溶解乙炔氣生產(chǎn)工藝及安全技術(shù)探討

【摘要】我國使用溶解乙炔已有90多年的歷史，隨著80年代開始推廣使用溶解乙炔氣瓶，我國的溶解乙炔工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。目前溶解乙炔氣的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)操作過程中的安全性還有值得完善的地方。因此，本文分析溶解乙炔氣生產(chǎn)工藝及安全技術(shù)，為安全生產(chǎn)合格溶解乙炔氣提供一點(diǎn)參考意見。

【關(guān)鍵詞】溶解乙炔氣；生產(chǎn)工藝；安全

前言

乙炔，又稱電石氣。結(jié)構(gòu)簡式HC≡CH，是最簡單的炔烴。化學(xué)式C2H2，是炔烴化合物系列中體積最小的一員，乙炔在室溫下是一種無色無味的、極易燃的氣體，微溶于水易溶于丙酮等有機(jī)溶劑。乙炔燃燒的火焰溫度高達(dá)3150℃，純乙炔在空氣中燃燒2100度左右，在氧氣中燃燒可達(dá)3600度。因此乙炔的應(yīng)用范圍很廣，最初用來照明，現(xiàn)廣泛用于金屬的焊接和切割，金屬表面的噴鍍、淬火等加工作業(yè)。同時(shí)也是制造乙醛、聚氯乙烯、醋酸乙烯、合成橡膠、合成纖維等的基本原料，能滿足科研、醫(yī)療、金屬加工等特殊用戶的需要，在當(dāng)今迅猛發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，故分析探討溶解乙炔氣的生產(chǎn)工藝及安全技術(shù)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

1、乙炔的危險(xiǎn)性分析

乙炔是第2.1類易燃?xì)怏w，火災(zāi)危險(xiǎn)級(jí)別為甲類，在空氣中爆炸極限為2.5%-82%（7%—13%時(shí)爆炸能力最強(qiáng)），在常壓下與氧氣混合，濃度在7.73%時(shí)的最小點(diǎn)火能為0.0003MJ，非常易發(fā)生火災(zāi)、爆炸。乙炔能與銅、銀、汞等化合生成爆炸性混合物。受撞擊、摩擦或干狀態(tài)下升溫可導(dǎo)致強(qiáng)烈分解爆炸，因此，乙炔生產(chǎn)的主要危險(xiǎn)因素是火災(zāi)和爆炸。乙炔分子結(jié)構(gòu)是不飽和的三價(jià)共價(jià)鍵，在熱力學(xué)上極不穩(wěn)定，如果壓縮或液化貯存，極其危險(xiǎn)，很容易發(fā)生聚合或分解反應(yīng)而導(dǎo)致爆炸事故。所以必須用溶解的方法貯存。溶解乙炔氣瓶內(nèi)裝有整體的多孔硅酸鈣填料，填料的微孔中充滿溶劑丙酮，乙炔溶解在丙酮之中。由于填料微孔和丙酮和遏制作用，乙炔不會(huì)發(fā)生分解或聚合反應(yīng)，可以安全可靠的貯存和自如的使用。所以乙炔稱謂溶解乙炔。

2、溶解乙炔生產(chǎn)原理及工藝

乙炔氣的制備主要有以下幾種方法：

2.1電石法：電石和水在發(fā)生器內(nèi)進(jìn)行水解反應(yīng)，生成乙炔。

CaC2+2H2O→C2H2+Ca（OH）2

2.2天然氣裂解法：天然氣的主要成分是甲烷，把甲烷的一部分用氧燃燒，以其產(chǎn)生的高溫將剩余的甲烷加熱到反應(yīng)溫度進(jìn)行裂解。

CH4+O2—→CO+H2+H2O△H=-66.3kcaL/moL

2CH4→C2H2+3H2

2.3烴類裂解法：液化石油氣的主要成分是C3H8，裂解時(shí)同時(shí)等到乙炔與乙烯，裂解溫度高于1000℃有利于乙炔的生產(chǎn)，低于1000℃有利于乙烯生成。

C3H8→C2H2+C2H4+CH4+H2+CO+CO2

上述方法加以比較，電石法生產(chǎn)乙炔工藝流程簡單，易操作，生產(chǎn)得到的乙炔純度高，但能耗較大。甲烷或烴類的裂解法制得的乙炔純度較低，要經(jīng)過復(fù)雜的分離以后才能得到純乙炔，而且操作復(fù)雜。故現(xiàn)在國內(nèi)的溶解乙炔生產(chǎn)廠家主要用電石法生產(chǎn)乙炔。

3、溶解乙炔生產(chǎn)工藝流程

電石法生產(chǎn)溶解乙炔的工藝流程如下：

在生產(chǎn)過程中主要控制的指標(biāo)：

3.1原材料電石

電石的等級(jí)和顆粒大小規(guī)格必須符合生產(chǎn)工藝指標(biāo)。為了保證發(fā)氣量，便于電石與水充分反應(yīng)，一般要求電石粒度在 25-80mm之間。

