溶解乙炔生产工艺及设备

陈  琪

（中国空分设备公司  杭州市东新路462号  310004）   

一、溶解乙炔的生产方法

工业上生产溶解乙炔的方法主要有三种。第一种是用天然气（其主要成分为甲烷）裂解法。利用甲烷为原料加热至1500~1600℃的高温，然后快速冷却裂解制得乙炔气；第二种是烃类裂解法。以乙烷、液化石油气、煤油等高碳烃类为原料，经1000℃以上的高温裂解制得乙炔气；第三种方法就是利用电石与水反应生产乙炔气。

从以上三种方法制取乙炔比较，前两种裂解法制取的乙炔气纯度较低，裂解反应后除了产生少量乙炔气之外，还有大量的其它副产品（如：氢、一氧化碳及其它气体）等。为了得到高纯度的乙炔气还必须对裂解后的气体进行分离提纯，因而工艺流程长、设备复杂，建厂投入资金大，较难推广。利用电石制取乙炔气已有悠久的历史，并且具有工艺流程短，设备简单，操作方便，产品纯度高，投资资金少等优点，被国内外广泛采用。但用电石法制取乙炔气与裂解法相比生产成本要高一些。

二、溶解乙炔的生产工艺流程

溶解乙炔的生产工艺流程有多种。利用电石法制取溶解乙炔的生产工艺流程（如图1）所示。

制气

电石   水

（图1）

    电石与水在发生器中连续反应生产粗乙炔气，经过冷却分离贮存在贮气柜中。贮气柜内的乙炔气经入净化器，在净化器中用化学方法除硫化氢、磷化氢等杂质气体，从而等到纯乙炔气。纯乙炔气在除去水分后，进入乙炔压缩机，将乙炔气压缩至小于或等于2.5Mpa，压缩后的高压乙炔气经高压油水分离器、高压干燥器去除乙炔气中的油分和水分。再通过阻火器进入乙炔气灌排，将乙炔气充入已加好丙酮的合格乙炔瓶中，使乙炔气溶解在丙酮里，从而得到溶解乙炔。充装完毕后，乙炔瓶静止一段时间，经检验合格后出厂，供用户使用。

电石法生产的溶解乙炔工艺流程，主要由乙炔气发生、粗乙炔气净化、乙炔气压缩、高压乙炔干燥、乙炔充灌和出厂检验等工序组成。根据选用的设备不同，各溶解乙炔生产厂的工艺流程也有较大的差别。目前我国溶解乙炔工艺流程主要分两大类；一类按乙炔发生器操作条件来分，另一类按乙炔气净化方式来分。

（一）按发生器操作条件来分

1、按发生器的工作压力分类

（1）低压流程，乙炔发生器工作压力小于或等于0.02Mpa；

（2）中压流程，乙炔发生器工作压力大于0.02Mpa且小于或等于0.15Mpa；

这两种工艺流程，目前在国内的溶解乙炔生产厂中均有使用，由于中压流程的发生器工作压力高，存在安全性能差，乙炔泄漏损失大，发生器的乙炔提取率低等问题。在我省已较少采用，但中压流程因发生器工作压力与使用压力相等，对于管道输送的乙炔用户来说可以省去乙炔升压这道工序，使乙炔工艺流程更加简单。低压流程，因发生器的乙炔提取率高，安全性能好，乙炔泄漏量小。从溶解乙炔的安全生、产经济效益考虑采用低压流程较为合适，也是我省广泛被采用的工艺流程。

2、按发生器内电石与水的接触方式及生产量的调节法分类

（1）电石入水式

将电石投入发生器的过量水中，在电石反应过程中以控制电石的投加量来调节乙炔气的生产量；

（2）水入电石式

将水注入发生器的定量电石中，并以改变水的供应量来调节乙炔气的生产量；

（3）排水式

在发生器中电石装料设备是固定的，利用控制水位升降来调节乙炔气的生产量。

（二）按乙炔气净化方式分

1、固体法

用作净化乙炔气的固体净化剂种类较多。固体净化剂可分为再生固体净化剂和不能再生固体净化剂二种。不能再生固体净化剂是重铬酸盐固体净化剂。这种净化剂的净化能力强，净化效果好。但配制复杂，设备防腐要求高，使用后不能再生，所以很少采用。可再生固体净化剂是三氯化铁固体净化剂。这种净化剂使用失效后可以再生，配制简单，占地面积小，投资省，但净化能力较小，因此，只能在生产量较小的小型溶解乙炔厂中使用。

