乙炔站安全、環(huán)保、降耗的改進(jìn)措施

曹戰(zhàn)國(guó)

(唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305)

近幾年，我國(guó)在安全、環(huán)保方面的法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)單位產(chǎn)品綜合能耗的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高。2003年中國(guó)PVC反傾銷勝訴以后，高利潤(rùn)和低技術(shù)門檻吸引了大批投資者進(jìn)入PVC行業(yè)[1]，大量裝置低水平重復(fù)建設(shè)，存在很多安全隱患。乙炔屬于易燃易爆氣體，PVC行業(yè)曾發(fā)生多起乙炔生產(chǎn)系統(tǒng)著火及爆炸事故，因此乙炔站的安全問題顯得尤為重要。在環(huán)保方面，為了達(dá)到國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，企業(yè)付出了高額的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。電石、水等的消耗直接關(guān)系到PVC的生產(chǎn)成本，是PVC企業(yè)一直重視的問題，必須深入研究和創(chuàng)新。筆者深入PVC企業(yè)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研及認(rèn)真研究，提出了乙炔站安全、環(huán)保、降耗的改進(jìn)措施，供同行參考。

1 安全

1.1 電石卸車、破碎及上料系統(tǒng)

1.1.1 電石卸車

PVC行業(yè)內(nèi)電石卸車有2種方式：①實(shí)行24 h晝夜卸車，一邊卸車一邊上料，盡量減少電石在破碎前的存放時(shí)間；②利用白天時(shí)間集中卸車并上料，晚上及夜間不卸車只上料。在電石卸車布袋除塵方面，一些企業(yè)沒有相關(guān)設(shè)施，一些企業(yè)雖有設(shè)施但并未有效利用。因此，在電石卸車除塵方面有些企業(yè)尚未達(dá)到國(guó)家安全職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。

針對(duì)上述問題，通過(guò)走訪、調(diào)研，為真正達(dá)到國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生環(huán)境含塵標(biāo)準(zhǔn)≤8 mg/m3的要求，建議在設(shè)計(jì)或改造電石卸車除塵裝置時(shí)，設(shè)計(jì)幾個(gè)專門用于卸車的固定吸塵裝置，每個(gè)卸車吸塵裝置每次處理1輛車，采取“一車一卸一上(電石上料)”的方式。根據(jù)目前實(shí)際運(yùn)輸電石的車輛情況，建議卸車吸塵裝置為長(zhǎng)13 m(比電石運(yùn)輸車廂長(zhǎng))、寬4 m、高5 m的吸塵箱體，此箱體5面封閉(其中頂部封閉，并外延2.5 m)，13 m長(zhǎng)的一個(gè)側(cè)面設(shè)置2個(gè)吸塵風(fēng)口，另一側(cè)面為停放電石車廂的位置，采用鏟車進(jìn)行卸車。為防止電石粉塵擴(kuò)散，風(fēng)機(jī)的吸塵風(fēng)速應(yīng)大一些，取0.5～1.0 m/s為宜。1套卸車吸塵裝置需用15萬(wàn)～20萬(wàn)m3/h風(fēng)量的引風(fēng)機(jī)，并配套布袋除塵器。為防止風(fēng)化，布袋除塵器收集的粉塵采用倉(cāng)泵自動(dòng)輸送方式送至發(fā)生器電石開放斗。電石卸車除塵裝置示意圖如圖1所示。

圖1 電石卸車除塵裝置示意圖Fig.1 Diagram of dedusting device used for carbide unloading

1.1.2 電石破碎

PVC行業(yè)中大多數(shù)企業(yè)都采用粗破、細(xì)破兩級(jí)破碎，設(shè)備一般采用國(guó)產(chǎn)顎式破碎機(jī)，個(gè)別企業(yè)只采用1臺(tái)國(guó)產(chǎn)顎式破碎機(jī)通過(guò)一級(jí)破碎即可使電石粒徑達(dá)到要求，除塵一般采用布袋除塵器。在實(shí)際運(yùn)行中主要的問題有：① 國(guó)產(chǎn)顎式破碎機(jī)故障率高，粗破時(shí)大塊電石經(jīng)常卡住粗破機(jī)入口，或電石上料夾帶其他異物導(dǎo)致入口卡料。②因除鐵器效果不好，導(dǎo)致矽鐵等雜質(zhì)進(jìn)入細(xì)破機(jī)，使細(xì)破機(jī)卡料，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞細(xì)破機(jī)。③粗、細(xì)破機(jī)因吸塵口設(shè)計(jì)及除塵管道、風(fēng)量設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致除塵效果不理想，達(dá)不到國(guó)家安全職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。

