高純度溶解乙炔生產(chǎn)工藝

馮志剛

(云南沾氧氣體產(chǎn)品有限公司，云南沾益655331)

溶解乙炔生產(chǎn)通過(guò)多年的發(fā)展，已形成成熟的工藝路線。純度(體積分?jǐn)?shù)，下同)大于98%的溶解乙炔主要用于金屬的焊接、切割、加工。由于其在空氣中燃燒溫度可達(dá)3 500℃，純度大于99.9%的溶解乙炔可用于火焰原子吸收光譜法，為原子化器提供能量，使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化，分析物質(zhì)組分中的錫、鋁、釩等微量金屬元素。如果乙炔純度低，火焰溫度不夠，將使測(cè)定靈敏度大幅度降低，儀器燃燒狹縫也特別容易堵塞，對(duì)測(cè)定時(shí)的穩(wěn)定性也有影響。我廠對(duì)純度達(dá)99.9%的高純度溶解乙炔生產(chǎn)做了深入探索，現(xiàn)已形成穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝。

1 工藝流程

生產(chǎn)高純?nèi)芙庖胰驳墓に嚥襟E主要由4個(gè)生產(chǎn)工序構(gòu)成:粗乙炔氣的發(fā)生，包括電石的預(yù)處理;粗乙炔的凈化，包括凈化劑的制備與再生;乙炔的壓縮與干燥;乙炔的充灌，包括乙炔瓶的檢查處理，丙酮的補(bǔ)加。本工藝的流程見圖1。

圖1 高純度溶解乙炔生產(chǎn)工藝流程圖Figure 1 Flow chart of production of high－purity acetylene

2 工藝要點(diǎn)

2.1 粗乙炔的發(fā)生

粗乙炔的發(fā)生與常見溶解乙炔生產(chǎn)的不同點(diǎn)主要是對(duì)電石質(zhì)量的控制，發(fā)生器的選擇，利用高位水箱同時(shí)對(duì)發(fā)生器、洗滌器和水環(huán)真空泵循環(huán)供水3個(gè)方面。

2.1.1 電石質(zhì)量的控制

電石的主要化學(xué)成份是碳化鈣，還含有氧化鈣、二氧化硅、氧化鐵和氧化鋁、氧化鎂、碳及硫、磷、砷的化合物［1］。雜質(zhì)量大的電石，將給凈化工序增加操作難度，從而造成產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)。因此，本工藝要求選用電石質(zhì)量應(yīng)達(dá)到GB10665－2004《碳化鈣》優(yōu)等品的要求。

2.1.2 乙炔發(fā)生器的選擇和高位水箱供水

因發(fā)生器的類型不同，生產(chǎn)的乙炔純度也不相同(97%～99%)。宜采用生產(chǎn)氣體純度較高的敞開式低壓發(fā)生器，配高位水箱，因這種發(fā)生器在加料時(shí)不需要氮?dú)庵脫Q，空氣不會(huì)進(jìn)入發(fā)生器中，粗乙炔純度高。通常上水系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)有空氣混入，高位水箱具有脫氣作用，水在高位水箱中停留24h以上，可將上水中夾帶的空氣或其它氣體分離出去。水箱貯存的水應(yīng)同時(shí)能滿足洗滌器、純化環(huán)節(jié)水環(huán)式真空泵循環(huán)水使用。粗乙炔純度應(yīng)達(dá)99%以上，是高純度溶解乙炔生產(chǎn)的前提條件。

