乙炔生產(chǎn)過程影響電石消耗的因素及解決措施

鄧建民，鮑文志，馬生蓮

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山753202）

電石法生產(chǎn)聚氯乙烯是國內(nèi)PVC主流工藝，經(jīng)過幾十年的發(fā)展和改進(jìn)，該工藝具有了生產(chǎn)技術(shù)成熟，投資少等優(yōu)勢(shì)。國內(nèi)西部地區(qū)近幾年依托資源優(yōu)勢(shì)新建的大型聚氯乙烯生產(chǎn)裝置都采用電石法工藝。

影響聚氯乙烯生產(chǎn)成本的主要因素是電石的消耗，寧夏英力特化工股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“英力特化工”）先后建設(shè)兩套電石法聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)線，兩套裝置自身電石消耗有差別，且與周邊行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)電石消耗先進(jìn)指標(biāo)1.33 t/t相比還有一定差距，而乙炔生產(chǎn)過程是電石損失的主要環(huán)節(jié)，因此研究分析如何降低乙炔生產(chǎn)過程中電石的消耗對(duì)企業(yè)降本增效有重要意義。

1 乙炔發(fā)生工藝流程

英力特化工兩套乙炔發(fā)生裝置都采用濕式發(fā)生技術(shù)，生產(chǎn)過程的流程稍有差異。A裝置建于2004年，期間經(jīng)過多次技術(shù)改造升級(jí)后，PVC樹脂生產(chǎn)能力達(dá)到14.5萬t/a，B裝置建設(shè)于2008年，PVC樹脂生產(chǎn)能力為12萬t/a。兩套裝置所需電石經(jīng)裝車運(yùn)輸至破碎工序，卸車至地面后用鏟車或鉤機(jī)將整坨電石塊初步敲碎，再經(jīng)過兩級(jí)顎式機(jī)破碎后送至電石料倉。A裝置破碎合格的電石從電石料倉放入載有轉(zhuǎn)運(yùn)料斗的電動(dòng)小車上運(yùn)至吊料口，再利用電動(dòng)葫蘆將電石及吊斗吊至發(fā)生器電石加料斗。B裝置電石經(jīng)料倉底部送入往復(fù)式給料機(jī)，再由皮帶輸送至加料平皮帶，通過平皮帶正、反轉(zhuǎn)加入加料斗。對(duì)上加料斗充氮?dú)庵脫Q后將電石加入，再打開下加料斗閥，使上加料斗內(nèi)的電石放至下加料斗內(nèi)，通過電磁振蕩加料器加入發(fā)生器內(nèi)。電石水解生成的濕乙炔，由發(fā)生器頂部逸出，進(jìn)入渣漿分離器，分離雜質(zhì)洗泥后，經(jīng)正水封依次進(jìn)入水洗塔、冷卻塔及氣柜中，或直接由水環(huán)壓縮機(jī)加壓后進(jìn)入兩臺(tái)串聯(lián)的清凈塔與次氯酸鈉溶液逆向接觸，除去粗乙炔氣中的硫、磷等雜質(zhì)，再經(jīng)中和塔與稀堿液逆向接觸中和除去酸性物質(zhì)，經(jīng)冷卻器后送VCM裝置使用。電石水解的渣漿從溢流管流出至電石渣漿緩沖罐，經(jīng)過渣漿泵輸送至汽提塔，在真空狀態(tài)下，使溶解及吸附在渣漿中的乙炔閃蒸汽提出來，混合氣經(jīng)冷卻將夾帶水蒸氣冷凝分離后乙炔進(jìn)入總管。兩套工藝流程主要區(qū)別為A裝置由于建設(shè)期較早，采用將電石裝入料斗，再將料斗吊至發(fā)生器加料處的工藝，B裝置采用皮帶輸送加料工藝。

