氯堿生產(chǎn)中渣漿液乙炔回收裝置工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備選型

何贇彪，王振方，張軍勝，張 峰

（新疆中泰化學(xué)阜康能源有限公司，新疆 烏魯木齊 830009）

1 渣漿液乙炔回收裝置綜述

1.1 工作原理

稀渣漿來(lái)自乙炔發(fā)生器，由渣漿輸送泵送至乙炔回收塔的頂部，乙炔回收塔通過(guò)水環(huán)真空泵使其操作壓力控制在-80.0～-10.0 kPa，溶解在稀渣漿的乙炔氣通過(guò)閃蒸從稀渣漿中揮發(fā)出來(lái)，同時(shí)部分水蒸氣在真空條件下也揮發(fā)出來(lái)，含飽和水蒸氣的乙炔氣經(jīng)由乙炔回收塔頂部排出，溫度約為60℃。經(jīng)乙炔空氣冷卻器冷卻到40℃左右，再由水環(huán)真空泵加壓送至乙炔氣柜。閃蒸出乙炔氣的稀渣漿由乙炔回收塔底部排出，自流至濃縮池。

由于該系統(tǒng)為負(fù)壓系統(tǒng)，乙炔氣為易燃易爆的氣體，因此需要嚴(yán)格控制回收乙炔氣中氧含量（O2＜1%），避免乙炔中氧氣含量超過(guò)爆炸極限引起爆炸。在水環(huán)真空泵后設(shè)有2個(gè)在線含氧分析儀，當(dāng)含氧分析儀A或B任一報(bào)警時(shí)，程序自動(dòng)關(guān)閉送至氣柜的乙炔管線開(kāi)關(guān)閥，自動(dòng)打開(kāi)真空泵出口放空閥，并自動(dòng)打開(kāi)氮?dú)忾y充入氮?dú)?，?dāng)報(bào)警時(shí)間超過(guò)2 min后自動(dòng)聯(lián)鎖停水環(huán)真空泵。當(dāng)乙炔回收塔頂壓力超過(guò)0.25 MPa時(shí)聯(lián)鎖打開(kāi)放空閥，乙炔回收裝置工作原理見(jiàn)圖1。

1.2 渣漿乙炔含量

（1）乙炔發(fā)生渣漿中乙炔氣含量一般在300~400 mg/kg，此含量比同溫度下乙炔在水中的溶解度170 mg/kg高出1倍以上。主要是由于電石漿液氫氧化鈣包裹著“碳化鈣”造成的；也可能由于在乙炔發(fā)生器中乙炔過(guò)飽和，溶解乙炔未完全從溶液中脫離出造成的。

圖1 乙炔回收裝置工作原理示意圖

生產(chǎn)實(shí)踐表明，電石渣漿中的乙炔含量高低與發(fā)生器溫度有很大的關(guān)系，粒度相同的電石，反應(yīng)溫度越高，水解速度越快，電石渣漿液中碳化鈣核越小，同時(shí)溶解在液相的飽和乙炔氣也相應(yīng)減少，將發(fā)生器溫度控制在（85±5）℃，可明顯減少乙炔氣在漿液的溶解度，進(jìn)而降低乙炔在發(fā)生過(guò)程中的損耗，不同溫度下乙炔溶解度表見(jiàn)表1。

表1 不同溫度下乙炔溶解度表

（2）生產(chǎn)實(shí)踐表明，含固量在15%左右的電石渣漿中，約75%到80%的乙炔氣和Ca（OH）2固體結(jié)合在一起，而清液中溶解的乙炔氣約為20%；為了進(jìn)一步證實(shí)，將取樣的電石渣經(jīng)過(guò)高溫烘干后再在密閉容器中溶解于水中攪拌，經(jīng)測(cè)量電石干渣中還含有一定量的乙炔氣，因此認(rèn)為在生產(chǎn)過(guò)程中乙炔氣的損失主要有：a.由于電石在液相反應(yīng)時(shí)攪拌時(shí)間不夠，造成部分電石小顆粒隨著溢流液流出，在發(fā)生器排渣池中有氣泡產(chǎn)生，如果通風(fēng)不好還有爆鳴的情況，這充分說(shuō)明存在沒(méi)有完全反應(yīng)的電石小顆粒；b.電石在發(fā)生器中反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的乙炔氣過(guò)飽和地溶解在電石漿液中，隨著溢流液排出造成損失。

1.3 工藝設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

（1）渣漿乙炔回收塔頂回收管線出塔后直接到水環(huán)真空泵進(jìn)口，導(dǎo)致回收的乙炔氣中夾雜的水蒸氣進(jìn)到水環(huán)真空泵冷凝，使泵過(guò)載跳停，影響正常生產(chǎn)；

