Documento sobre la utilización integral del gas de horno de carburo de calcio en la economía circular
[Resumen] Este artículo describe brevemente las características y el valor de utilización del gas de horno de carburo de calcio Los principales componentes del carburo de calcio. Los gases de horno son CO y H2 (aproximadamente 90). Se puede observar que el gas de horno de carburo de calcio se puede utilizar como combustible y materia prima química. Sin embargo, el simple uso del gas de horno de carburo de calcio como combustible no maximiza su valor. Es más significativo utilizarlo como materia prima para desarrollar productos químicos de alto valor agregado. Por lo tanto, este artículo se centra en el proceso de utilizar gas de escape de hornos cerrados de carburo de calcio para producir productos químicos de carbono y lo compara con el proceso de producción de gas de carbón en la industria química del carbón. Se descubre que el proceso utiliza gas de horno de carburo de calcio como materia prima. El material no solo puede utilizar completamente el contenido efectivo del gas del horno de carburo de calcio. La composición del gas también reduce las emisiones de carbono y la contaminación al medio ambiente. Al mismo tiempo, puede reducir eficazmente el costo de producción y la inversión en construcción de productos químicos de carbono.
[Palabras clave] Gas de horno de carburo de calcio; economía circular; carbono 1
El carburo de calcio es la materia prima básica de los productos químicos orgánicos y el acetileno se produce a partir de él. de él se pueden producir ácido acético, acetato de vinilo, cloruro de polivinilo, alcohol polivinílico, negro de humo de acetileno y una serie de miles de productos orgánicos. En la industria nacional del carburo de calcio, ya sea un horno de carburo de calcio completamente cerrado, un horno de carburo de calcio semicerrado de combustión interna o un horno de carburo de calcio abierto, los gases de escape no se han utilizado bien y algunos incluso se ventilan y queman directamente. , lo que resulta en un enorme desperdicio de recursos.
1 Características y valor de utilización del gas de horno de carburo de calcio
1.1 Características del gas de horno de carburo de calcio
Utilizando un horno cerrado para producir carburo de calcio, el subproducto El volumen de gas del horno del producto por tonelada de carburo de calcio es de aproximadamente 400 Nm3 [1-2], su composición típica y propiedades físicas se muestran en la Tabla 1. Como se puede ver en la Tabla 1, el gas del horno contiene una gran cantidad de polvo, que es pegajoso, ligero, fino y difícil de capturar; el gas del horno contiene una pequeña cantidad de alquitrán, que se encuentra en estado gaseoso cuando la temperatura aumenta; es superior a 225 ° C y está en estado gaseoso cuando la temperatura es inferior a 225 ° C. Es fácil precipitar cuando se usa, lo que hará que la bolsa para el polvo se pegue y obstruya el gas del horno. Contiene una gran cantidad de polvo que es difícil de eliminar, lo que dificulta su control. El gas del horno debe purificarse completamente antes de su uso.
1.2 Valor de utilización del gas de horno de carburo de calcio
De la composición del gas de horno de carburo de calcio se puede ver que el gas del horno contiene una gran cantidad de CO y H2, que es un buen combustible y materia prima química y debe utilizarse bien. Esta parte del gas puede producir enormes beneficios económicos y sociales. Según la producción de carburo de calcio de mi país de 25 millones de toneladas en 2017, la cantidad total de gas de horno de carburo de calcio subproducto alcanza aproximadamente 10 mil millones de Nm3. Si se puede reciclar todo, se pueden obtener alrededor de 7,5 mil millones de Nm3CO y 750 millones de Nm3H2. . Por lo tanto, la purificación y utilización del gas del horno son de gran importancia para lograr el reciclaje de energía, reducir los costos de producción y mejorar los beneficios económicos.
2 Utilización y análisis económico del gas de horno de carburo en la industria química
En la actualidad, el gas de horno de carburo de algunas empresas solo se utiliza como combustible para quemar cal y calderas después de un tratamiento simple. , y el valor del gas del horno no se maximiza. Los componentes principales del gas de horno de carburo de calcio son CO y H2. Después de una purificación profunda, el CO y el H2 se pueden utilizar para desarrollar productos químicos posteriores de alto valor añadido, que se pueden utilizar para producir amoníaco sintético, metanol, etilenglicol, éter dimetílico. formiato de sodio, etc. Para productos químicos de valor agregado [4], actualmente se han construido con éxito plantas nacionales para producir formiato de sodio, amoníaco sintético y etilenglicol. Consulte la Tabla 2 para obtener más detalles.