2 乙炔生產(chǎn)過程電石損耗分析

2.1 電石貯存輸送及使用過程的風(fēng)化原因及損失

電石貯存過程的損失是電石風(fēng)化造成的，電石風(fēng)化過程可分為化學(xué)風(fēng)化和物理風(fēng)化。化學(xué)風(fēng)化是電石與空氣中的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)而潮解及層裂最終粉化的現(xiàn)象；物理風(fēng)化是由于膨脹和收縮不均造成的。在PVC生產(chǎn)中，電石風(fēng)化的主要方式是大塊電石被球形化解體，是由于物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化共同影響所致。電石風(fēng)化的主要影響因素有：溫度、濕度、電石的質(zhì)量和空氣流通等。

電石出爐后在冷卻庫房中存放48 h以上，在整坨降溫至35℃后裝車運(yùn)輸，在此過程都暴露在空氣中，與空氣中的水分反應(yīng)，在電石表面形成電石灰，造成電石發(fā)氣量降低。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算此過程中的電石損耗為0.3%左右，該數(shù)據(jù)與電石儲(chǔ)存運(yùn)輸環(huán)境的溫度、濕度相關(guān)。

2.2 電石破碎過程的損失

整坨Φ900 mm的電石卸車后用鏟車或鉤機(jī)敲碎后粒徑在350 mm左右，經(jīng)兩級(jí)顎式破碎機(jī)依次破碎至粒徑30～80 mm電石，由皮帶輸送至料倉，在料倉中儲(chǔ)存時(shí)間為12 h左右，破碎時(shí)間一般為6 h左右，破碎后儲(chǔ)存在料倉中的電石滿足當(dāng)日用量。破碎后有少量粉末電石產(chǎn)生，破碎后的電石與空氣接觸表面積增大，并且破碎后的電石在加入發(fā)生器前還有一段停留時(shí)間，導(dǎo)致與空氣中水分反應(yīng)，形成電石灰，降低電石發(fā)氣量，此過程中的電石損失量較大，約為電石總用量的2%。

2.3 電石加入發(fā)生器前的置換損失

電石經(jīng)上料斗放入下料斗，下料斗中電石經(jīng)振動(dòng)給料器加入發(fā)生器，同時(shí)發(fā)生器中的C2H2會(huì)串入下料斗，同理串入上料斗，因此在電石加入上料斗過程，因電石間有間隙，或有少量空氣存在，為防止C2H2與空氣接觸，確保電石加料時(shí)安全，用N2置換上料斗中的氣體，在加料前用N2將上料斗充壓到20 kPa，關(guān)閉N2閥后打開上料斗排空閥，將氣體排出系統(tǒng)。由于置換原因造成料斗中的C2H2排放損失。

2.4 乙炔發(fā)生清凈過程的損失

乙炔發(fā)生過程的損失主要是電石渣漿中攜帶的C2H2排放損失和冷卻塔、清凈塔、中和塔排液攜帶的C2H2排放，排渣時(shí)攜帶電石微粒和夾帶C2H2損失。

電石渣漿出發(fā)生器溫度為80℃，對(duì)照溶解度表，溶解C2H2含量0.15 m3/m3，實(shí)際每體積渣漿中的C2H2含量高于溶解度值，為0.30～0.40 m3/m3。C2H2含量比理論值偏高主要是由兩個(gè)原因造成的：一是電石渣中的微小Ca（OH）2顆粒，具有較強(qiáng)的吸附能力，吸附C2H2隨渣漿流出；另外電石反應(yīng)過程中形成Ca（OH）2包裹CaC2核，使水難以擴(kuò)散接近，致使電石的水解不能完全發(fā)生[1]，乙炔在水中的溶解度見表1。

表1 乙炔在水中的溶解度

3 降低電石消耗的措施

3.1 電石輸送、購進(jìn)及貯存過程的措施

英力特化工使用的電石主要來源于自產(chǎn)，不足部分外購。為減少電石貯存及運(yùn)輸環(huán)節(jié)的損失，每天盤點(diǎn)電石生產(chǎn)冷卻庫房庫存，對(duì)低溫和因吊裝過程中造成的破碎電石及時(shí)拉運(yùn)至乙炔裝置，在破碎后的電石皮帶上增加自動(dòng)取樣器，以便于準(zhǔn)確公正地分析外購電石發(fā)氣量。

