干法乙炔裝置運行總結

袁捷才

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西 鹿寨545600）

廣西柳化氯堿有限公司“10 萬t/a 聚氯乙烯新建項目”于2010 年5 月建成投產，至今已連續運行了二年多，各項技術經濟指標均達到了設計要求。項目配套采用干法乙炔發生工藝，共有2 套乙炔發生器，每套設計產能為2 500 m3/h，在試生產初期，此套乙炔發生裝置運行不太正常，出現不少問題和故障，后經過改進、完善，使工藝得以優化，生產故障率大大降低，生產能力及各項工藝指標合格率顯著提高，確保了生產的連續、安全、穩定運行。

1 工藝流程簡述

經過電石破碎工序初步破碎后的合格電石 （粒徑≤50 mm）， 由輸送皮帶機送入原料電石儲槽，經電動振動給料器將電石均勻送入電石高效細碎機進行粉碎， 粉碎后的電石自流進入1# 斗式提升機， 提升至電石振動篩進行篩分處理， 合格粒徑（≤3 mm）的電石進入成品電石儲槽，經螺旋輸送機送入2#斗式提升機， 通過2#斗式提升機送至電石稱重槽和電石加料斗備用。 電石振動篩篩分處理后粒徑不合格（≥3 mm）的電石通過溜管回到電石高效細碎機進行再粉碎。

來自電石細碎工序經細碎、 篩分處理的合格電石進入電石加料斗， 通過雙螺旋電石給料機將粉狀電石均勻地從發生器側面分別送入干式乙炔發生器的一、二層。在發生器攪拌和相應的發生水噴射作用下，電石與水反應生成乙炔氣體，并從發生器下部乙炔氣出口排出， 進入除塵冷卻塔進行除塵和冷卻處理。 電石進入發生器一、二層后，經攪拌從發生器中心孔下落至第三層， 再經過攪拌從發生器三層層板的外周下落至發生器第四層層板， 在第四層攪拌的作用下，四層層板上的電石從第四層層板中心孔落下至第五層，如此循環運動，最后電石灰渣從第十層中心孔排出，通過電石渣排出機的作用，電石渣被送入電石渣輸送皮帶機， 通過斗式提升機送入電石渣儲槽，或者直接送到電石渣罩棚，貯存或外運處理。

來自乙炔發生器的乙炔氣通過自壓進入除塵冷卻塔進行除塵和冷卻， 除塵冷卻塔除塵洗滌水通過噴淋水泵抽送，經過噴淋水冷卻器冷卻后，進入除塵冷卻塔進行洗滌冷卻，噴淋水經過沉淀、澄清、冷卻后，循環使用。

出除塵冷卻塔的洗滌水， 靠位差自流入電石渣沉降池， 經自然沉降后的上清液自流入清液池，然后， 通過噴淋水泵抽送到上清液冷卻器冷卻后再進入除塵冷卻塔循環使用。 電石渣沉降池沉降下來的電石渣由渣漿泵抽送到板框壓濾機壓濾， 清液回到清液池，濾渣外運處理。循環上清液冷卻器配備了清洗液，進行上清液冷卻器的交替洗滌，以清除冷卻器結垢，保證冷卻器的良好運行狀態。

出除塵冷卻塔的乙炔氣中含有水蒸氣、硫化氫、磷化氫和少量氮氣。通常，干式乙炔器發生的乙炔氣中硫化氫含量較濕式發生器多0.02%～0.05%， 但因原料電石不同，最高可達到將近1%，并且不均衡現象十分明顯。對于這種乙炔氣進行凈化時，濕法乙炔工藝現有的清凈操作較困難， 而且有降低純度的可能。干式發生器裝置中設置了單獨脫硫的裝置，預先將硫化氫脫除是比較合理的，所以，出除塵冷卻塔的乙炔氣首先進入列管式冷卻器， 用5 ℃水進行再冷卻，冷卻后的乙炔氣進入脫硫塔，用5%～10%NaOH溶液進行噴淋洗滌，以脫除乙炔氣中的硫化氫。脫硫塔用過的廢堿液排入電石渣沉降池作為除塵洗滌水回收使用。