2、净化法

液体净化法的种类也较多。目前我国常用的液体净化法主要有三氯化铁净化法、次氯酸钠净化法、氯水净化法和硫酸净化法四种。液体净化法又有可再生和不可再生两中形式。液体净化法的净化效果好、生产能力大，但有些生产装置较复杂,占地面积大,设备投资大。所以这几种湿式净化法各有其不同特点，应根据实际情况综合考虑选择何种净化方式。

三、溶解乙炔工艺设备

（一）乙炔发生器

乙炔发生器是用水分解电石，制取气态乙炔的设备，是溶解乙炔生产装置中的重要设备之一，乙炔发生器的性能好坏，将直接影响到成套设备的安全性能和企业的经济效益。目前，我省溶解乙炔气厂大多数采用的是低压乙炔发生器，但也有个别厂采用中压乙炔发生器。

1、中压乙炔发生器存在的主要问题

（1）安全性能差

中压乙炔发生器大多是采用直接打开发气室的大门进行加料的方式。这种结构在加料过程中发气室与大气相通，形成乙炔与空气混合气体。如在加料过程中电石框与发气室桶体摩擦产生火星或温度过高，很容易造成混合气体起火或爆炸。特别是电石质量差。硫、磷含量高的时候，极易自燃引起着火或爆炸事故。

（2）乙炔提取率低

中压乙炔发生器另一个主要问题就是乙炔提取率很低。这是因为在发生过程中电石没有足够的水进行洗涤分解。部分电石未被完全汽化就随电石渣排出，尤其是质量差，规格大的电石。中压乙炔发生器的乙炔提取率低只有70~77%，是发生器中乙炔提取率最低的设备之一，属于被淘汰的设备。如管道输送的乙炔用户，生产工艺需要使用中压乙炔发生器时，则应在发生器结构上进行彻底的改进。使得中压乙炔发生器在安全性能、乙炔提取率和劳动强度方面得以改善。

2、低压乙炔发生器

低压乙炔发生器具有比中压乙炔发生器乙炔提取率高、气体纯度高等优点，被许多乙炔厂所选用。低压乙炔发生器的种类较多。我省乙炔厂使用的低压乙炔发生器可分为两种。一种是敞开式低压乙炔发生器，另一种是全密封低压乙炔发生器。这两种发生器在结构、性能方面各有不同特点。

（1）敞开式低压乙炔发生器

敞开式低压乙炔发生器是用人工从加料口把电石投入发生器内，电石通过水封进入发气室。这种发生器结构简单，使用大块电石，可省去电石破碎这道工序。但敞开式低压乙炔发生器安全性能是比较差的，加料口容易着火。这是由于电石从加料口投入后，其电石表面首先与水接触反应生成乙炔气，这些乙炔气大部分积聚在加料口底部与引风管下端。随着加料的不断进行，乙炔气的浓度也不断增高，形成爆炸性混合气体。在加料时一旦电石碰撞加料筒壁产生火花或其他能量，就会引发加料口着火或爆炸事故。使用过这种发生器的单位几乎都发生过加料口着火或爆炸事故。此外、这类发生器在结构上无超压、超液位等安全装置，一旦出现超压或自动排渣管堵塞现象，电石渣常常会从中心加料口处喷出，还会伴随着大量的乙炔气排出，散发在室内形成空气、

乙炔爆炸性混合气体，同时这种结构也不可能承受《溶解乙炔设备》标准要求所规定的耐压试验压力。所以说这类发生器在设计上不合理。对于一台结构合理的乙炔发生器来说，除了要有压力指示、温度指示、自动加水、自动排渣等功能外，至少还应有超压、超液位保护装置。

敞开式低压乙炔发生器的乙炔提取率还是很低的。由于该发生器使用的是大块电石, 小块电石不能使用。即使使用经过水封时也已基本被反应完。另外，敞开式低压乙炔发生器因其结构决定,在使用一段时间后需要进行一次清渣处理。清渣时需要用氮气、乙炔气进行置换放空，故有较大的乙炔气损耗。据统计敞开式低压乙炔发生器的乙炔提取率仅为80~85%。

