乙炔装置操作规程.doc
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1、目 录第一章:概述第二章:乙炔生产所需原辅材料的规格第三章 乙炔生产原理和影响因素第四章:生产过程叙述第五章:主要设备结构性能第六章:乙炔装置岗位操作法第七章:乙炔生产工艺控制指标第八章:常见故障及处理方法第九章:生产危害及安全防护措施第十章:事故案例第一章:概述乙炔是重要的基本有机化工原料。工业生产乙炔采用的方法为电石法和甲烷部分氧化法,电石法是由煤生产乙炔的传统方法,但存在着工艺流程长,能耗高,原料运输费用高,特别是环境污染严重等问题,发达国家于1994年已全部关闭了此法的生产装置。我国电石产量居世界之首,目前仍在采用这种工艺生产乙炔,因此迫切需要开发一条煤洁净高效生产乙炔的新途径。而采用
2、等离子体进行煤转化制取乙炔是实现煤洁净转化的理想手段之一。太原理工大学、中科院目前建立了我国首套具有自主知识产权的等离子体热解煤制乙炔实验装置,填补了我国在该领域的研究空白,乙炔的能耗降到了 10112千瓦时千克。等离子体的作用:等离子体富集极活泼的离子、电子、激发态原子、分子及自由基,煤-等离子体反应中,自由基起到了重要作用。使用该方法乙炔产率可达到2931,最高 达59.9%。反应原理: 粉煤 + H = C2H2 煤与乙炔的H/C很接近,故以煤为原料直接生产乙炔应该是最合理的工艺路线。尤其对于象我国这样的煤藏量丰富的发展中国家来说,该工艺有着十分重要的意义。用等离子法将煤粉高温闪点裂解生
3、产乙炔在经济上还缺乏足够的竞争力,但其发展潜力世人皆知。目前我公司一期PVC项目采用电石法生产乙炔:一、乙炔性质学名:乙炔 英文名:acetylcnc;ethine分子式是C2H2 结构式是:H-C三C-H,分子量26038。1、物理性质在常温、常压下为无色气体,比空气略轻。工业上生产的乙炔因含有硫、磷等杂质而带有特殊的刺激性臭味,密度是1.173克升,相对密度是0.91(空气;乙炔的沸点是-83.6、凝固点是-85。微溶于水及乙醇,能溶于丙酮、氯仿和苯。在水中的溶解度随温度的升高而降低。附:乙炔在水中的溶解度表:温度()溶解度(gKg)温度()溶解度(gKg)温度()溶解度(gKg)01.7
4、3251.93700.2551.49300.84800.15101.31400.65900.05151.15500.50201.03600.372、化学性质由于乙炔分子的叁键结构键能很低,化学性质活泼,易发生加成、聚合、取代等多种化学反应。在下列情况下可能发生爆炸:(1)、遇高温(550),加压(P0.15MPa(G)),有燃烧爆炸危险。(2)、与空气混合在含乙炔2.381(V)范围内,特别在含乙炔713(V)时最易产生爆炸。(3)、与氧气混合在含乙炔2593(V)范围内,特别在含乙炔30(V)时最易产生爆炸。(4)、与铜、汞、银能形成爆炸性化合物。(5)、与氟、氯等接触发生爆炸性反应。(6)