近幾年，筆者調(diào)研了冶金等行業(yè)破碎機(jī)的使用情況，建議粗破機(jī)選用國(guó)際知名廠商的顎式破碎機(jī)，其運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低。這些設(shè)備在國(guó)內(nèi)冶金、采礦行業(yè)應(yīng)用較普遍，值得氯堿行業(yè)借鑒。為防止粉塵擴(kuò)散，粗破機(jī)最好放置在地面以下，采用地坑式上料，并設(shè)置吸塵收集護(hù)罩。細(xì)破機(jī)建議選用國(guó)際知名廠商的圓錐形細(xì)破機(jī)，其特點(diǎn)是破碎過(guò)程在封閉空間中進(jìn)行，粉塵不易外逸，只在電石進(jìn)、出口產(chǎn)生少量粉塵，設(shè)置吸塵收集護(hù)罩后也較容易收集。為達(dá)到除塵效果，建議各個(gè)吸塵口的風(fēng)速不小于2.0 m/s。為防止風(fēng)化，布袋除塵器收集的粉塵采用倉(cāng)泵自動(dòng)輸送方式送至發(fā)生器電石開放斗。

除鐵器的選型及設(shè)計(jì)對(duì)保護(hù)細(xì)破機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，否則較重的矽鐵等雜質(zhì)進(jìn)入細(xì)破機(jī)后容易導(dǎo)致細(xì)破機(jī)軸承損壞。此方面可以調(diào)研大型電廠、港口煤炭輸送行業(yè)如何除鐵，并加以借鑒。建議在粗破機(jī)至細(xì)破機(jī)之間設(shè)計(jì)3道大磁力除鐵器，磁場(chǎng)強(qiáng)度以150 G(高斯)為宜。之所以選擇大磁力除鐵器，主要是考慮有些雜質(zhì)較重，甚至可能達(dá)到50 kg左右，需要150 G的磁力才能將其除掉。之所以選擇3道除鐵器，主要是考慮有些雜質(zhì)可能壓在電石下面，只設(shè)置1道除鐵器的話可能有所遺漏。

1.1.3 電石輸送及料倉(cāng)

PVC行業(yè)中大多企業(yè)采用皮帶運(yùn)輸，有些企業(yè)為了節(jié)省占地空間采用斗提機(jī)輸送；電石料倉(cāng)則采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。存在的問題主要有：粗破機(jī)、細(xì)破機(jī)、皮帶之間的倒料口、料倉(cāng)進(jìn)出口、發(fā)生器開放斗進(jìn)料處等位置二次揚(yáng)塵污染嚴(yán)重；電石料倉(cāng)可能聚集乙炔氣，有空爆危險(xiǎn)。

為了防止電石料倉(cāng)聚集乙炔氣，建議在料倉(cāng)頂端以下1 m位置處安裝乙炔或氧氣在線分析檢測(cè)儀，并利用電石料倉(cāng)頂部的除塵吸風(fēng)裝置分離出部分氣體。除塵吸風(fēng)裝置的除塵口安裝于料倉(cāng)頂部的4個(gè)角，不間斷吸風(fēng)。不建議電石料倉(cāng)下部設(shè)置充氮設(shè)施，因乙炔氣的密度比空氣小，其主要聚集在電石料倉(cāng)頂部，要想用氮?dú)鈱⒁胰矚廒s出，需要的氮?dú)饬枯^大，經(jīng)濟(jì)上不合算。定時(shí)從電石料倉(cāng)中上部取樣分析乙炔或氧氣的含量，來(lái)校驗(yàn)在線分析儀的準(zhǔn)確度。在粗破機(jī)、細(xì)破機(jī)、皮帶下料口、電石料倉(cāng)進(jìn)出口等揚(yáng)塵點(diǎn)，要設(shè)計(jì)較長(zhǎng)距離的粉塵收集防護(hù)罩，并注意吸風(fēng)口風(fēng)速應(yīng)大于2 m/s。在發(fā)生器電石進(jìn)料開放斗處，為防止粉塵飛揚(yáng)，不僅皮帶下料口要封閉處理，開放斗其他部分也要進(jìn)行封閉處理。

1.2 乙炔發(fā)生器及乙炔清凈系統(tǒng)

