浅谈渣浆液乙炔回收装置优化及改造

浅谈渣浆液乙炔回收装置优化及改造

何贇彪

新疆中泰化学阜康能源有限公司

摘要：简述电石浆液回收装置运行原理，正常操作时的工艺条件及安全注意事项和安全知识，主要针对装置运行过程中出现的问题进行分析，并提出工艺设计及设备选

型。

关键词：电石浆液；真空度；回收塔；闪蒸；水环真空泵

第一章绪论

目前，国内电石法生产PVC的企业对渣浆液乙炔回收技术已普遍使用，在多年的生产实践过程中掌握了丰富的生产经验和专有技术,设备也已形成标准化成套供应，但每个企业根据实际生产需要，对回收装置都进行不同的技术改造以确保安全；因此,鉴于我国特殊的能源结构,电石乙炔法在我国尤其是西部能源丰富的地区，将在很长一段时间继续使用，对回收装置的技术改造随时间的推移得到不断完善。

本论文主要目的是通过对渣浆液乙炔气回收装置的运行原理、操作、工艺设计、设备选型进行介绍，结合生产过程中出现的问题，进行试验、总结，并改进设备，完善工艺，保证安全生产，提高企业效益。

第二章渣浆液乙炔回收装置综述

2.1工作原理

乙炔回收塔通过水环真空泵抽真空，使其操作压力控制在为-30.0～-10.0KPa，通过真空解析的方法使溶解在稀渣浆液中的乙炔气通过闪蒸从稀渣浆液中挥发出来，并经过自然空气冷却器喷淋水挥发吸热使其降温后回收至乙炔气柜。

稀渣浆液来自乙炔发生器，由渣浆液输送泵送至乙炔回收塔的顶部，乙炔回收塔通过水环真空泵使其操作压力控制在为-30.0～-10.0KPa，溶解在稀渣浆的乙炔气通过闪蒸从稀渣浆中挥发出来，同时部分水蒸气在真空条件下也挥发出来，含饱和水蒸气的乙炔气经由乙炔回收塔塔顶部排出，温度约为60℃，经乙炔空气冷却器冷却到40℃左右，再由水环真空泵加压送至乙炔气柜。闪蒸出乙炔气的稀渣浆由乙炔回收塔底部排出，自流至浓缩池。

由于该系统为负压系统，乙炔气为易燃易爆的气体，因此需要严格控制回收乙炔气中氧含量（O2＜1%），避免乙炔中氧气含量超过爆炸极限引起爆炸造成安全隐患，在水环真空泵后设有两个在线氧分析仪，当含氧分析仪A或B任一报警时，程序自动关闭送至气柜的乙炔管线开关阀，自动打开真空泵出口放空阀，并自动打开氮气阀充入氮气,当报警时间超过两分钟后自动联锁停水环真空泵。当乙炔回收塔顶压力超过0.25MPa时联锁打开放空阀。原理如图1所示。

2.2渣浆液乙炔含量

2.2.1乙炔发生渣浆中乙炔气含量一般在300-400mg/kg,此含量比同温度下乙炔在水中的溶解度170mg/kg高出一倍以上。主要原因是由于电石浆液氢氧化钙包裹着“碳化钙”造成的；也可能由于在乙炔发生其中乙炔过饱和，溶解乙炔未完全从溶液中脱离出造成的。

生产实践表明，电石浆液中的乙炔含量高低与发生器温度有很大的关系，粒度相同的电石，反应温度越高，水解速度越快，电石渣浆液中碳化硅核越小，同时溶解在液相的饱和乙炔气也相应减少，因此将发生器温度控制在85±5℃，这样可明显减少乙炔气在浆液的溶解度，进而降低乙炔在发生过程中的损耗。如表1

2.2.2湿法生产乙炔气在生产过程中要产生大量的电石渣浆，而电石渣浆中乙炔气的分配比例是不同的，生产实践表明，含固量在15%左右的电石渣浆中，约75%到80%的乙炔气和Ca(OH)2固体结合在一起，而清液中溶解的乙炔气约为20%；为了进一步证实，将取样的电石渣经过高温烘干后再在密闭容器中溶解于水中搅拌，经测量电石干渣中还还有一定量的乙炔气，因此我认为在生产过程中乙炔气的损失主要有：

2.2.2.1由于电石在液相反应时搅拌时间不够，造成部分电石小颗粒随着溢流液流出，在发生器排渣池中有气泡产生，如果通风不好还有爆鸣的情况，这都充分的说明存在没有完全反应的电石小颗粒。

2.2.2.2电石在发生器中反应时产生的乙炔气过饱和的溶解在电石浆液中，随着溢流液排查造成损失。

2.3渣浆液乙炔回收工艺流程

现有的生产流程如图2

2.4电石渣浆液乙炔回收的意义

我企业现生产能力为80万吨PVC/年，每年产生的电石渣约160万吨，现电石渣浆液乙炔回收装置每小时回收乙炔气600m3/h；

2.4.1在成本方面，每年可回收乙炔气504万方，能大幅降低生产成本；

2.4.2在环保方面，每小时600m3的乙炔气排放到大气中，严重影响空气质量；

2.4.3在安全方面，发生器溢流液中含有的大量乙炔气不回收会造成在后续生产中乙炔气集聚而发生爆炸着火，影响生产安全。

2.5安全常识

2.5.1电石渣浆液主要成份：氢氧化钙。分子式：Ca(OH)2。分子量：74。

2.5.2物理性质：电石渣浆液是含固量8－15％氢氧化钙悬浊液，温度80℃左右。Ca(OH)2俗名熟石灰或消石灰。白色粉末。密度2.24。在580℃时失去水，吸湿性很强，几乎不溶于水。氢氧化钙与水组成的乳状悬浮液称石灰乳。用于刷墙和保护树干等。

