天然氣制乙炔技術(shù)研究現(xiàn)狀與思考

李守鵬 趙來 (青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司乙炔廠，青海 816000)

現(xiàn)階段，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，技術(shù)的進步，乙炔的生產(chǎn)方法也不僅僅只有一種?，F(xiàn)階段，主要的生產(chǎn)方法有電石法、天然氣部分氧化法、等離子法等。尤其是電石法，一直在我國的乙炔生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用，這也是由我國多煤少氣貧油的能源現(xiàn)狀所決定的，但是，電石法生產(chǎn)乙炔的方法會對環(huán)境的污染嚴重，能源消耗也很大。歐美國家對于乙炔的生產(chǎn)，主要采用的是天然氣部分氧化法。等離子法是近幾年新興的生產(chǎn)方法，但是由于很多技術(shù)方面的因素，并沒有得到普及。所以，在世界范圍內(nèi)，天然氣部分氧化法仍然是生產(chǎn)乙炔的主要工藝。

1 天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙炔的現(xiàn)狀分析

1.1 天然氣部分氧化法制乙炔

部分氧化法始于上世紀20年代，在BASF公司的Berthelot實驗室，產(chǎn)生了世界上最早的部分氧化法，用于生產(chǎn)乙炔。而天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙炔的工作原理是這樣的：利用天然氣部分燃燒產(chǎn)生的熱量，將一部分的天然氣加熱到1230攝氏度以上，在這樣的環(huán)境下，天然氣的吉布斯自由能是高于乙炔的吉布斯自由能的。也就是說乙炔的熱力學穩(wěn)定性要比甲烷好，所以，甲烷就會分解成為氫氣和乙炔，其化學反應(yīng)方程式為2CH4=C2H2+3H2，此時，乙炔的吉布斯自由能仍然高于炭黑，為了防止乙炔裂解成為炭黑和氫氣，應(yīng)該及時終止自由基反應(yīng)[1]?，F(xiàn)階段，最常用的方法是油淬冷或者水淬冷，由于乙炔的裂解速度低于天然氣的裂解速度，所以，在10ms的反應(yīng)時間內(nèi)獲得乙炔。

1.2 我國天然氣制乙炔技術(shù)的現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，我國的天然氣部分氧化法制乙炔的工藝不斷取得進步，乙炔的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)總量也不斷增加。但是仍然有很多技術(shù)問題沒有得到妥善解決。目前，我國天然氣制乙炔的技術(shù)問題主要集中體現(xiàn)在以下幾個方面：首先要提的就是能耗較大。在能源消耗方面，其生產(chǎn)工藝的特點就是利用70%的天然氣燃燒對30%的天然氣進行加熱從而發(fā)生裂解反應(yīng)。隨著天然氣價格的不斷攀升，該方法的經(jīng)濟優(yōu)勢也不斷下降[2]。其次，在生產(chǎn)乙炔的過程中，炭黑生成量高且得不到有效利用，是我國天然氣制乙炔所面臨的重要技術(shù)問題。在天然氣部分氧化制乙炔的過程中，如果淬冷環(huán)節(jié)的效果不佳或者反應(yīng)時間過長，乙炔就會進一步被裂解成炭黑，導(dǎo)致天然氣制乙炔的生產(chǎn)效率不高。另外，炭黑得不到有效利用也是一種經(jīng)濟損失。第三，我國的天然氣制乙炔工藝的自動化程度不高，尤其是刮炭操作，我國在生產(chǎn)過程中普遍采用人工刮炭，導(dǎo)致炭對裂解反應(yīng)的影響較大，效率也不高。第四，我國的天然氣制乙炔工藝流程中，熱量損失嚴重，通過水淬冷環(huán)節(jié)之后熱量再利用難以實現(xiàn)。第五，在對乙炔進行提純的過程中，往往采用酸洗、堿洗等工藝，雖然實現(xiàn)了對乙炔的提純，但是對廢酸、廢堿的處理問題也成為了一大難題，從而造成了嚴重的環(huán)境問題。

2 促進我國天然氣制乙炔技術(shù)的發(fā)展建議

2.1 降低淬冷過程的能源消耗

雖然天然氣制乙炔技術(shù)具有能耗低、污染小的優(yōu)點，但是與國外技術(shù)相比，仍然存在很大差距。尤其是制乙炔過程中的能耗問題。為此，應(yīng)該在生產(chǎn)過程中重視淬火介質(zhì)熱源的回收與利用，從而使天然氣制乙炔工藝的能源消耗控制在一個較低的范圍內(nèi)。在制乙炔的實踐中，由于淬火后的炭黑水熱品質(zhì)較低，回收利用難度非常大，從而導(dǎo)致能源消耗嚴重。如果對這些低溫熱源進行有效利用，必然會提高天然氣制乙炔工藝的熱效率[3]。

2.2 提高裝置的自動化水平

如果將生產(chǎn)裝置的自動化水平不斷提高對于生產(chǎn)質(zhì)量和效率的提高有著重要意義。比如國外的乙炔爐都普遍采用自動刮炭裝置，極大地提高了生產(chǎn)效率。但是國內(nèi)的天然氣制乙炔過程中，人工刮炭更為普遍，勞動強度大暫且不說，生產(chǎn)效率也得不到提高。

2.3 對工藝設(shè)備加以優(yōu)化

眾所周知，乙炔在深度裂解后的產(chǎn)物就是炭黑，在傳統(tǒng)的工藝中，天然氣制乙炔會產(chǎn)生大量的炭黑，為了除去炭黑等物質(zhì)，除塵器等設(shè)備就不得不加入到生產(chǎn)裝置中，能耗驟然增加，操作難度也不斷提高。尤其是高級炔，由于該物質(zhì)與乙炔性質(zhì)相似、極易聚合，大大增加了乙炔提純的難度。為此，在天然氣制乙炔工藝中，對工藝設(shè)備進行優(yōu)化，是減少炭黑和高級炔產(chǎn)量的重要手段，也是提高生產(chǎn)效率、降低能耗的重要手段。

3 結(jié)語

天然氣制乙炔在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要地位，隨著技術(shù)的發(fā)展，其工藝也不斷完善。但是仍然存在很多問題沒有得到妥善處理。通過降低淬冷過程的能耗、提高自動化水平、優(yōu)化工藝設(shè)備等手段，我國的天然氣制乙炔技術(shù)必然能夠得到完善。另外，開發(fā)新技術(shù)也是必不可少的措施。通過對天然氣低溫等離子制乙炔技術(shù)的開發(fā)和完善，我國的天然氣制乙炔的生產(chǎn)效率必然會大大提高。

[1]安杰.天然氣制乙炔技術(shù)研究現(xiàn)狀與思考[J].現(xiàn)代化工,2013,33(1):5-8.

[2]姚文濤.淺談天然氣制乙炔凈化裝置中高級炔含量的控制[J].天然氣化工,2014,(4):60-62.

[3]吳躍明.天然氣制乙炔裝置炭黑循環(huán)冷卻水工藝研究[J].廣東化工,2014,41(13):173-174.