兩種乙炔清凈工藝綜合分析對比

梁寅祥，聶方超，劉 偉，王延飛

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西榆林718100）

電石法聚氯乙烯生產中，乙炔氣由電石與水反應制得，在電石制乙炔的過程中，由于電石中含有硫、磷等雜質，制得的粗乙炔氣中含有硫化氫、磷化氫等雜質。硫化氫和磷化氫若不徹底清凈，會使后續工序中的氯化汞觸媒中毒失去活性，縮短觸媒使用壽命。目前，國內比較成熟的清凈工藝主要有次氯酸鈉清凈工藝和濃硫酸清凈工藝，現就乙炔清凈的2 種方法從工藝原理、安全性能、經濟環保等方面進行全面分析對比。

1 次氯酸鈉清凈同濃硫酸清凈工藝原理對比

1.1 次氯酸鈉清凈工藝原理

1.1.1 原理

利用質量分數為0.085%～0.120%的次氯酸鈉溶液的強氧化性，將粗乙炔氣中的磷化氫、硫化氫等雜質氣體氧化成磷酸、硫酸等，然后在中和塔內利用酸堿中和反應除去酸性物質，再利用冷卻塔冷卻除去乙炔氣夾帶的過飽和水分。

次鈉配制：水、稀堿、氯氣進行一次配制；次鈉復配：回收乙炔后的廢次鈉代替水在文丘里反應器稀釋一次配制的次鈉，進行二次復配。

1.1.2 工藝流程

來自發生工序的粗乙炔氣體，先通過渣漿過濾器除去氣體中夾帶的固體物質后，進入填料水洗塔進一步被清洗冷卻到20 ℃左右，一部分進入乙炔氣柜，另一部分通過水環壓縮機提壓之后再通過1#、2#清凈塔除去乙炔氣中夾帶的硫化氫和磷化氫等雜質氣體，通過中和塔除去夾帶的酸性氣體，再利用冷卻塔去除乙炔氣中夾帶的水分和堿液，得到合格的乙炔氣體送往單體合成工序。

次氯酸鈉清凈工藝流程示意圖見圖1。

1.2 濃硫酸清凈工藝原理

1.2.1 原理

采用質量分數為98%的濃硫酸作為清凈劑，利用濃硫酸的強氧化性和吸水性，去除粗乙炔氣中的硫化氫、磷化氫等雜質，生成單質硫、磷酸、二氧化硫等，并干燥乙炔氣，從而達到凈化和除水的目的，產生的酸性物質經酸霧捕集器最終被除去。

1.2.2 工藝流程

乙炔發生工藝送來的粗乙炔氣進入水洗塔進行降溫冷卻，再通過壓縮機進行加壓，加壓后的粗乙炔進入水洗冷卻塔再次冷卻， 冷卻后的乙炔氣通過乙炔冷卻器、 塔頂除霧器依次進入濃硫酸洗滌塔、濃硫酸清凈塔，與濃硫酸直接接觸，除去粗乙炔氣帶來的硫化氫、磷化氫等雜質，再經酸霧捕集器，除去乙炔氣中的酸性物質，通過塔頂除霧器除去乙炔氣中酸霧， 精乙炔氣送至單體合成工序使用。由于濃硫酸具有很強的吸水性，經濃硫酸清凈的乙炔中水分含量可以降至100×10-6以下 （約30×10-6～40×10-6），對于延長轉化器的使用壽命、降低觸媒單耗都有很好作用。 濃硫酸清凈工藝流程示意圖見圖2。

2 兩種工藝產生的廢液及安全性能對比

2.1 次氯酸鈉清凈工藝產生的廢液及安全性能

圖1 次氯酸鈉清凈工藝流程示意圖

圖2 濃硫酸清凈工藝流程示意圖

粗乙炔氣自發生器（70～80 ℃）進入冷卻塔要將乙炔氣降至20 ℃左右，需補充大量的新鮮水；同時乙炔清凈需要次氯酸鈉溶液，次鈉配置過程中也需要消耗一次水。一部分廢水回用乙炔發生及次鈉二次配制，還有很大一部分廢液得不到回用，給廢水處理造成困難。 而這一部分廢水里含有少量乙炔氣，可以通過乙炔回收項目，對廢水中的乙炔進行回收利用，一方面是為了節能降耗，另一方面也給乙炔廢水處理上了一道安全保險。

