曹瑋儒　劉雪梅

摘要：聚氯乙烯（PVC）是一種應(yīng)用廣泛的化工產(chǎn)品，主要用于建筑材料、管材、薄膜、電線電纜等方面，我國PVC產(chǎn)能占全世界60%以上，2019年總產(chǎn)能達到2498×104t/a[1]。電石渣是聚氯乙烯行業(yè)電石法制乙炔氣過程產(chǎn)生的廢渣，生產(chǎn)1tPVC約排放電石渣1.5～1.9t（干基），造成國內(nèi)電石渣年產(chǎn)生量達到3000×104t/a。電石渣主要成分為Ca（OH）2及少量CaCO3，粒徑一般小于200μm，易于揚塵造成大氣及粉塵污染，此外電石渣利用率較低，大量堆存造成鈣資源的浪費，而電石渣的規(guī)?；{與有效利用將促進上游產(chǎn)業(yè)的綠色持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：干法電石渣;乙炔氣;廢物處理;擴散;平衡

1干、濕電石渣性質(zhì)分析

1.1干、濕電石渣儲存安全環(huán)保風(fēng)險

化工電石渣漿經(jīng)壓濾后，含水分約30%的渣進入水泥生產(chǎn)線，除直接上料進入烘干破碎機外，多余的料就儲存在堆棚內(nèi)做調(diào)整用。電石渣揮發(fā)物、渣漿、粉塵屬于強堿性物質(zhì)，對鋼構(gòu)、人體皮膚、呼吸道、眼睛有很強的腐蝕性。堆積時間長了容易板結(jié)，無形中增加了勞務(wù)費用，所以物料平衡是降本增效和安全環(huán)保的關(guān)鍵。化工干法乙炔含水5%～7%，含有少量的殘余乙炔，經(jīng)輸送設(shè)備進入水泥六個電石渣儲存庫，如何調(diào)整出入庫是防止庫內(nèi)掛壁、控制殘余乙炔的措施。庫頂除塵器防止冬季結(jié)露，是保證庫內(nèi)安全環(huán)保運行的關(guān)鍵。

1.2干、濕電石渣在使用過程中存在物料、熱量的不平衡性

兩條水泥生產(chǎn)線建成投運后，1#線回轉(zhuǎn)窯采用三級預(yù)熱器，窯尾預(yù)熱器出口溫度550℃，窯尾管道連接兩臺電石渣烘干破碎機。由于烘干熱量不足，烘干渣量不能滿足窯的投料需求，而化工產(chǎn)生的濕渣又有富余。2#線回轉(zhuǎn)窯采用五級預(yù)熱器，預(yù)熱器出口溫度350℃，在窯尾干燥管內(nèi)烘干化工干渣工藝產(chǎn)生的電石渣，富余的熱量靠窯尾管道噴淋降溫，保護電袋除塵器的安全使用，造成熱量的損失。干法乙炔產(chǎn)生的電石渣不能滿足2#回轉(zhuǎn)窯的投料需要，加之化工干、濕乙炔產(chǎn)能調(diào)整有一定局限性，水泥兩臺窯干渣庫因設(shè)計工藝缺陷不能互用，出現(xiàn)干、濕電石渣物料和熱量的失衡。

1.3干、濕電石渣輸送過程中的弊端

濕渣經(jīng)輸送設(shè)備、喂料機進入1#回轉(zhuǎn)窯尾烘干破碎機，利用窯尾余熱烘干后，通過旋風(fēng)分離器進入成品干粉庫。濕渣在輸送過程中粘性大，料倉、下料溜管、烘干破碎機、喂料器、螺旋絞刀等設(shè)備設(shè)施易堵塞，在冬季易結(jié)露，嚴(yán)重影響正常運行。干粉中矽鐵含量大，在輸送和除渣過程中易產(chǎn)生揚塵。

