湿法制乙炔装置设计优化

高亚楠

中国电子系统工程第四建设有限公司 江苏省苏州市 215000

摘要：介绍了湿法制乙炔装置在设计阶段采取的工艺流程优化及装置布置的优化措施。乙炔在氯碱、氟化工等行业应用的较为广泛，其制备方法有电石法和裂解法，裂解法是生产乙炔较优的工艺路线。国内行业对乙炔的需求量较大，但我国石油储量及产能不足，天然气、烃类裂解法不是生产乙炔采用的主要生产工艺路线；国内生产乙炔主要采用电石法进行生产，以满足国内合成纤维、合成橡胶、乙醛等领域的需要。

电石法生产乙炔是用水与电石反应，生成乙炔和氢氧化钙。电石法又分为干法制乙炔和湿法制乙炔，其区别是干法是将水投入电石中进行发生，湿法是将电石投入水中进行发生。本篇讨论的是湿法制乙炔装置在设计阶段采取的工艺流程优化及装置布置优化的措施。

关键词：湿法制乙炔；工艺设计优化；装置布置设计优化

中图分类号：TB21 文献标志码：B

1. 湿法制乙炔工艺流程

乙炔发生器在电石投料前建立一定液位，成品电石经斗提机（或皮带、电动葫芦等）提升至乙炔发生器上储斗，上储斗下方设有两级锁斗，在下方锁斗向发生器水中投料时上方锁斗进行锁止，下锁斗投料完毕后关闭与发生器相连接的阀门，与上方锁斗连通进料，整个过程间歇操作，循环进行。发生器产生的乙炔经清洗器洗泥后进入正、逆水封，经水封后的乙炔气体进入冷却塔冷却降温；气体冷却后一路进入气柜为整个系统缓冲用，排渣时发生器压力会降低此时气柜中的气提可向系统补充；另一路进入清净塔用次氯酸钠除去乙炔气中的硫化氢等酸性气体；经除去酸性气体的乙炔气在进入中和塔用氢氧化钠进行中和；中和塔处理后的气体经压缩机加压后送至下游合成工段。

乙炔发生器下部定期排渣至排渣池，排渣池内渣水由泵送至压滤车间进行压滤，分离出滤渣和滤液，滤液进入澄清池经泵加压后进入发生器循环使用，滤渣进行外售。其主要流程如下图所示：

图1-1乙炔装置工艺流程

2. 工艺流程优化

乙炔装置工艺设计主要参照GB50031-1991《乙炔站设计规范》、GB50160-2008《石油化工企业设计防火标准(2018年版)》进行设计。在工艺设计过程中对以下几个方面进行优化：

（1）电石上料：本次设计电石上料流程中取消电石破碎工艺，电石破碎工作环境较差且电石破碎间禁水。设计项目在前期论证阶段已取消电石破碎工艺，而采取外购成品电石吨包直接上料。

乙炔装置电石上料工艺主要有皮带上料、电动葫芦直接提升上料、斗提机上料等上料方式。在综合对比以上几种上料方式后项目最终采用斗提机上料工艺，斗提机上料较为稳定且比皮带上料具有占地面积小不需要设置皮带廊的优点，对比电动葫芦直接提升上料有自动化程度高工作环境好劳动强度低的优点。成品吨包电石经叉车运送到乙炔装置内的电石上料间，电动葫芦提升至电石缓冲斗（约2～4m3）上方的拆包机进行拆包，经第一斗提机提升至电石缓冲仓（约50～100m3），电石缓冲仓可临时储存一定量的电石，设计为发生器一昼夜的使用量。设计叉车输送岗位仅白天作业，避免夜班作业，可以减少作业班次。拆包机、电石缓冲斗、电石缓冲仓共同设置一套除尘装置避免电石粉尘逸出可以有效改善工作环境。上料装置为两套系统切换运行，可避免一套上料系统故障时另一套系统无法立即投入使用的问题。

（2）渣池设置在乙炔装置外且设置渣池分隔有地面缓冲池：乙炔微溶于水，略轻于空气（密度0.91，空气=1），爆炸极限较宽（2.5%～82%）极易与空气形成爆炸混合物。乙炔发生器排出的渣水内仍残留一定量的乙炔气体，此气体可能为未反应的电石与水继续反应产生或乙炔在水中的溶解。国内有些装置将渣池设置在发生器下方且处于装置内，装置内散发乙炔气体，且乙炔气极易爆炸，所以存在一定的安全风险。工艺优化后将渣池移至乙炔装置外，可避免上述乙炔气体在装置内积聚的风险。

另外渣池在设计上进行优化，发生器渣水排出后首先进入渣池地面缓冲池（高出地面约1m有围挡），缓冲池内优先沉降流动性较差的大块硅铁及流动性差的渣块，缓冲池设置在地面以上方便操作人员定期清理。流动性好的渣浆通过缓冲池底部出料口继续流动至渣池（深约2m），在渣池内设液下渣浆泵打循环保持渣池内渣水持续流动，避免大量沉积导致渣浆泵无法将渣浆输送到压滤车间。

