高純度溶解乙炔生產工藝

馮志剛

(云南沾氧氣體產品有限公司，云南沾益655331)

溶解乙炔生產通過多年的發展，已形成成熟的工藝路線。純度(體積分數，下同)大于98%的溶解乙炔主要用于金屬的焊接、切割、加工。由于其在空氣中燃燒溫度可達3 500℃，純度大于99.9%的溶解乙炔可用于火焰原子吸收光譜法，為原子化器提供能量，使試樣干燥、蒸發和原子化，分析物質組分中的錫、鋁、釩等微量金屬元素。如果乙炔純度低，火焰溫度不夠，將使測定靈敏度大幅度降低，儀器燃燒狹縫也特別容易堵塞，對測定時的穩定性也有影響。我廠對純度達99.9%的高純度溶解乙炔生產做了深入探索，現已形成穩定的生產工藝。

1 工藝流程

生產高純溶解乙炔的工藝步驟主要由4個生產工序構成:粗乙炔氣的發生，包括電石的預處理;粗乙炔的凈化，包括凈化劑的制備與再生;乙炔的壓縮與干燥;乙炔的充灌，包括乙炔瓶的檢查處理，丙酮的補加。本工藝的流程見圖1。

圖1 高純度溶解乙炔生產工藝流程圖Figure 1 Flow chart of production of high－purity acetylene

2 工藝要點

2.1 粗乙炔的發生

粗乙炔的發生與常見溶解乙炔生產的不同點主要是對電石質量的控制，發生器的選擇，利用高位水箱同時對發生器、洗滌器和水環真空泵循環供水3個方面。

2.1.1 電石質量的控制

電石的主要化學成份是碳化鈣，還含有氧化鈣、二氧化硅、氧化鐵和氧化鋁、氧化鎂、碳及硫、磷、砷的化合物［1］。雜質量大的電石，將給凈化工序增加操作難度，從而造成產品質量波動。因此，本工藝要求選用電石質量應達到GB10665－2004《碳化鈣》優等品的要求。

2.1.2 乙炔發生器的選擇和高位水箱供水

因發生器的類型不同，生產的乙炔純度也不相同(97%～99%)。宜采用生產氣體純度較高的敞開式低壓發生器，配高位水箱，因這種發生器在加料時不需要氮氣置換，空氣不會進入發生器中，粗乙炔純度高。通常上水系統經常會有空氣混入，高位水箱具有脫氣作用，水在高位水箱中停留24h以上，可將上水中夾帶的空氣或其它氣體分離出去。水箱貯存的水應同時能滿足洗滌器、純化環節水環式真空泵循環水使用。粗乙炔純度應達99%以上，是高純度溶解乙炔生產的前提條件。

2.2 粗乙炔凈化的控制

粗乙炔中主要的雜質為 H2O、H2S、SiH4、AsH3、NH3等［2］，采用硫酸濕法凈化工藝可滿足質量要求。硫酸具有極強的脫水性和氧化性，粗乙炔與硫酸接觸過程中，雜質被氧化，轉入液相，使乙炔得到凈化。采用噴淋填料塔凈化工藝和鼓泡塔凈化工藝都可以滿足工藝要求，我廠采用鼓泡塔凈化工藝。本工藝是將發生器過來的粗乙炔經水環式真空泵(用高位水箱的水)加壓至0.03～0.04 MPa，壓入事先已加入一定量、質量分數為95%以上濃硫酸的鼓泡塔(第二凈化塔)，氣體凈化后進入另一塔(第一凈化塔)二次凈化，二塔中硫酸質量分數降至80%以下時循環到第一凈化塔，在一塔中質量分數降至65%時應排出。經硫酸兩級凈化的氣體進入含堿4% ～8%的堿塔，吸收酸霧后成為合格氣體。實際操作中，不需檢測硫酸濃度，可在堿塔出口管道上設一取樣口，以硝酸銀試紙監測乙炔中硫、磷含量，當硝酸銀試紙上呈現微黃斑點時，應立即更換硫酸。此法的缺點是耗酸量較大，成本達1.5～2元/瓶氣。

2.3 乙炔的干燥和壓縮

本工藝與常見生產工藝不同的是:氣體自堿中和塔出來后，進入兩級低壓干燥器，在氣體進入壓縮機前進行預干燥。其主要目的一是有效降低產品中水分含量，二是降低高壓干燥器的負荷。干燥劑選用二水氯化鈣(CaCl2·H2O)，設備結構是將一耐壓筒體下部置一篩板，干燥劑置于篩板上，乙炔自篩板下部進入，穿過干燥劑，從筒體上部流出干燥器。干燥劑吸水后變為液體，定期從筒體下部排出。當流出的乙炔含水量高于0.4 mg/L時，應補加干燥劑。干燥后的乙炔經壓縮機壓縮，進入高壓干燥器再干燥。高壓干燥采用無熱再生分子篩流程，兩臺干燥器交替使用，切換時間不超過20 min，出口乙炔含水量應保證低于0.2 mg/L，且乙炔純度用溴素法檢測純度應大于99.9%。