1.2.1 乙炔發(fā)生器

目前，PVC行業(yè)中的乙炔生產(chǎn)技術(shù)有干法和濕法2種，其中應(yīng)用較多的是濕法工藝。在安全方面，濕法工藝易出現(xiàn)的問題主要為：電石的加料系統(tǒng)、發(fā)生器底部矽鐵排渣系統(tǒng)、發(fā)生器本體和乙炔氣管道等處的乙炔氣泄漏，導(dǎo)致著火及空爆。而干法工藝主要存在的問題為：當(dāng)電石反應(yīng)不完全時(shí)，排渣后會(huì)產(chǎn)生大量乙炔氣導(dǎo)致空爆；發(fā)生系統(tǒng)各個(gè)部位因設(shè)備腐蝕、老化、震動(dòng)等原因?qū)е乱胰矚馔庖荩a(chǎn)生著火或空爆。

無(wú)論從安全還是降耗角度考慮，避免乙炔氣泄漏是PVC行業(yè)中須解決的關(guān)鍵問題。電石加料系統(tǒng)的組成為開放斗、上儲(chǔ)斗、下儲(chǔ)斗，電石在進(jìn)入發(fā)生器前逐級(jí)下料，中間的上儲(chǔ)斗主要起到隔離置換的作用，電石通過(guò)三級(jí)儲(chǔ)斗進(jìn)入發(fā)生器中。PVC行業(yè)中大多數(shù)企業(yè)采用人工遠(yuǎn)程加料控制系統(tǒng)，操作人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)敲擊料斗發(fā)出的聲音來(lái)判斷每個(gè)儲(chǔ)斗內(nèi)電石的下料情況，還屬于半自動(dòng)化控制。這就需要操作人員時(shí)刻關(guān)注發(fā)生器的運(yùn)行狀態(tài)，勞動(dòng)強(qiáng)度很大，經(jīng)驗(yàn)不足的操作人員無(wú)法做到安全操作，同時(shí)存在操作人員疲勞導(dǎo)致誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。近幾年，有些企業(yè)嘗試將加料控制系統(tǒng)升級(jí)改造為自動(dòng)化控制系統(tǒng)，按照實(shí)際的操作流程，細(xì)化中間控制需要的各項(xiàng)參數(shù)，靠自動(dòng)化程序?qū)崿F(xiàn)一鍵操作，操作人員只需定期對(duì)操作界面進(jìn)行確認(rèn)即可，即使出現(xiàn)故障，系統(tǒng)也會(huì)及時(shí)報(bào)警，可隨時(shí)切換為手動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)故障進(jìn)行處理。每個(gè)儲(chǔ)斗均安裝有監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)監(jiān)測(cè)反饋的信號(hào)及時(shí)得知電石下料情況，使得判斷更加科學(xué)、準(zhǔn)確。同時(shí)，還可在開放斗安裝高清攝像頭，在自動(dòng)上料過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。上述改造確保了電石加料系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)省了人力資源，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，值得行業(yè)推廣。

在反應(yīng)過(guò)程中，電石中摻雜的矽鐵需要定期從發(fā)生器底部排出，這需要操作人員現(xiàn)場(chǎng)操作。DN350排渣管的瞬時(shí)排渣量較大，操作人員需要與控制中心密切配合來(lái)確認(rèn)液位情況。在排渣前需要詢問液位，排渣后需要再次詢問，如此反復(fù)進(jìn)行，直到排渣結(jié)束，操作既煩瑣又不安全。目前，有些企業(yè)將發(fā)生器液位信號(hào)裝置安裝于發(fā)生器排渣控制區(qū)，操作人員在排渣時(shí)可隨時(shí)看到發(fā)生器的液位變化，只需在排渣前向控制中心匯報(bào)準(zhǔn)備，之后完全由操作人員自己控制，安全可靠性較高。此外，還可以進(jìn)一步研究自動(dòng)排渣操作，從理論上講是可行的。

1.2.2 乙炔清凈系統(tǒng)

在安全方面，乙炔清凈系統(tǒng)存在的主要問題是：①粗乙炔氣中含有的硫化氫、磷化氫、砷化氫等酸性雜質(zhì)腐蝕設(shè)備。②用次氯酸鈉或濃硫酸去除硫、磷等雜質(zhì)的過(guò)程中，次氯酸鈉、濃硫酸腐蝕設(shè)備，導(dǎo)致乙炔管道、水洗塔、冷卻塔、清凈塔、乙炔壓縮機(jī)等局部泄漏乙炔氣，存在著火或空爆的危險(xiǎn)。③在配制次氯酸鈉過(guò)程中，由于次氯酸鈉濃度不穩(wěn)定，有時(shí)有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.12%，導(dǎo)致清凈過(guò)程中乙炔與次氯酸鈉劇烈反應(yīng)，局部系統(tǒng)發(fā)生爆炸。④用濃硫酸清凈時(shí)，濃硫酸溫度控制偏高，導(dǎo)致濃硫酸和乙炔發(fā)生劇烈反應(yīng)，有爆炸的危險(xiǎn)。

