电石法乙炔生产技术PPT课件

,任务一乙炔的发生,项目一电石法乙炔生产技术,苏小莉Tel工业盐,烧碱,氯气,电解,氯碱化工,造纸、纺织、印染、化纤、氧化铝等,氢气,氯化氢,煤炭,生石灰,电石,石灰石,蓝炭或焦炭,水,乙炔,VCM,含汞触媒,PVC,聚合,煤化工,电石法聚氯乙烯产业工艺流程示意图,复习回顾,任务一乙炔的发生,教学目标,能力目标1.会识读乙炔发生的工艺流程。2.会进行电石加料操作、发生器的开停车和正常操作、乙炔气柜的开停车和排气操作。3.会对乙炔发生系统的常见不正常情况进行分析和处理。知识目标1.理解乙炔发生相关原料和产品的性质、工业卫生和安全技术、乙炔发生的原理、乙炔发生条件的选择、乙炔发生主要设备的结构和工作原理。2.学会乙炔发生设备和系统的操作方法。,乙炔的工业生产方法,1、干法将水喷淋到电石，用电石分解时放出的热量来蒸发水，使产生的水气随同乙炔气一同溢出。电石与水的比为1：11.2，生产的排出物一般为粉末状的消石灰。优点是生产能力大，乙炔浓度高，消耗水量少（1.21.3kg/kgCaC2），设备容积小，一次投资费用少，占地面积少（为湿法发生器的1/4）。乙炔损失少，所得干的Ca(OH)2处理方便，可进一步利用。缺点是乙炔含杂质较多，反应温度较高，操作控制较难。,乙炔的工业生产方法有电石法和烃类裂解法两种。电石法又分为干法和湿法两种。,乙炔的工业生产方法,2、湿法湿法是将电石加入水中，放出的热量被过量的水所吸收，一般分解1kg电石需用1015L水，反应后水温通常保持在323353K，生产排出的废物为石灰乳（电石渣液）。优点是操作平稳安全，设备构造简单，乙炔产品纯度较高，精制简单。缺点是要消耗大量的水，乙炔也有损失，生产设备庞大，占地面积大，同时需要有一套处理废渣装置。,一、原料及产品的识别,1、电石及标准（1）电石的性质电石是由碳（焦炭等碳素材料）和氧化钙（生石灰）在电阻电弧炉内于高温条件下化合而成的，所以它的化学名称叫碳化钙。化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体，通常说的电石是指工业碳化钙，即除了含大部分碳化钙外，还有少部分其他杂质。电石的颜色则随所含的碳化钙纯度不同而不同，有灰色、棕黄色或黑色的。电石能导电，其导电性与温度和电石中的碳化钙纯度有关，纯度越高导电性越好。,一、原料及产品的识别,（1）电石的标准技术要求国标有关技术条件见表1.1.1。,表1.1.1电石国家标准的技术条件,一、原料及产品的识别,（1）电石的标准检验规则电石批次划分和采样桶数百分比按表1.1.2进行。,表1.1.2电石批次划分和采样桶数百分比,电石采样桶数按GB/T6678的规定，测定粒度时采样桶数可减半，生产厂一般按不大于10t为一批进行采样。接收单位对相同质量的碳化钙可扩大至50t为一批，并允许划分为四个试样，分别测定发气量后取其平均值。当小于1t时，采样桶数不少于3桶。检验结果如有一项指标不符合本标准要求时，应重新自两倍数的包装桶中采样进行检验。重新检验的结果，即使只有一项指标不符合本标准要求，则整批碳化钙为不合格。,采样方法开启采样桶的盖，每桶应随机取上层以下具有代表性的大、中、小粒度的碳化钙试样约1kg(200kg桶取约2kg)，采样总量不少于10kg，置于带盖干燥容器内。将所采试样在颚式破碎机上破碎成15mm以下的粒度，以四分法缩分后筛取512mm试样，试样量不少于0.5kg，装入清洁干燥带盖的磨口瓶中，粘贴标签，注明生产厂家、产品名称、批次、采样日期、采样人。