（2）全密封低压乙炔发生器

全密封低压乙炔发生器是用电石桶把已破碎好的规格电石加入到发生器上部的电石贮料斗中。由于它采用的是全密封加料，所以在加料过程中没有任何电石粉尘产生，操作环境相当好。全密封发生器采用电磁振荡器把电石从贮料斗中均匀地振落到发生器内，电磁振荡器与贮气柜连锁控制，当发生器的发气量过大时，电磁振荡器会自动停止工作。在安全性能方面，该发生器有超压、超液位两种保护装置。一旦发生器超压，乙炔就会从安全装置中放空，非常安全。此外，该发生器还可以配置温控加水系统和压力、温控报警装置等，具有较高的自动化程度。全密封发生器的另一种结构，即带有付发生器的全密封低压乙炔发生器，该发生器可以把主发生器内未反应完的小颗粒电石在付发生器继续反应发气，使所有电石得到充分反应。乙炔通过喷淋冷却塔冷却降温。从以上几种乙炔发生器分析比较看，带付发生器的低压乙炔发生器无论从设备的安全性能、自动化程度、乙炔提取率方面都是最理想的。因此这种发生器是目前我省乙炔气厂的首选产品。但全密封低压乙炔发生器由于使用的电石规格为0~80mm，需增加电石破碎这道工序。电石在破碎过程中会产生粉尘，影响环境，同时还会损耗电石，增加设备投资等缺点。

（二）乙炔贮气柜

乙炔贮气柜是为恒定发生器系统压力和调节发生器产量所设置的。乙炔贮气柜只要在满足乙炔生产工艺要求的前提下其容积尽量小。从安全角度讲乙炔贮气柜越小越安全。容积大了一旦出现爆炸事故时其破坏力将大大增加。因此，对20m³以上的湿式贮气柜本身提出了必要的安全保护措施。即必须装有防止事故发生的快速切断装置和应急放空装置等要求。

（三）乙炔净化器

为了使溶解乙炔气质量达到国标GB6819《溶解乙炔》的要求，必须去除乙炔气中的磷化氢、硫化氢和氨等有害杂质。在溶解乙炔生产工艺流程中需配套净化装置。乙炔净化装置的种类较多，从形式上看可分为固体净化法和液体净化法两大类。固体净化法仅适用于生产规模较小的乙炔厂，一般用于20m³/h以下的工艺流程中。液体净化法由于生产能力大，净化效果好，被大型的溶解乙炔厂所选用。液体净化的方法也较多。目前国内常用的液体净化有三氯化铁、次氯酸钠。氯水和硫酸四种。不管使用哪种净化方法，它的基本原理都是一致的，那就是用强氧化剂除去乙炔气中的杂质。

1、三氯化铁净化法

三氯化铁是一种强氧化剂，易溶于水。用三氯化铁作为净化剂是利用三氯化铁的氧化性质，将乙炔中的硫、磷等杂质氧化程酸性物质，从而把它们从乙炔中清除掉。

三氯化铁净化法首先把未净化的乙炔气进入硫酸塔，除去其中的氨和部分硫化氢、磷化氢等杂质。乙炔气从塔顶排出后进入净化塔，进一步除去磷、硫等杂质。从净化塔排出的乙炔气进入中和塔除去酸类物质。净化剂由循环泵打入塔上部喷淋，一部分回流到再生塔，使三氯化铁净化剂再生并进入净化塔循环使用。再生后的空气从再生塔顶部放空。

三氯化铁与硫、磷反应生成二氯化铁后，可以通过空气来还原成三氯化铁。因此，三氯化铁净化剂的使用寿命比较长。但净化剂不是可以无限制地再生。一旦净化剂中毒，再生就不能进行，最终导致净化剂完全失效，这时必须更换新的净化剂。一般更换一次净化剂可使用一年左右。三氯化铁净化剂可以进行还原反应是比较理想的净化剂。但在净化剂的配方中含有氯化汞。当净化剂失效后无法达到三废排放标准。这是它最致命的缺点。因此在溶解乙炔厂中很少采用。

2、次氯酸钠净化法

次氯酸钠净化法在我国是较为成熟的净化方法之一。过去曾在聚氯乙烯生产线上广泛使用。次氯酸钠是次氯酸的一种不稳定盐，在受热时易分解。它是一种强氧化剂，有强烈的刺激性，对人体有害。次氯酸钠在净化过程中有酸生成，为了将这些酸类物质除去，必须进行中和处理。次氯酸钠净化的工艺流程有两种，一种是三塔净化法，另一种是二塔净化法。