逐步完善電石入廠步驟及管理，在電石卸車處安裝監(jiān)控，在中控室回放查看，加強(qiáng)電石入廠管理，確?？刍伊空鎸?shí)合理；對(duì)取樣電石樣品進(jìn)行編號(hào)，使分析人員不知道電石廠家，取樣人員和分析人員分開設(shè)置，每天電石取樣位置不固定，臨時(shí)通知，由管理人員對(duì)留樣進(jìn)行抽查，減少人為影響因素，保證了分析數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

另外優(yōu)質(zhì)的電石發(fā)氣量高，含雜質(zhì)少，可降低生產(chǎn)單位排渣量，減少C2H2的溶解夾帶損失，并且可以減少料斗加料頻次，在一定程度上降低加料時(shí)的C2H2損失。采用較低發(fā)氣量的電石，會(huì)增加電石的破碎成本，還會(huì)使NaClO清凈劑用量增加，使清凈劑pH值降低，存在安全隱患，綜合各方面因素考慮，因此要盡量采購高發(fā)氣量的電石。

3.2 減少電石加料過程損失的措施

通過考察周邊電石消耗企業(yè)情況，采用大坨電石整體破碎技術(shù)，可減少電石灰落地造成的損失。汽車運(yùn)輸來的電石整坨吊運(yùn)后加入一級(jí)破碎機(jī)，再將破碎后粒度合格的電石貯存在料倉中，破碎及輸送過程采用全封閉方式，減少粉塵逸出；另外要求每班次交接前停止破碎，檢查破碎裝置運(yùn)行情況及破碎死角處電石灰積存情況，并將其清掃至輸送皮帶上；電石料倉中通入低壓N2，排除空氣中的水分，減少儲(chǔ)存環(huán)節(jié)造成的電石消耗；電石在皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)過程中會(huì)有掉落風(fēng)化損失，定期檢查皮帶托輥，保持皮帶裙邊的完整性，減少電石掉落量，同時(shí)控制轉(zhuǎn)運(yùn)過程除塵點(diǎn)的風(fēng)量、風(fēng)壓，避免細(xì)碎電石被抽走。

為使除塵裝置回收的電石粉塵得到再利用，增加小型高效發(fā)生器和輸送貯存系統(tǒng)。除塵器捕集的電石粉塵由管式上料機(jī)輸送進(jìn)中間料倉，再由二級(jí)管式上料機(jī)輸送至上料倉，安裝稱重裝置，電石粉塵經(jīng)星型下料器加入高效發(fā)生器中，產(chǎn)生的C2H2經(jīng)洗滌塔、水封后進(jìn)入總管及氣柜，產(chǎn)生的渣漿匯集至渣漿池[2]。

3.3 降低發(fā)生器前的置換損失的措施

電石加入發(fā)生器前需要用氮?dú)鈱?duì)料斗進(jìn)行氣體置換，通過分析排出系統(tǒng)的置換氣成分，考察周邊同行業(yè)電石消耗管理情況，提出整改方案。發(fā)生器上貯斗置換氣體分析數(shù)據(jù)表見表2。

表2 發(fā)生器上貯斗置換氣體分析數(shù)據(jù)%

由表2可知，置換氣中含O2體積分?jǐn)?shù)低于1%，C2H2含量在50%～60%，具有回收利用價(jià)值。因此設(shè)置回收系統(tǒng)，將置換氣在真空泵作用下輸送至水封罐，經(jīng)O2含量監(jiān)測(cè)，合格后的氣體經(jīng)計(jì)量后并入C2H2總管[3]。

