基于電石渣漿中乙炔氣回收利用技術(shù)探討

（新疆天業(yè)集團(tuán)天域新實化工有限公司，石河子市，832000） 成麗霞

1 前言

聚氯乙烯樹脂是世界五大通用樹脂之一，以其突出的性價比在社會生活中得到了廣泛應(yīng)用。電石（CaC2）經(jīng)乙炔氣（C2H2）生產(chǎn)PVC的電石乙炔路線因煤炭資源豐富、工藝簡單成熟，是目前我國PVC生產(chǎn)的主要技術(shù)方案。2018 年國內(nèi)PVC 的產(chǎn)能為2404 萬噸，產(chǎn)量為1860 萬噸，其中電石法產(chǎn)能為1962 萬噸，占總產(chǎn)能81.61%，電石法的產(chǎn)量為1500萬噸，占總產(chǎn)量80.6%。乙炔是PVC 生產(chǎn)的中間產(chǎn)物，也是電石水解的目標(biāo)產(chǎn)品。電石法PVC中,電石成本占PVC總成本的75%左右，因此降低電石消耗一直是電石法PVC 企業(yè)節(jié)能降耗的重點。通常濕法生產(chǎn)乙炔時電石水解產(chǎn)生的電石渣漿中殘存有乙炔氣300～400mg/kg。如果不經(jīng)過處理，任其揮發(fā)流失，不僅造成極大的資源浪費，污染環(huán)境，同時由于乙炔氣體易燃、易爆的特性，也存在很大的安全隱患。目前，電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)采取多種措施研究優(yōu)化乙炔回收技術(shù)，并且也已經(jīng)取得了一些顯著的效果，但還有很大的發(fā)展空間。下面將針對相關(guān)問題展開論述：

2 乙炔氣炔在電石渣漿中溶解損失形式

根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，乙炔在發(fā)生工序損耗的途徑主要有以下3方面。

（1）直接通過電石渣漿排出。電石反應(yīng)后生成的電石渣漿通過溢流管排出，乙炔氣體在電石渣漿中的溶解狀態(tài)為過飽和狀態(tài)，渣漿中乙炔氣體的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于計算的理論含量。

（2）通過氫氧化鈣吸附而損失。電石與水反應(yīng)副產(chǎn)大量的電石渣，電石渣中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%～10%的Ca(OH)2[1]，而Ca(OH)2具有很強的吸附能力，吸附的大量乙炔氣隨電石渣漿一起排到渣漿池。

（3）通過未完全反應(yīng)的電石顆粒排除。電石法制乙炔氣體的過程，電石不可能100%反應(yīng)，電石渣中含有沒有完全反應(yīng)的小電石顆粒。增稠器中的水也會與電石殘余顆粒進(jìn)行反應(yīng)，生成乙炔氣體，這些乙炔氣體往往不能進(jìn)行有效收集，直接被排放到大氣環(huán)境中。

3 電石渣漿液乙炔氣回收的原理

乙炔氣在電石渣漿中的溶解度與壓力和溫度有關(guān)。

（1）與溫度的影響關(guān)系

乙炔在渣漿中的溶解為過飽和溶解，飽和乙炔氣溶于水在不同溫度下的溶解度。（詳見表1）

由此可以看出，溫度越高，乙炔在水中的溶解度越低，越有利于乙塊氣的析出。

（2）壓力的影響關(guān)系

電石渣漿中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的水，溶解了部分乙炔氣，將溶解在水中的氣體解析出來的必要條件是溶液中的溶質(zhì)(i)組分平衡分壓(pi*)或平衡氣相組分(yi*)大于與該溶液相接觸的氣相中的i 組分分壓（pi）或組成（yi）[2]。中根據(jù)亨利定律的原理，在一定的溫度條件下，當(dāng)氣相與液相達(dá)到平衡時，該氣體在氣相中的分壓與該氣體在液相中的濃度成正比，方程式為:

表1 乙炔在水中的溶解度

式中:E 為Henry 常數(shù)，x 為氣體摩爾分?jǐn)?shù)溶解度，Pg為氣體的平衡分壓[3]。

因此，渣漿液在脫析塔中通過抽真空形成負(fù)壓，可以降低乙炔在氣相中的分壓，壓力越低，乙炔氣越容易從渣漿中解析出來。

（3）脫析塔接觸面積的影響關(guān)系

脫析塔塔內(nèi)設(shè)置若干層導(dǎo)向篩板，渣漿液經(jīng)各塔板折流下降至塔底，目的是推動漿液流動，抗污抗堵和增加渣漿在脫析塔中流動的接觸面積和在塔內(nèi)的停留時間，使乙炔氣更徹底地解析出來。

綜上可知，抽真空壓力越低，溫度越高，脫析塔接觸面積越大，乙炔氣的溶解度就越低，越容易析出。因此，渣漿液乙炔氣回收裝置是將發(fā)生器送出的電石渣漿液通過乙炔脫析塔在真空狀態(tài)下采用閃蒸汽提的方法將渣漿液中溶解的乙炔氣脫離出來。因此，主要依靠壓力和溫度的控制并在脫析塔中形成對向接觸，使溶解及吸附在電石渣漿中的乙炔氣體析出并進(jìn)行回收。