3.2溫度指標(biāo)控制

發(fā)生器水溫要求在60-80℃之間，一般控制在70℃左右，而發(fā)氣室內(nèi)的乙炔氣溫度不應(yīng)超過90℃。乙炔充裝過程中，工藝上要求壓縮機(jī)的各級(jí)排氣溫度不得高于90℃，乙炔充裝溫度不得超過40℃。

3.3壓力指標(biāo)控制

根據(jù)外國專家KonschaLK的說法，溶解乙炔的壓力一旦超過2.5Mpa就會(huì)失去化學(xué)穩(wěn)定性，會(huì)自行發(fā)生分解爆炸。所以長期以來溶解乙炔的最高壓力都限定在2.5Mpa以下，在基準(zhǔn)溫度15℃時(shí)乙炔瓶內(nèi)的限定壓力為1.52Mpa。嚴(yán)格控制發(fā)生器內(nèi)的壓力，應(yīng)小于或等于0.02Mpa，保持與氣柜的壓力相平衡，絕對(duì)不能出現(xiàn)負(fù)壓。乙炔壓縮機(jī)三級(jí)壓力控制為1級(jí)0.2Mpa；2級(jí)0.8Mpa；3級(jí)2.5Mpa。

3.4充裝管道流速控制

乙炔在輸送管路中最大流速： 當(dāng)壓力為0.00688～0.147MPa時(shí)，不應(yīng)超過8m/s；當(dāng)壓力為0.147～2.45MPa時(shí)，不應(yīng)超過4m/s。充裝管道內(nèi)徑不應(yīng)超過20mm。

3.5乙炔瓶丙酮充填量與乙充裝量控制

乙炔的充裝實(shí)際就是乙炔氣在丙酮中的溶解過程，丙酮充填量與乙炔充裝量都要嚴(yán)格控制。丙酮超量則直接影響瓶內(nèi)安全空間，甚至出現(xiàn)“滿液”現(xiàn)象，壓力瞬間增大導(dǎo)致氣瓶爆炸。它們的公式如下：丙酮充填量：Ms=0.38δ·V 乙炔充裝量：Ma=0.20δ·V（Ms—丙酮充填量kg；Ma—乙炔充裝量kg；δ—填料孔隙率%；V—鋼瓶水容積L）

3.6乙炔氣純度控制

發(fā)生器出來的乙炔需要經(jīng)過凈化直到乙炔純度大于98%，用10%硝酸銀試紙檢測乙炔氣，試紙不變色或微黃色則達(dá)標(biāo)。

4、乙炔生產(chǎn)工藝流程的改進(jìn)措施

第一，改進(jìn)電石破碎方式與輸送效率?？蓪㈦娛扑?、輸送過程優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化破碎作業(yè)、密閉輸送加料的方式。同時(shí)在電石破碎入口處配套除塵裝置收集破碎散落的電石粉塵，密閉返回到成品電石料倉中使用，可大幅度減少電石破碎、輸送過程中的電石流失和電石揚(yáng)塵帶來的環(huán)境污染。通過電石破碎、輸送工藝技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電石破碎、輸送及發(fā)生器加料過程的全密閉，減少電石的灰化及破碎損失。同時(shí)解決長期以來電石破碎、輸送過程的電石粉塵污染環(huán)境的老大難問題，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場清潔生產(chǎn)。

第二，將發(fā)生器內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的電石渣漿直接靠溢流管溢流出發(fā)生器的方式，改為發(fā)生器靠液位調(diào)節(jié)閥直接排放發(fā)生器內(nèi)的電石渣漿，采用發(fā)生器液位自動(dòng)調(diào)節(jié)控制渣漿排放的方式，可以根據(jù)電石反應(yīng)的效果有效提高發(fā)生器電石渣漿濃度至18%。有效解決了受發(fā)生器內(nèi)、外壓差小，電石渣漿比重、粘度的制約，也解決了傳統(tǒng)發(fā)生器反應(yīng)溫度控制低，電石渣漿量排放量多，溶解乙炔氣體流失大和電石渣壓濾裝置較大的問題。

5、溶解乙炔的凈化措施

工業(yè)電石成分復(fù)雜，雜質(zhì)中主要含有硫、磷等，在與水反應(yīng)生產(chǎn)乙炔氣的過程中不可避免的附帶產(chǎn)生硫化氫（H2S）、磷化氫（PH3）等有毒有害物體。極大影響乙炔的質(zhì)量與使用安全，也達(dá)不到國家對(duì)溶解乙炔的純度要求。因此，利用電石法生產(chǎn)的乙炔氣體必須采用凈化工藝去除雜質(zhì)，提高純度。