2.4 乙炔的充裝

這一工序除按GB13591－2009《溶解乙炔氣瓶充裝規定》操作外，主要是乙炔氣瓶的檢查、置換處理。充裝高純乙炔的氣瓶應專瓶專用，不能與普通乙炔氣瓶混用。對返廠的已經充裝過高純乙炔的氣瓶，應逐只檢測余氣的量和純度，不合格的應放完余氣，重新置換處理，直到合格，方可充氣。對無余氣的空瓶，應抽真空，用合格乙炔置換，直到檢測合格。若需要投入新的氣瓶，不能使用翻新氣瓶，氣瓶質量應滿足GB11638－2003《溶解乙炔氣瓶》要求。將新瓶抽真空至－0.08 MPa以下，加入足量丙酮，充入合格乙炔至0.05 MPa，置換3次，檢測瓶內氣體純度，不合格應再置換，以溴素為檢測吸收劑，直到瓶內氣體純度達到99.9%以上為合格。往氣瓶中補加丙酮時，丙酮的質量應滿足GB/T6026－1998《工業丙酮》優等品的要求。

2.5 產品檢驗

逐只對充裝后飽瓶進行檢驗，檢驗合格的，出具檢驗報告，方可出廠。

3 質量控制點的設定和檢測

為確保生產穩定運行和產品質量穩定，應對使用的原料進行入廠檢驗，對生產過程中產生的中間產品進行檢測，主要包括進廠的電石、丙酮，生產過程中凈化乙炔、干燥乙炔、乙炔空瓶的余氣，產品出廠成品乙炔。

電石，應檢驗其發氣量(20℃、101.3 kPa)大于300 L/kg，并用填充涂有化學試劑的活性硅膠檢測管檢驗磷化氫體積分數小于0.06%，用填充吸附有乙酸鉛指示劑的活性硅膠檢測管檢驗硫化氫體積分數小于0.1%。

丙酮，應按GB/T6026－1998《工業丙酮》試驗方法，主要對丙酮蒸發殘渣、水分、純度等指標進行檢測，達到該標準相應要求。

堿塔出口的乙炔，用硝酸銀試紙檢驗磷化氫、硫化氫等雜質含量不使試紙變色，0.5 h一次。

高壓干燥器出口的乙炔，用溴素吸收法檢測管道中乙炔氣體的純度大于99.9%，用露點儀檢測乙炔氣體中的水分含量露點應低于－22℃(體積比0.10%)，用硝酸銀試紙檢驗磷化氫、硫化氫等雜質含量，試紙不變色為合格，0.5 h一次。

空瓶余氣，逐只用稱重法檢測氣瓶中丙酮的重量，應不低于13.5 kg，用溴素吸收法檢測余氣純度大于99.9%，用露點儀檢測乙炔氣體中的水分含量露點應低于－22℃(體積比0.21%)。應用硝酸銀試紙檢驗磷化氫、硫化氫等雜質含量，試紙不變色。

成品乙炔氣，逐只用稱重法檢測氣瓶中乙炔氣質量為5～7 kg，用溴素吸收法檢測管道中乙炔氣體的純度大于99.9%，用露點儀檢測乙炔氣體中的水分含量露點應低于－22℃(體積比0.10%)。應用硝酸銀試紙檢驗磷化氫、硫化氫等雜質含量，試紙不變色。

4 產品標準

鑒于國家尚未制定純度大于99.5%的高純度溶解乙炔產品標準，我廠制定了企業標準Q/YN ZHY01－2011《高純度溶解乙炔》，見表1。

表1 高純度溶解乙炔產品標準Table 1 High purity acetylene product standards

5 安全措施

乙炔及乙炔與空氣的混合物是易燃易爆物，其最小點火能量為0.019毫焦耳，可為各種明火、火花輕易點燃、致爆，因此生產過程具有很高的爆炸危險性。在設備改造中，若必須在生產現場動火，應即時監測工作現場乙炔濃度，保證乙炔濃度在爆炸下限20%以下，改造完后應用氮氣置換至合格;正常生產時，應保證設備密封性良好，不泄漏;廠房結構合理，通風良好;采取自動聯鎖裝置，實施超高低壓保護;有三級作用可靠的阻火器;采用四級防爆電器;防靜電措施全面，確保安全生產。

6 經濟效益

將現有普通溶解乙炔生產線稍加改造，高純度溶解乙炔可與普通溶解乙炔實現同線生產，不需要單獨大量投入設備和場地。本廠財務數據顯示，高純度溶解乙炔單瓶生產成本高出普通溶解乙炔約20%，售價卻是普通溶解乙炔的3～4倍，有約2～3倍的利潤空間。2012年度普通溶解乙炔與高純度溶解乙炔成本效益比較見表2.

表2 2012年度普通溶解乙炔與高純度溶解乙炔成本效益比較Table 2 2012 Annual cost－benefit comparison between ordinary and high dissolved purity acetylene

［1］王驥.溶解乙炔生產技術問答［M］.沈陽:遼寧科學技術出版社，1991.

［2］黃建彬.工業氣體手冊［M］.北京:化學工業出版社，2002.