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本文是根据电石湿法生产聚氯乙烯技术,按照环保技术要求和产业升级换代、可持续发展的循环经济思路,对湿法电石制乙炔电石渣浆中乙炔气的回收利用技术进行了探讨。

电石渣浆回收乙炔气的工艺流程。
电石渣浆回收乙炔气的工艺流程。

聚氯乙烯树脂是世界五大通用树脂之一,以其突出的性价比在社会生活中得到了广泛应用。电石(CaC2)经乙炔气(C2H2)生产PVC的电石乙炔路线因煤炭资源丰富、工艺简单成熟,是目前中国PVC生产的主要技术方案。

2018年国内PVC的产能为2404万吨,产量为1860万吨,其中电石法产能为1962万吨,占总产能81.61%,电石法的产量为1500万吨,占总产量80.6%。乙炔是PVC生产的中间产物,也是电石水解的目标产品。电石法PVC,电石成本占PVC总成本的75%左右,因此降低电石消耗一直是电石法PVC企业节能降耗的重点。

通常湿法生产乙炔时电石水解产生的电石渣浆中残存有乙炔气300- 400 mg /kg。如果不经过处理,任其挥发流失,不仅造成极大的资源浪费,污染环境,同时由于乙炔气体易燃、易爆的特性,也存在很大的安全隐患。

目前,电石法PVC生产企业已经采取多种措施研究优化乙炔回收技术,并且也已经取得了一些显著的效果,但还有很大的发展空间。

乙炔气炔在电石渣浆中溶解损失形式

根据相关数据统计,乙炔在发生工序损耗的途径主要有以下3方面。

1)直接通过电石渣浆排出。电石反应后生成的电石渣浆通过溢流管排出,乙炔气体在电石渣浆中的溶解状态为过饱和状态,渣浆中乙炔气体的含量要远远高于计算的理论含量。

2)通过氢氧化钙吸附而损失。电石与水反应副产大量的电石渣,电石渣中含有质量分数为6%-10%Ca(OH),而Ca(OH)2具有很强的吸附能力,吸附的大量乙炔气随电石渣浆一起排到渣浆池。

3)通过未完全反应的电石颗粒排除。电石法制乙炔气体的过程,电石不可能100%反应,电石渣中含有没有完全反应的小电石颗粒。增稠器中的水也会与电石残余颗粒进行反应,生成乙炔气体,这些乙炔气体往往不能进行有效收集,直接被排放到大气环境中。

电石渣浆液乙炔气回收的原理

乙炔气在电石渣浆中的溶解度与压力和温度有关。

1)与温度的影响关系:乙炔在水中的溶解度越低,越有利于乙块气的析出。

2)压力的影响关系

电石渣浆中含有质量分数为90%的水,溶解了部分乙炔气,将溶解在水中的气体解析出来的必要条件是溶液中的溶质(i)组分平衡分压(pi*)或平衡气相组分(yi*)大于与该溶液相接触的气相中的i组分分压(pi)或组成(yi)。根据亨利定律的原理,在一定的温度条件下,当气相与液相达到平衡时,该气体在气相中的分压与该气体在液相中的浓度成正比,方程式为:

                          Pg=Ex

 式中:EHenry常数,x为气体摩尔分数溶解度,Pg为气体的平衡分压。

因此,渣浆液在脱析塔中通过抽真空形成负压,可以降低乙炔在气相中的分压,压力越低,乙炔气越容易从渣浆中解析出来。

3)脱析塔接触面积的影响关系

脱析塔塔内设置若干层导向筛板,渣浆液经各塔板折流下降至塔底,目的是推动浆液流动,抗污抗堵和增加渣浆在脱析塔中流动的接触面积和在塔内的停留时间,使乙炔气更彻底地解析出来。

综上可知,抽真空压力越低,温度越高,脱析塔接触面积越大,乙炔气的溶解度就越低,越容易析出。因此,渣浆液乙炔气回收装置是将发生器送出的电石渣浆液通过乙炔脱析塔在真空状态下采用闪蒸汽提的方法将渣浆液中溶解的乙炔气脱离出来。因此,主要依靠压力和温度的控制并在脱析塔中形成对向接触,使溶解及吸附在电石渣浆中的乙炔气体析出并进行回收。

乙炔气回收工艺流程及具体设计要点

从湿式乙炔发生器底部溢流出来的电石渣浆通过密闭保温的管道送入渣浆缓冲罐中进行缓冲活化,然后用渣浆泵将活化后的高温电石浆料送入脱析塔内,真空泵从脱析塔顶部抽气,使脱析塔在负压状态下进行闪蒸汽提,将渣浆液中溶解或吸附的乙炔气脱离出来,脱析出来的乙炔气通过冷却器冷凝降温除去其中大部分水蒸汽,冷凝水排入安全水封。

脱水后的乙炔气进入汽水分离器进一步净化,得到纯度较高的乙炔气,然后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。

真空泵出口的乙炔管路上设置含氧线上分析设备,经测氧仪检测合格后送入乙炔气缓冲罐中,保障整个系统安全平稳运行。从脱析塔底部出来的电石渣浆进入安全槽,溢流排放到电石渣浆池。

乙炔回收过程中可能存在的问题及解决措施

电石渣浆乙炔气回收,由于电石渣浆粘稠,容易堵塞设备,导致乙炔气体的回收是一项比较复杂的生产过程,难免会发生一系列的问题。

如有时候会出现渣浆泵堵塞。这是因为从发生器溢流出来的电石渣浆携带的粒径较大的电石渣颗粒沉积在泵壳与叶轮间导致渣浆泵堵塞。

可采取在渣浆泵前的进口管上加装过滤器(筛网孔径为25 mm),定期对渣浆泵进行切换、清理。

有时候会出现回收系统氧气含量过高,可通过设备内的空气置换点监测分析;发生器切入过程中应先关掉去溢流渡槽的大阀,然后再打开去回收系统的切换阀,切出时也是同样的顺序,并定期检查发生器去溢流渡槽大阀的封闭效果,发现问题及时切出回收系统,清理阀门内杂物或更换阀门。

如果回收系统有漏点(如垫子密封不严等),则系统停车处理;系统运行时通过定期人工分析,与线上测量值进行比对,发现偏差较大时及时处理。


结语

以电石为原料生产乙炔是电石法PVC的重要组成部分和主要特点。电石渣浆乙炔气回收技术的利用在节能减排、环境保护、提高装置安全性方面具有重要意义,目前备受关注。如何提高渣浆液中乙炔回收效率及优化回收的工艺流程,是化工工艺设计行业今后工作中还需要继续深入研究的课题。  

要点导读

 ‧    降低电石消耗一直是电石法PVC企业节能降耗的重点
    电石渣浆乙炔气回收技术的利用在节能减排、环境保护、提高装置安全性方面具有重要意义

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