湿法乙炔生产工艺优化

2015-06-15宋海岩

中国氯碱 2015年3期

宋海岩，张晗，陈庆

（1.东北林业大学，理学院，化学化工系，黑龙江哈尔滨150040；2.中国天辰工程有限公司黑龙江分公司，黑龙江哈尔滨150076；3.山东化工职业学院，山东淄博255400）

聚氯乙烯（PVC）材料在诸多领域都具有很强竞争力。目前，PVC 生产主要有石油法和电石法两种工艺。石油法是以石油为主要原料，即很多国家已采用的乙烯氧氯化工艺路线[1]。电石法是工业化最早的PVC 生产方法，工艺流程简单，原料易得。

1 电石法乙炔发生工艺

电石法乙炔工艺根据电石和水加入的方法或电石渣的排出方式不同，分为干法乙炔和湿法乙炔2种工艺。干法乙炔是将水喷淋到电石，用电石分解时放出的热量来蒸发水，使产生的水气随同乙炔气一起溢出。电石与水的比为1∶1～1∶2，生产的排出物一般为粉末状的硝石灰。但干法乙炔设备复杂，操作技术要求高[3]。

湿法乙炔是将电石加入过量的水中，放出的热量被水吸收，一般分解1 kg 电石需用10～15 L 水，生产排出的废物为电石渣浆（石灰乳）。目前，工业上多数采用湿法生产乙炔，其操作平稳安全，所用设备构造简单，得到的乙炔纯度较高，精制简单，但要消耗大量的水，生产设备庞大，占地面积大，同时产生大量的电石渣浆，行业内在研究乙炔发生新工艺的同时应继续致力于湿法乙炔工艺技术的创新、优化和改进。尤其随着渣浆水泥、浓硫酸清净工序、渣浆中乙炔气回收等新工艺的应用，湿法乙炔工艺也正向着低能耗、环保方向发展。

2 乙炔发生和清净工艺流程及指标

乙炔发生及清净工艺流程见图1。经破碎机破碎的粒径在50 mm 左右的小颗粒电石，在皮带机的输送下依次加入到经氮气置换合格的3 个加料储斗，再由电磁振动加料器控制间断地加入到乙炔发生器内。电石在乙炔发生器内遇水迅速分解，所放出的热通过电石渣浆从溢流管溢流而移走，使发生器内温度维持在（85±5）℃。溢流出的电石渣浆自流进入电石渣浆乙炔气回收系统。较浓的渣浆及矽铁杂质由发生器底部的排渣阀定时排到渣浆池排放。发生装置产生的粗乙炔气从乙炔发生器顶部逸出，进入乙炔清净工序[5]。净清工序中乙炔气要先后通过水洗塔、碱洗塔、硫酸洗涤塔和硫酸清净塔等，经洗涤处理后的乙炔气即除去了饱和水分，也除去了硫、磷等杂质，得到精制的乙炔气。

图1 乙炔发生及清净工艺流程图

表1 生产工艺控制指标

3 湿法乙炔工艺的技术改进

目前，针对湿法乙炔工艺的电石进料安全隐患问题，污水排放问题，渣浆处理问题等已经有了较为成熟的改进方案。

3.1 电石破碎和输送

在电石的输送过程中使用密闭输送设备可大幅减少输送过程中电石的流失和粉尘对环境的污染。破碎后的电石采用密闭设备输送至乙炔发生装置，并对系统进行氮气保护，在沿途配套设置除尘装置收集电石粉尘，这部分粉尘再经密闭送回至电石料仓中使用。该工艺的实现，既节约了生产成本，也减轻了生产过程的粉尘污染。

3.2 电石进料工艺

电石通过3 个加料储斗进入乙炔发生装置，设氮气置换管线防止在乙炔发生器出现运行故障时乙炔气上窜入储料斗引起爆炸[6]，保证系统的安全运行。料斗内置换氮气的同时也会把部分电石粉末吹扫出系统，使得加料过程既损失电石，也会污染环境。因此，把置换出来的气体经液封罐回收，生产1 t聚氯乙烯可多得乙炔气700 mL，不但能节约原料，也可减少污染。另外，为保证加料过程系统的安全，在加料储斗的下部设置微波物位计，若出现下料不净或卡料的情况，物位计自动报警，防止较大异物在下料口形成桥架堵塞加料阀的情况。

在发生器内电石和水要充分接触，并要维持一定的液位，电石进料管伸入发生器内并封于液面下100～200 mm，严禁发生器内液面过低使下料管露出液面，此时乙炔气可能通过加料管进入加料储斗引发安全事故，应防止电石粉末随着乙炔气进入后续工序，造成管道堵塞，液面不可过高，否则水可能上到加料装置，产生危险。

3.3 清净工艺优化

湿法乙炔生产工艺中粗乙炔清净工序产生的大量废次氯酸钠溶液废液外排是造成环境污染的主要来源。用浓硫酸取代次氯酸钠清净粗乙炔气，使整个系统处于欠水状态，无污水外排。粗乙炔气先由水洗塔底部进入水洗塔，与塔顶喷淋下来的水逆向接触，以降温并初步除去乙炔气中的部分水和夹杂的NH3、PH3等。经碱洗塔降温除杂后的乙炔气依次经过硫酸洗涤塔和浓硫酸清净塔，经此过程可使乙炔气中夹带的杂质被浓硫酸氧化除去，同时，乙炔中的水蒸气含量也可降至50×10-6以下。清净后的乙炔气经过酸雾捕集器后进入下一个工序。生产1 t聚氯乙烯约消耗质量分数为98%的浓硫酸20 kg，产生质量分数78%的废硫酸24.5 kg。其中产生的废硫酸可外卖给磷肥企业作为磷肥的原料，也可直接采用电石渣进行中和反应制成硫石膏，作为水泥的添加剂在生产水泥中使用[7]。整个清净工序无大量废水外排，基本达到节能环保的优化目的。

3.4 矽铁收集

电石引入发生装置的矽铁成分会残留在浓渣浆中，若不及时去除则会磨损甚至损坏渣浆处理设备，设备使用寿命的缩短，则背离了可持续发展的战略目标。因此，发生器内产生的电石渣浆必须先除去渣浆中的矽铁成分，再进入以下的渣浆处理工序。可把乙炔发生装置排出的浓渣浆收集到底部有一定坡度（i=0.05）的矽铁收集池，渣浆在收集池内停留一段时间，待矽铁沉降后，再自流入渣浆池，经泵送至渣浆处理工序。收集池里矽铁定期由专人负责清理。

3.5 电石渣浆中乙炔气回收工艺

湿法乙炔产生中增设电石渣浆回收装置，可解决湿法乙炔工艺产生的大量电石渣浆造成污染的问题，根据行业数据，85 ℃时1 kg 电石渣浆中约含乙炔气300～400 mg[8]，这部分乙炔气若自然挥发，既会造成环境污染，又将给生产企业造成损失，同时还潜在着安全隐患。稀电石渣浆送入渣浆缓冲罐利用离心泵将高温电石渣浆送到脱吸塔内进行抽真空闪蒸汽提，实现电石渣浆中乙炔气的脱吸，脱吸出来的乙炔气经冷凝除水后得到纯度较高的乙炔气（气体纯度达90%以上），通过水环真空泵送至乙炔气缓冲罐，再进入气柜实现乙炔气的回收。乙炔回收装置的设计和应用既降低了电石消耗，节约生产成本，同时也实现了环境友好。