氯碱聚-氯乙烯工艺乙炔的生产工艺(共18页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上浅谈干法乙炔与湿法乙炔系 部： 化学 工 程 系 专 业 班 级：普 高08化 工1班姓 名：郝 同 磊 指 导 教 师：刘 玉 星 时 间：2011年3月30日 新疆轻工职业技术学院目录151617摘 要：本文介绍了干法乙炔生产工艺及装置的运行指标，分析了其安全性、经济性及环境影响，并与湿法乙炔发生工艺进行了对比。 关键词：干法乙炔、工艺前 言目前，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，产生电石渣将近9000万，对环境形成了巨大的压力。开发干法乙炔生产工艺是提高乙炔收率、减少污染的重要途径。干法制乙炔采用水以雾态喷在电石粉上使之分解，

2、产生的电石渣为含水量4%10%的干粉末，电石水解率大于99%。耗水量仅为原来的十分之一，耗电量低，污染零排放。同时，干法乙炔技术所产生的电石渣可以用来制砖、水泥和作为漂白剂。近一年的运行表明，按年产10万吨聚氯乙烯计算，新工艺产品收率比原工艺提高2.5%，年节约成本近千万元。去年年底，由中国氯碱工业协会组织的专家对该技术进行了技术鉴定，鉴定意见为：填补了国内空白，节能、节水效果显著，减少占地面积、节约投资，有效解决了湿法乙炔生产过程中所产生的电石渣污染问题，具有良好的经济效益和社会效益，有利于电石法聚氯乙烯生产的可持续发展，在行业中具有很好的推广价值。 据了解，由于生产成本相对较低，长期以来电

3、石法生产聚氯乙烯（湿法）在我国聚氯乙烯行业仍占主导地位。电石法在生产过程中耗水量较大，并产生大量电石渣，给企业带来环保压力。如果引进国外技术，则要几千万元，甚至上亿元投资。据杨秀岭介绍，中国自主研发的干法乙炔技术包括技术专利费和全套设备只有300多万元。更重要的是，这一技术克服了湿法技术在节能、环保等方面的弊病，给聚氯乙烯生产带来一次技术革命。国家环保总局正是看到了该技术这一先进性，才将其列入国家先进污染防治示范技术名录和国家鼓励发展的环境保护技术目录。同时，干法制乙炔技术所产生的电石渣是一种良好的建筑材料，可以用来生产水泥，如果以年产10万吨聚氯乙烯的装置测算，采用干法乙炔工艺产生的电石废渣

4、生产水泥可年节约成本800余万元。因此，干法制乙炔新技术的节能、节水效果显著，可有效解决湿法乙炔生产过程中所产生的电石渣污染问题，实现乙炔的连续生产。同时干法乙炔装置自动化程度高，提高了生产的安全性。中国氯碱协会认为，该技术有利于电石法聚氯乙烯生产的可持续发展，在行业中有较好的推广价值。1 干法乙炔工艺简介1.1 反应原理Ca2C + 2H2O Ca（OH）2 + C2H2 + 130KJ/mol工业电石中还含有不少杂质，其水解反应如下：CaO + H2O Ca(OH)2 + 63.6KJ/molCaS + 2H2O Ca(OH)2 + H2SCa3N2 +6H2O 3Ca(OH)2 + 2N

5、H3Ca3P2 + 6H2O 3Ca(OH)2 + 2PH3Ca2Si + 4H2O 2Ca(OH)2 + SiH4Ca3As2 + 6H2O 3Ca(OH)2 + 2AsH3当水量不足时，除上述反应外还发生如下反应：CaC2 + Ca(OH)2 2CaO + C2H2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水解，产生的电石渣为含水量4%10%干粉末，粗乙炔含水量为75%，反应温度气相为90100，固相温度为100110，水与电石的比例约为11.8，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5毫米，水解率大于99.5%，乙炔收率大于98.5%