,一、原料及产品的识别,(3)电石的发气量与电石质量的关系按国家标准，每公斤电石在压力760mmHg、20时，加水后所放出来的干乙炔气体体积数(L)叫做电石的发气量。在压力760mmHg、20时，lkg纯电石(含CaC2100)与水反应时，所发生的干乙炔气体体积为372.63L。因此，不同纯度电石的发气量为：,优等品含CaC280.6发气量372.630.806300Lkg一级品含CaC275.14发气量372.630.7514280Lkg合格品含CaC269.77发气量372.630.6977260Lkg,一、原料及产品的识别,2、乙炔及标准(1)乙炔的物理化学性质结构分子式是C2H2，分子量是26.038，结构式是：物理性质常温常压下是比空气略轻、溶于水和有机溶剂的无色气体，工业生产的乙炔气因含有磷、硫等杂质而带刺激性臭味。乙炔的沸点是83.6，凝固点是85，自燃点是305，闪点是17.8。,一、原料及产品的识别,化学性质与氢气、氯气、氯化氢、水等进行加成反应，还能在适当条件下发生二聚、三聚和四聚作用，作为制备氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯、丙烯腈、氯丁二烯的原料。爆炸性乙炔纯度越高、操作压力和温度越高，越容易爆炸。但是，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。,一、原料及产品的识别,(2)乙炔中硫化氢、磷化氢定性检测方法原理当含有一定量硫化氢和磷化氢的乙炔气同含硝酸银的试纸接触后，即发生下列显色反应：,一、原料及产品的识别,测定手续将滤纸条浸沾5%的硝酸银溶液，放在乙炔取样口下，吹气约0.5min，若无色迹产生，说明清净效果较好；若显示杏黄色，证明有磷化氢存在；若显示黑色，证明有硫化氢存在。滤纸条显色越深，说明杂质含量越高。说明这种检测硫、磷杂质的方法是很粗糙的，只是因为操作简便，目前还有不少工厂采用。实践说明，即使试纸不显色时，磷、硫杂质含量仍有可能在数十甚至100mgkg以上。,一、原料及产品的识别,(3)产品规格(企业标准)纯度99%（体积分数）；氧含量0.3%（体积分数）；硫、磷、砷等杂质含量用硝酸银试纸检验不变色。(4)产品的主要工业用途乙炔应用范围很广，主要用于合成氯乙烯生产聚氯乙烯，目前国内70%甚至更多的电石量均用于电石乙炔法生产PVC。工业上还用于合成多种塑料、树脂，合成橡胶，合成纤维及溶剂以及烧焊等。,二、乙炔发生中工业卫生和安全技术,1、工业卫生(1)乙炔属微毒类化合物，具有轻微的麻醉作用。车间空气中最高允许浓度为500mg/m3，大量吸入乙炔后应及时呼吸新鲜空气，反应较严重的患者应采取人工呼吸或输氧治疗。(2)氮气氮气是窒息性气体，短时间内可使人窒息而死亡，因为它属于无毒气体而常为人们所忽视。进入用氮排气过的发生器和气柜之前，应将人孔等打开，必要时用排风扇鼓风，使空气流通或水冲洗后方能进行操作。,二、乙炔发生中工业卫生和安全技术,2、安全技术(1)在工厂范围，30m距离以内严禁烟火，严禁携带易燃、易爆品和穿钉鞋进入生产区域。(2)盛装和输送乙炔的管道、设备严禁用铁器敲打，以免产生火花。(3)盛装和输送乙炔的设备及其附件、管道和管件、阀门等，不得采用铜、银、汞材质，防止产生爆炸物，如需汞压力计，要加甘油作隔离液。