近年來(lái)，為了預(yù)防乙炔管道腐蝕泄漏，有些企業(yè)采用了質(zhì)量較好的耐腐蝕材料，如在冷卻塔后采用襯塑、襯膠的管道、塔器，較好地解決了腐蝕導(dǎo)致的泄漏問題。在這2種材質(zhì)中，襯膠的性能更好一些，抗老化時(shí)間和使用壽命較長(zhǎng)。對(duì)于乙炔壓縮機(jī)，容易出現(xiàn)腐蝕的部位主要有液環(huán)壓縮機(jī)乙炔氣進(jìn)氣聯(lián)箱、壓縮機(jī)筒體、循環(huán)液水冷卻器等，有些企業(yè)將這些部件的材質(zhì)更換為316L不銹鋼，收到了較好的耐腐蝕效果。此外，對(duì)乙炔液環(huán)壓縮機(jī)循環(huán)液水冷卻器的循環(huán)介質(zhì)定期加堿液來(lái)控制其pH值，保證循環(huán)介質(zhì)始終為堿性，并定期補(bǔ)充新介質(zhì)排放舊介質(zhì)。

在乙炔清凈過(guò)程中，采用低濃度的次氯酸鈉溶液作為粗乙炔氣中雜質(zhì)的氧化劑，有2種配制工藝。

(1)現(xiàn)場(chǎng)直接配制。

采用燒堿系統(tǒng)氯氫處理工序送來(lái)的氯氣、質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.4%～1.7%的燒堿、生產(chǎn)水在文丘里反應(yīng)器中進(jìn)行人工配制，并定期對(duì)配制濃度以及清凈過(guò)后的廢次氯酸鈉濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)取樣，及時(shí)調(diào)整次氯酸鈉濃度，以達(dá)到徹底去除硫、磷等雜質(zhì)的目的。這種在現(xiàn)場(chǎng)直接配制的方法需要操作人員有較豐富的生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，才能確保配制的次氯酸鈉含氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.085%～0.120%，且pH值在7～8，否則一旦含氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.15%且pH值≤7，次氯酸鈉就有可能與乙炔劇烈反應(yīng)生成氯乙炔而發(fā)生爆炸。另外，如果次氯酸鈉含氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.06%，則粗乙炔氣中的硫、磷等雜質(zhì)可能去除不徹底。為了更加完善次氯酸鈉配制操作的安全條件，有些廠家在配制后的管道上安裝了在線pH值及ORP在線分析儀，輔助操作人員進(jìn)行配制，實(shí)踐證明其在安全上起到了較好作用。

(2)在燒堿工序?qū)⒏邼舛鹊拇温人徕c溶液稀釋配制成合格濃度的次氯酸鈉溶液。

采用燒堿工序產(chǎn)出的質(zhì)量分?jǐn)?shù)11%～13%的次氯酸鈉溶液，通過(guò)在線質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量加入生產(chǎn)水，配制出規(guī)定濃度的次氯酸鈉溶液，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，次氯酸鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的精度可提高至0.1%，避免了人工手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的不準(zhǔn)確性。此外，大型電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)可能有2～3套粗乙炔清凈系統(tǒng)，如果集中在燒堿工序配制次氯酸鈉溶液則更加科學(xué)、可靠，同時(shí)也是降低人工操作成本的一項(xiàng)措施。

采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的濃硫酸溶液作為粗乙炔氣雜質(zhì)的氧化劑是可行的。但一定要控制好濃硫酸循環(huán)液冷卻溫度(8～10 ℃)及清凈液反應(yīng)溫度(≤35 ℃)，否則濃硫酸溶液與乙炔可能發(fā)生劇烈反應(yīng)而爆炸。

2 環(huán)保

2.1 電石渣漿的回收利用

無(wú)論濕法還是干法乙炔生產(chǎn)工藝，乙炔站環(huán)保治理的主要難點(diǎn)問題之一是如何對(duì)電石渣漿進(jìn)行處理，使其變“廢”為“寶”。電石渣漿的綜合利用已成為國(guó)內(nèi)電石法PVC企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，PVC行業(yè)中電石渣漿的處理主要采用以下4種方法。