2.2 粗乙炔凈化的控制

粗乙炔中主要的雜質(zhì)為 H2O、H2S、SiH4、AsH3、NH3等［2］，采用硫酸濕法凈化工藝可滿足質(zhì)量要求。硫酸具有極強(qiáng)的脫水性和氧化性，粗乙炔與硫酸接觸過(guò)程中，雜質(zhì)被氧化，轉(zhuǎn)入液相，使乙炔得到凈化。采用噴淋填料塔凈化工藝和鼓泡塔凈化工藝都可以滿足工藝要求，我廠采用鼓泡塔凈化工藝。本工藝是將發(fā)生器過(guò)來(lái)的粗乙炔經(jīng)水環(huán)式真空泵(用高位水箱的水)加壓至0.03～0.04 MPa，壓入事先已加入一定量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%以上濃硫酸的鼓泡塔(第二凈化塔)，氣體凈化后進(jìn)入另一塔(第一凈化塔)二次凈化，二塔中硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至80%以下時(shí)循環(huán)到第一凈化塔，在一塔中質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至65%時(shí)應(yīng)排出。經(jīng)硫酸兩級(jí)凈化的氣體進(jìn)入含堿4% ～8%的堿塔，吸收酸霧后成為合格氣體。實(shí)際操作中，不需檢測(cè)硫酸濃度，可在堿塔出口管道上設(shè)一取樣口，以硝酸銀試紙監(jiān)測(cè)乙炔中硫、磷含量，當(dāng)硝酸銀試紙上呈現(xiàn)微黃斑點(diǎn)時(shí)，應(yīng)立即更換硫酸。此法的缺點(diǎn)是耗酸量較大，成本達(dá)1.5～2元/瓶氣。

2.3 乙炔的干燥和壓縮

本工藝與常見生產(chǎn)工藝不同的是:氣體自堿中和塔出來(lái)后，進(jìn)入兩級(jí)低壓干燥器，在氣體進(jìn)入壓縮機(jī)前進(jìn)行預(yù)干燥。其主要目的一是有效降低產(chǎn)品中水分含量，二是降低高壓干燥器的負(fù)荷。干燥劑選用二水氯化鈣(CaCl2·H2O)，設(shè)備結(jié)構(gòu)是將一耐壓筒體下部置一篩板，干燥劑置于篩板上，乙炔自篩板下部進(jìn)入，穿過(guò)干燥劑，從筒體上部流出干燥器。干燥劑吸水后變?yōu)橐后w，定期從筒體下部排出。當(dāng)流出的乙炔含水量高于0.4 mg/L時(shí)，應(yīng)補(bǔ)加干燥劑。干燥后的乙炔經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，進(jìn)入高壓干燥器再干燥。高壓干燥采用無(wú)熱再生分子篩流程，兩臺(tái)干燥器交替使用，切換時(shí)間不超過(guò)20 min，出口乙炔含水量應(yīng)保證低于0.2 mg/L，且乙炔純度用溴素法檢測(cè)純度應(yīng)大于99.9%。

2.4 乙炔的充裝

這一工序除按GB13591－2009《溶解乙炔氣瓶充裝規(guī)定》操作外，主要是乙炔氣瓶的檢查、置換處理。充裝高純乙炔的氣瓶應(yīng)專瓶專用，不能與普通乙炔氣瓶混用。對(duì)返廠的已經(jīng)充裝過(guò)高純乙炔的氣瓶，應(yīng)逐只檢測(cè)余氣的量和純度，不合格的應(yīng)放完余氣，重新置換處理，直到合格，方可充氣。對(duì)無(wú)余氣的空瓶，應(yīng)抽真空，用合格乙炔置換，直到檢測(cè)合格。若需要投入新的氣瓶，不能使用翻新氣瓶，氣瓶質(zhì)量應(yīng)滿足GB11638－2003《溶解乙炔氣瓶》要求。將新瓶抽真空至－0.08 MPa以下，加入足量丙酮，充入合格乙炔至0.05 MPa，置換3次，檢測(cè)瓶?jī)?nèi)氣體純度，不合格應(yīng)再置換，以溴素為檢測(cè)吸收劑，直到瓶?jī)?nèi)氣體純度達(dá)到99.9%以上為合格。往氣瓶中補(bǔ)加丙酮時(shí)，丙酮的質(zhì)量應(yīng)滿足GB/T6026－1998《工業(yè)丙酮》優(yōu)等品的要求。

2.5 產(chǎn)品檢驗(yàn)

逐只對(duì)充裝后飽瓶進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格的，出具檢驗(yàn)報(bào)告，方可出廠。

3 質(zhì)量控制點(diǎn)的設(shè)定和檢測(cè)

為確保生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)使用的原料進(jìn)行入廠檢驗(yàn)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，主要包括進(jìn)廠的電石、丙酮，生產(chǎn)過(guò)程中凈化乙炔、干燥乙炔、乙炔空瓶的余氣，產(chǎn)品出廠成品乙炔。