4 乙炔氣回收工藝流程及具體設(shè)計要點

圖1 電石渣漿回收乙炔氣的工藝流程

如圖1 所示，從濕式乙炔發(fā)生器底部溢流出來的電石渣漿通過密閉保溫的管道送入渣漿緩沖罐中進(jìn)行緩沖活化，然后用渣漿泵將活化后的高溫電石漿料送入脫析塔內(nèi)，真空泵從脫析塔頂部抽氣，使脫析塔在負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行閃蒸汽提，將渣漿液中溶解或吸附的乙炔氣脫離出來，脫析出來的乙炔氣通過冷卻器冷凝降溫除去其中大部分水蒸汽，冷凝水排入安全水封。脫水后的乙炔氣進(jìn)入汽水分離器進(jìn)一步凈化，得到純度較高的乙炔氣，然后通過水環(huán)真空泵送至乙炔氣緩沖罐，再進(jìn)入氣柜實現(xiàn)乙炔氣的回收。真空泵出口的乙炔管路上設(shè)置含氧在線分析設(shè)備，經(jīng)測氧儀檢測合格后送入乙炔氣緩沖罐中，保障整個系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行。從脫析塔底部出來的電石渣漿進(jìn)入安全槽，溢流排放到電石渣漿池。

5 乙炔回收過程中可能存在的問題及解決措施

電石渣漿乙炔氣回收，由于電石渣漿粘稠，容易堵塞設(shè)備，導(dǎo)致乙炔氣體的回收是一項比較復(fù)雜的生產(chǎn)過程，難免會發(fā)生一系列的問題。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，逐一列舉曾經(jīng)生產(chǎn)中出現(xiàn)過的異常問題及具體解決措施，具體有：

5.1 渣漿泵堵塞

原因:從發(fā)生器溢流出來的電石渣漿攜帶的粒徑較大的電石渣顆粒沉積在泵殼與葉輪間導(dǎo)致渣漿泵堵塞。

預(yù)防及解決措施:在渣漿泵前的進(jìn)口管上加裝過濾器(篩網(wǎng)孔徑為25mm)，定期對渣漿泵進(jìn)行切換、清理。

5.2 水環(huán)真空泵板式換熱器堵塞

原因：脫析塔真空度過高，將渣漿中的顆粒狀物質(zhì)吸入到水環(huán)真空泵中，并在板式換熱器上形成氫氧化鈣沉淀物，導(dǎo)致?lián)Q熱器堵塞。

預(yù)防及解決措施:拆下板式換熱器用流水進(jìn)行徹底沖洗，并用稀鹽酸進(jìn)行循環(huán)清洗，以消除垢層，如果嚴(yán)重需要將換熱器完全拆開。因此在運行中嚴(yán)格控制水完全、發(fā)生器閥門切換順序不正確或溢流閥泄露造成、回收系統(tǒng)有漏點、含氧儀故障，測試不準(zhǔn)等。保證氮氣對空氣置換的完全性，進(jìn)行多環(huán)真空泵真空度在指標(biāo)范圍內(nèi)。

5.3 回收系統(tǒng)氧氣含量過高

原因:設(shè)備內(nèi)的空氣置換點監(jiān)測分析；發(fā)生器切入過程中應(yīng)先關(guān)掉去溢流渡槽的大閥，然后再打開去回收系統(tǒng)的切換閥，切出時也是同樣的順序，并定期檢查發(fā)生器去溢流渡槽大閥的封閉效果，發(fā)現(xiàn)問題及時切出回收系統(tǒng)，清理閥門內(nèi)雜物或更換閥門;如果回收系統(tǒng)有漏點(如墊子密封不嚴(yán)等)，則系統(tǒng)停車處理;系統(tǒng)運行時通過定期人工分析，與在線測量值進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)偏差較大時及時處理。

5.4 緩沖罐中渣漿液位不穩(wěn)定

原因:發(fā)生器溢流不暢或者排渣過多，回流氣動閥門或回流管路堵塞、渣漿緩沖罐液位計故障等。

預(yù)防及解決措施:定期排渣處理，對發(fā)生器錐底沖洗水管進(jìn)行疏通，保證沖洗水正常，避免溢流口被堵;發(fā)生器加料要平穩(wěn)，排渣須多次少量進(jìn)行;在發(fā)生器溫度允許的前提下加大發(fā)生器給水量對渣漿進(jìn)行稀釋；氣動閥門故障時，使用旁路手閥控制，快速消除自控儀表故障。

5.5 生產(chǎn)設(shè)備保溫

原因:外界溫度較低會降低乙炔氣量的流通速率和流通量，影響了回收率的提高。

預(yù)防及解決措施:對設(shè)備易導(dǎo)熱部位設(shè)置保溫層或者更換具備保溫功能的結(jié)構(gòu)部件，提高脫析塔的乙炔氣脫除效率，提升乙炔氣的回收率。

6 結(jié)語

以電石為原料生產(chǎn)乙炔是電石法PVC 的重要組成部分和主要特點。電石渣漿乙炔氣回收技術(shù)的利用在節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、提高裝置安全性方面具有重要意義，目前備受關(guān)注。如何提高渣漿液中乙炔回收效率及優(yōu)化回收的工藝流程，是化工工藝設(shè)計行業(yè)今后工作中還需要繼續(xù)深入研究的課題。