淺談干式電石反應器的設計與研究

（新疆天業天辰化工有限公司，石河子市，832000） 張林英

在電石法制聚氯乙稀系統中，電石反應器的結構選擇對PVC生產有著至關重要的影響。傳統的電石反應器在目前節能降耗等方面出現很大的局限性，不能滿足現有的生產情況對各方面的要求，隨著科學技術的進一步發展，電石法生產工藝得到了突飛猛進的發展。在2007年5月被國家環保總局列入《國家先進污染防治示范技術名錄》和《國家鼓勵發展的環境保護技術目錄》的干法電石法制乙炔裝置中，干式電石反應器有著非常明顯的優點，其中該設備占地較少，單臺發生器的產能大，電石分解效率高以及廢渣采用水泥處理難度小、能耗低都是新型電石反應器最為突出特點。本文將對干式的電石反應器進行詳細的結構以及運行情況的介紹。

1 傳統電石反應器與干式的電石反應器構造對比

干式的電石反應器具有反應時間短、收率高、輸出氣穩定等優點，但是從外部結構來看，新式的電石反應器與傳統的電石反應器區別不大，采用的都是非標準件的制作構架，都不屬于壓力容器范疇，外部構建所采用的材料都是以Q235材質為主，甚至在外形的尺寸方面都比較相近。

在PVC行業中，傳統的電石反應器進料方式常用三級料斗入料，保證生產正常，三級料斗往往常用循序置換法進行安全置換，以供反應器的正常安全使用。而新式反應器采用一級儲斗進行安全的連續入料，具有較強的反應控制能力，可以根據不同的工藝參數調節反應量。

圖1 傳統反應器

圖2 干式反應器

上述的兩幅電石反應器的外部構造圖，能夠形象的表述二者之間的差距。首先顯著的區別在于傳動方式的安裝位置，因傳統反應器在攪拌時需要的扭力很高，需要以兩面固定的方式對傳動軸進行加固，保證設備傳動需要的扭力；而干式反應器在進行攪拌時需要的扭力較低，所以采用的是單懸軸進行傳動。其次的區別是反應器的入料方式，傳統的反應器入料采用大物料經過置換后直接通過振動器進入反應器；干式的反應器則采用稱量輸送器將反應物料連續穩定的輸送至反應器。最后還存在一些比如出氣口的位置、排渣口的角度等等一些區別，這些都是建立在前面兩點的基礎之上的差異，本身沒有特別的意義。

電石反應器在PVC行業中采取的高溫低壓的生產方式，這樣使得乙炔損耗小、安全性能高。干式的反應器不僅具備這兩種傳統反應器的優點，還具有低能耗、低水耗的特點，圖2中我們看出，干式反應器的攪拌方式為單懸軸，扭力較小，所以我們采用22KW的電機（M）來做功，而傳統的反應器僅此一項需要45KW（M）的傳動來做功。對于低水耗而言，干式反應器加料方式采用連續穩定可計量的小物料入料，這樣我們針對干式反應器的特殊性，通過可控注水，投入參與反應適量的水即可，不需要投入過量水來電石反應。

2 干式反應器反應盤的構造特點

電石反應屬于劇烈的放熱反應，反應的釋放的熱量如下：

CaC2+2H2O——Ca(OH)2+C2H2↑+31千卡/克分子

從上述反應式中我們可以看出，電石的釋放的熱量非常高。在PVC生產安全中，乙炔氣的溫度達到550℃時，乙炔氣會發生劇烈的爆炸反應（1），因此及時的移走反應產生的熱量是反應器設計最為關鍵的部分。

圖3 反應盤

傳統電石反應器采用大量的水進行換熱，雖然在效果上來講，非常明顯，另一方面卻造成水資源的大量浪費，就算是采用廢水回收項目，成本也是非常昂貴。新式的電石反應器則采用“即反應即移走”的設計原理來對電石反應的剩余物進行移熱處理。

圖3中我們可以看出，耙齒跟隨著軸的轉動而進行傳動，耙齒在轉動的過程中將反應過后的電石推至下一層，也就是在電石反應過后，將含有熱量的電石渣推至下一層，防止熱量在第一層進行聚集而發生危險。但是電石在與水反應存在完全水解時間，不同粒度的電石在反應時需要的時間也各不一樣，也就是說，耙齒再做傳動推動的時候，會有可能出現電石未反應完全，便將其推至下一層，這樣會出現電石浪費現象。解決這個問題，需要對不同粒度的電石進行分析研究，以下是不同粒度電石的水解時間：