出脫硫塔的乙炔氣通過正水封進入乙炔清凈工序以脫除殘留的硫化氫、磷化氫、氨、砷化氫等雜質氣體。 這些雜質會對氯乙烯合成工序的氯化高汞觸媒進行不可逆吸附，加速觸媒活性的下降，其中，磷化氫（特別是P2H4）會降低乙炔自燃點，與空氣接觸會自燃，形成安全隱患，均應徹底脫除，所以干式乙炔發生裝置仍需配備乙炔氣清凈系統。

2 出現的問題及改進措施

干法乙炔發生裝置建成后，經過試運行，主要工藝裝置—電石細碎裝置和乙炔發生裝置基本達到了設計要求，取得了預期的效果，但附屬除塵冷卻水循環冷卻裝置和發生水裝置暴露出工藝路線長、能耗大、易結垢、易堵塞、操作繁瑣等問題。 經過分析、總結，實施了一些技術改造，優化了工藝，簡化了工藝流程，取消了3 臺工藝泵，2 個除塵水中間貯槽和1 條皮帶輸送機， 增設循環冷卻水管及流量計導淋水管等，使電耗下降，環境改善，操作更方便，運行更穩定。

2.1 上清液冷卻工藝改造

上清液是從清液池泵出的， 直接打入除塵冷卻塔， 用于噴淋剛出乙炔發生器的高溫并含電石渣粉塵的乙炔氣冷卻水。為了杜絕廢水排放、降低乙炔溶解損失、節省用水量，這些冷卻水是閉路循環的，從除塵冷卻塔排出的高溫含塵濁液，通過自然沉降、換熱器冷卻后，變成溫度較低（40～50 ℃）的上清液再噴淋高溫乙炔氣，如此反復循環。原技術合作方設計的工藝流程線路太長、設備多、操作繁鎖，2 個冷熱上清液貯槽的液面難平衡，增加了設備的泄漏隱患，設備的維修工作量和維修費用也相應增加。為此，實施了“上清液冷卻工藝改造項目”，只增設了1 段長約4 m 的? 159 mm×4.5 mm 碳鋼管和2 個DN150的截止閥，使工藝流程得到優化。改造前和改造后的工藝流程示意圖分別見圖1 和圖2。

從圖1、圖2 可以看出，改造后的工藝流程非常簡潔、實用，省去了2 個貯槽（每個40 m3），2 臺泵（每臺功率55 kW）。正常生產時，每小時節電約100 kW·h。

2.2 除塵水工藝改造

干法乙炔發生器產生的粗乙炔氣不僅溫度高，還含有電石渣粉塵，因此，要在除塵冷卻塔內進行噴淋洗滌、冷卻，將粉塵捕集下來，得到純凈及冷卻的乙炔氣。進入除塵冷卻塔內的噴淋水稱為上清液，排出的含少量電石渣漿的熱濁水稱為“除塵水”，除塵水流入沉降池自然沉降后， 清液溢流到上清液池循環使用。 原設計工藝流程設備多、操作繁鎖，除塵水貯槽液位很難平衡，經常出現抽空或滿溢現象，除塵水輸送泵的機封泄漏頻繁，維修工作量大，維修費用及運行電耗都很高，同時，工藝管道、除塵水貯槽積聚電石渣后，經常出現堵塞現象。 為此，實施了“除塵水工藝改造項目”， 取消除塵水貯槽和除塵水輸送泵，將除塵冷卻塔出來的除塵水利用位差直接引到電石渣沉降池。 改造前和改造后的工藝流程示意圖分別見圖3、圖4。