電石，應(yīng)檢驗(yàn)其發(fā)氣量(20℃、101.3 kPa)大于300 L/kg，并用填充涂有化學(xué)試劑的活性硅膠檢測(cè)管檢驗(yàn)磷化氫體積分?jǐn)?shù)小于0.06%，用填充吸附有乙酸鉛指示劑的活性硅膠檢測(cè)管檢驗(yàn)硫化氫體積分?jǐn)?shù)小于0.1%。

丙酮，應(yīng)按GB/T6026－1998《工業(yè)丙酮》試驗(yàn)方法，主要對(duì)丙酮蒸發(fā)殘?jiān)⑺?、純度等指?biāo)進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)要求。

堿塔出口的乙炔，用硝酸銀試紙檢驗(yàn)磷化氫、硫化氫等雜質(zhì)含量不使試紙變色，0.5 h一次。

高壓干燥器出口的乙炔，用溴素吸收法檢測(cè)管道中乙炔氣體的純度大于99.9%，用露點(diǎn)儀檢測(cè)乙炔氣體中的水分含量露點(diǎn)應(yīng)低于－22℃(體積比0.10%)，用硝酸銀試紙檢驗(yàn)磷化氫、硫化氫等雜質(zhì)含量，試紙不變色為合格，0.5 h一次。

空瓶余氣，逐只用稱重法檢測(cè)氣瓶中丙酮的重量，應(yīng)不低于13.5 kg，用溴素吸收法檢測(cè)余氣純度大于99.9%，用露點(diǎn)儀檢測(cè)乙炔氣體中的水分含量露點(diǎn)應(yīng)低于－22℃(體積比0.21%)。應(yīng)用硝酸銀試紙檢驗(yàn)磷化氫、硫化氫等雜質(zhì)含量，試紙不變色。

成品乙炔氣，逐只用稱重法檢測(cè)氣瓶中乙炔氣質(zhì)量為5～7 kg，用溴素吸收法檢測(cè)管道中乙炔氣體的純度大于99.9%，用露點(diǎn)儀檢測(cè)乙炔氣體中的水分含量露點(diǎn)應(yīng)低于－22℃(體積比0.10%)。應(yīng)用硝酸銀試紙檢驗(yàn)磷化氫、硫化氫等雜質(zhì)含量，試紙不變色。

4 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

鑒于國(guó)家尚未制定純度大于99.5%的高純度溶解乙炔產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，我廠制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/YN ZHY01－2011《高純度溶解乙炔》，見表1。

表1 高純度溶解乙炔產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)Table 1 High purity acetylene product standards

5 安全措施

乙炔及乙炔與空氣的混合物是易燃易爆物，其最小點(diǎn)火能量為0.019毫焦耳，可為各種明火、火花輕易點(diǎn)燃、致爆，因此生產(chǎn)過(guò)程具有很高的爆炸危險(xiǎn)性。在設(shè)備改造中，若必須在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)火，應(yīng)即時(shí)監(jiān)測(cè)工作現(xiàn)場(chǎng)乙炔濃度，保證乙炔濃度在爆炸下限20%以下，改造完后應(yīng)用氮?dú)庵脫Q至合格;正常生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備密封性良好，不泄漏;廠房結(jié)構(gòu)合理，通風(fēng)良好;采取自動(dòng)聯(lián)鎖裝置，實(shí)施超高低壓保護(hù);有三級(jí)作用可靠的阻火器;采用四級(jí)防爆電器;防靜電措施全面，確保安全生產(chǎn)。

6 經(jīng)濟(jì)效益

將現(xiàn)有普通溶解乙炔生產(chǎn)線稍加改造，高純度溶解乙炔可與普通溶解乙炔實(shí)現(xiàn)同線生產(chǎn)，不需要單獨(dú)大量投入設(shè)備和場(chǎng)地。本廠財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)顯示，高純度溶解乙炔單瓶生產(chǎn)成本高出普通溶解乙炔約20%，售價(jià)卻是普通溶解乙炔的3～4倍，有約2～3倍的利潤(rùn)空間。2012年度普通溶解乙炔與高純度溶解乙炔成本效益比較見表2.

表2 2012年度普通溶解乙炔與高純度溶解乙炔成本效益比較Table 2 2012 Annual cost－benefit comparison between ordinary and high dissolved purity acetylene

［1］王驥.溶解乙炔生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)答［M］.沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

［2］黃建彬.工業(yè)氣體手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.