表1 不同電石粒度水解度

從表1我們可以看出，當電石的粒度小于15mm以下，完全水解時間均小于2分鐘，那么我們在設計電石反應盤時將電石在盤上的停留時間控制在2分鐘，這樣既能保證電石的水解完全，又能保證反應熱的及時移走。保證物料在反應盤上停留的時間控制為2分鐘，我們可以通過兩個方面來實現：一方面是控制傳動軸的轉速，來達到控制停留時間。另一方面是設計好耙齒的分流角度，來達到時間的控制。

3 反應器的部分構件的材質分析

反應器本體不屬于壓力容器范疇，通常采用Q235材質進行制作，但是部分的內部構件因為本身的特殊性，需要采用不同的材質進行制作處理。

3.1 耙齒的齒板

電石中的主要成分為鈣化物，但是還有2%的硅鐵等雜質存在，對主要受力部件的磨損非常嚴重。耙齒的齒板采用普通Q235材料制作時，使用壽命僅為3個月，所以在這個部位采用耐磨高錳鋼板進行制作加工，能夠很好的解決現有的問題。

3.2 反應器底部側壁

電石經過反應后產生的電石渣（Ca(OH)2）具有很強的黏附性，非常容易在反應器的底部出現電石渣板結現象，解決這一問題，一些廠家采用的是物理刮料器，但是也有采用特殊的材質進行解決該問題的方法，譬如使用高分子聚乙烯襯在反應器內壁來防止結垢，也有采用鈦材進行襯底處理等等，都是一些通過改進材料來解決問題的優秀方案。

3.3 反應器的水噴頭

傳統反應器直接采用水管進行大量的注水，但是新式反應器的反應需要通過準確控制水量來達到控制反應的目的，所以新式反應器的注水噴頭必須非常均勻的進行布水，但是普通碳鋼材質的噴頭極易發生斑銹，堵塞噴頭，造成不同程度的水不均勻的現象。所以我們在選擇噴頭的材質上一般選擇高質量的不銹鋼，來滿足生產上得需要。

3.4 反應器傳動軸

反應器傳動軸直線度允差為0.4mm，調熱度處理硬度HB>250，這樣才能滿足耙齒的穩定準確的轉動，材質選擇也因此不能選擇容易變形的Q235鋼來制作，所以傳動軸也是選擇45#圓鋼來進行制作，保證傳動過程的扭矩以及同心度，滿足耙齒的穩定運行。

上述的一些材料選擇，都是建立在生產運行經驗上得出分析，反應器還有一些問題需要更好的材質或者方案進一步解決，比如反應器出現出料不暢等現象，都需要在以后的生產過程中進一步的考慮更優異實用的材質來解決。

4 干式反應器在國內PVC行業中的應用情況

新式電石反應器的技術與2005年進入PVC行業中，進行相關的試驗生產，取得代表性的技術成果的有北京瑞思達技術、浙江的貫恒通技術。在近年來，通過PVC行業交流，新式反應器技術迅速完善，較之傳統的反應器，具有節能、安全等技術優點。2007年進入PVC行業中大型生產中。

目前采用新式反應器的PVC的企業有甘肅新希望有限公司、河南連冠有限公司、重慶壽光聚丁烯生產公司等等大型企業。據了解，干式反應器的運行情況較為穩定，能夠保證生產的連續運行，但是在連續的生產過程中，仍存在一些技術問題，需要進一步解決。

通過行業的反饋程度來說，雖然干式反應器有著節能等多方面的優點，但是在生產運行中，還有一些薄弱環節，比如設備磨損、反應的控制難度等等，都需要在以后的生產經驗摸索過程中進行進一步的改造，以達到連續穩定的生產目的。

[1]何衍慶，黃海燕等.《化工生產與安全》.2005

[2]李耀文.氯堿知識論文集《干法乙炔工藝簡介》，.2006

[3]陶珍東，鄭少華.工程學《粉體工程與設備》，2003