高纯度溶解乙炔生产工艺

冯志刚

(云南沾氧气体产品有限公司，云南沾益655331)

溶解乙炔生产通过多年的发展，已形成成熟的工艺路线。纯度(体积分数，下同)大于98%的溶解乙炔主要用于金属的焊接、切割、加工。由于其在空气中燃烧温度可达3 500℃，纯度大于99.9%的溶解乙炔可用于火焰原子吸收光谱法，为原子化器提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化，分析物质组分中的锡、铝、钒等微量金属元素。如果乙炔纯度低，火焰温度不够，将使测定灵敏度大幅度降低，仪器燃烧狭缝也特别容易堵塞，对测定时的稳定性也有影响。我厂对纯度达99.9%的高纯度溶解乙炔生产做了深入探索，现已形成稳定的生产工艺。

1 工艺流程

生产高纯溶解乙炔的工艺步骤主要由4个生产工序构成:粗乙炔气的发生，包括电石的预处理;粗乙炔的净化，包括净化剂的制备与再生;乙炔的压缩与干燥;乙炔的充灌，包括乙炔瓶的检查处理，丙酮的补加。本工艺的流程见图1。

图1 高纯度溶解乙炔生产工艺流程图Figure 1 Flow chart of production of high－purity acetylene

2 工艺要点

2.1 粗乙炔的发生

粗乙炔的发生与常见溶解乙炔生产的不同点主要是对电石质量的控制，发生器的选择，利用高位水箱同时对发生器、洗涤器和水环真空泵循环供水3个方面。

2.1.1 电石质量的控制

电石的主要化学成份是碳化钙，还含有氧化钙、二氧化硅、氧化铁和氧化铝、氧化镁、碳及硫、磷、砷的化合物［1］。杂质量大的电石，将给净化工序增加操作难度，从而造成产品质量波动。因此，本工艺要求选用电石质量应达到GB10665－2004《碳化钙》优等品的要求。

2.1.2 乙炔发生器的选择和高位水箱供水

因发生器的类型不同，生产的乙炔纯度也不相同(97%～99%)。宜采用生产气体纯度较高的敞开式低压发生器，配高位水箱，因这种发生器在加料时不需要氮气置换，空气不会进入发生器中，粗乙炔纯度高。通常上水系统经常会有空气混入，高位水箱具有脱气作用，水在高位水箱中停留24h以上，可将上水中夹带的空气或其它气体分离出去。水箱贮存的水应同时能满足洗涤器、纯化环节水环式真空泵循环水使用。粗乙炔纯度应达99%以上，是高纯度溶解乙炔生产的前提条件。

2.2 粗乙炔净化的控制

粗乙炔中主要的杂质为 H2O、H2S、SiH4、AsH3、NH3等［2］，采用硫酸湿法净化工艺可满足质量要求。硫酸具有极强的脱水性和氧化性，粗乙炔与硫酸接触过程中，杂质被氧化，转入液相，使乙炔得到净化。采用喷淋填料塔净化工艺和鼓泡塔净化工艺都可以满足工艺要求，我厂采用鼓泡塔净化工艺。本工艺是将发生器过来的粗乙炔经水环式真空泵(用高位水箱的水)加压至0.03～0.04 MPa，压入事先已加入一定量、质量分数为95%以上浓硫酸的鼓泡塔(第二净化塔)，气体净化后进入另一塔(第一净化塔)二次净化，二塔中硫酸质量分数降至80%以下时循环到第一净化塔，在一塔中质量分数降至65%时应排出。经硫酸两级净化的气体进入含碱4% ～8%的碱塔，吸收酸雾后成为合格气体。实际操作中，不需检测硫酸浓度，可在碱塔出口管道上设一取样口，以硝酸银试纸监测乙炔中硫、磷含量，当硝酸银试纸上呈现微黄斑点时，应立即更换硫酸。此法的缺点是耗酸量较大，成本达1.5～2元/瓶气。

2.3 乙炔的干燥和压缩

本工艺与常见生产工艺不同的是:气体自碱中和塔出来后，进入两级低压干燥器，在气体进入压缩机前进行预干燥。其主要目的一是有效降低产品中水分含量，二是降低高压干燥器的负荷。干燥剂选用二水氯化钙(CaCl2·H2O)，设备结构是将一耐压筒体下部置一筛板，干燥剂置于筛板上，乙炔自筛板下部进入，穿过干燥剂，从筒体上部流出干燥器。干燥剂吸水后变为液体，定期从筒体下部排出。当流出的乙炔含水量高于0.4 mg/L时，应补加干燥剂。干燥后的乙炔经压缩机压缩，进入高压干燥器再干燥。高压干燥采用无热再生分子筛流程，两台干燥器交替使用，切换时间不超过20 min，出口乙炔含水量应保证低于0.2 mg/L，且乙炔纯度用溴素法检测纯度应大于99.9%。