2.1 Amoníaco sintético y metanol
[3] Según el análisis del gas de la materia prima y el cálculo del balance de materiales, la fracción de volumen de nitrógeno en el gas de cola de carburo de calcio es aproximadamente 5. Si el metanol es Solo producido, se utilizará el 5% del nitrógeno para ventilar el gas ineficaz, lo que aumenta el trabajo ineficaz del compresor. Por ejemplo, para producir amoníaco por unidad, es necesario agregar nitrógeno al sistema y un nuevo generador de nitrógeno. Es necesario agregar un dispositivo, lo que aumenta la inversión. Considerándolo de manera integral, si se adopta el proceso de coproducción de alcohol y amoníaco, es decir, la producción de amoníaco sintético se conecta en serie con la producción de metanol, y el N2 y el H2 en el gas del horno se sintetizan en amoníaco, se evita la emisión de gas inerte durante la síntesis de metanol y una gran cantidad de pérdida efectiva de gas. El proceso de cogeneración de alcohol y amoníaco no sólo maximiza la utilización del gas de horno de carburo de calcio, reduce las emisiones, sino que también genera beneficios económicos. El diagrama de flujo del proceso de coproducción de alcohol y amoníaco se muestra en la Figura 1.
Al utilizar gas de horno de carburo de calcio como materia prima, el proceso de coproducción de alcohol y amoníaco tiene las siguientes ventajas: (1) Aprovecha al máximo los componentes del gas en el gas de horno de carburo de calcio y la tasa de utilización del gas del horno es mayor (; 2) Utiliza el gas de cola después de la síntesis de metanol. El subproducto amoníaco líquido no solo maximiza la utilización del gas de horno de carburo de calcio, sino que también crea beneficios económicos (3) bajo consumo de energía, en comparación con el proceso doméstico de conversión de carbón a metanol; (4) bajo costo, en comparación con el proceso nacional de conversión de carbón a metanol. El costo es significativamente menor que el del proceso de producción de metanol;
2.2 Etilenglicol
El gas de síntesis de etilenglicol es H2 (99,9, vol) y CO (99, vol) de alta pureza, y la proporción en volumen de H2 y CO es de aproximadamente 1,95. . Si se utiliza gas de horno de carburo de calcio como gas de síntesis de etilenglicol, en comparación con el uso de carbón como materia prima, se omite el proceso de producción de gas de carbón, el consumo es bajo y el costo de las materias primas se reduce significativamente. método de producción que simplemente usar carbón como materia prima. El flujo del proceso de síntesis de etilenglicol utilizando gas de horno de carburo de calcio como materia prima se muestra en la Figura 2. Puede verse en 2 que el gas de horno de carburo de calcio puede usarse como materia prima para etilenglicol solo después de una transformación y separación apropiadas para producir hidrógeno y no requiere la producción de carbón. El proceso de gas puede ahorrar una gran inversión y tiene buenos beneficios económicos y sociales. A juzgar por la utilización de gas de horno de carburo de calcio nacional en productos químicos, Xinjiang Tianye Group ha logrado el éxito. Xinjiang Tianye utiliza gas de horno de carburo de calcio como materia prima y adopta tecnología de carbón a etilenglicol. En julio de 2011, comenzó la construcción de la primera fase de un proyecto de carbón a etilenglicol de 250.000 toneladas al año en Shihezi, Xinjiang, con. una producción anual de 50.000 toneladas de etilenglicol. La primera fase del proyecto se completó en enero de 2013 y produjo con éxito etilenglicol de alta calidad, con una pureza del producto que superó el estándar nacional para productos de alta calidad. Basado en el éxito de la primera fase, la segunda fase del proyecto de etilenglicol de 200.000 toneladas/año comenzó su construcción en mayo de 2013 y se completó y puso en producción en septiembre de 2015.
