國產干法乙炔裝置工藝優化及研究

黃自力

（重慶長壽化工集團 重慶 401220）

國產干法乙炔裝置工藝優化及研究

黃自力

（重慶長壽化工集團 重慶 401220）

通過對干法生產裝置基本概況介紹，在工藝方面重點優化電石和霧化水反應溫度的檢測點及清凈系統的脫硫工藝。

干法乙炔；電石；水蒸汽；脫硫；優化

1 概況

干法乙炔技術在節能、節水、環境保護及電石渣再利用等方面具有明顯優勢，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》，為了環境保護和積極相應國家環保局的政策，重慶長壽捷圓化工有限公司（簡稱捷圓公司）在2007年下半年開始實地考察、調研干法乙炔生產裝置。該公司針對原濕法乙炔生產過程中工業水消耗量大、電石渣漿處理費用高、電石渣清液回用又產生新的廢氣污染等問題，結合前期的調研情況在2008年3月開始籌建干法乙炔裝置，最終于2010年11月全面建成了3套干法乙炔裝置并能連續投入使用（開2備1），徹底替代原濕法乙炔裝置。該干法乙炔裝置采用北京瑞思達有限公司技術，完全國產化，在安全、環保、經濟效益、節能減排等方面都取得了較好的效果。

國內對干法乙炔裝置的理論研究起步較晚，特別是干法乙炔反應過程的溫度控制及反應時間控制研究較少；國外在20世紀初就開始了對干法乙炔發生裝置的探索與研究（美國和德國占據了領先地位），并逐漸開發出了一系列具有不同結構特點的干法乙炔發生器，這些發生裝置采用霧化水為氣化劑，噴灑在一定粒度的電石上，反應完畢后，生成的氫氧化鈣廢渣，從干態從反應器中排出，生成的乙炔氣體從反應器的頂部排出。

國內最早是北京化工二廠在20世紀70年代從日本引進一條盤式乙炔發生工藝生產線，該條生產線的缺點是下層的電石粉料與水不能充分接觸，反應不完全，致使乙炔收率較濕法乙炔低于5%，所產生的乙炔中伴有大量粒徑較小的電石渣，分離困難，從而影響乙炔工藝安全及乙炔氣的質量。由于上述無法解決的技術問題，生產線于1987年被淘汰。

2005年3月，四川宜賓天原化工有限公司開始研究（專利號1752189A，2006203209。2006年3月公布）臥式干法乙炔裝置，此裝置由于發生器的結構特點及反應機理存在缺陷，也在2007年12月被淘汰。

北京瑞思達公司在2006年開始研究干法乙炔裝置（2007年3月公布專利）——立式盤式干法乙炔裝置，較好地解決了干法乙炔裝置的各種缺陷及技術難題。

從國內外干法乙炔裝置的實際應用來看，仍需要對其反應過程進行研究，分析出反應溫度及反應時間的最佳控制方式。

目前已公開報道的干法乙炔工藝的反應方程式均是采用電石顆粒與霧化水進行反應，而實際生產中干法乙炔發生器中反應機理只有最上面二層是電石顆粒與霧化水進行反應，而3～6層基本都是電石顆粒與水蒸氣進行反應。本文重點研究電石與水蒸氣的反應機理（即乙炔發生器中部和下部反應狀況及反應接觸時間）。

2 反應溫度檢測點的優化及效果

2.1 頂部測溫點的優化

優化前，乙炔發生器的頂部溫度主要是檢測發生器上部空間內氣相溫度，但是該部位氣相流動性差，不能及時反應出電石和霧化水的反應情況。優化后，將檢測氣相溫度的溫度計移動到出氣管處，能夠及時反映出發生器上部空間氣體的溫度變化，可及時根據該溫度變化進行水比調節，使電石與霧化水的比值保持在最佳的反應區內。

2.2 中部測溫點的優化

在乙炔發生器中部增加1個溫度檢測點，并且伸入到發生器中心孔的下料部位，該部位的電石渣在發生器正常液位時是連續向下流動的，因此檢測該溫度可以實時判斷發生器下部的反應情況。而底部的溫度檢測點，當發生器底部攪拌不均時，發生局部高溫或低溫給水比的設定造成誤判斷，最終影響電石反應的徹底性及危及安全生產。

2.3 測溫點的優化后的效果

為了驗證溫度檢測點優化效果，先期改造了1臺乙炔發生器（該公司總共有3臺干法乙炔發生器），在2014年8月5日將改造后與未改造的乙炔發生器同時并聯開車，并且2臺發生器的產能基本一樣，然后對乙炔發生器排出的電石渣做殘余電石發氣量分析，結果見表1。

重慶長壽捷園化工通常情況每年產生電石干渣（即干法乙炔裝置）10萬t，則每年可回收乙炔氣體100 000×（1.89-0.76）=113 000（m3），折標為 300 L/kg的電石發氣量可以回收電石377 t。

3 預處理脫硫系統

3.1 干法乙炔氣預處理原因

由于干法乙炔是適量水與對應量的電石進行反應，生成乙炔氣和氫氧化鈣干粉末，同時生成副產物硫化氫、磷化氫，而濕法乙炔反應是在水中進行，故大部分雜質溶解在水中，干法乙炔裝置產生的乙炔氣中副產物的含量較高，所以必須對硫、磷雜質進行預處理后才能送往乙炔次氯酸鈉清凈系統。