5、、乙炔气中混入一定比例的水蒸气、氮气或二氧化碳都能使其爆炸危险性减少,如:乙炔:水蒸气=1.15:1时(接近发生器排出的湿乙炔气)通常无爆炸危险,也就是说乙炔纯度越高,操作压力和温度越高,越容易爆炸。二、用途用于合成多种塑料、树脂、合成橡胶、合成纤维及溶剂,应用范围很广,工业上还用于烧焊,故乙炔在国民经济中占很重要的地位。我公司主要用于合成氯乙烯制造聚氯乙烯。三、规格乙炔纯度:大于99.5% ;H2S含量小于0.004%(硝酸银试纸实验不变色) ; PH3含量小于0.04%(硝酸银试纸实验不变色);H2O含量:饱和;压力:大于0.12MpaA; 温度:常温。第二章:乙炔生产所需原辅材料的规格一
6、、原辅材料1、电石分子式:CaC2 分子量:64电石即碳化钙,工业上呈灰色,比重222,熔点2300,在空气中能吸收水分,变为灰白色粉末,品质降低。与水作用生成乙炔气体,有特殊恶臭,与火源接触即燃烧。乙炔气与空气混合能引起爆炸,爆炸极限为2381V。电石能导电,纯度愈高,导电性愈好。含杂质(磷化钙)过多的电石遇水生成毒性很强的PH3,极易自燃和爆炸,人体吸入能导致头昏、头痛、呕吐。电石粉尘有可燃和爆炸性,高温表面堆积粉尘层的点燃温度为325,粉尘云的点燃温度为555,爆炸下限浓度为212284gm3,粉尘平均粒径1015m。2、碱液(Na0H液)浓度: 32;来源于烧碱装置,颜色为水白色或浅色
7、,呈强碱性,有强腐蚀性,对眼睛、皮肤及呼吸道粘膜有强的腐蚀作用,吸入后会产生肺水肿。接触后有咽喉刺痛、咳嗽、呼吸困难、腹痛、腹泻、呕吐、眼结膜充血、疼痛、角膜、溃疡、皮肤红肿、灼伤等症状。氢氧化钠不燃,遇酸会发生中和反应,并放出大量的热。3、次氯酸钠液(NaClO)浓度:10;来源于烧碱装置,为无色或淡黄色液体,有类似氯的刺激性气味。属强氧化剂,有腐蚀性和灼伤性,接触后刺激皮肤和粘膜,溅入眼中会引起角膜损害。 4、盐酸:20%;来源于盐酸汽提工序,为无色或微黄色液体,易挥发放出氯化氢,和碱发生中和反应,并释放出大量的热。盐酸有毒,有腐蚀性,接触后有刺激感、咽喉痛,使呼吸急促困难、腹痛等。本装置
8、用于中和由中和塔排放至中和池的废碱液。5、氮气纯度:大于99,来源于空分装置,氮气是窒息性气体,进入用氮气置换排气的发生器和气柜之前,应通风使空气流动合格后方能进入。第三章 乙炔生产原理和影响因素一、 乙炔生产原理(一)、乙炔发生电石与水作用生成乙炔气,并放出大量热量,由于电石中有多种杂质,与水反应,生成相应的副产物(在湿式发生器内进行)。1、主反应(放热反应)CaC2H 20 Ca(0H)2C2H2 127.3KJ/mol2、副反应CaOH2O Ca(0H)2MgOH2O Mg(0H)2CaSH2O Ca(0H)2H2S Ca3P2H2O Ca(0H)2PH3 Ca 3N2H2O Ca(0H
9、)2十NH3 Ca2SiH2O Ca(0H)2SiH4 Ca3AS2H2O Ca(0H)2ASH3 由以上可以看出,发生器排出的粗乙炔气中含有上述副反应生成的硫化氢、磷化氢、氨等对合成氯乙烯的触媒有害的杂质气体,必须在送至合成工序之前加以清除。另外水解反应生成大量的氢氧化钙副产物,使系统呈碱性,上述反应不完全。由于硫化氢在水中溶解度大于磷化氢,使粗乙炔气中含有较多的磷化氢及较少的硫化氢,磷化物尚能以P2H4形式存在,它在空气中容易自燃,另外乙炔和水反应放出大量的热量,1Kg纯电石放出热量约为1995.20KJ,1Kg工业电石约放出热量1662.24KJ。所以电石水解速度不易太快,水解太快放出的