(1)將電石渣漿應(yīng)用于其他化工生產(chǎn)工藝中，作為化工原料。例如，應(yīng)用于氨堿法純堿生產(chǎn)的氫氧化鈣蒸餾氯化銨生產(chǎn)工序，或應(yīng)用于氯醇法環(huán)氧丙烷生產(chǎn)中的皂化反應(yīng)[2]。

(2)用作燃煤電廠煙道氣脫硫處理時(shí)的原料。

(3)西部地區(qū)絕大多數(shù)電石法PVC企業(yè)將電石渣漿用于生產(chǎn)水泥。

(4)將電石渣漿壓濾后直接出售，用于周邊道路的建設(shè)。

但是，從經(jīng)濟(jì)效益上講，除第1、2種方法直接作為化工生產(chǎn)中的原料，經(jīng)濟(jì)效益較好外，第3、4種方法基本是處于微利或虧損狀態(tài)。此外，第1、2種方法雖好，但PVC企業(yè)周邊須有相應(yīng)的配套企業(yè)才可進(jìn)行回收利用，一般企業(yè)實(shí)施難度很大。

目前，PVC行業(yè)中基本都是在利用氧化鈣或氫氧化鈣這2種物質(zhì)。針對(duì)于此，唐山三友氯堿有限責(zé)任公司通過(guò)試驗(yàn)研究，提出對(duì)電石渣漿重新利用再制造電石的電石渣漿利用新方法，供同行參考。具體的思路為：將電石渣漿經(jīng)板框壓濾后(含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約35%)，在高壓下壓制成球狀，以提高其強(qiáng)度及進(jìn)一步降低其含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)(5%～10%)，再進(jìn)行烘干進(jìn)一步去除水分，并將球狀電石渣加熱到700～900 ℃，使其分解成球狀氧化鈣。試驗(yàn)結(jié)果表明：氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%左右，所含雜質(zhì)(鐵、硫、磷等)的含量也很低。這主要是因?yàn)樵陔娛l(fā)生、乙炔清凈的過(guò)程中，絕大多數(shù)二氧化硅、鐵等雜質(zhì)都通過(guò)發(fā)生器的排渣系統(tǒng)(指濕法乙炔生產(chǎn)工藝)得以去除。清凈后的含磷酸鹽的廢次氯酸鈉溶液經(jīng)處理后再循環(huán)用于次氯酸鈉配制用水，且有30%的廢次氯酸鈉溶液分流去其他工序綜合利用，這樣帶到電石渣漿中的磷酸鹽就很少了[3]。在清凈過(guò)程中，硫化物雜質(zhì)經(jīng)氧化后變成硫酸鹽，部分硫酸鹽附著在管道壁上。因此，電石渣中的硅、鐵、磷酸鹽、硫等雜質(zhì)含量很低，最終得到的氧化鈣純度較高。

此外，因工業(yè)上電石生產(chǎn)采用“移動(dòng)床”生產(chǎn)工藝，這就要求原料蘭炭及氧化鈣必須具備一定的抗壓強(qiáng)度，以保證電石生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化碳順利排出，即提高氧化鈣的抗壓強(qiáng)度是解決電石渣綜合利用的關(guān)鍵。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院王志帥等[4]的研究的結(jié)果表明：添加一定量耐高溫材料的黏結(jié)劑后，通過(guò)提高成型壓力可以提高氧化鈣的抗壓強(qiáng)度。這是由于黏結(jié)劑在高溫下會(huì)形成纖維狀晶體穿插于氧化鈣顆粒之間，顯著提高了氧化鈣的抗壓強(qiáng)度。因此，根據(jù)這一研究結(jié)果，由電石渣制得的氧化鈣經(jīng)提高抗壓強(qiáng)度后，理論上可用于電石的生產(chǎn)。

由于很多電石法PVC企業(yè)都配套有電石生產(chǎn)裝置，因此將電石渣作為電石生產(chǎn)原料循環(huán)利用具有很好的可行性，既降低了電石生產(chǎn)成本，又節(jié)約了礦產(chǎn)資源，希望有實(shí)力及感興趣的企業(yè)、科研院所進(jìn)一步深入進(jìn)行工業(yè)化研究。