電石遇水反應生成粗乙炔氣，其主要組成見表2。

表1 乙炔發生器排出的電石渣做殘余電石發氣量分析對比

表2 干法乙炔氣副產物

硫化氫、磷化氫的溶解度為：PH3微溶于水，20℃時能溶解0.26體積磷化氫；H2S水中的溶解度為 1∶2.6。

該公司在原有干法乙炔生產裝置的基礎上，新上2套脫硫塔，對粗乙炔氣進行簡單預處理來降低粗乙炔氣中的硫磷雜質含量，減小了乙炔次氯鈉清凈系統的壓力。

3.2 干法乙炔氣預處理工藝設計

3.2.1 設計的分離要求

因后序工藝中有次氯酸鈉清凈，故本設計的分離要求是H2S的去除率為90%。

3.2.2 物料平衡計算 （只考慮穩態條件下物料平衡表，見表3）

3.2.3 脫硫的工藝評定

取溫度35℃；壓力為7 kPa（表壓）；當地大氣壓為0.097 96 MPa。

（1）空塔速度

塔徑確定。根據填料廠家提供的F因子=3.5

式中：F因子—氣相動能因子，用于計算規整填料塔的空塔氣速，m/s（kg/m）0.5；Vf—泛點氣速，m/s；ρv—氣相密度，kg/m3。

表3 物料平衡表

空塔氣速V選擇為泛點氣速0.5倍，該塔的操作彈性大。即 V=0.5 Vf=1.6（m/s）。

式中：V總—全塔氣體體積流量，設計給定為2 500Nm3/h；V—空塔氣速，m/s。

（2）噴淋密度

堿液循環量Q=50 m3/h

3.2.4 塔高的計算

NaOH吸收H2S的過程中，由于NaOH濃度大大過量，在反應過程中可視為濃度不變，故可視為一級不可逆反應，又由于小試過程中反應速度快，可視為氣膜控制，在10%～15%濃度吸收低濃度H2S的kya查文獻值與小試值可認為kya=2.7×10-2（kmol/m2·s）。

根據填料吸收塔塔高計算式：

取h=4 m。

式中：Kya—總體積傳質吸收系數；

G—全塔氣體摩爾流量，kmol/s；

V總—全塔氣體體積流量，Nm3/h；

ρv—乙炔氣體在標況下的密度，kg/Nm3；

M—乙炔摩爾質量，kmol/kg；

y1—進塔氣體中含硫化氫氣體的質量百分比；

y2—出塔氣體中含硫化氫氣體的質量百分比。

3.2.5 脫硫塔參數

基本尺寸：?1 000×11 500 mm；

材質：Q235-B；

填料類型：規整波紋填料；

填料高度：4 000 mm。

3.2.6 壓降

規整波紋填料的壓降很小，一般為100～150Pa/m，因此本設備的壓降為400～600 Pa。

3.2.7 持液量

持液量為填料容積的5%，即0.05 m3液體/m3填料。

3.3 乙炔氣預脫硫工藝指標的控制

3.3.1 入塔乙炔氣溫度控制

入脫硫塔的乙炔溫度不能太高，否則進氣溫度高，而脫硫塔為自循環，本身不帶走熱量，氣出溫也會升高，導致后工序次氯酸鈉清凈系統存在安全隱患。入脫硫塔的溫度也不能太低，如果溫度太低，H2S于堿液的反應速率就會降低，去除硫化氫的效果就會變差，否則就要增加塔填料的高度，這樣就會增加投資。

3.3.2 堿液濃度控制

堿液濃度過低，脫硫效果差，而且堿量消耗大，堿的更換頻率就會升高，會增加操作人員的工作量。堿液濃度過高會導致堿液在塔內及管道內結晶，堵塞塔或管道，冬季尤為嚴重，影響正常生產。因此，新配制的堿液濃度宜控制在10%～15%。

3.3.3 稀堿溫度控制

稀堿液的溫度是影響脫硫效果的重要因素，稀堿液溫度升高，H2S與NaOH的反應速率會加快，對脫硫效果有利，但是稀堿液溫度過高會使乙炔氣體的溫度升高，進而對后工序產生不利影響，稀堿液溫度過低會導致反應速度減慢，影響脫硫效果，而且因為溫度低會導致塔管道，液面計等堵塞。影響連續開車。因此，稀堿液的濃度一般控制在常溫就可以了。

3.3.4 稀堿循環量控制

稀堿循環量過大、過小，都會影響脫硫效果，如果循環量過大，液氣比超過泛點就會發生液泛，會將大量的堿液隨乙炔氣帶入下一個工序，影響下一個工序的生產。如果堿液循環量過小，則塔內噴淋密度不足，將導致液流不易維持均勻、穩定，氣液不能充分接觸或沒有接觸，更會影響脫硫效果。

4 干法乙炔裝置工藝優化的結論

通過對國產干法乙炔裝置反應溫度檢測點的優化，可以提高電石水解率0.5%，達到降低成本，提高安全運行的目的；通過對國產干法乙炔裝置增加乙炔氣預脫硫工藝，可以解決由于干法乙炔氣中硫、磷雜質含量高而導致次氯酸鈉清凈系統無法正常運行的問題。

Process optimization and research of domestic dry acetylene plant

HUANG Zi-li
（Chongqing Changshou Chemical Group.,Chongqing 401220，China）

The basic situation of dry process acetylene production equipment is introduced.In the process，the key points of the reaction temperature of calcium carbide and atomized water，as well as the desulfurization process of the cleaning system are optimized.

dry acetylene；calcium carbide；water vapor；desulfurization；optimization

B

1009－1785(2017)09-0013-03

2017-08-28