6、。1.2 电石水解反应速度下图为发气量为300立方米/吨，粒径4毫米，天业电石厂生产的电石水解速度图表。1.3 等压系统中电石水解反应温度与加水量的关系1.4工艺流程1.5湿法乙炔工艺简述湿法乙炔发生是用多于理论量17 倍的水分解电石，产生的电石渣浆含水量为90%。反应热由渣浆水带走，有将近1%的溶解损失。并且每次加料都需要置换，会排掉斗内的乙炔从而造成额外损失。每生产1 吨PVC 就要产生150 吨含有大量硫、磷的污水，只有一小部分能够回用。电石渣浆经过压滤成为含水量约35%的滤饼。乙炔的极限收率为96%。1.6干法乙炔生产工艺的优越性 干法工艺比湿法工艺提高收率2.5% 。按照1.5 吨电

7、石/吨PVC 、电石价格2300 元/吨计算，采用干法工艺的成本要下降82.5 元。年产10万吨PVC 节约成本825 万元。干法工艺基本不产生污水。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%。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150 公斤标准煤，标准煤单价450 元/吨。若用电石渣生产水泥，生产每吨PVC 的电石渣处理费为81 元，年产10 万吨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水解，产生的电石渣为含水量4%10%干粉末，粗乙炔含水量为75%，反应温度气相为90100，固相温度为100110，水与电石的比例约为1

8、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5毫米，水解率大于99.5%，乙炔收率大于98.5%。2. 干法乙炔装置的运行指标（1）发生器产量单台发生器产量为2500标准立方米乙炔/小时。（2）电石水解率排渣机出口处电石渣水解率为99.5%99.85%。检测方法：用50毫升电石渣和100毫升水加入200毫升试管中密闭摇匀检测气相中的乙炔含量，并假定水中的乙炔为饱和状态计算所得。（3）排渣机出口气相中的乙炔含量排渣机口的乙炔浓度为0.02%。（4）粗乙炔的纯度粗乙炔的纯度为98.8%99.5%，硫含量为零，磷含量为0.03-0.05%，与湿法完全相同。

9、（5）清净次氯酸钠消耗量次钠浓度为0.12%，耗量为7立方米/1000立方米乙炔。（6）粗乙炔的温度经冷却的粗乙炔温度为4560。换热器选型的依据是粗乙炔温度与湿法相当以便后续处理。（7）发生器压力发生器压力受与之相连的湿法发生器影响，压力为711kPa,若独立使用干法发生器，压力会更为稳定。（8）发生器温度发生器气相温度为88-90,固相温度为951003. 干法乙炔发生器的结构特点到目前为止,文献报道的干法乙炔发生器按照其构造原理的不同大致可分为盘式发生器、转笼式发生器、复合式发生器和搅拌式发生器4 大类。3.1盘式发生器盘式发生器是将破碎到一定粒度的电石从发生器的顶部加入到发生器内,进入

10、发生器的电石物料首先落入第1 层物料盘,借助于安装在每层物料盘上料耙的移送作用,电石将沿着盘内的特定轨迹逐盘下落,电石在盘内的移送过程中与喷入发生器的雾化水发生反应释放出乙炔气体。3.2转笼式发生器转笼式发生器是将较大粒度的电石加入到发生器内的转笼中,转笼在电机的作用下带动电石不断旋转,在旋转过程中电石与喷入转笼的雾化水接触并发生水解反应释放出乙炔气体,反应生成的电石渣随着转笼连续旋转而被甩离转笼,从而电石物料的表面得以不断的更新,反应能够顺利进行。3.3复合式发生器复合式发生器是采用串联在一起的2 种或2 种以上不同类型的乙炔发生器来生产乙炔。目前,公开报道的主要是转笼式发生器与盘式发生器串