2.2 廢稀硫酸的處理

在乙炔清凈系統(tǒng)中，如采用濃硫酸氧化清凈技術(shù)，那么廢稀硫酸如何處理則成為困擾PVC企業(yè)的難題。這種廢稀硫酸因含有雜質(zhì)，不能直接綜合利用。

目前，有的PVC企業(yè)將廢稀硫酸直接與電石渣漿混合反應(yīng)后留在渣漿中。筆者認(rèn)為此種方法不可取，因在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成二次污染。目前，較好的處理方法是通過(guò)加熱來(lái)分解稀硫酸，將其分解成二氧化硫氣體，再氧化成三氧化硫來(lái)制取濃硫酸。該方法雖然成本略高，但較好地解決了廢稀硫酸的處理問題。

3 降耗

3.1 電石消耗

在電石法PVC生產(chǎn)中，電石原料成本占PVC總成本的70%左右。近年來(lái)，隨著電石法PVC生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，在VCM合成、VCM聚合、VCM回收等方面應(yīng)用了大量的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能、降耗的目的。因此，在電石法PVC生產(chǎn)中，在保證電石質(zhì)量穩(wěn)定(平均電石發(fā)氣量≥292 L/kg)的前提下，降低電石消耗的關(guān)鍵因素是乙炔站的管控。目前，PVC行業(yè)中電石單耗差距較大，電石單耗較低的為1.32 t，較高的為1.40 t。乙炔站影響電石消耗的因素主要有以下3個(gè)方面。

3.1.1 電石卸車、破碎、上料系統(tǒng)

如果采用白天集中卸車，晚上不卸車的電石卸車方式時(shí)，電石在空氣中暴露的時(shí)間較長(zhǎng)，部分電石粉化嚴(yán)重。對(duì)電石罩棚中的電石進(jìn)行粉化試驗(yàn)，結(jié)果表明：在沿海地區(qū)，粒度500 mm左右的電石，春季放置24 h后粉化比例大約是1.5%，夏季是2%～2.5%(雨季是3%～3.5%)，秋季是1.5%，冬季電石粉化比例最低，是0.5%～1%。因此，采用“一車一卸一上”的卸車方式能降低電石消耗。

電石粉塵的回收利用也影響電石消耗。電石在卸車、粗破、細(xì)破、料倉(cāng)上料過(guò)程中，利用布袋除塵器可回收產(chǎn)生的電石粉塵。目前，多數(shù)PVC企業(yè)采用人工裝卸回收至電石料倉(cāng)的方式。這種方式電石的自然粉化率高(因整個(gè)過(guò)程中細(xì)小的電石粉塵在空氣中停留時(shí)間較長(zhǎng))，又會(huì)使電石粉塵產(chǎn)生多次揚(yáng)塵，不符合安全環(huán)保規(guī)范的要求。目前，較好的電石粉塵回收輸送方式是采用密閉倉(cāng)泵將粉塵自動(dòng)回收至乙炔發(fā)生器進(jìn)料斗，可以達(dá)到安全、環(huán)保要求，同時(shí)又可降低電石粉化率、節(jié)約人力，值得行業(yè)推廣。有些PVC企業(yè)考慮電石粉塵回收利用不安全，在發(fā)生器中可能產(chǎn)生爆氣危險(xiǎn)，因此沒有進(jìn)行回收利用。實(shí)踐證明：及時(shí)、間斷地少量回收利用電石粉塵，不會(huì)產(chǎn)生爆氣危險(xiǎn)。

3.1.2 乙炔發(fā)生裝置

乙炔發(fā)生裝置是乙炔站的核心部分，也是影響電石消耗的主要因素，存在的問題主要有以下4方面。

(1)控制好乙炔發(fā)生器的反應(yīng)溫度。電石的水解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，如果控制溫度過(guò)高，到達(dá)95 ℃以上時(shí)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)劇烈，存在安全隱患，此時(shí)乙炔氣會(huì)發(fā)生自聚反應(yīng)生成乙烯基乙炔等雜質(zhì)，并使乙炔氣水含量增大。常壓下乙炔氣在水中的溶解度隨溫度變化很大，1 m3水在70 ℃下可溶解0.25 m3乙炔，在80 ℃下為0.15 m3，在85 ℃下為0.10 m3，在90 ℃下為0.05 m3。因此，從安全、消耗整體綜合分析，乙炔發(fā)生器的反應(yīng)溫度應(yīng)控制在85～90 ℃。此外，PVC行業(yè)中普遍應(yīng)用的電石渣漿乙炔回收技術(shù)，也是一個(gè)較好的降低電石消耗的措施。