凈化方法有濕法與干法兩種。干法凈化乙炔需要使用固體凈化劑， 由于在凈化工藝完成后固體凈化劑將帶有對(duì)人有毒害的物質(zhì)，直接排放這些固體凈化劑會(huì)造成環(huán)境污染，同時(shí)回收利用這些固體凈化劑耗時(shí)耗力，所以利用干法凈化乙炔已被禁止采用。

目前大多數(shù)廠家使用濕法凈化，即使用液體凈化劑。最常用的是次氯酸鈉（NaCIO）和濃硫酸（H2SO4）。利用這兩種液體凈化劑具有的強(qiáng)氧化性特點(diǎn)，將乙炔氣中的氣相硫化氫（H2S）、磷化氫（PH3）等雜質(zhì)氧化生成可溶性物質(zhì)而轉(zhuǎn)人液相，使乙炔氣達(dá)到凈化。但由于次氯酸鈉（NaCIO）化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，在貯存、運(yùn)輸、使用過程中容易分解。特別在使用過程中失效快，更換頻繁，直接影響乙炔氣的質(zhì)量和產(chǎn)量，而且分解后產(chǎn)生的有害氣體也影響有關(guān)作業(yè)人員的健康。故實(shí)際中多數(shù)采用濃硫酸作為清凈劑，其產(chǎn)生的雜質(zhì)少，工藝也比較簡單、設(shè)備結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜、實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益更加明顯，使用濃硫酸（H2SO4）進(jìn)行凈化的原理主要是由于硫化氫（H2S）中的硫（S）處于最低價(jià)負(fù)2價(jià)，具有較強(qiáng)還原性，能快速有效被濃硫酸氧化，同理磷化氫（PH3）也是，反應(yīng)式如下：

H2SO4+H2S→SO2+S+2H2O

H2SO4+PH3→H3PO4+SO2+S+H2O

硫酸凈化裝置設(shè)二個(gè)硫酸塔和一個(gè)中和塔，一塔使用65%-78%的硫酸，二塔使用78%-90%的硫酸，中和塔使用4%-8%的氫氧化鈉。一塔主要去除乙炔中大部分的水份，在二塔中乙炔中的雜質(zhì)便可除去。氧化還原反應(yīng)生成的水被濃硫酸吸收放出大量的熱，致使?jié)饬蛩釢舛认陆担瑴囟壬仙?。因此各塔循環(huán)的硫酸都要進(jìn)行冷卻，為保證凈化的效果，在反應(yīng)進(jìn)行中要進(jìn)行降溫措施，溫度控制在35℃以下。

6、其它生產(chǎn)過程中的安全控制

1、全系統(tǒng)氮?dú)獗Ｗo(hù)。用氮?dú)庵脫Q發(fā)生器、氣柜和充裝系統(tǒng)各管道，取樣分析氧含量小于3%為合格。2、生產(chǎn)系統(tǒng)車間按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做好防雷電與防靜電措施，禁止使用通訊工具。3、設(shè)置自動(dòng)化控制的氣柜聯(lián)鎖報(bào)警裝置，在遇緊急情況下可實(shí)施自動(dòng)停車與報(bào)警。4、為了防止爆炸性的乙炔銅、乙炔銀、乙炔汞等生成，發(fā)生器上的附件及與乙炔氣接觸的計(jì)量儀表、自動(dòng)控制設(shè)備和檢修工具等含銅量不得超過70%。5、嚴(yán)格做好乙炔氣瓶的充裝前檢驗(yàn)與定期檢驗(yàn)工作，把好氣瓶質(zhì)量安全。6、建立、健全各級(jí)的安全生產(chǎn)責(zé)任制，要確保所有安全責(zé)任都落實(shí)到位，認(rèn)真督促檢查貫徹執(zhí)行情況；同時(shí)制定生產(chǎn)過程中的各種安全管理制度、各崗位的安全操作規(guī)程。7、結(jié)合生產(chǎn)情況以及區(qū)域特點(diǎn)制訂事故應(yīng)急救援預(yù)案，按照應(yīng)急預(yù)案定期組織演練，做到應(yīng)急有序，處置得當(dāng)。

7、結(jié)束語

溶解乙炔在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，隨著生產(chǎn)力發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步，對(duì)乙炔的生產(chǎn)與安全提出了更高的要求。盡管市場上也出現(xiàn)了各種乙炔替代品，但實(shí)際使用效果并不明顯，乙炔氣在工業(yè)切割、焊接、火焰噴涂等工藝的優(yōu)勢還是相當(dāng)顯著。未來的乙炔生產(chǎn)應(yīng)通過合理的布局規(guī)劃，完善生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)安全管理，建立安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化體系，加強(qiáng)市場監(jiān)督，嚴(yán)格控制乙炔的質(zhì)量，讓溶解乙炔朝著安全生產(chǎn)，節(jié)能降耗以及經(jīng)濟(jì)合理的方向發(fā)展。