11、联的复合。其工作原理主要是较大粒度的电石首先在转笼式发生器内初步分解释放出乙炔气体,同时电石颗粒将会变小,当电石颗粒粒度减小到一定程度时,电石颗粒将从转笼式发生器中分离出来进入到盘式发生器中。进入到盘式发生器的电石颗粒在逐盘下落的过程中进一步发生水解反应释放出乙炔气体。3.4搅拌式发生器搅拌式发生器的主体结构是一个带有进料口和出料口,并能对物料进行强烈搅拌的圆筒形密封容器。搅拌式发生器的主要工作原理是将一定粒度的电石加入到密闭的反应器中,在强烈搅拌的条件下,电石与定量的雾化水充分接触发生反应,生成的电石渣粉末在部分循环的乙炔气体夹带下进入降尘室进行净化,其示意图见图。这种发生器以回流的乙炔气体

12、为载气,循环的乙炔气体夹带反应所需的雾化水进入发生器,与电石发生反应并将反应生成的电石渣粉末夹带出发生器。4. 干法乙炔安全性（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，整个过程是在氨气的保护下密闭进行的，因而确保安全。（2）加料过程的安全性加料单元由密闭料仓、料封管、气动刀阀和计量螺旋输送器组成，生产过程是连续的，无需置换。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、下料仓中间加氨气密封，更增加了安全性4。（3）反应过程安全性湿法乙炔工艺反应温度为85，产物

13、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。下面我们从数理统计的角度来讨论干法工艺的安全性。 我们假定在反应过程中气相中乙炔和水蒸气混合均匀，温度、压力均匀。气体分子的速率分布函数符合麦克斯韦速率分布率:其中：k为波尔兹曼常数,m为分子的质量T为气体的绝对温度乙炔分子的质量：m=261.6610 kg （4）排渣过程的安全性1-减速机 2-联轴器 3-推力轴承 4-挡板 5-止回阀

14、 6-弹簧 7-破碎段8-封料段 9-搅龙 10-隔板排渣过程是连续密闭的，密封压力可调并可靠，排渣机使用等压料封。（5）故障状态的安全性任何重要设备出现故障，均由程序采取相应的措施进行处理。遇到最严重的问题就停止加料，反应几乎立即停止。5. 干法乙炔工艺的环境影响（1）无废水排放干法乙炔生产装置所需的水为废次氯酸钠，不仅保护了环境，还回收了溶解乙炔。另外，与干法乙炔工艺配套的还有次氯酸钠废水循环利用工艺，实现整个车间无废水排放。（2）可实现无粉尘排放若用电石渣生产水泥，可将其密闭输送至水泥厂。若用于制砖，可适当调整排渣湿度避免杨尘。（3）污染物排放只有在排渣机出口处的水蒸气中能检测出0.02

15、%的乙炔气体。（4）固体污染物排放所排出的电石渣为优良的制作水泥的材料，亦可作其它建筑材料。6. 干法乙炔工艺与湿法乙炔工艺的比较6.1 经济效益的比较电石制乙炔有传统湿法和干法工艺，两者国内均较成熟。以下以电石生产10万吨/年VAC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、人工费用、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。（1） 基本建设投资比较(节约865万)干法乙炔工艺相对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2004年价格计算，），减少占地1

16、800平米。具体费用包括：压滤工段厂房120万，沉降池土建450万，渣浆处理土建25万，压滤机170万，设备费用80万其它配套20万。乙炔发生工段的厂房没有差异，设备投资相差无几。（2）运行费用比较(节约370万)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，工资约80万元，设备维护费约50万元。干法乙炔工艺相对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。（3）乙炔收率比较(节约825万)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

17、出。按照1.5吨电石/吨PVC、电石价格2300元/吨计算，采用干法工艺的成本要下降82.5元，年产10万吨PVC节约成本825万元。（4）水消耗比较（排放为零，节水37万吨）干法工艺所需要的水量只有0.7吨/吨电石，其余全部循环使用。所加入的水为废次氯酸钠。废次钠经一次循环使用后刚好与干法工艺用水量达到平衡，使得乙炔车间达到零排放。而湿法工艺的耗水量为吨/吨电石，全年废水排放达42万吨。（5）电石渣处理费用比较（节约810万元）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150公斤标准煤，标准煤单价