2.3 Cloruro de polivinilo
[4] Además de usarse en la industria química de carbono uno, en la ruta de producción de soda cáustica-PVC, el PVC de carburo de calcio tiene dos reacciones químicas importantes. procesos: (1) El hidrógeno y el cloro reaccionan para sintetizar cloruro de hidrógeno (2) El cloruro de hidrógeno y el acetileno reaccionan para sintetizar cloruro de vinilo; En el proceso de síntesis de cloruro de hidrógeno, para evitar que el contenido de cloro libre en el cloruro de hidrógeno explote cuando se encuentra con acetileno, la cantidad de hidrógeno que participa en la reacción es generalmente de aproximadamente 10 en exceso. Sin embargo, al electrolizar cloruro de sodio, las cantidades de cloro e hidrógeno producidas son las mismas, lo que requiere un exceso de recursos de hidrógeno. Las empresas de cloro-álcali generalmente dependen de la producción de cloro líquido para compensar la falta de hidrógeno, o utilizan la electrólisis del agua para producir hidrógeno o gas natural para reponer el hidrógeno, lo que conducirá a mayores costos de inversión y producción. De la composición del gas de horno de carburo de calcio se desprende que, además del CO con una fracción en volumen de aproximadamente 80, también hay H2 con una fracción en volumen de 5 a 10. De esta manera se puede recuperar el gas del horno y Se separa mediante transformación isotérmica, adsorción por cambio de presión y otros procesos para separar H2, que se utiliza para sintetizar cloruro de hidrógeno, y el CO restante puede seguir utilizándose como materia prima para la industria química del carbono. El flujo del proceso de recuperación y utilización del gas del horno se muestra en la Figura 3. Como las ganancias en la industria cloro-álcali son generalmente bajas, el reciclaje del gas de los hornos no sólo reduce el costo de producción de carburo de calcio, sino que también proporciona hidrógeno para la producción de PVC, lo que tiene importantes beneficios económicos.
2.4 Análisis económico del reciclaje de gas de horno
El gas de horno de carbón y carburo de calcio se utiliza como materia prima para producir gas de síntesis de etilenglicol. La principal diferencia de costos se refleja en el gas de materia prima. del gas de síntesis En términos de preparación, comparamos principalmente el costo del carbón con gas de síntesis y el costo del gas de horno de carburo de calcio como tratamiento de gas de síntesis. 2.4.1 Premisa de comparación (1) Producir las mismas especificaciones y la misma cantidad de gas de síntesis (H2 CO); (2) La conversión de carbón a gas se considera en función del proceso de gasificación de lechada de carbón y agua (3) El gas de horno de carburo es; suministrado fuera del proyecto, basado en 0,3 El precio se basa en yuanes/Nm3 (4) El rango de comparación termina con el gas crudo del gas de síntesis, es decir, no se consideran la transformación posterior, separación, etc. 2.4.2 Comparación del consumo Con base en la premisa de comparación de 2.4.1, se calcularon y analizaron los procesos de producción de gas de carbón y producción de gas de horno de carburo de calcio de gas de síntesis, y se obtuvo el consumo de materia prima y el consumo de servicios públicos de los dos procesos, como se muestra en la Tabla 3.
Se puede ver claramente en la Tabla 3 que el gas del horno de carburo de calcio se utiliza como materia prima. El gas de materia prima es suministrado directamente por la fábrica de carburo de calcio y, por lo tanto, el consumo se ha incluido en la producción de carburo de calcio. se ha preparado gas para la planta química; si bien se utiliza la gasificación del carbón, en el proceso de producción de gas es necesario incrementar el consumo de obra pública y carbón crudo, lo que requiere la garantía de recursos de carbón en la ubicación del proyecto. Al mismo tiempo, también es necesario construir proyectos públicos de apoyo a la gasificación del carbón. 2.4.3 Comparación de costos De acuerdo con la situación del consumo en la Tabla 3, se puede ver que el gas de horno de carburo de calcio es el gas materia prima y solo es necesario calcular el costo del gas de horno de carburo de calcio crudo. De hecho, el gas de horno de carburo de calcio. Es un subproducto de la producción de carburo de calcio, por lo que su costo puede considerarse 0. Esta comparación considera que el gas de horno de carburo de calcio se compra de plantas de carburo de calcio fuera del proyecto, y el precio de compra debe incluirse en el costo del gas materia prima. Los resultados de la comparación de costos se muestran en la Tabla 4. A juzgar por los resultados de la comparación en la Tabla 4, utilizando gas de horno de carburo de calcio como materia prima, el costo del gas de síntesis por 1000 Nm3 se puede reducir en más de 200 yuanes, lo que se traduce en una reducción de costos de aproximadamente 500 yuanes por tonelada de etilenglicol. La reducción de costes es muy significativa. Si el gas del horno de carburo de calcio se puede suministrar internamente, se puede ignorar el costo del gas del horno de carburo de calcio y la reducción del costo del gas de síntesis será aún más sustancial. 2.4.4 Comparación de inversiones Debido a las diferentes fuentes de gas de síntesis, la diferencia de inversión será relativamente grande. Se realizó una estimación comparativa de la diferencia de inversión en los dos procesos de materia prima de gas de carbón y gas de horno de carburo de calcio. Los resultados de la comparación se muestran en la Tabla 5. Se puede ver en la Tabla 5 que si el valor de referencia de la inversión en producción de gas de carbón es 0 y la escala del gas de síntesis es 93.750 Nm3/h (que puede cubrir la producción de 300.000 toneladas/año de etilenglicol), entonces el uno- La inversión de tiempo del gas de horno de carburo de calcio como materia prima puede suponer una disminución de aproximadamente 950 millones.