,二、乙炔发生中工业卫生和安全技术,2、安全技术(4)桶装电石在运输、贮存中严防雨水或湿气浸入，否则，桶内可能有乙炔空气混合物存在，在卸桶或开桶时因震动、撞击而引起爆炸。(5)电石粉尘（特别是新鲜粉尘）切忌一次大量直接倒入水中处理，以防剧烈水解放热引起乙炔燃烧。(6)乙炔设备管道动火前必须用氮气置换至含乙炔0.2%。,三、乙炔发生的原理,电石加入发生器后遇水即反应生成乙炔气，因工业电石含有其他杂质，与水同时进行一些副反应，生成相应的杂质如磷化氢、硫化氢等气体。碳化钙水解反应式如下所示：,副反应,三、乙炔发生的原理,粗乙炔气体中杂质：磷化氢、硫化氢、氨、砷化氢、乙硫醚、乙烯基乙炔。此外，还有二乙烯基乙炔、丁间二烯基乙炔、丁二炔和乙二炔等乙炔的热聚产物。湿式发生器温度控制在85左右。水蒸气乙炔=11左右。,四、乙炔发生条件的选择,1、电石粒度的选择,有人推荐：电石完全水解时间（电石粒径）m，其中m0.5l。,表1.1.3粒度与水解时间,1、电石粒度的选择,粒度过小，水解速度过高，使反应热不能及时移走，发生局部过热引起乙炔分解和热聚，进而使温度更高而发生爆炸。粒度过大，则电石反应缓慢，在发生器底部排渣时容易夹带未水解的电石，造成电石消耗定额上升。,根据目前发生器结构有电石破碎损耗等因素考虑，一般粒度控制在80mm以下，对于四五层挡板者可选用5080mm以下，而二三层挡板者宜选50mm以下。,发生器结构的影响,发生器结构（如挡板层数、搅拌转速、耙齿角度等）对电石在发生器中停留时间和电石表面生成的氢氧化钙的移去速度有较大影响。即对一定粒度的电石，必须保证其完整水解的停留时间，并使每次电石表面覆盖的Ca(OH)2及时移去，以使电石与水有不断更新的接触表面。一般对三至五层挡板连续搅拌的发生器，电石停留时间较长，电石在发生器内水解比较完全，但一些小型的摇篮式发生器，水解过程就缓慢得多，排渣中易存在未水解的“生电石”。但是，即使结构非常完善的发生器，排出电石渣中仍含有超过反应温度下饱和溶解度的乙炔。,2、发生器温度的选择,发生器反应温度控制指标：8090。,图1.1.2不同温度下电石粒度与水解速度的关系,理论上，每吨电石水解需要0.56t的水，若无冷却作用，则水解反应热降将使温度上升到几百度以上。在湿式发生器中，一般都采用过量水来移去反应热和排出生成的Ca(OH)2。总加水量与电石之比即称作“水比”，实践证明，水解产生的渣浆含固量在020范围内，对电石水解速度影响不大，随着含固量增加，电石表面与水的接触受到阻碍，水解减慢至60左右，速度要减小几倍，发气量只有原来的1/5。,表1.1.5反应温度对发生反应的影响,由表1.1.5可见，反应温度越高乙炔损失越少，发生器排出电石渣含固量越高，相应造成排渣困难；另外，粗乙炔气中的水蒸气含量相应增加，造成冷却负荷加大；而且，从安全生产等方面考虑，也不宜使温度控制过高，一般控制反应温度在8090为好。,图1.1.3乙炔在电石渣中的损失,3、发生器压力的选择,工业生产中不允许压力（表压）0.15MPa，而尽量控制在较低的压力下操作，这样也可减少乙炔在电石渣中的溶解损失及设备的泄漏。实际操作压力，将由发生系统、冷却塔结构、气柜压力（钟罩压重），以及乙炔流来决定。也即是由发生器到水环式压缩机之间的沿程阻力降决定的。只要保证水环式压缩机进口有一定的正压，发生器可以在较低压力下操作。对于生产能力（乙炔）40006000m3/h装置，压力控制在6001000mmH2O为宜。