10、热量不能及时排出,就会发生局部过热,可能引起爆炸的危险。因此在反应进行的过程中要及时移走反应热量。(二)、乙炔清净粗乙炔气含有硫化氢、磷化氢、氨等杂质气体,会对氯乙烯合成的氯化汞触媒进行不可逆吸附,破坏其“活性中心”而加速触媒活性的下降,其中磷化氢(特别是P2H4)会降低乙炔气自燃点,与空气接触会自燃,均应彻底子以脱除。工业生产中采用次氯酸钠作为清净剂,利用其氧化性质,将乙炔气中的磷化氢、硫化氢等杂质氧化成酸性物质而除去(在清净塔内进行)。反应式如下:NaClOH2S H2SO4 NaCl NaClOPH3 H3PO4NaCl NaClOSiH4Si02H2ONaCl NaClOASH3 H3
11、AS04NaCI反应中生成的酸在乙炔气中夹带,再用15碱液中和(在中和塔内进行)为盐类,再由废碱液排出。其反应式如下:NaOHH2S04 Na 2S04H2O NaOHH3PO4 Na3PO4H2ONaOHSiO2 Na 2Si03H2O二、影响因素(一)乙炔发生1. 电石粒度电石的水解反应是液固相反应,其反应速度与电石和水的接触面积的大小关系,电石粒度愈小与水接触的面积愈大,水解速度也愈快。在此情况下有可能引起局部过热而引起乙炔分解和爆炸。电石粒度过大,与水接触面积减少,则电石反应缓慢,特别是电石粒度过大,水解时生成的Ca(OH)2将包住电石,使电石水解不完全,在发生器底部排渣时容易有未水解
12、完全的电石,造成电石消耗定额上升。因此,我们对电石粒度应该有一定的要求,目前我国电石粒度一般控制在25-50mm。2发生器温度乙炔发生器温度的高低,直接影响乙炔发生速度,温度提高,电石水解速度加快,生产能力提高,乙炔在水中溶解度减少,对电石定额有利。但温度提高,乙炔分解的可能性增大,即爆炸的危险性加大。同时温度提高,乙炔中的水蒸汽含量增加,造成后面冷却负荷加大;而且从安全生产等方面考虑,也不宜使温度控制过高,一般控制反应温度855为宜。此温度一定严格控制。3发生器压力压力增加会使乙炔分子密集,分解爆炸的可能性增大。发生器在不正常情况下,有可能出现冷却水不足,造成部分水解的电石传热困难,甚至局部
13、过热到几百度。当乙炔在压力大于0.147Mpa(1.5kgf/cm2G),温度超过550时会发生分解爆炸,因此在工业生产中乙炔压力不允许超过0.147Mpa(1.5kgf/cm2G),而尽可能控制在较低压力下操作,这样也可减少乙炔在电石渣浆中溶解损失以及设备的泄漏。但压力也不能太低,如太低会造成压缩机入口为负压,有进入空气的危险。对于生产能力在1000-2000乙炔m3/h装置,压力控制600-1000mm水柱为宜。4发生器液面发生器液面控制在液面计中部位置为好,也就是说保证电石加料管至少插入液面下200-300mm。液面过高,使气相缓冲容积过小,易使排出乙炔夹带渣浆和泡沫,还有使水向上浸入电
14、磁振荡加料器及贮斗的危险。液面过低,则易使发生器气相部分的乙炔气大量逸入加料贮斗影响加料的安全操作。因此,无论是电石渣浆溢流管安装的标高,还是底部排渣时间或数量,要注意液面的严格控制,防止发生事故。(二)乙炔清净1次氯酸钠有效氯及PH值在乙炔气中PH3、H2S、SiH4、NH3等杂质的存在是有害的,它会使合成氯乙烯催化剂中毒,影响氯乙烯转化率。尢其是PH3存在与空气接触会自燃,从而引起乙炔的爆炸,所以对乙炔气中杂质必须进行清净。乙炔清净剂次氯酸钠是次氯酸的一种不稳定的盐,是一种强氧化剂。次氯酸钠的有效氯一般控制在0.085-0.12%,PH值7-8。当有效氯低于0.005%和PH值在8以上时,
