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电石渣浆中乙炔气的回收技术研究

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：李梅王林博

[导读] 摘要：电石水解过程中，大量电石渣浆产生处于过饱和状态的乙炔气体。

        新疆美克化工股份有限公司新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州库尔勒市 841000
        摘要：电石水解过程中，大量电石渣浆产生处于过饱和状态的乙炔气体。目前多数化工企业未能对回收的电石渣浆中溶解的乙炔气体进行回收，很多乙炔气体普遍随着电石渣浆直接排放，带来污染环境的同时造成了巨大经济损失。某化工企业经过技术改造后发现利用电石渣浆回收乙炔气技术可以有效解决资源浪费和环境污染问题，主要体现在提升电石渣浆中乙炔气体回收效率，并且电石渣浆回收乙炔气技术具有操作便捷、安全系数高、设备故障少、维护成本低、环境污染少、满足自动化运行等优势，可产生良好的生态效益和经济效益。本文从乙炔的特性和损耗路径入手，讨论电石渣浆液乙炔回收技术原理，阐述乙炔气回收工艺流程和具体设计要点，最后提出乙炔回收过程中可能存在的问题和解决措施。希望对相关研究带来帮助。
        关键词：电石渣浆；乙炔气；回收技术
        1，2-丁二醇（BDO）主要用于有机合成，制备2-氨基丁醇等，具有性价比高特征，在社会发展中利用较广。如何降低电池消耗成为企业节能降耗的重点内容，一般采用湿法生产乙炔，电石水解产生的电石渣浆含有300-400毫克/千克的乙炔气，未经处理会造成大量资源浪费和环境污染问题，加之乙炔气体具有易燃、易爆特点，存在巨大安全隐患。当前我国电石法BDO化工企业普遍对优化乙炔回收技术进行研究，并取得一定成绩，不过还有很大提升空间。
        一、乙炔的特性和损耗途径
        乙炔在常温状态下为无色气体，工业乙炔中由于含有杂质，带有特殊气味。在湿法处理下电石和水发生水解反应得到乙炔气，而乙炔是一种具有危险性的气体，与氧气混合容易爆炸，其中乙炔和氧气混合爆炸极限2.5%-93%，如果不回收乙炔气存在巨大安全隐患。目前乙炔发生工序损耗主要体现在以下三个方面：其一，电石和水反应产生大量电石渣，这种物质含有氢氧化钙，由于吸附能力强会将大量乙炔气与电石渣浆共同排放到渣浆池；其二，电石反应后生成的电石渣浆直接在溢流管排放，液体呈现过饱和状态；其三，存在未能完全反应的电石颗粒[1]。
        二、电石渣浆液乙炔回收技术原理
        在80℃条件下，从发生器流出的固相电石渣浆中，乙炔质量分数（300-400）×10－6，而液相乙炔质量分数为75×10－6。同等条件下纯水中乙炔质量分数水中乙炔含量高。有研究发现氢氧化钙质量分数为20%的电石渣浆存在的固体氢氧化钙和大量乙炔气结合，仅有少数乙炔气溶解于液相通过技术性措施可以把乙炔气从固相和液相中吸解。
        （一）固相中乙炔气的吸解
        利用湿法生产乙炔过程中电石渣浆中氢氧化钙质量分数为6%-10%，由于氢氧化钙具有吸附能力强特征可以吸附乙炔气。
        （二）液相中乙炔气的吸解
        在电石渣浆中含水量接近90%对部分乙炔进行溶解，要想把溶解在水中的气体吸解出来需要一定条件。根据亨利定律，处于一定温度下液相和气相达到平衡状态时，溶质气体在液相中的浓度与气相中的分压为正比关系。利用真空泵抽真空将乙炔在气相中的分压降低，达到吸解渣浆液目标。具体关系表现为超真空压力越小、温度越高，则脱析塔接触面积越大，乙炔气溶解度越低，更利于析出[2]。
        三、乙炔气回收工艺流程和具体设计要点
        主要利用的设备包括渣浆泵、乙炔回收塔、冷却器、水环真空泵以及汽水分离器，电石渣浆从湿式乙炔发生器底部流出，通过封闭保温的管道流入渣浆缓冲罐中，然后渣浆泵把活化后的高温电石浆料送往解析塔内部。真空泵从脱吸塔顶部抽气，进而在负压状态下把渣浆液处于吸附或溶解状态的乙炔气脱离，之后通过冷却器，经过降温处理将多数水蒸气去除。冷凝水进入安全水封，乙炔气经过脱水处理后进入汽水分离器，从而得到高纯度乙炔气，之后经过水环真空泵，乙炔气缓冲罐和气柜达到回收乙炔气的目标，其中真空泵出口安装含氧在线分析设备。测氧仪检测合格之后方可在乙炔气罐中平稳运行，电石渣浆从解析塔底部流出并进入安全槽，排放到电池渣浆池。
        在工艺管道预制安装方面，其一，在坡口加工环节，填充管主管切割之后需要打磨坡口表面的氧化层和过热层，技术人员需利用坡口机加工，所填充的薄壁管需要利用切割机操作，保证操作后内外打磨光滑，不存在毛刺。其二，在直管段的填充环节，技术人员充分结合施工图纸和现场环境精准测量之后下料，填充完成之后直管段不得切管，顺序为切割主管后切割支管。