2.5 La influencia de las incrustaciones de carburo de calcio
Aunque el gas de horno de carburo de calcio se utiliza como materia prima para el gas de síntesis, tanto en términos de inversión como de costes operativos son mucho menores que los del carbón. -a-gas, pero es necesario hacer un buen uso del carburo de calcio. El gas del horno también depende del tamaño del dispositivo de carburo de calcio. Por ejemplo, si se utiliza gas de horno de carburo de calcio para producir formiato de sodio, se pueden utilizar 100.000 toneladas/año de carburo de calcio para soportar equipos de formiato de sodio de 70.000 toneladas/año, mientras que se utiliza gas de horno de carburo de calcio para producir productos químicos de alto valor añadido, como los sintéticos; amoniaco, metanol y etilenglicol, 100.000 toneladas/año El carburo de calcio sólo puede soportar 36.000 toneladas/año de equipos de síntesis de metanol o amoníaco. Es difícil para una planta química tan pequeña generar beneficios económicos. Equivale a utilizar los recursos del gas de horno de carburo de calcio, pero consume más energía en las plantas químicas de apoyo, lo que genera beneficios sociales, económicos, de protección ambiental y de ahorro de energía. de reciclaje de gas de horno de carburo de calcio con gran descuento. Por lo tanto, cuando se utiliza gas de horno de carburo de calcio, se debe considerar la escala del dispositivo de carburo de calcio. En la actualidad, la escala de las empresas de carburo de calcio en Xinjiang, Mongolia Interior y otros lugares es generalmente de más de 600.000 toneladas al año. Por ejemplo, la capacidad de producción de carburo de calcio de Xinjiang Tianye ha alcanzado más de 2 millones de toneladas al año. suficiente gas de materia prima para la producción química. Por lo tanto, si un nuevo proyecto químico de carbono uno no tiene suficiente gas para hornos de carburo de calcio, puede considerar cooperar con compañías de carburo de calcio a gran escala en el área circundante. Las compañías de carburo de calcio proporcionarán gas para hornos de carburo de calcio a las compañías químicas, de esta manera. lograr la complementación y el reciclaje de recursos.
3 Conclusión
Según el análisis anterior, el uso de gas de horno de carburo de calcio para producir productos químicos tiene ventajas obvias en términos de inversión única y costo del producto. El desarrollo y utilización del gas para hornos de carburo de calcio ha atraído cada vez más atención, especialmente en la industria química, donde se han logrado importantes avances. La aplicación de gas de horno de carburo de calcio en productos químicos de carbono uno ha tenido éxito en la industria. Si se promueve gradualmente a más productos químicos, reducirá en gran medida el costo y la inversión de los productos relacionados, ahorrará energía, reducirá las emisiones y mejorará. Beneficios económicos. Es un ciclo. Un punto culminante del desarrollo económico. Además, además de la producción de carburo de calcio, la producción de ferroaleaciones, silicio industrial, fósforo amarillo, corindón y otros procesos en la industria metalúrgica producirá gas de horno compuesto principalmente de monóxido de carbono, y las emisiones de gas de horno son aproximadamente el doble que de gas de horno de carburo de calcio. Si la aplicación exitosa del gas de horno de carburo de calcio en productos químicos se extiende a toda la industria metalúrgica, contribuirá significativamente a la conservación de energía, la utilización de recursos y la protección ambiental de toda la economía nacional. ;