(2)控制好乙炔發(fā)生器的排渣次數(shù)。根據(jù)電石在水中的溶解度計(jì)算得出，在正常排渣次數(shù)(即4斗進(jìn)料排渣1次)、反應(yīng)溫度85 ℃的條件下，排渣對(duì)電石單耗的影響幅度為1.5～2.0 kg。目前，因各個(gè)PVC企業(yè)的電石質(zhì)量各不相同，乙炔發(fā)生器的排渣次數(shù)也不盡相同。排渣較頻繁的為電石進(jìn)料2次排渣1次，排渣較少的為電石進(jìn)料8～10次排渣1次。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，排渣次數(shù)多是導(dǎo)致電石消耗高的原因之一。因此，根據(jù)電石質(zhì)量的不同，在保證生產(chǎn)安全、穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡量減少排渣次數(shù)。若能從4斗進(jìn)料排渣1次延長(zhǎng)到8斗進(jìn)料排渣1次，則可降低電石消耗0.75～1 kg。

(3)對(duì)電石給料下儲(chǔ)斗設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)，可有效防止純度較高的乙炔氣上升至上儲(chǔ)斗內(nèi)，避免上儲(chǔ)斗活門打開時(shí)乙炔氣外排浪費(fèi)。目前，PVC行業(yè)內(nèi)的大多數(shù)企業(yè)都在發(fā)生器下儲(chǔ)斗處設(shè)置了氮?dú)鉀_量保護(hù)裝置，保證微量氮?dú)庠谙聝?chǔ)斗以下形成密封的云團(tuán)，既可有效阻擋乙炔上升，又不會(huì)對(duì)乙炔純度造成影響。下儲(chǔ)斗氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置示意圖如圖2所示。

圖2 下儲(chǔ)斗氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置Fig.2 Nitrogen protective device for lower hopper

(4)當(dāng)電石發(fā)氣量≤290 L/kg時(shí)，應(yīng)控制好發(fā)生器底部的給水量。目前，PVC行業(yè)中的濕法乙炔發(fā)生器，一般是按照電石發(fā)氣量在290 L/kg以上設(shè)計(jì)的。相應(yīng)地，電石自發(fā)生器上部移動(dòng)到發(fā)生器底部一般按照20 min來(lái)設(shè)計(jì)。當(dāng)電石發(fā)氣量為290 L/kg、電石粒度為50～80 mm時(shí)，電石完全水解的理論時(shí)間約為16.57 min。若電石發(fā)氣量≤290 L/kg時(shí)，電石反應(yīng)速度降低，電石在發(fā)生器中不能徹底反應(yīng)，未反應(yīng)的電石被渣漿包裹得很嚴(yán)密，只有靠發(fā)生器底部大量給水才能將包裹在電石外部的渣漿及時(shí)沖洗掉，電石才能和水進(jìn)一步接觸繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)；否則，未反應(yīng)完全的電石就隨著渣漿排出發(fā)生器而造成浪費(fèi)。因此，當(dāng)電石質(zhì)量較差時(shí)，必須加大發(fā)生器底部的給水量，才能使電石反應(yīng)完全，降低電石消耗。

3.1.3 乙炔氣清凈系統(tǒng)

在正常生產(chǎn)中，乙炔氣清凈系統(tǒng)對(duì)電石消耗的影響較小。需要完善的方面主要是做好乙炔冷卻器冷凝液、乙炔氣柜排水、乙炔管道輸送倒淋液、乙炔液環(huán)壓縮機(jī)循環(huán)液排放液等及時(shí)密閉回收至發(fā)生器廢水罐，因?yàn)樗鼈兌既芙庥幸胰矚?。此外，為降低電石消耗，?duì)含有乙炔的廢次氯酸鈉溶液也不能直接排放，可以將其密閉回收至發(fā)生器廢水罐，或經(jīng)過(guò)真空脫除乙炔后外送到其他工序。

