蒸汽的变换反应，把H₂和CO调整到合适比例，从变换出来的尾气进入脱硫脱碳装置，脱除硫化物和CO₂，制得符合要求的合成气。

1)甲醇。它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。我国为富煤、少气、贫油的国家，甲醇大部分由煤制合成气生产，C0和H₂在200～230℃，5～30 MPa的压力下反应生成甲醇，反应式为：

因此可在条件允许的地方用电石炉尾气生产甲醇，能节省大量的煤炭资源。

2)天然气。天然气是一种由甲烷组成的气态化石燃料。C0和H₂在300～750℃，2.5～4.5 MPa压力下，在催化剂作用下进行反应，反应式为：

若能在电石厂集中的区域，把电石炉尾气集中收集并处理，可作为煤制天然气的一部分气源，是一件利国利民利企的好事。

3)乙二醇。需先生产草酸二甲酯，草酸二甲酯加氢生产乙二醇。草酸二甲酯由亚硝酸甲酯和CO反应制得，其反应式为：

理论上每生产1t乙二醇需723m³CO，需1450m³H₂，若所有煤制乙二醇的CO和H₂，全部由电石炉尾气生产，则所有电石炉所产生的尾气可全都利用，有利于提高煤制乙二醇的竞争力。在草酸酯的合成中为了消除H₂对CO偶联反应的影响，还要对电石炉尾气生产的CO进行脱氢，使用专用的脱氢剂，并将氢脱到10^-4以下。

综上所述，为了解决电石炉尾气污染环境及利用效率低等问题，根据电石炉尾气的主要成分为CO，本文提出了将电石炉尾气经净化，并经变换等化学反应后生产醋酸、甲酸、天然气、乙二醇等化工产品。

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