（2）回收乙炔氣中帶有少量電石渣漿雜質(zhì)，進(jìn)到水環(huán)真空泵使其葉輪結(jié)垢降低工作效率；

（3）塔頂排空自控閥直接安裝在塔頂管線上，排空時(shí)容易使乙炔氣著火。

1.4 設(shè)備存在的問(wèn)題

（1）回收塔內(nèi)部折流板面積小，造成渣漿中的乙炔氣回收不徹底；

（2）回收管線沒(méi)有深入到塔中下部，造成回收塔內(nèi)塔頂和塔底真空度不同，影響回收效率。

1.5 電石渣漿液乙炔回收的意義

企業(yè)現(xiàn)PVC生產(chǎn)能力為80萬(wàn)t/a，每年產(chǎn)生的電石渣約160萬(wàn)t，現(xiàn)電石渣漿乙炔回收裝置每小時(shí)回收乙炔氣約600 m3。（1）在成本方面，每年可回收乙炔氣約504萬(wàn)m3，能大幅降低生產(chǎn)成本；（2）在環(huán)保方面，每小時(shí)600 m3的乙炔氣排放到大氣中，嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量；（3）在安全方面，發(fā)生器溢流液中含有的大量乙炔氣，不回收會(huì)造成后續(xù)生產(chǎn)中乙炔氣集聚而發(fā)生爆炸著火，影響生產(chǎn)安全。

阜康能源80萬(wàn)t/a PVC的生產(chǎn)能力，配套上了80萬(wàn)t/a電石渣漿乙炔氣回收裝置，經(jīng)過(guò)1年的運(yùn)行，回收效果較好，為公司節(jié)能減排奠定了基礎(chǔ)，但也存在一些工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備問(wèn)題。

2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)近1年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)乙炔回收的電石漿液中還含有一定量的乙炔氣，為此做了以下實(shí)驗(yàn)。

2.1 不同截面積容器對(duì)乙炔氣揮發(fā)的影響

取相同體積2份經(jīng)過(guò)乙炔氣回收塔回收完畢的電石漿液，放在相同容積不同橫截面的2個(gè)密閉容器中，經(jīng)過(guò)10 min的搖晃，做乙炔氣含量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 不同截面積容器對(duì)乙炔揮發(fā)的影響

從表2得出如下結(jié)論。

（1）相同體積的電石漿液在不同截面的密閉容器中，大截面的容器中電石漿液揮發(fā)出乙炔氣的量高出小截面容器平均值2%左右；

（2）現(xiàn)有電石漿液回收裝置不能完全回收電石漿液中的乙炔氣，使一小部分乙炔氣隨著電石漿液進(jìn)入濃縮池，乙炔氣在濃縮池中心筒處會(huì)發(fā)生積聚造成著火事故，影響安全生產(chǎn)。

2.2 加水對(duì)乙炔氣揮發(fā)的影響

取相同體積2份經(jīng)過(guò)乙炔氣回收塔回收完畢的電石漿液，放在相同容積的2個(gè)容器中，在其中的一個(gè)容器加入50℃左右的水，目的是破壞電石漿液中氫氧化鈣包裹的“碳化鈣核”的結(jié)構(gòu)，使碳化鈣充分的水解，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 加水對(duì)乙炔氣揮發(fā)的影響

結(jié)果顯示，加水并不能破壞氫氧化鈣包裹的“碳化鈣核”的結(jié)構(gòu)，反而加入的水又吸收了一部分已揮發(fā)出的乙炔氣。經(jīng)過(guò)上述2個(gè)實(shí)驗(yàn)，初步判斷電石漿液乙炔氣回收效果跟回收塔的真空度和回收面積有關(guān).在相同溫度的情況下，真空度越高，飽和水蒸氣的量越多，從而析出的乙炔氣越多。現(xiàn)有回收塔是從塔頂部抽真空，會(huì)導(dǎo)致塔中部和底部的真空度低于頂部，從而降低了飽和水蒸氣的量，影響回收效果，見(jiàn)圖2。鑒于以上2種情況，對(duì)回收塔進(jìn)行了技術(shù)改造。

（1）在回收塔底部增加折流板，起到增大電石渣漿分布面積的作用；

（2）在回收塔中下部增加真空抽氣管線，降低回收塔上部、中部、和下部的真空度差異，見(jiàn)圖3。

（3）在回收塔電石漿液進(jìn)口處增加分液孔，使電石漿液更加分散地進(jìn)入塔內(nèi)，起到增大面積的作用。

（4）回收塔氣相出口管線增加一個(gè)水封及集液罐，讓進(jìn)入水環(huán)真空泵的管線先經(jīng)過(guò)集液罐，使冷凝水沉積并定期排放，排空自控閥去掉，更換為水封，回收塔壓力高排空時(shí)沖破水封排空。

3 效益分析

原塔折流板面積為24 m2，改造后折流板面積為30 m2，在回收塔電石渣漿進(jìn)口處增加分液孔，面積為5 m2，總計(jì)比原來(lái)增加面積38.5%，乙炔氣回收量預(yù)計(jì)增加150 m3/h，1年裝置運(yùn)行按8 000 h計(jì)算，累計(jì)回收效益為1 400 t乙炔氣，折合電石約3 400 t。

圖2 現(xiàn)有乙炔回收塔結(jié)構(gòu)圖

圖3 改造后乙炔回收塔結(jié)構(gòu)圖

電石渣漿乙炔回收裝置投用以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好，回收了電石漿液中的大量乙炔氣，降低了電石消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減少了乙炔氣外排造成的環(huán)境污染，改善了工作環(huán)境。經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后會(huì)進(jìn)一步提高乙炔氣回收量，為公司創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。