3.2 水消耗

在電石法PVC生產(chǎn)中，如果將聚合廢水經(jīng)處理后綜合再利用，那么水消耗主要產(chǎn)生在乙炔站。理論上，1 t電石水解需要用水0.56 t[5]。對(duì)于濕法乙炔生產(chǎn)工藝而言，電石渣漿經(jīng)板框壓濾后，一般含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%，則1 t電石產(chǎn)生的電石渣漿約帶走0.623 t水，1 t電石理論上用水約為1.183 t。電石單耗按1.35 t計(jì)(下同)，則生產(chǎn)1 t PVC乙炔站至少需要水：1.183×1.35=1.596(t)。對(duì)于干法乙炔生產(chǎn)工藝而言，電石渣含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～10%，按7.5%計(jì)，則1 t電石產(chǎn)生的電石渣漿約帶走0.135 t水，1 t電石理論上用水約0.695 t，生產(chǎn)1 t PVC乙炔站至少需要水：0.695×1.35=0.939(t)。因此，干法乙炔工藝最大的優(yōu)勢(shì)就是比濕法乙炔工藝節(jié)約了大約40%的水。

對(duì)于濕法乙炔生產(chǎn)工藝，電石水解對(duì)水的質(zhì)量要求并不高，如何綜合利用所產(chǎn)生的廢水十分重要，要根據(jù)發(fā)生器電石水解反應(yīng)的狀況及電石渣漿的不同應(yīng)用，綜合考慮廢水所含有的雜質(zhì)成分?，F(xiàn)根據(jù)PVC行業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)，提出以下3點(diǎn)建議。

(1)對(duì)于發(fā)生器反應(yīng)用水，如果其來(lái)自聚合離心母液及聚合釜沖洗廢水，其中若含有微量的有機(jī)表面活性劑，或廢水中含有有機(jī)高級(jí)酸，則在發(fā)生器內(nèi)會(huì)同氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成有機(jī)表面活性劑，可能在發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫，并使發(fā)生器內(nèi)部壓力上升，影響生產(chǎn)負(fù)荷。因此，為了利用好聚合廢水，就要研究調(diào)整聚合配方，減少聚合廢水中的表面活性劑等雜質(zhì)含量。

(2)將電石渣用于生產(chǎn)水泥、修路建設(shè)的PVC企業(yè)，要考慮反應(yīng)用水中含有的氯離子所產(chǎn)生的不利影響。用于生產(chǎn)水泥時(shí)，因氯離子含量高會(huì)對(duì)混凝土中的鋼筋有腐蝕危害，所以要求水泥中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.06%；用于修路建設(shè)時(shí)，氯離子含量高也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。因此，PVC企業(yè)要嚴(yán)格注意反應(yīng)用水中氯離子的含量，不能回用燒堿淡鹽水、樹脂塔廢水、燒堿機(jī)封廢水等含有氯離子的廢水。

(3)用次氯酸鈉溶液清凈粗乙炔時(shí)，必須將廢水中的次氯酸鈉處理后再用于配制次氯酸鈉。同時(shí)，為防止鹽等雜質(zhì)聚集，必須分離出1/3的量用于其他應(yīng)用，且分離出的廢次氯酸鈉也必須處理后才能再次利用，現(xiàn)行業(yè)中已經(jīng)有這方面技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

安全方面，通過(guò)深入研究、借鑒行業(yè)內(nèi)外生產(chǎn)工藝，在電石除塵、除鐵、料倉(cāng)、發(fā)生器自動(dòng)加料、排渣、次氯酸鈉配制細(xì)節(jié)上須進(jìn)一步完善，并加大電石破碎、乙炔液環(huán)壓縮機(jī)、清凈塔器管道等設(shè)備的投入及材料更新改進(jìn)，使乙炔站更加安全、穩(wěn)定運(yùn)行。環(huán)保方面，結(jié)合企業(yè)自身實(shí)際，深入研究電石渣漿再利用技術(shù)，變廢為寶，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。降耗方面，對(duì)發(fā)生器操作溫度、排渣頻率、底部的加水量、下儲(chǔ)斗加料充氮、乙炔清凈系統(tǒng)廢水回收、乙炔回收以及發(fā)生器廢水再利用等方面細(xì)化操作，進(jìn)行電石粉塵回收自動(dòng)化改造，進(jìn)一步降低電石和生產(chǎn)水的消耗。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 呂彥玲,田野,曹戰(zhàn)國(guó),等.電石法PVC生產(chǎn)中廢水除磷、硫技術(shù)研究[J].中國(guó)氯堿,2016(4):37-39.

[4] 王治帥,公旭中,王志,等.電石渣制備高強(qiáng)度氧化鈣及其含碳球團(tuán)循環(huán)生產(chǎn)電石[J].中國(guó)氯堿,2017(1):42-46.

[5] 鄭石子,顏才南,胡志宏.聚氯乙烯生產(chǎn)與操作[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.