因上述方法中回收的C2H2中N2含量高，因此又研究利用變壓吸附裝置回收置換氣中的C2H2。該裝置由緩沖罐、水洗塔、凈化塔及相關(guān)程控閥、調(diào)節(jié)閥通過管道連接。首先將發(fā)生器貯斗排出的置換氣匯集到原料氣緩沖罐，經(jīng)水洗后加壓約0.08 MPa，進(jìn)入吸附塔，C2H2等吸附能力強(qiáng)的組分被吸附，N2排出凈化塔放空，被吸附的C2H2在順放和抽空階段被解吸，作為產(chǎn)品氣送至氣柜[4]。

由于變壓吸附裝置投資較大，因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況研究第三種方法。下貯斗下料前，先用一定量的N2置換下貯斗C2H2，在上貯斗電石落入下貯斗過程中，N2與C2H2混合氣體串入上貯斗，由于N2的加入，置換排放氣體中C2H2含量大為降低，此舉既可避免C2H2損失，也有利于上貯斗快速實(shí)現(xiàn)置換合格[5]。

另外還可考慮調(diào)整上下加料斗壓差，使上加料斗中的N2壓力高于下加料斗中的C2H2壓力，減少C2H2氣串入上加料斗造成的置換損失。當(dāng)上加料斗置換合格，加入電石，關(guān)閉上加料閥門后，充氮?dú)庵?0 kPa進(jìn)行保壓，當(dāng)下加料斗閥門打開加料時(shí)，同時(shí)打開上加料斗充氮閥，控制充氮閥門閥位，使上加料斗壓力微高于下加料斗。通過改善充N2和電石加料方式，使逸出的氣體中C2H2含量大幅降低。

3.4 減少發(fā)生、清凈過程電石損失的措施

對(duì)發(fā)生器排出的渣漿進(jìn)行汽提處理，將渣漿送入乙炔汽提塔。在-70～-30 kPa真空狀態(tài)下，溫度控制在80℃。溶解及吸附在渣漿中的C2H2被閃蒸汽提出來，C2H2及水蒸氣從塔頂出來后進(jìn)入冷卻器，水蒸氣被冷凝，C2H2經(jīng)過水環(huán)真空泵進(jìn)入氣液分離器，再經(jīng)過水封槽進(jìn)入氣柜。汽提后的渣漿經(jīng)“U型”液封管后溢流至渣漿高位槽。汽提后的渣漿中C2H2含量較低，乙炔回收的效率可達(dá)90%左右，對(duì)C2H2生產(chǎn)電石消耗降低有顯著作用。

出發(fā)生器的夾帶有水蒸氣的C2H2溫度較高，冷卻塔需要大量的水噴淋將C2H2溫度降至45℃以下，雖然可以用廢NaClO溶液代替部分噴淋水，但在沒有稀電石渣漿外運(yùn)的情況下，系統(tǒng)水量平衡難以控制，造成溶解有C2H2的大量水外排，使C2H2損失，因此需要進(jìn)行技術(shù)改造以減少廢水外排。將水洗塔噴淋洗滌冷卻用水改造為閉路循環(huán)形式，水洗塔下水收集至廢水儲(chǔ)槽，經(jīng)噴淋水泵后再次循環(huán)，在噴淋水泵出口設(shè)置換熱器，用低溫水作為冷媒，噴淋液經(jīng)冷卻后再次進(jìn)入水洗塔。出清凈塔的廢NaClO溶液作為噴淋補(bǔ)充用水，廢水儲(chǔ)槽液位升高后多余水量作為發(fā)生器用水。采用此方案后，進(jìn)水環(huán)壓縮機(jī)的C2H2溫度得到控制；由于廢NaClO溶液pH值較低，能對(duì)水洗塔進(jìn)行有效清洗，減少塔內(nèi)結(jié)垢；水洗塔中沒有工業(yè)水加入，發(fā)生工序外排水量減少；噴淋洗滌后的廢水直接加入發(fā)生器，可減少廢水中溶解的C2H2揮發(fā)損失。