（1）三塔净化法

把冷却后未经净化的乙炔气送入第一净化塔与次氯酸钠溶液接触除去部分硫、磷等杂质，然后再进入第二净化塔与浓度高的次氯酸钠溶液再次接触，除去全部磷、硫等杂质。从第二塔排出的乙炔气最后进入中和塔，与碱液中和气体中夹带的酸性物质。

第二净化塔所用的次氯酸钠溶液是由泵把次氯酸钠从配液贮槽中打上来，而第二净化塔用过的次氯酸钠溶液则利用泵打入第一次净化塔继续使用，第一塔排出的废液将排入渣池。

（2）二塔净化法

将冷却后未经净化的乙炔气送入净化塔，与通过喷射器注入净化塔内的次氯酸钠溶液反应，除去全部硫、磷及其它杂质。由净化塔顶部排出的乙炔气进入中和塔，除去气体中的酸性物质。二塔净化法中的次氯酸钠溶液是用喷射器把商品次氯酸钠溶液按一定比例配制而成。使用时由泵把净化塔底部的废液打入净化塔顶部，再通过喷射器按比例注入一股已配制好的次氯酸钠溶液，反应完的部分废液排出净化塔。中和塔用泵把底部的碱液打入顶部循环使用。二塔净化法是用改变进塔的次氯酸钠溶液浓度和补加量来控制净化效果。所以操作比较简单，控制方便。

3、氯水净化法

氯水净化法其原理与次氯酸钠法相同，都是利用次氯酸根中的氧来除去乙炔中的硫、磷等杂质。首先把未经净化的乙炔气进入硫酸塔，除去其中的氨和部分硫、磷等杂质。然后从第一净化塔顶部进入并和氯水一起顺流而下。进行第二步净化，除去部分硫、磷杂质。乙炔气从第一净化塔排出后再进入第二净化塔与氯水逆流接触，除去全部硫、磷杂质。从第二净化塔顶部排出的乙炔气经液分离后进入中和塔与碱液接触除去酸性物质。

氯水法净化装置体积大、占地面积大，氯水溶液每天由氯气和水直接配制而成。需采用液氯钢瓶有较大的危险性。氯水法需经常对有效氯含量进行分析，操作烦琐。氯水法净化装置常常使用pvc材料制造。因此强度较低，也很容易产生pvc老化，安全性能差。

4、硫酸净化法

硫酸时具有氧化性的强酸，吸水性特别强，能以任意比例与水互溶并放出热量。浓硫酸能吸收磷化氢、硫化氢等杂质。

硫酸净化法首先把乙炔气在进入第一净化塔前进行冷却使乙炔气温度降低，进入第一塔后与浓度为65%～85%的硫酸接触，除去水份、氨和部分硫、磷等杂质。从第一塔排出的乙炔气进入第二塔。用85%～98%的硫酸进行净化，除去全部磷、硫杂质，最后进入中和塔除去乙炔气中的酸雾。

硫酸净化法的特点是：净化速度快，效果好，安全性能好，处理量大，操作简便，一般换一次酸可生产5000～6000瓶乙炔气，但使用硫酸净化必须控制进净化塔前的乙炔温度。如乙炔温度高，乙炔中的饱和水蒸汽也就多，水与硫酸反应放出大量的热，在较高的温度下有机物遇到硫酸会产生一种黑色泡沫，增加塔内阻力，影响正常生产。

从以上四种液体净化法分析比较，净化效果都能满足GB6819《溶解乙炔》标准要求。三氯化铁净化法由于配方中存在氯化汞，阻碍了它在溶液乙炔行业中的推广应用。氯水净化法的生产工艺流程比其它净化法要复杂，操作烦琐，并且使用液氯钢瓶危险性大。硫酸净化法效果好，操作方便，如果进塔的乙炔气温度控制好，是一种比较好的净化装置。次氯酸钠净化法的生产工艺流程相对比较简单，操作方便，长期使用不会结垢。从两种次氯酸钠净化法分析比较，二塔净化又优于三塔净化。①投资少。②操作方便。③安全性能好。④控制进塔次氯酸钠溶液流量后其塔内的有效氯含量始终保持恒定不变，产品质量稳定。⑤设备体积小。运行成本低。