改造后省去了1 個除塵水貯槽（30 m3）和1 臺泵（75 kW），每小時可節電約70 kW·h，且消除了除塵水輸送泵的泄漏和堵塞，改善了現場環境。

2.3 電石渣輸送工藝改造

干法乙炔發生器排出的電石渣為干粉末狀，含水量為8%～12%，溫度為80～90 ℃，在貯存過程中易回潮粘結及粘堵，在溜槽內滑動或撒落時，易產生揚塵，因此，在輸送過程中，應盡量避免臨時貯存和設備間倒轉，否則，易發生堵料、揚塵等故障和環境污染。實施了“電石渣輸送工藝改造項目”，取消了斗式提升機、2 個電石渣貯槽、電石渣增濕機、星型給料機、2# 排渣皮帶等6 臺設備， 只用1 條輸送皮帶即把電石渣送到電石渣罩棚， 并且在電石渣輸送皮帶的落料溜槽處安裝水霧噴淋裝置， 利用水霧噴淋除塵，消除電石渣下落時的揚塵。改造前后的工藝流程示意圖分別見圖5、圖6。

2.4 新增保護氮氣管線改造

原技術合作方設計的電石細碎工序設備、 管道是沒有氮氣保護的，由于電石具有吸潮性強，易水解產生乙炔的特性， 乙炔與空氣混合后形成極易爆炸的混合氣體， 當受到電石破碎過程中撞擊發出的火花或者摩擦發熱等能量引發，就會發生爆炸，是一個比較重大的安全隱患。實施了“新增保護氮氣管線改造項目”，對電石細碎工序的工藝設備增設保護氮氣管線及氮氣流量計，當設備運轉時，通入規定流量的保護氮氣，降低系統內的氧含量，縮小系統內混合氣體的爆炸極限范圍，這樣可極大地降低系統發生爆炸的風險。 同時，還通過制訂操作控制規程，定期（2 h）取樣分析，嚴格控制系統內含量小于1%，并做好記錄，確保系統內不形成爆炸性的混合氣體。

2.5 乙炔發生水工藝改造

原設計的發生水工藝流程為， 冷卻后的上清液作為發生水，用發生水泵加壓后，再經流量計計量、調節閥調節流量后，送入發生器作為電石的反應用水。 通過試生產，發現發生器的發生水噴嘴很快就會堵塞，經過分析是因為上清液內含有微量電石渣漿，逐漸粘結在噴咀上造成的。 為此，實施了“發生水工藝改造項目”， 即增設1 根DN100 的工業水管和1 個氣動調節閥，利用原冷卻上清液貯槽作為工業水貯槽，接入比較干凈且價格低廉的工業水，再經發生水泵加壓后，由流量計計量，調節閥調節流量后送入發生器作為反應用水。 改造后，發生器噴咀粘堵現象明顯減輕，霧化效果得到提高，噴嘴清洗周期大大延長，由6 個月延長到12 個月左右，發生水系統管道、管件、閥門、流量計堵塞現象得到消除，運行的安全性、穩定性得到提高。