15、则清净效果较差。而当有效氯在0.15%以上(特别是在PH值较低时)容易生成氯乙炔而发生爆炸危险。也有可能生成二氯乙烯中间物,在下一步碱中和时,进一步生成氯乙炔,当有效氯在0.25%以上时,无论在气相还是液相,均容易发生氯与乙炔激烈反应而爆炸,阳光能促进这一爆炸过程。氯乙炔是极不稳定的化合物,遇空气易着火和爆炸,如中和塔换碱时,或次氯酸钠排放时,以及开车前设备管道内空气未排净时均容易发生着火及爆炸。次氯酸钠中有效氯代表次氯酸钠溶液的浓度,一定的次氯酸钠含量才能保证氧化剂能力,保证清净效果,有效氯量高,氧化能力过强反而会生成一些副反应,对乙炔纯度不利,且生产操作也不安全。次氯酸钠在碱性介质中稳定性
16、大,氧化能力低。若PH值低于7,呈酸性氧化能力强,反应激烈,乙炔中生成的氯化物含量增高。因此,考虑到安全因素,以及分析有效氯可能的误差,为保证清净效果次氯酸钠有效氯一般不低于0.085%,PH值应严格控制在7-8。2.清净塔液面清净塔液面应维持在规定范围内,清净塔液面过高,会造成液体翻动,使填料碰撞击碎,碎填料若进入清净泵将损坏清净泵。3.中和塔碱液的浓度中和塔碱液的浓度应维持在正常规定范围内, 中和塔碱液的浓度低于3%要更换新的碱液。第四章:生产过程叙述本装置为30万吨年聚氯乙烯配套装置,装置由上料工序、发生工序、清净工序、干燥工序和渣浆工序组成,本装置主体连续生产,实行四班三倒制。一、生产
17、过程叙述经过计量的电石由料斗通过电葫芦提升到乙炔四楼,再由电葫芦送到加料斗上方。用氮气对一斗、二斗进行置换,然后在氮气的保护下,电石从料斗进入加料斗。经一斗、二斗和电磁震荡加料器进入乙炔发生器。在发生器中,电石与水发生反应,生成乙炔气和电石渣。乙炔气从发生器顶部溢出,经洗泥器进入正水封后进入冷却塔和水洗塔,分别用废次氯酸钠液和一次水冷却。冷却后的乙炔气去清净系统或气柜。电石渣浆从发生器溢流管不断排出,浓渣浆和矽铁等杂质从发生器底部间隙排出。在发生器中,电石与水反应,主要生成乙炔气和氢氧化钙,并放出大量的热,因此要不断往发生器中加水或废次氯酸钠液,维持恒温。为了安全生产,系统设有安全水封和逆水封
18、。当发生器压力过高时,安全水封自动排气,以降低发生器的压力,当发生器压力过低时,为了避免在负压时空气进入发生器和管道,形成爆炸性气体,气柜的乙炔气经逆水封进入发生器,以升高发生器的压力。气柜设置高低位报警,根据气柜的高低和发生器的压力控制电磁振动下料器,调节进入发生器的电石量。由冷却塔来的乙炔气,经乙炔压缩机加压后,依次进入清净1塔,清净2塔,在清净塔内用次氯酸钠液洗涤。次氯酸钠液自次氯酸钠配制槽,先经次氯酸钠泵打入清净2塔顶部,从清净2塔底部流出,然后一部分自身循环,一部分经清净泵打入清净1塔顶部,清净1塔底部流出的次氯酸钠液一部分自身循环,一部分经清净泵送到冷却塔顶部作为冷却喷淋液。从第二
19、清净塔顶部出来的乙炔气进入中和塔,用氢氧化钠液洗涤,中和掉从电石中带入的二氧化碳和清净时产生的酸性物质。次氯酸钠液的配制:界区外来的氯气和工业水分别计量进入文丘里,文丘里底部通入来自碱高位槽的烧碱溶液,三者相互混合生成0.06-0.12%的次氯酸钠流入次氯酸钠配制槽供清净塔使用。氢氧化钠液的配制:来自界区外的32左右的碱液进入浓碱液贮槽,经碱液泵送到浓碱槽,加水配制成15-25的碱液供中和塔使用。从中和塔出来的乙炔进入干燥工序。乙炔气先通过冷却器和除雾器脱除大部分水,再进入分子筛干燥器进行吸附脱水。干燥系统一般有两台以上的干燥器,一台吸附,一台再生,轮换使用。乙炔气干燥后,送入氯乙烯装置。发生