3.5 電石自動(dòng)加料技術(shù)的應(yīng)用

聚氯乙烯生產(chǎn)行業(yè)多數(shù)企業(yè)電石加料都為手動(dòng)操作，單臺(tái)發(fā)生器每次投料需要人工操作約20 min，每次操作包括皮帶機(jī)啟停切換，上貯斗、下貯斗開關(guān)充N2及排放，上活門、下活門開關(guān)，啟停倉壁振動(dòng)器及振動(dòng)給料機(jī)等，一個(gè)主操員只能監(jiān)控兩三臺(tái)發(fā)生器運(yùn)行，且操作人員須處于精神高度集中狀態(tài)，一旦操作及判斷失誤，容易發(fā)生活門膠餅、膠圈損壞，加料斗下料不暢或堵料等設(shè)備故障，堵料時(shí)需要操作人員到現(xiàn)場(chǎng)使用木棒反復(fù)敲打，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大且存在安全隱患。因此研究電石自動(dòng)加料技術(shù)，通過合理的設(shè)計(jì)改造，完善貯斗料位判斷方法，聯(lián)鎖控制活門開關(guān)，將貯斗置換、備料、投料整個(gè)加料過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制[6]。該技術(shù)自動(dòng)控制發(fā)生器下料速度，使發(fā)生器平穩(wěn)均勻加料。發(fā)生器運(yùn)行溫度控制在80～90℃。能夠避免渣漿溫度過低而使C2H2溶解量升高，避免C2H2回收工序過負(fù)荷工作，同時(shí)防止發(fā)生器溫度壓力有較大波動(dòng)，安全水封破封跑氣，另外，還可避免發(fā)生器下料速度過快，發(fā)生器電石反應(yīng)不完全，排渣時(shí)有生電石排出，浪費(fèi)乙炔氣現(xiàn)象。

3.6 優(yōu)化發(fā)生器排渣操作

控制發(fā)生器排渣次數(shù)，要求發(fā)生器每班排渣操作兩三次，每次排渣時(shí)間間隔至少2 h。發(fā)生器排渣時(shí)，確保發(fā)生器下貯斗電石放盡，電石在發(fā)生器內(nèi)充分反應(yīng)5 min后，再進(jìn)行排渣操作。每臺(tái)發(fā)生器排渣至少間隔20 min。排渣操作時(shí)，用水反沖1 min后再進(jìn)行排渣。排渣時(shí)做到閃排、少排和勤排，不允許將發(fā)生器液位排空。

3.7 減少發(fā)生器的臨時(shí)檢修

每次發(fā)生系統(tǒng)檢修時(shí)都要進(jìn)行降溫并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行排空置換操作，因此要對(duì)發(fā)生器檢修內(nèi)容進(jìn)行梳理確認(rèn)，減少因膠圈泄漏，振動(dòng)給料器及排渣閥等故障造成的臨時(shí)檢修次數(shù)；進(jìn)行日常性的發(fā)生器“跑冒滴漏”檢查、消缺工作時(shí)，加強(qiáng)除鐵器的維護(hù)保養(yǎng)、避免小鐵塊、矽鐵進(jìn)入系統(tǒng)，造成攪拌耙損壞；發(fā)生器膠圈及活門膠餅質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)，確保發(fā)生器粑齒、粑臂、抱箍的材料質(zhì)量及檢修質(zhì)量，以減少檢修次數(shù)。

4 結(jié)語

以上為英力特化工乙炔裝置降低電石消耗的措施，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中還有許多節(jié)能降耗的細(xì)節(jié)工作，今后還要學(xué)習(xí)、總結(jié)、引進(jìn)行業(yè)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，更要自身開展合理化建議等技術(shù)創(chuàng)新工作，在管理細(xì)節(jié)上做細(xì)致工作，進(jìn)一步降低電石消耗，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。只有通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和提升管理水平，電石法聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)才能持續(xù)健康地發(fā)展。