（四）乙炔压缩机

溶解乙炔压缩机为容积式压缩机。主要有活塞式压缩机和隔膜式压缩机（即膜片式压缩机）。

1、活塞式压缩机

活塞式压缩机压力范围广，且排气量大，而且具有较高的压缩效率，使用寿命长，安全性能好，对压缩机所用的金属材料要求不苛刻。因此，被广泛地应用于溶解乙炔行业。目前我国已有几家生产乙炔压缩机的专业厂。但这种压缩机的缺点是：压缩气体易受油污染，压缩后的气体干燥负荷较重，易损件较多，维修量较大。活塞式压缩机有立式和L型等型式。

（1）立式压缩机的各级气缸轴线呈垂直布置。具有占地面积小。基础受力好，机器运行中的变形不受约束等优点。但曲轴箱中运动机构的拆卸，维护不便。

（2）L型压缩机的气缸轴线呈L型布置，转速较低，机器的动力平衡性能较好。但机器的结构复杂，各级冷却器的乙炔管道太长，管径太大，安全性能相对较差。

2、隔膜式压缩机

隔膜式压缩机由于膜片将气缸和油缸完全隔开，使被压缩的介质不与油液接触，因而避免气体被油污染的问题，保证了压缩介质的纯洁。气缸由缸盖曲面和膜片所组成，是个封闭的空腔，因此具有良好的密封性。机器的结构紧凑，外形尺寸小。它的不足之外主要有：对膜片材料要求较高，压缩比较高，压缩温度高，对膜片工作不利，由于液压油受惯性影响，膜腔容积不能太大，机器转速也不宜过高，所以生产能力较小。

（五）高压乙炔干燥器

目前，国内在溶解乙炔工艺流程中，绝大部分还是采用以无水氯化钙为干燥剂的干燥器，也有用硅胶为干燥剂的。而我省大部分采用的是无热再生分子筛干燥器，也有少数乙炔厂采用无水氯化钙干燥器。

1、无水氯化钙干燥器

设备简单，一次性投资费用少。但是这种干燥器也存在许多不足之处：①干燥效果不理想。目前国产的白色或灰色多孔块状固体表面吸水后，容易形成一层液膜，使用一段时间后干燥效果明显下降，往往超过标准要求1g/m³。②这类干燥剂是一次性使用，干燥过程中无水氯化钙逐步被消耗，干燥器上部会形成空间，随着工作时间增加，空间也逐渐增大。这对高压乙炔干燥器的安全很不利。因为高压乙炔容器如存在较大空容积，一旦乙炔发生分解爆炸，即能形成爆震，具有很大破坏力。为了防止空容积的出现，干燥器大约运行一周就要补加干燥剂，装卸频繁，操作繁琐。在结构设计时必须考虑安装爆破片。③更换干燥剂之前要用氮气吹扫干燥系统，置换其中的乙炔气；更换干燥剂后再用氮气置换系统中的空气；最后用乙炔置换系统中氮气，设备方能投入运行。不仅对氮气、乙炔气会造成损失，而且存在不安全因素，劳动强度也大。

2、硅胶为干燥剂高压干燥器

硅胶干燥剂在使用中不会出现填料下沉现象，干燥度也比无水氯化钙好一些。但是，干燥剂再生，其操作过程比较繁琐，需要损耗一定量乙炔气和氮气。这种干燥方法属于变温吸附法。不可能在很短时间内切换再生。为了延长干燥器的工作时间，往往把容积设计较大，安全性能也较差。

3、变压吸附分子筛干燥器

分子筛干燥具有以下特点：①干燥效果比以前二种干燥方法好，在正常工作情况下能达到0.5g/m³以下。②填料不会下沉，上部不会出现空容积，并且切换周期短，设计的体积较小，安全性能好。③干燥处理量大。④操作方便，不需要频繁更换干燥剂或人工再生干燥剂，干燥剂再生采用自动切换来完成。⑤干燥更换周期长，一般二年以上更换一次。但是，无热再生干燥器会使压缩机功耗增大，一部分压缩功被变压再生所消耗。该设备的一次性投资费用较大。

（六）乙炔充灌排

乙炔充灌排是将加压后的乙炔气溶解于乙炔瓶丙酮中的分散装置。目前，我国采用的乙炔充灌排为普通充灌方式。主要有主阻火器、主阀、主管道、分隔膜阀、分阻火器、充装软管和夹具等组成。这些附件都是乙炔专用产品，应按乙炔高压状态下的要求进行设计、制造。但目前有些乙炔设备附件厂生产的产品（乙炔专用阀、阻火器、软管）等，在设计上、产品制造质量上存在一定的问题。希望广大溶解乙炔生产厂（站）在选购是严格把好质量关。（2004年9月收稿）