18、450元/吨，若用电石渣生产水泥，生产每吨PVC的电石渣处理费为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。6.2干法乙炔工艺与湿法工艺对照表干法乙炔工艺与湿法工艺对照见表一。表一 干法乙炔工艺与湿法工艺对照表 （以10万吨PVC/年计算）对比内容干法乙炔工艺湿法乙炔工艺乙炔收率98.5%96%乙炔纯度99%99%电石渣含水4%12%90%电石渣处理人工无30人电石渣处理设备及厂房无投资约1000万元渣浆处理动力消耗无770kw污水排放无电石渣用于生产水泥采用干法水泥直接使用用回转窑烘干，53元/吨加料连续，无乙炔排出断续，需置换，有乙炔排出排渣连

19、续断续故障立即停止反应反应不可控7 异常现象及处理 异常现象原 因处 理 方 法1、上贮斗不下料电石块大或矽铁、无钢轧住而造成搭桥。用木榔头敲打若无用，则停车处理。2、加料时漏乙炔气矽铁，元钢轧住使加料活门关不上，或是密封圈坏或活门变形损坏。 停车处理3、加料时贮斗燃烧爆炸通氮排空不净，撞出火花下贮斗漏气大量通氮或用灭火器，操作时要轻修理下贮斗活门4、下贮斗 温度高贮斗活门漏气发生器液面过高修理贮斗活门疏通溢流管或多排渣，以降低液面5、发生器温度偏高小块电石过多、反应速度快水压低，或水管堵塞，引起加水量少加料速度快溢流管不畅通温度计不准控制电石粒度检查加水管，多加水降低加料速度清理溢流管校正温

20、度计6、发生器压力偏高气柜滑轮卡住或进口管积水正水封液面过高或其它处产生液封发生器温度偏高冷却塔内液面高于进口加料时氮气压力过大或放空管堵塞，进入发生器加料多或电石粒度太小，反应速度快乙炔气出口管堵塞检修气柜滑轮排除积水。调整液面消除其它液封。加大水量，调整温度。调整液面。调整泵的出口压力。调整加料N2压力清理放空管。调整电石粒度和加料速度。清理C2H2气出口管。7、发生器压力偏低气柜不灵活，气柜管道积水或遇到下列因素之一时：.加料器因故停车运转.用气量大，加料量小，或电石质量不好排渣考克不严或逆水封液面过高水环式压缩机抽力太大检查气柜排除积水，停车检修，调整加料速度并且加料均匀应该补充氮气，

21、调整逆水封液面调整水环式压缩机的抽力8、水环式压 缩机进口压力低气柜管道积水，发生器发气量小发生器出口管堵塞冷却塔、水洗塔液面过高放掉气柜管道积水检查并排除堵塞物降低塔液面至规定高度9、水环式压缩机出口压力低循环水少或乙炔流量过大机身内轮与壳间隙大循环节门未关紧冷却塔效果不好，入口乙炔气温度偏高压缩机、水冷却器、冷却效果不好，乙炔温度偏高加大循环水量或增开水环式压缩机缩小间隙，必要时进行检修检查循环节门检查冷却塔清理或更换水环式压缩机水冷却器10、清净效果不好，次氯酸钠失效快清净塔超过负荷，次氯酸钠补充量少电石质量不好，S、P杂质多NaClO的PH值太高降低负荷操作，增加补充次氯酸钠量增加次氯

22、酸钠量调整PH在间11、清净塔内产生泡沫次氯酸钠PH值高换NaClO12、清净塔内发生爆震或堵塞乙炔气与氯气起作用塔内结垢塔内液面过高，造成液体翻动，使瓷环碰撞敲碎检查NaClO及PH值用盐酸洗涤加强责任心，避免塔内液面过高。严重时更换填料，清出碎瓷环。13、发生器胶圈爆破发生器压力过高胶圈使用周期太长加强操作，提高操作水平；仔细检查每斗电石粒度及时更换胶圈14、中和塔中和效果差中和塔填料环破碎严重，尤其陶瓷环中和塔配液盘底部的板孔堵塞碱液使用周期过长及时更换填料环或由陶瓷环改为钢环及时更换配液盘或清除堵塞物加强操作分析，使碱液恰当、合理的得到使用15、电石粒度不合格。粗破或细破机牙板损坏或松