2.5.3化学性质：露置空气中能渐渐吸收二氧化碳而成碳酸钙。用于制造漂白粉等，并用作硬水软化剂、消毒剂、制酸剂、收剑剂等。由氧化钙和水消化而得。氢氧化钙的澄清水溶液称石灰水。能吸收空气中的二氧化碳而生成碳酸钙沉淀。用于医药、制糖和化学工业等方面。

2.5.4危险特性：具强碱性，对皮肤、织物等有腐蚀作用。与酸发生中和反应并放热。具有强腐蚀性。

2.5.5急救措施：皮肤接触：立即用水彻底至少15分钟。若有灼伤，就医治疗。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。或用3％硼酸溶冲洗，就医。食入:患者清醒时立即漱口，口服稀释的酸或柠檬汁，就医。

第三章工艺设计、试验及设备选型

电石是生产电石法聚氯乙烯的重要原料之一，其水解反应产生的电石浆液中溶解有大量的乙炔气，阜康能源80万吨PVC的年生产能力，配套的上了80万吨电石浆液乙炔气回收装置，经过一年时间的运行发现回收效果较好，为公司节能减排奠定了基础，但也存在一些工艺设计及设备缺陷问题。

3.1工艺设计存在的问题

3.1.1渣浆液乙炔回收塔顶回收管线出塔后直接到水环真空泵进口，导致回收的乙炔气中夹杂的水蒸汽冷凝进到水环真空泵，使泵过载跳停，影响正常生产；

3.1.2回收乙炔气中带有少量电石浆液杂质，进到水环真空泵使其叶轮结垢降低工作效率；

3.1.3塔顶排空自控阀直接安装在塔顶管线上，排空时容易使乙炔气着火；

3.2设备存在的问题

3.2.1回收塔内部折流板面积小，造成渣浆液中的乙炔气回收不彻底；

3.2.2回收管线没有深入到塔中下部，造成回收塔内塔顶和塔底真空度不同，影响回收效率。

3.3试验过程及结果分析

经过近一年的运行我们发现经过乙炔回收的电石浆液中还含有一定量的乙炔气，为此做了以下实验：

3.3.1取相同体积两份经过乙炔气回收塔回收完毕的电石浆液，放在相同容积不同横截面的两个密闭容器中，经过10分钟的摇晃，做乙炔气含量得出如下结论：

3.3.1.1相同体积的电石浆液在不同截面的密闭容器中，大截面的容器中电石浆液挥发出乙炔气的量高出小截面容器平均值2%左右；

3.3.1.2现有电石浆液回收装置不能完全的回收电石浆液中的乙炔气，使一部分乙炔气随着电石浆液进入浓缩池，乙炔气挥发到大气中污染环境，更严重时乙炔气在浓缩池中心筒处积聚造成着火事故，影响安全生产。

3.3.2取相同体积两份经过乙炔气回收塔回收完毕的电石浆液，放在相同容积的两个容器中，在其中的一个容器加入一定量50℃左右的水，目的是破坏电石浆液中【氢氧化钙包裹的“碳化钙核”的结构】，使碳化钙充分的水解，实验数据如下：

结果显示，【加水并不能破坏氢氧化钙包裹的“碳化钙核”的结构，反而加入的水又吸收了一部分已挥发出的乙炔气。

经过上述两实验，我们初步的判断，电石浆液乙炔气回收效果跟回收塔的真空度和回收面积有关，在相同温度的情况下，真空度越高，饱和水蒸气的量越多，从而析出的乙炔气越多。如图3所示，我们现有回收塔是从塔顶部抽真空，这会导致塔中部和底部的真空度低于顶部，从而降低了饱和水蒸气的量，影响回收效果。

鉴于以上两种情况，我们对回收塔进行技术改造：

3.3.2.1在回收塔底部增加折流板，起到增大电石浆液分布面积的作用；

3.3.2.2在回收塔中下部增加真空抽气管线，降低回收塔上部、中部、和下部的真空度差异，如图4所示。

3.3.2.3在回收塔电石浆液进口处增加分液孔，使电石浆液更加分散的进入塔内，起到增大面积的作用。

3.3.2.4回收塔气相出口管线增加一个水封及集液罐，让进入水环真空泵的管线先经过集液罐，使冷凝水沉积并定期排放，排空自控阀去掉，更换为水封，回收塔压力高排空时冲破水封排空。

针对以上问题的分析和试验表明，在工艺安装和设备选型时如果将以上改造全部增加进去，无论是在安全还是效益方面，都有很大的提高。

3.4效益分析

原塔折流板面积为6*4=24m2,改造后折流板面积为30m2，增加20%，在回收塔电石浆液进口处增加分液孔，面积为5m2，总计比原来增加面积38.5%，乙炔气回收量预计增加150m3/h，一年装置运行按8000小时计算，累计回收效益为：150m3/h*8000h=1200000m3*1.17kg/m3=1400t乙炔气，折合电石约3400吨，电石单价为3500元，80万吨产能的回收装置一年可节约费用2200万元。