2.6 其他改進措施

（1）在乙炔孔板流量計前加裝1 根DN50 導淋管，將冷凝液排出，提高乙炔流量計的靈敏度和準確度。

（2）改大原料電石儲槽，將2 個原料電石儲槽由6 m3改大到12 m3， 解決了原料電石儲槽容積小、易滿料外溢的工藝故障，減輕了工人勞動強度。

（3）加固乙炔發生器排渣機機座，解決了排渣機負荷增大時機座拉裂問題。

（4）除塵冷卻塔噴淋水上水支管由DN40 改為DN50，解決了管內結垢多，使用周期短的問題，使用周期由半年延長到1 年。

（5）電石振動篩進料溜管內加裝斜擋板，避免電石對篩網面的直接沖擊， 減少振動篩篩網損壞造成的堵料故障，延長使用周期。

3 運行效果分析

5 000 m3/h 干法乙炔發生裝置于2010 年5 月建成投產，到2010 年12 月，已連續運行了2 年。其間，雖然因受聚氯乙烯市場低迷及原料電石供應不足的影響，2臺乙炔發生器只能輪換開1 臺，但經過測試和每個月的工藝指標考核， 單臺乙炔發生器的產氣量達到2 450 m3/h， 達到設計能力（2 500 m3/h）的98%；乙炔純度（指標≥98.5%）合格率每月均達到100%；電石渣含水（指標為8%～12%）合格率每月均達到97%；電石渣夾帶生電石（指標為零）合格率每月均達到98%；乙炔氣收率每月均達到98%。 主要工藝考核指標已達到設計要求。 從環?？己酥笜藖砜矗骄繃嵕勐纫蚁┊a生干電石渣約二噸；平均每噸PVC 產生 “廢水”（指乙炔發生時加入稍過量的水，用于汽化帶出熱量，后又在乙炔除塵塔和冷卻器中冷凝下來的水，以及沖洗設備水）約0.22 m3；沒有“廢氣”產生；干電石渣全部外銷給水泥廠、制磚廠、污水中和處理廠等企業；“廢水” 全部打到公司污水處理站處理合格后達標排放，“三廢” 得到綜合利用及處理，沒有外排，沒有環境污染。從生產實踐來看，干法乙炔裝置的改造、優化是成功的。

4 存在問題

（1）干法乙炔發生裝置對原料電石的粒度要求比較嚴格，電石破碎設備多，流程長，即固體物料的粉碎、輸送、貯存等機械設備多，工藝流程長，電石含有硅鐵等雜質，硬度也很大，破碎時又產生粉塵，因此， 造成電石細碎工序機械設備磨損很快， 檢修頻繁，檢修工作量和檢修費用高。 若設備維護、管理不細致，或者沒有根據運行規律進行預防性檢修，就會頻繁造成設備故障而停車檢修， 這也是干法乙炔技術工業化應用的關鍵難題。

（2）干法乙炔發生裝置屬于氣固相反應裝置，即電石幾乎是與水蒸氣反應，反應溫度比較高，發生器內充滿飽和水蒸氣，當發生器計劃停車，或臨時停車時，溫度下降，水蒸氣冷凝下來后與電石粉結合并粘結在發生器內壁、攪拌器、層板上，造成發生器下料速度減慢，負荷提不上，不得不定期清理。一般地，滿負荷生產時，約半年必須清理1 次，這也會對生產負荷造成一定的影響。

（3）干法乙炔發生裝置反應溫度高（110～150 ℃），造成乙炔氣中夾帶的一些有機物雜質比較多， 會在后工序的冷卻、 脫硫設備中沉積下來， 必須定期清理，如脫硫塔的填料上就沉積熔點為120 ℃，不溶于水、堿、酸，微溶于有機溶劑的黃色、脆性固體雜質，造成填料層阻力增大，需定期（約半年）清理，影響到生產的連續穩定運行。

5 下一步優化及改進計劃

（1）改進設備制造性能及質量。 由于目前電石破碎、 粉碎機械及設備均選用通用型礦山機械設備，其材質、硬度、耐腐性能還是達不到長期連續運行的要求，除多加強摸索、改造外，還要多與機械設備制造廠家交流、合作，以改進設備性能，延長機械設備使用周期，減少檢修工作量，同時，計劃再增設1 臺永磁除鐵器，提高除鐵效果，減輕硅鐵對破碎機的磨損。

（2）再新增1 套干法乙炔發生裝置，同時，改進發生器的攪拌器結構，減輕電石渣粘結量，延長乙炔發生器的清理周期， 確保乙炔發生器檢修時不影響生產負荷。

（3）增加除塵冷卻塔的噴嘴數量，增加噴淋水量，從而增強其除塵、洗滌、冷卻效果，使有機物雜質盡量洗出，減少在后續設備中的夾帶、沉積，采用孔隙率更大的填料，減輕填料層的阻力，延長脫硫設備的檢修周期，使生產連續、高負荷運行。

6 結語

干法乙炔發生裝置經過優化、改造后，連續、穩定運行了2 年，創造了一定的經濟效益和社會效益，實現了預期的目標。 生產實踐證明，其具有安全、清潔、環保、投資省、占地面積小、集中控制程度高、電石渣易處理、勞動強度低、乙炔氣純度高、消耗低等優點，但仍有一些問題需要進一步改進和完善，尤其是設備的耐用性能問題和工藝優化問題等。