23、动或距离不当。停车更换或紧固牙板或调整距离。16、除尘机组液位控制系统不正常电磁阀坏或泥浆堵塞。更换、维阀或清理泥修电磁浆小结随着我国PVC的飞速发展， 产能不断扩大，石油价格的上涨，我国电石法PVC已经成为发展的主流。 而环保要求的不断加强，湿法发生乙炔产生的环境污染日益受到国家和生产厂家的重视。干法乙炔发生装置的研发势必摆上了日程。近年来，中国聚氯乙烯（PVC）行业产能增长迅速，在发展中电石法聚氯乙烯仍占据主要地位。但电石法聚氯乙烯在采用湿法制乙炔的生产过程中，耗水量较大，并产生大量电石渣，给企业造成环保压力。近一年的示范运行表明，我国首创的干法乙炔制聚氯乙烯新技术在环保和节水方面显现出突

24、出的比较优势。日前，这一新技术被国家环保总局列入国家先进污染防治示范技术名录和国家鼓励发展的环境保护技术目录。干法乙炔新技术节能、节水效果显著，有效地解决了湿法乙炔生产过程中所产生的电石渣污染问题。与湿法工艺相比，年产10万吨聚氯乙烯装置可节约成本810万元。干法乙炔发生工艺，有效解决了湿法乙炔生产过程中所产生的电石渣浆污染问题，实现了乙炔的连续生产，自动化程度高，提高了生产装置的安全性。该项技术节能、节水效果显著，减少占地、节约投资，具有良好的经济效益和社会效益。该项技术有利于电石法PVC生产的可持续发展，在行业中有很好的推广价值5。环保节能干法乙炔新技术装置属国内领先，实现了工业化生产，填

25、补了国内空白。受国内能源紧张和环保要求提高的影响，原有的湿法乙炔工艺因高耗能和高污染将受到限制，如果国内现有的800万吨湿法乙炔装置全部由干法代替，那么将产生不可估量的经济和社会效益。干法乙炔新技术的成功是电石法聚氯乙烯行业的一次重要技术革命，它为电石法聚氯乙烯生产企业的发展带来了广阔前景。目前，全国有50多家以乙炔为原料生产聚氯乙烯的企业，产能约为1100万吨，如果全部采用干法技术生产乙炔，每年将实现节能增效10多亿元，并彻底解决电石渣污染问题。参考文献 1严福英 氯乙烯工艺学 化学工业出版社 1990-62李文明 大众日报电子报 2007-10-23张建民 中国化工报 2007-10-15

26、料深加工 1997064洪仲苓 化工有机原料深加工 1997065梁凤凯 有机化工生产技术 化学工业出版社 2001-4-3致谢回想在学院三年的日子，转眼即逝，在毕业前夕，我做了自己最后的一份作业毕业设计。想想在学院的三年每天都在忙而充实着，虽然课程并不是很满，但是在大学里要靠自己的主见来学习！在这里我很感谢系里各个老师对我们的帮助，有了老师的指点与帮助最终顺利的完成了自己的所有学业。本论文是在张明峰老师的悉心指导下完成的，从论文的选题设计到撰写倾注了老师无数的心血和汗水，老师开拓的思路和严谨的治学态度，堪称我们学习的楷模。完成此论文之际，仅向导师致以最忠心的感谢。此外，我要感谢学院领导，是他们给了我实习的机会，能让我正确的选择设计题目，使我的毕业设计能顺利完成。然后，我要感谢学院化学工程系的各位老师对我的细心帮助，尤其感谢马金才老师的支持及督导。老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，今后的道路上我都会谨记老师的教导。在此向所有关心和帮助过我的老师和同学们表示深深的谢意！专心-专注-专业