浅谈干法乙炔的安全环保及经济效益

浅谈干法乙炔的安全环保及经济效益

杨秀岭、常丙杰、常青

1、前言

我国PVC行业经过十年来的蓬勃发展，至今生产能力已达到1000万吨/年，从生产原料来看仍然是电石法、进口单体和乙烯法共存，其中乙烯法PVC约95万吨，进口单体法PVC100万吨，其余全部为电石法生产，电石法在国内聚氯乙烯行业占有极其重要的地位。我国的资源结构也决定了电石法PVC还将长期存在，并将进一步快速发展。

目前，国内PVC行业普遍使用湿法乙炔发生装置，全年排出电石渣多达1200万吨，产生电石渣浆将近9000万吨，这对环境形成了巨大的压力。节能降耗和消除污染成为PVC发展的迫切需要，开发干法乙炔生产工艺是提高收率、降低污染的重要途径。经过多年的不懈努力，该生产装置已在寿光新龙电化集团试车、投产成功，并于2006年12月29日通过了中国氯碱协会和山东省科技厅组织的科技成果鉴定。目前装置已稳定运行，干法乙炔装置的成功投产将对PVC行业产生积极的影响。

2、工艺原理

干法乙炔发生是用略多于理论量的水以雾态喷在电石粉上使之充分水解，产生的电石渣为含水量4%-10%的干粉末，粗乙炔含水量为75%，反应温度气相为90-100℃，固相温度为100-110℃，水与电石的比例为1-1.8，反应热由水汽化带走，经由非接触式换热器传给循环水（没有溶解损失），电石的粒径小于5mm，水解率大于95%，乙炔收率大于98.5%，比湿法提高2—2.5%。

3、干法乙炔生产工艺的安全性

3.1破碎单元的安全性

经过粗破碎和细破碎之后，粒径50-80mm的电石进入供料单元进行密闭粉碎，整个过程是在氮气保护下密闭进行的，因而确保安全。

3.2加料单元的安全性

加料单元由密闭料仓和料封管及气动刀阀和计量螺旋输送器组成，生产过程是连续的，无须置换。成品电石粒径小于3mm，其中70%以上为1mm以下的粉末。在料位高度大于2米时能形成可靠的料封，防止乙炔从加料口溢出。而且上、下料仓中间加氮气密封，更增加了安全性。

3.3乙炔发生器内乙炔/水蒸汽混合气的安全性。

湿法乙炔工艺反应温度为85℃，产物中乙炔/水蒸汽体积比为1：1。干法乙炔工艺反应温度为100-110℃，产物中乙炔/水蒸汽体积比为1：3。两者反应压力基本相同，均为50-100kpa，绝对温度相差不大。由此可知湿法中乙炔分压是干法的2倍，反应物的浓度决定碰撞机会，分子的运动速度决定碰撞的有效性。经过多次试验得知：干法乙炔工艺中乙炔分压显著低于湿法工艺，因而干法工艺中单位体积内可能活化的乙炔分子数量和碰撞机会都显著低于湿法工艺，所以就进气而言，干法工艺更安全。

3.4局部反应的安全性

湿法工艺中，水的密度约为1g/cm3，每平方厘米电石接触水的分子数为4.18×1015；干法工艺中，水的分压为0.075mpa，每平方厘米接触水的分子数为6.02×1012，两者相差690倍，因而干法工艺的反应比较温和，事实上干法工艺是通过把反应表面积增加150倍来提高反应速度的。

湿法乙炔工艺中，由于电石形状的原因，局部环境甚至具备乙炔分解或产生加减反应的条件。对于干法工艺而言，反应温度更均匀。局部出现极端情况的可能性更小，因而也更安全。

3.5故障状态的安全性

发生停电或设备故障时反应很快停止，无需特别处理，因而非常安全。

3.6排料单元的安全性

底部排渣螺旋输送器的密封可靠，可适用与含水量4%-24%的电石渣。排料装置对电石质量有很强的适应能力，降低了整个工艺操作要求。使发气量285-305立方米/吨的电石时几乎不需调整水比。

4、干法乙炔工艺的环保性

4.1干法乙炔工艺可实现水的零排放，没有水污染。

4.2干法乙炔生产工艺从破碎到排渣均为密闭进行，可避免大气污染。

4.3生产过程的副产物干电石渣含水量低且可控，便于利用。

5、干法乙炔工艺的经济性

以电石法年产10万吨PVC为例，通过比较新工艺（干法乙炔生产工艺）与传统工艺（湿法乙炔生产工艺）在设备投资、运行费用、占地面积、乙炔收率、电石渣处理、水处理等几个方面的差异来说明新工艺的经济效益。

5.1基本建设投资比较

干法乙炔工艺相对于湿法乙炔工艺无需沉降及压滤处理。仅此一项即可节约设备及土建投资865万元（年产10万吨PVC以2006年价格计算）减少占地1800万元。具体费用包括压滤工段厂房120万元，沉降池土建450万元，渣浆处理土建25万元，压滤机170万元，设备配套费80万元，其他配套20万元。乙炔发生工段的厂房没有差异，设备投资相差无几。

5.2运行费用比较

湿法工艺仅压滤一项需要总的装机容量达600kw，电费240万元，工人50名，全年工资约80万元，设备维修费约50万元。干法乙炔工艺相对于湿法乙炔工艺无需渣浆处理，所以降低了人工费用和设备运行费用。

5.3乙炔收率比较

由于加料是连续的，无需置换，加料时没有乙炔气体排出，排出的电石渣是干的，没有溶解损失。干法工艺比湿法工艺提高收率2.5%，电石水解率高达99.85%，没有生电石排出。按照耗1.5吨电石/吨PVC，电石价格2300元/吨计算，采用干法工艺的生产成本要下降82.5元，年产10万吨PVC节约成本825万元。

5.4水消耗比较

干法工艺所需水量只有0.7吨/吨电石，其余全部循环使用。用次氯酸钠废溶液代替水与电石反应。净化乙炔气用的次氯酸钠溶液经一次循环使用后刚好与干法工艺用水量达到平衡，使乙炔车间达到零排放。

5.5电石渣处理费用比较

干法工艺产生的电石渣比湿法工艺经压滤后的滤饼含水量低30%，用湿法工艺每生产1吨PVC产生电石渣1.8吨，含水量1.2吨，每除掉1吨水需要150kg标准煤，标准煤单价450元/吨，若用电石渣生产水泥，生产每吨PVC的电石渣处理费用为81元，而干法工艺产生的电石渣用于生产水泥无需干燥，年产10万吨PVC节约成本810万元。

6、结论

由此可见，干法乙炔生产工艺比湿法工艺在环保和节能方面有显著优越性，不仅为企业增加可观的经济效益，同时也有很高的社会效益。对于实现降低消耗、减少污染、实现可持续发展具有重要意义。