国产干法乙炔装置工艺优化及研究

黄自力

（重庆长寿化工集团 重庆 401220）

国产干法乙炔装置工艺优化及研究

黄自力

（重庆长寿化工集团 重庆 401220）

通过对干法生产装置基本概况介绍，在工艺方面重点优化电石和雾化水反应温度的检测点及清净系统的脱硫工艺。

干法乙炔；电石；水蒸汽；脱硫；优化

1 概况

干法乙炔技术在节能、节水、环境保护及电石渣再利用等方面具有明显优势，2007年5月被国家环保总局列入《国家先进污染防治示范技术名录》，为了环境保护和积极相应国家环保局的政策，重庆长寿捷圆化工有限公司（简称捷圆公司）在2007年下半年开始实地考察、调研干法乙炔生产装置。该公司针对原湿法乙炔生产过程中工业水消耗量大、电石渣浆处理费用高、电石渣清液回用又产生新的废气污染等问题，结合前期的调研情况在2008年3月开始筹建干法乙炔装置，最终于2010年11月全面建成了3套干法乙炔装置并能连续投入使用（开2备1），彻底替代原湿法乙炔装置。该干法乙炔装置采用北京瑞思达有限公司技术，完全国产化，在安全、环保、经济效益、节能减排等方面都取得了较好的效果。

国内对干法乙炔装置的理论研究起步较晚，特别是干法乙炔反应过程的温度控制及反应时间控制研究较少；国外在20世纪初就开始了对干法乙炔发生装置的探索与研究（美国和德国占据了领先地位），并逐渐开发出了一系列具有不同结构特点的干法乙炔发生器，这些发生装置采用雾化水为气化剂，喷洒在一定粒度的电石上，反应完毕后，生成的氢氧化钙废渣，从干态从反应器中排出，生成的乙炔气体从反应器的顶部排出。

国内最早是北京化工二厂在20世纪70年代从日本引进一条盘式乙炔发生工艺生产线，该条生产线的缺点是下层的电石粉料与水不能充分接触，反应不完全，致使乙炔收率较湿法乙炔低于5%，所产生的乙炔中伴有大量粒径较小的电石渣，分离困难，从而影响乙炔工艺安全及乙炔气的质量。由于上述无法解决的技术问题，生产线于1987年被淘汰。

2005年3月，四川宜宾天原化工有限公司开始研究（专利号1752189A，2006203209。2006年3月公布）卧式干法乙炔装置，此装置由于发生器的结构特点及反应机理存在缺陷，也在2007年12月被淘汰。

北京瑞思达公司在2006年开始研究干法乙炔装置（2007年3月公布专利）——立式盘式干法乙炔装置，较好地解决了干法乙炔装置的各种缺陷及技术难题。

从国内外干法乙炔装置的实际应用来看，仍需要对其反应过程进行研究，分析出反应温度及反应时间的最佳控制方式。

目前已公开报道的干法乙炔工艺的反应方程式均是采用电石颗粒与雾化水进行反应，而实际生产中干法乙炔发生器中反应机理只有最上面二层是电石颗粒与雾化水进行反应，而3～6层基本都是电石颗粒与水蒸气进行反应。本文重点研究电石与水蒸气的反应机理（即乙炔发生器中部和下部反应状况及反应接触时间）。

2 反应温度检测点的优化及效果

2.1 顶部测温点的优化

优化前，乙炔发生器的顶部温度主要是检测发生器上部空间内气相温度，但是该部位气相流动性差，不能及时反应出电石和雾化水的反应情况。优化后，将检测气相温度的温度计移动到出气管处，能够及时反映出发生器上部空间气体的温度变化，可及时根据该温度变化进行水比调节，使电石与雾化水的比值保持在最佳的反应区内。

2.2 中部测温点的优化

在乙炔发生器中部增加1个温度检测点，并且伸入到发生器中心孔的下料部位，该部位的电石渣在发生器正常液位时是连续向下流动的，因此检测该温度可以实时判断发生器下部的反应情况。而底部的温度检测点，当发生器底部搅拌不均时，发生局部高温或低温给水比的设定造成误判断，最终影响电石反应的彻底性及危及安全生产。

2.3 测温点的优化后的效果

为了验证温度检测点优化效果，先期改造了1台乙炔发生器（该公司总共有3台干法乙炔发生器），在2014年8月5日将改造后与未改造的乙炔发生器同时并联开车，并且2台发生器的产能基本一样，然后对乙炔发生器排出的电石渣做残余电石发气量分析，结果见表1。

重庆长寿捷园化工通常情况每年产生电石干渣（即干法乙炔装置）10万t，则每年可回收乙炔气体100 000×（1.89-0.76）=113 000（m3），折标为 300 L/kg的电石发气量可以回收电石377 t。

3 预处理脱硫系统

3.1 干法乙炔气预处理原因

由于干法乙炔是适量水与对应量的电石进行反应，生成乙炔气和氢氧化钙干粉末，同时生成副产物硫化氢、磷化氢，而湿法乙炔反应是在水中进行，故大部分杂质溶解在水中，干法乙炔装置产生的乙炔气中副产物的含量较高，所以必须对硫、磷杂质进行预处理后才能送往乙炔次氯酸钠清净系统。