由于次氯酸鈉溶液中含有游離氯，當次氯酸鈉溶液中有效氯含量在0.15%以上時，容易生成氯乙炔，氯乙炔是極不穩定的化合物，遇空氣易著火、爆炸。所以對次氯酸鈉溶液的配置要求極為嚴格，由于氯乙炔爆炸事故不時發生，系統的安全性受到嚴重影響。

2.2 濃硫酸清凈工藝產生的廢液及安全性能

硫酸清凈對乙炔氣的冷卻采用了間接式冷卻器及塔內水的自循環，產生的廢水主要是從發生器來的粗乙炔氣帶的水蒸氣，產生的量約為10～12 m3/h，可以全部回用于乙炔發生器。該工藝產生的廢液主要是廢硫酸，產生量為16 kg/t PVC，產生的廢硫酸可作為“三廢”產品出售給磷肥廠，或者配套廢硫酸裂解裝置。

乙炔濃硫酸清凈工藝由于不存在次氯酸鈉溶液，不會影響系統的安全性，在安全性能上擁有得天獨厚的優勢。

3 兩種工藝的運行費用對比

通過生產實踐運行，采用次氯酸鈉法和濃硫酸法對電石法生產乙炔氣體的費用進行對比（不包含設備折舊費用，只對運行費用進行比對）。

3.1 次氯酸鈉清凈法

以年產30 萬t PVC 為例，耗堿約0.008 t/t PVC，堿價格3 000 元/t，全年耗堿費用約為720 萬元。后期中和塔利用堿中和酸性物質，增加了堿的用量，也增加了運行成本。次鈉復配使用的原材料為回收乙炔后的廢次鈉，節約生產用水、降低生產成本的同時也是對水資源循環利用。

3.2 濃硫酸清凈法

以年產30 萬t PVC 為例， 耗濃硫酸大約為0.016 t/t PVC，濃硫酸的價格每噸為600 元左右，年耗濃硫酸費用大致為288 萬元；外部處理廢酸的費用為3 000 元/t，如果產生的廢酸全部由外部單位處理，每年所需要的資金大約為1 440 萬元。若配備廢硫酸裂解裝置，采用美國孟莫克技術裝置，成本則為7 000 萬元左右；若采用國內技術裝置，成本為2 000 萬元左右。該公司自身處理廢硫酸的成本約為500 元/t，產能30 萬t/a，年處理廢硫酸經費為240 萬元。通過廢硫酸裂解得到的二氧化硫，可以供給燒堿生產亞硫酸鈉，減少了該公司對亞硫酸鈉的采購，降低了營運成本。

4 兩種工藝運行情況分析

乙炔次鈉清凈工序中，廢水中的S、P 含量、懸浮物含量高，pH 值達到14，使得廢水處理難度及費用很大。運行過程中，有效氯一旦超標，很容易發生安全事故，回用廢次鈉進行二次復配時，由于水洗塔使用廢次鈉冷卻過程中不可避免地結垢，影響水洗塔效率，清凈廢水處理仍是擺在面前的難題。

濃硫酸清凈工藝中，利用濃硫酸的氧化性來清凈乙炔中的S、P以滿足工藝要求，該工藝所產生的電石渣中鈉、氯離子含量遠遠低于次鈉清凈工藝，這對于采用電石渣制水泥項目等其他后續行業起到了支撐作用。但是進硫酸塔之前必須降低乙炔溫度以及含水量；廢酸裂解工藝對設備有較高的要求，后續的乙炔除霧器和酸霧捕集器也需要每年更換濾芯。

5 結論

通過綜合對比，利用濃硫酸的吸水性和氧化性用于乙炔的凈化生產，既環保又經濟，同時還解決了因廢液排放中含有乙炔易產生爆炸的隱患。濃硫酸清凈工藝相比次氯酸鈉清凈工藝更具有優勢。