2干法電石渣中乙炔氣逸出影響因素

考察外部環(huán)境變化會對干法電石渣和夾雜乙炔氣的相對狀態(tài)產(chǎn)生影響，一方面根據(jù)分子熱運動原理，環(huán)境溫度會對氣體分子的相對運動速度有較大的影響，另一方面根據(jù)擴散原理，外界機械振蕩可能在一定程度上使得乙炔氣逸出速率加快。因此首先考察了不同溫度（25、45℃）環(huán)境及機械振蕩條件對電石渣乙炔氣逸出行為的影響規(guī)律，環(huán)境溫度由室溫25℃升至45℃后乙炔逸出量有顯著提升，45℃條件下1h內(nèi)乙炔氣的逸出量與室溫相比從0.23m³/t提升到0.39m³/t，2h逸出量則由0.25m³/t提升到0.44m³/t，溫度升高對乙炔氣的逸出速率有明顯的促進作用;另外一方面，1～2h的過程中，低溫環(huán)境下干法電石渣的乙炔氣逸出增量較高溫環(huán)境條件下小，表明低溫環(huán)境下干法電石渣中的乙炔氣逸出量小，且更快達到平衡。原因可能在于溫度較高時，氣體熱運動速率較快，相較于電石渣固體表面與氣體的黏附作用，乙炔可以更加有效地逸出;同時高溫狀態(tài)下殘余電石與體系中的水分能夠更快反應(yīng)，從而提高逸出量和逸出速率。在低乙炔夾帶情況下，振蕩對于乙炔氣的逸出沒有明顯作用，而在高乙炔夾帶情況下，振蕩使得乙炔的逸出有小幅提升，但總體來說機械振蕩對乙炔氣逸出行為的促進或抑制作用不明顯。

3干法電石渣中乙炔氣高效逸散方案

由干法電石渣3h自然逸出行為規(guī)律可知，電石渣中乙炔氣在取出后1h內(nèi)快速逸出，因此考慮通過對干法電石渣在自然敞開體系中進行晾置，實現(xiàn)夾帶乙炔氣的自然逸散，然后考察封閉體系中的干法電石渣乙炔氣逸出行為變化規(guī)律。干法電石渣在敞開體系晾置10min后封閉，乙炔氣逸出量大幅降低，晾置時間進一步延長至20min時，乙炔氣逸出量的減少趨勢不太明顯。從晾置后的乙炔逸出總量可以看出，經(jīng)過一段時間的敞開晾置，乙炔氣的逸出量由0.26mm³/t降低至0.07m³/t，晾置過程乙炔氣逸散73.16%，封閉體系中的乙炔氣濃度仍然會緩慢提升，并上升至爆炸極限濃度2.1%～80%（體積比）。為了能夠更好地為實際工業(yè)生產(chǎn)過程中乙炔氣的儲運和利用過程的安全風(fēng)險規(guī)避提供參考，模擬現(xiàn)場封閉體系中快速充氣和氣體置換行為，考察了前期敞開體系晾置和中間快速氣體置換相結(jié)合的方式對乙炔氣逸散的影響效果。

在乙炔氣大量快速逸出的1h內(nèi)，晾置30min相比直接密封操作，乙炔氣富集最高濃度降低50%，對乙炔氣逸出2h后的封閉體系進行氣體置換，體系內(nèi)乙炔氣含量迅速降低，體系中乙炔氣總含量由直接封閉條件下的1.00m3/t降至0.09m3/t，逸散量達到91.40%，且經(jīng)晾置及氣體置換后體系內(nèi)乙炔氣濃度大幅下降，遠低于乙炔氣的爆炸極限濃度。自然狀態(tài)下電石渣顆粒表面附著少量電石，其內(nèi)部有大量不規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)使得其夾帶大量乙炔氣，后經(jīng)封閉空氣中的水分及其自身水汽與電石反應(yīng)產(chǎn)生部分乙炔氣，孔道內(nèi)夾帶及吸附的氣體隨之逸出，封閉系統(tǒng)內(nèi)的乙炔氣濃度迅速提升，對系統(tǒng)進行強制通風(fēng)使得孔道內(nèi)氣體及密封系統(tǒng)內(nèi)的氣體得以置換，使得該系統(tǒng)內(nèi)乙炔氣達到低濃度穩(wěn)定狀態(tài)。

結(jié)束語：干法電石渣是電石法制乙炔過程中產(chǎn)生的大宗鈣基固廢，其中殘留電石及乙炔氣對資源化利用影響較大。針對利用過程乙炔氣富集的安全隱患問題，對電石渣的粒徑分布、礦相組成、微觀形貌等進行了系統(tǒng)分析和表征，考察了殘留電石含量變化及不同溫度、濕度、振蕩、晾置時間、氣體置換等因素對乙炔氣逸出行為影響。

參考文獻

[1]張國文，羅宏浩，劉小正.干法乙炔電石渣漿系統(tǒng)改造總結(jié)[J].聚氯乙烯，2020，48（09）：38-40.