电石遇水反应生成粗乙炔气，其主要组成见表2。

表1 乙炔发生器排出的电石渣做残余电石发气量分析对比

表2 干法乙炔气副产物

硫化氢、磷化氢的溶解度为：PH3微溶于水，20℃时能溶解0.26体积磷化氢；H2S水中的溶解度为 1∶2.6。

该公司在原有干法乙炔生产装置的基础上，新上2套脱硫塔，对粗乙炔气进行简单预处理来降低粗乙炔气中的硫磷杂质含量，减小了乙炔次氯钠清净系统的压力。

3.2 干法乙炔气预处理工艺设计

3.2.1 设计的分离要求

因后序工艺中有次氯酸钠清净，故本设计的分离要求是H2S的去除率为90%。

3.2.2 物料平衡计算 （只考虑稳态条件下物料平衡表，见表3）

3.2.3 脱硫的工艺评定

取温度35℃；压力为7 kPa（表压）；当地大气压为0.097 96 MPa。

（1）空塔速度

塔径确定。根据填料厂家提供的F因子=3.5

式中：F因子—气相动能因子，用于计算规整填料塔的空塔气速，m/s（kg/m）0.5；Vf—泛点气速，m/s；ρv—气相密度，kg/m3。

表3 物料平衡表

空塔气速V选择为泛点气速0.5倍，该塔的操作弹性大。即 V=0.5 Vf=1.6（m/s）。

式中：V总—全塔气体体积流量，设计给定为2 500Nm3/h；V—空塔气速，m/s。

（2）喷淋密度

碱液循环量Q=50 m3/h

3.2.4 塔高的计算

NaOH吸收H2S的过程中，由于NaOH浓度大大过量，在反应过程中可视为浓度不变，故可视为一级不可逆反应，又由于小试过程中反应速度快，可视为气膜控制，在10%～15%浓度吸收低浓度H2S的kya查文献值与小试值可认为kya=2.7×10-2（kmol/m2·s）。

根据填料吸收塔塔高计算式：

取h=4 m。

式中：Kya—总体积传质吸收系数；

G—全塔气体摩尔流量，kmol/s；

V总—全塔气体体积流量，Nm3/h；

ρv—乙炔气体在标况下的密度，kg/Nm3；

M—乙炔摩尔质量，kmol/kg；

y1—进塔气体中含硫化氢气体的质量百分比；

y2—出塔气体中含硫化氢气体的质量百分比。

3.2.5 脱硫塔参数

基本尺寸：Ø1 000×11 500 mm；

材质：Q235-B；

填料类型：规整波纹填料；

填料高度：4 000 mm。

3.2.6 压降

规整波纹填料的压降很小，一般为100～150Pa/m，因此本设备的压降为400～600 Pa。

3.2.7 持液量

持液量为填料容积的5%，即0.05 m3液体/m3填料。

3.3 乙炔气预脱硫工艺指标的控制

3.3.1 入塔乙炔气温度控制

入脱硫塔的乙炔温度不能太高，否则进气温度高，而脱硫塔为自循环，本身不带走热量，气出温也会升高，导致后工序次氯酸钠清净系统存在安全隐患。入脱硫塔的温度也不能太低，如果温度太低，H2S于碱液的反应速率就会降低，去除硫化氢的效果就会变差，否则就要增加塔填料的高度，这样就会增加投资。

3.3.2 碱液浓度控制

碱液浓度过低，脱硫效果差，而且碱量消耗大，碱的更换频率就会升高，会增加操作人员的工作量。碱液浓度过高会导致碱液在塔内及管道内结晶，堵塞塔或管道，冬季尤为严重，影响正常生产。因此，新配制的碱液浓度宜控制在10%～15%。

3.3.3 稀碱温度控制

稀碱液的温度是影响脱硫效果的重要因素，稀碱液温度升高，H2S与NaOH的反应速率会加快，对脱硫效果有利，但是稀碱液温度过高会使乙炔气体的温度升高，进而对后工序产生不利影响，稀碱液温度过低会导致反应速度减慢，影响脱硫效果，而且因为温度低会导致塔管道，液面计等堵塞。影响连续开车。因此，稀碱液的浓度一般控制在常温就可以了。

3.3.4 稀碱循环量控制

稀碱循环量过大、过小，都会影响脱硫效果，如果循环量过大，液气比超过泛点就会发生液泛，会将大量的碱液随乙炔气带入下一个工序，影响下一个工序的生产。如果碱液循环量过小，则塔内喷淋密度不足，将导致液流不易维持均匀、稳定，气液不能充分接触或没有接触，更会影响脱硫效果。

4 干法乙炔装置工艺优化的结论

通过对国产干法乙炔装置反应温度检测点的优化，可以提高电石水解率0.5%，达到降低成本，提高安全运行的目的；通过对国产干法乙炔装置增加乙炔气预脱硫工艺，可以解决由于干法乙炔气中硫、磷杂质含量高而导致次氯酸钠清净系统无法正常运行的问题。

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