20、器溢流及由人工间隙排出的渣浆经渣浆罐除去硅铁后流至沉降池。沉降池的渣浆用泵输送至环氧丙烷分厂作皂化剂。二、生产方法及工艺特点本装置采用湿法生产乙炔。粒度合格的电石与水在乙炔发生器中反应,粗乙炔气从发生器顶部逸出,在冷却塔用废次氯酸钠喷淋进行冷却和预清净,除去粗乙炔气中大部分水份后和一部分S、P,再经过水洗塔用一次水冷却和除酸雾,然后经乙炔压缩加后送至清净塔用次氯酸钠液脱除其中H2S、PH3后,再经中和塔中和后送至VCM装置。发生器的温度控制在835,保持压力3-15kPa。出发生器的粗乙炔气在冷却塔、水洗塔中经喷淋冷却后,用水环压缩机加压至75kPa左右送入清净1塔、清净2塔。进清净2塔的次酸
21、钠液有效氯浓度为0.06-0.12,进清净1塔次氯酸钠液有效氯浓度为0.03-0.07,PH值控制在78。用次氯酸钠液清净乙炔气时,乙炔气中的硫化氢、磷化氢几乎全部被脱除。清净塔的温度为30左右。 经过次氯酸钠液清净后的乙炔气用15-25的碱液除去其中的CO2、H2SO4、H3PO4等酸性气体,碱洗在常温下进行。 本装置的乙炔发生采用湿法工艺,在3-15kpa下进行,乙炔清净、碱洗在加压下进行,操作安全、连续方便,收率高达97。 本装置的全部废次氯酸钠液返回发生器回收利用,减少了水消耗量和废水排放量,有利于环境保护。第五章:主要设备结构性能一、乙炔发生器规格为28009382mm,内部设置带有
22、栅隔的分配盘,六层挡板与耙子,料盘转数1.25rmin,搅拌器电机功率4kw,材质为普通碳钢,在发生器圆形筒体内安装有六层固定的挡板,每层挡板上方均装有与搅拌轴相连的“双臂”耙齿,搅拌轴由底部伸入,借蜗轮蜗杆减速至1.25rmin。这些耙齿在耙臂有67块平面刮板,刮板在两个耙臂上位置是不对称的,它们在两臂上呈相互补位,以保证电石加料落入第一层后,立即由刮板耙向中央圆孔落入第二层,第二层的刮板安装角度则使电石沿轴向筒壁移动,并由沿壁处的环形孔落入第三层,最后,水解反应的副产物电石渣及矽铁落入发生器的锥形底部,经排渣阀间歇地排入排渣池中。挡板的作用是延长电石在发生器水相中的停留时间,以确保大颗粒的
23、电石得到充分的水解;耙齿的作用是“输送”电石和移去电石表面上的Ca(0H)2更新反应界面,加速水解反应过程。这种多层结构的发生器为便于检修,在各层均设置有人孔,供操作和检修人员在清理设备、更换刮板和检修耙臂时出入。二、清净塔清净塔采用填料结构,借塔内充填填料的表面积,使气液两相在其表面上逆流接触进行传质。填料塔的效率主要取决于在实际操作时的液体对填料表面的润湿程度,若液体循环量不足,部分填料表面未被润湿,则使气体通过这部分时起不到传质交换的效果。因此,清净塔的效率很重要的一点就是要保证塔内循环的液体流量,使塔处于较高的润湿率状态下操作,一般每平方米塔截面积上的液体喷淋量应在1520m3/h。此
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