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在预制期间先焊接法兰和直管之后填充，间隙为3-5毫米，要求法兰焊接管口内部不存在错边情况，并且使用内磨机将焊接不平整的位置打磨。其三，完成小管切割后确保细管长度相同，一般直管的长度为1.5-2米，确保管道顺利填充不存在间隙，利用氩弧焊固定填充管之间的位置，预制完成的短节使用压缩空气吹扫。直管段的预制需要分析现场情况和图纸内容，然后精确下料，填充之后的直管段不的切管。在预制期间需要对带有法兰的管道与法兰焊接，之后填充保证管道不存在错边，并且打磨平整。
        在乙炔气净化新方法方面，98%的浓硫酸，用泵送到清净二塔让未经净化的乙炔气与硫酸溶液反应，依次去除硫磷等化合物和其它杂质。硫酸清净一塔的乙炔气进入二次洗塔，清净二塔产生的80%废硫酸由泵送至一塔，和粗乙炔净化，然后将底部的废液打入废硫酸收集罐。
        四、乙炔回收过程中可能存在的问题和解决措施
        在电石渣浆乙炔气回收过程中，由于电石渣浆较为黏稠，可能导致设备堵塞，进而影响化工企业正常生产，通常解决措施如下：
        （一）渣浆泵堵塞原因和处理方法
        由于发生器流出的电石渣浆携带粒径较大的物质沉积在泵壳和叶轮之间，由此堵塞渣浆泵，要求技术人员在渣浆泵前方进管人口安装，带有孔径为25毫米的筛网，并定期清理和更换[3]。
        （二）水环真空泵板式换热器堵塞
        发生原因在于脱析塔的真空度偏高，造成渣浆中的颗粒物质吸入水环真空泵，然后在板式换热器表面形成氢氧化钙沉淀物，由此堵塞换热器。为解决这一问题，技术人员需要拆下板式换热器之后用水冲洗，之后加入稀盐酸再次清洗一次，去除表面的污垢，如果污垢层难以去除需要拆开换热器。要点为避免发生器阀门切换顺序不合理、溢流阀泄漏、涵氧仪故障、回收系统存在渗漏点，以此确保氮气能够充分置换。
        （三）回收系统氧气含量偏高
        发生原因在于设备内部空气置换点存在问题，处理过程中需要关闭去溢流渡槽的大阀，开启去回收系统切换阀，并且对发生器溢流渡槽大阀封闭效果定期检查，一旦发现问题要马上切出回收系统，对阀门内部的杂物清理或者更换阀门，如果回收系统的密封性不好，存在渗漏点需要对整个运行装置停车。此外，在系统运行过程中通过比对测量值发现是否存在偏差并及时处理。
        （四）缓冲罐中渣浆液位不稳定
        出现该问题的主要原因在于发生器溢流不畅或者排渣量较大，还与回流气动阀门以及回流管路堵塞有关。渣浆缓冲罐液位计发生故障也会导致该问题。解决方法为定期进行排渣处理，疏通发生器、锥底管道，确保冲洗水正常，可避免溢流口堵塞。发生器加料过程中保持平稳，可以采取少量多次排渣的方法。在气动阀门出现故障后利用旁路手法控制即可马上解决自动仪表故障[4]。
        （五）生产设备保温
        导致故障出现的原因在于外界温度偏低，使得乙炔气量的流通量和流通速率降低，要求对设备易导热部位进行保温处理或者更换带有保温作用的结构部件，以此提升乙炔气回收率。
        结束语：
        综上所述，电石渣浆乙炔气回收技术的利用有利于达到节能减排效果，提升装置运行安全性。目前乙炔回收技术在BDO生产企业中的应用逐渐深入，带来了巨大的经济效益，某企业通过负压解吸技术，把残存在电石渣浆中的乙炔气安全回收利用，每年可节约成本1200万元，今后需要继续加强该方面的研究。
        参考文献：
        [1]成丽霞.基于电石渣浆中乙炔气回收利用技术探讨[J].石河子科技，2019，12(1):42-44.
        [2]苏巍，杨春燕，蔡浪.电石渣浆中乙炔气回用过程中常见的问题与解决措施[J].聚氯乙烯，2019，47(5):37-41.
        [3]陈阳.基于电石渣浆中乙炔气回收利用技术探讨[J].建筑工程技术与设计，2019，14(31):539
        [4]毕志朝.电石渣浆溶解回收乙炔气回收运行过程中的常见问题与处理方法[J].商品与质量，2016，13(37):204-205.