（3）冷却塔、清净塔、中和塔底部排放管线增设置U形弯：业主提供工艺包及国内部分乙炔装置冷却塔、清净塔、中和塔底部排放管线仅设阀门排放，优化设计后增加一路U形弯管线，增加U弯后可以实现自动排放保证塔液位恒定，且正常操作情况下不需要人为干预。

（4）冷却塔底部循环泵出口增加换热器：业主提供工艺包中冷却塔冷却乙炔气体热量的带出是通过向塔底补充工艺水的方式实现。在进行整个装置水平衡核算过程中发现，持续向塔内补充水会导致整个系统水量增多，装置将有废水外排。此过程乙炔与电石反应消耗水的过程相背离，工艺优化考虑将此热量用增设换热器的方式带走，避免装置向厂区污水处理外排废水。

（5）乙炔气柜防冻方式采用内盘管蒸汽加热方式：业主提供工艺包中未考虑气柜防冻问题，同行业中气柜防冻常采用蒸汽直接通入水中的加热方式，此种方式较为常用且规范做出相关规定，工艺优化过程中考虑乙炔气体较大的危险性，直接向气柜水槽中通入蒸汽有一定安全风险且通入蒸汽后系统水量将增多，故放弃直接使用蒸汽加热的防冻方式，改为气柜水槽内设计内盘管，向盘管中通入加热蒸汽，避免蒸汽与气柜水槽中的水直接接触。

（6）乙炔冷冻脱水设备移出乙炔装置：业主提供工艺包中乙炔冷冻脱水设备放置在乙炔装置内，而乙炔压缩后经冷冻脱水后乙炔气中水含量较低，在管道输送过程中将不可避免的产生摩擦静电。由于乙炔气体极易爆炸危险性，乙炔装置与下游用气装置为两个独立的生产装置，中间连接管道较长（约200m），存在一定的安全风险。工艺优化设计时考虑将冷冻脱水设备放置在下游用气装置，乙炔气压缩后直接输送，此时乙炔气中水含量较高，能减少气体输送过程中摩擦静电的产生，提升乙炔气输送的工艺安全性。

3. 装置布置优化

乙炔装置主要参照GB50031-1991《乙炔站设计规范》、GB50160-2008《石油化工企业设计防火标准(2018年版)》、GB50016-2014 《建筑设计防火规范(2018年版)》等国家标准进行设计。在装置布置设计过程中对以下几个方面进行优化：

（1）装置采用阶梯式布局：业主提供工艺包中装置布置采用整体等高式布局，导致装置二层、三层有大量区域无设备造成空间浪费，结合工艺设备选型和工艺流程优化后综合考虑将乙炔压缩机布置区域局部一层布置，乙炔冷却清净区域局部二层布置，乙炔发生上料区域整体三层布局，整个装置呈现阶梯式布局，装置空置区域大大减小，整个装置利用率更为高效。

（2）装置整体封闭设计：设计项目处于北方，冬天气温较低，装置需要采暖设计。在装置整体泄爆面积满足规范要求的前提下整个装置采取封闭设计，采用轻质顶和轻质墙。装置封闭后保暖效果较好，且能解决电石上料区域整体防水的需求。

（3）渣池移出装置且容量放大：在工艺流程优化的基础上，将渣池移出乙炔装置，避免了渣池内散发的乙炔气体释放在装置内，能有效的提高装置安全性。同时将渣池的容量放大，放大后渣池容量为工艺包中渣池容量的二倍，大大提升渣池的缓冲能力，渣池容量增大可保证压滤车间出现故障时，渣池可继续收渣，渣水在渣池内循环，为压滤设备检修提供较长的缓冲时间，避免停车。

4. 结语

综上，我国仍是发展中国家，在当前阶段电石法制乙炔工艺仍为我国主要的乙炔生产工艺并长期存在。电石法制乙炔的生产工艺在国内已经是成熟工艺的前提下，在设计过程中根据项目实际情况进行优化设计尤为必要。设计优化的前提是在吸收工艺包及参考国内同类型装置的基础上，解决装置运行中出现的问题，提升装置的整体利用率与工作效率，改善操作人员的工作环境，减少三废排放，在成本整体核算与安全、环保等方面取得平衡，在设计阶段为企业提供最优解。

参考文献：

[1]湿法乙炔工艺剖析及优化[J]. 刘静,颜华,杨蔺.聚氯乙烯. 2012(08)

[2]电石法制乙炔工艺的防火措施[J]. 王广斌,于星.中国氯碱. 2010(04)

[3]GB50031-1991《乙炔站设计规范》[S]

[4]GB50160-2008《石油化工企业设计防火标准(2018年版)》[S]

[5]GB50016-2014 《建筑设计防火规范(2018年版)》[S]