2.4 乙炔的充装

这一工序除按GB13591－2009《溶解乙炔气瓶充装规定》操作外，主要是乙炔气瓶的检查、置换处理。充装高纯乙炔的气瓶应专瓶专用，不能与普通乙炔气瓶混用。对返厂的已经充装过高纯乙炔的气瓶，应逐只检测余气的量和纯度，不合格的应放完余气，重新置换处理，直到合格，方可充气。对无余气的空瓶，应抽真空，用合格乙炔置换，直到检测合格。若需要投入新的气瓶，不能使用翻新气瓶，气瓶质量应满足GB11638－2003《溶解乙炔气瓶》要求。将新瓶抽真空至－0.08 MPa以下，加入足量丙酮，充入合格乙炔至0.05 MPa，置换3次，检测瓶内气体纯度，不合格应再置换，以溴素为检测吸收剂，直到瓶内气体纯度达到99.9%以上为合格。往气瓶中补加丙酮时，丙酮的质量应满足GB/T6026－1998《工业丙酮》优等品的要求。

2.5 产品检验

逐只对充装后饱瓶进行检验，检验合格的，出具检验报告，方可出厂。

3 质量控制点的设定和检测

为确保生产稳定运行和产品质量稳定，应对使用的原料进行入厂检验，对生产过程中产生的中间产品进行检测，主要包括进厂的电石、丙酮，生产过程中净化乙炔、干燥乙炔、乙炔空瓶的余气，产品出厂成品乙炔。

电石，应检验其发气量(20℃、101.3 kPa)大于300 L/kg，并用填充涂有化学试剂的活性硅胶检测管检验磷化氢体积分数小于0.06%，用填充吸附有乙酸铅指示剂的活性硅胶检测管检验硫化氢体积分数小于0.1%。

丙酮，应按GB/T6026－1998《工业丙酮》试验方法，主要对丙酮蒸发残渣、水分、纯度等指标进行检测，达到该标准相应要求。

碱塔出口的乙炔，用硝酸银试纸检验磷化氢、硫化氢等杂质含量不使试纸变色，0.5 h一次。

高压干燥器出口的乙炔，用溴素吸收法检测管道中乙炔气体的纯度大于99.9%，用露点仪检测乙炔气体中的水分含量露点应低于－22℃(体积比0.10%)，用硝酸银试纸检验磷化氢、硫化氢等杂质含量，试纸不变色为合格，0.5 h一次。

空瓶余气，逐只用称重法检测气瓶中丙酮的重量，应不低于13.5 kg，用溴素吸收法检测余气纯度大于99.9%，用露点仪检测乙炔气体中的水分含量露点应低于－22℃(体积比0.21%)。应用硝酸银试纸检验磷化氢、硫化氢等杂质含量，试纸不变色。

成品乙炔气，逐只用称重法检测气瓶中乙炔气质量为5～7 kg，用溴素吸收法检测管道中乙炔气体的纯度大于99.9%，用露点仪检测乙炔气体中的水分含量露点应低于－22℃(体积比0.10%)。应用硝酸银试纸检验磷化氢、硫化氢等杂质含量，试纸不变色。

4 产品标准

鉴于国家尚未制定纯度大于99.5%的高纯度溶解乙炔产品标准，我厂制定了企业标准Q/YN ZHY01－2011《高纯度溶解乙炔》，见表1。

表1 高纯度溶解乙炔产品标准Table 1 High purity acetylene product standards

5 安全措施

乙炔及乙炔与空气的混合物是易燃易爆物，其最小点火能量为0.019毫焦耳，可为各种明火、火花轻易点燃、致爆，因此生产过程具有很高的爆炸危险性。在设备改造中，若必须在生产现场动火，应即时监测工作现场乙炔浓度，保证乙炔浓度在爆炸下限20%以下，改造完后应用氮气置换至合格;正常生产时，应保证设备密封性良好，不泄漏;厂房结构合理，通风良好;采取自动联锁装置，实施超高低压保护;有三级作用可靠的阻火器;采用四级防爆电器;防静电措施全面，确保安全生产。

6 经济效益

将现有普通溶解乙炔生产线稍加改造，高纯度溶解乙炔可与普通溶解乙炔实现同线生产，不需要单独大量投入设备和场地。本厂财务数据显示，高纯度溶解乙炔单瓶生产成本高出普通溶解乙炔约20%，售价却是普通溶解乙炔的3～4倍，有约2～3倍的利润空间。2012年度普通溶解乙炔与高纯度溶解乙炔成本效益比较见表2.

表2 2012年度普通溶解乙炔与高纯度溶解乙炔成本效益比较Table 2 2012 Annual cost－benefit comparison between ordinary and high dissolved purity acetylene

［1］王骥.溶解乙炔生产技术问答［M］.沈阳:辽宁科学技术出版社，1991.

［2］黄建彬.工业气体手册［M］.北京:化学工业出版社，2002.