,4、发生器液面的选择,发生器液面控制在液面计中上部为好。也就是说，保证电石加料管至少插入液面200300mm左右。,液面过高，使气相缓冲容积过少，易使排出乙炔夹带渣浆和泡沫，还有使水向上浸入电磁振动加料器及贮斗的危险。液面过低，甚至低于电石加料管时，则易使发生器气相部分的乙炔气大量逸入加料器及贮斗，影响加料的安全操作。因此，无论是电石渣溢流管安装的标高，还是底部排渣的时间或数量，都要注意液面的控制。,五、乙炔发生主要设备的识别,图1.1.4乙炔发生器结构,1、乙炔发生器的结构乙炔发生器是电石水解反应生产乙炔气的设备。目前国内使用的乙炔发生器，多数是湿法立式发生器。小型工厂曾用过摇篮式，因生产能力低、排渣中有较多的“生电石”而使电石定额较高，所以大部分已改为多层搅拌式。所谓立式多层搅拌型发生器，规格也比较多，例如从挡板层数来讲，有三、四、五层和六层等四种；从设备直径来分有1.6m、2m、2.8m和3.2m几种；从设备容积上分，小的为4m3，大的达到28m3、32m3、48m3；从搅拌上分，转速范围在13r/min，并有间歇和连续搅拌之分。,1-加料筒；2-搅拌轴；3-耙子；4-溢流管；5-平衡管；6-小搅拌；7-排渣器,乙炔发生器结构示意图,湿法乙炔发生器的主要结构如图所示。发生器是生产乙炔的主要设备，本体是由钢板焊接而成的圆柱体。为防止电石和器壁的击或摩擦而起火，在内壁衬胶或衬铝，以保证安全。,在发生器上部装有加料筒，伸至发生器内液面以下，加料筒能起水封的作用，使供料装置与发生器空间隔开。加料筒下面有托盘共五层。第一层托盘是固定在搅拌轴上的圆环形盘，与水平成2角向内倾斜。在托盘上装有相间90度角的四个耙子，每两个相应的耙子为一组。一组在托盘内缘，一组在托盘外缘，每个耙子上都装有挡板，使电石向内推进，集中到第二层托盘。第二层是固定在器壁内向外倾斜的平板托盘，与水平成2角。托盘上装有固定在搅拌轴上的两个把子，一个在托盘内缘，一个在托盘外缘，使上面落下的电石依次向外推进。,第三、四、五层托盘均为固定在器壁上托盘，倾斜角为6，方向内外交错。除第五层托盘上没有耙子外，第三、第四层都有固定在搅拌轴上的两个把子。每个耙子都有挡板，一个在外缘，一个在内缘，这样可以使电石沿坡度倾向中心，再沿坡度推向外围，随着搅拌轴的旋转，使电石由上而下，在被动的时间内得到完全分解。通过耙子的转动，可以把电石外层的氢氧化钙推抹，使电石表面不断更新。在第一层与第二层托盘之间，装有溢流管(4)与锥形底部的溢流管相连，在溢流管外加一套管，即压力平衡管，它可以起到调节液面的作用，同时也是安全装置。在发生器内压力不大时，可以防止空气侵入。在锥体内装有小搅拌，可以使粒度较小的电石得到进一步水解，在锥体底部有一个排渣器，利用专门阀门控制，定期排放废渣。,乙炔发生器的作用是使电石在耙子搅拌的作用下，由第一层托盘落至第五层托盘，在此期间分解反应不断发生，电石表面氢氧化钙不断被搅拌除去，直到反应完全。反应生成的石灰乳经溢流管排出，固体渣经锥底定期排放。反应生成的乙炔气，出发生器上部引出，经水封、冷却器进入清净系统。,2、正水封、逆水封和安全水封的作用,(1)正水封发生器产生的乙炔气经过正水封（它的进口管插入液面内），送至冷却清净系统。正水封起了单向止逆阀的作用，当发生系统和清净系统有一部分发生事故时，起到安全隔离的效果。此外，当单台发生器停车检修时，可往正水封中加水使与系统切断。一般正水封和逆水封都置于发生器顶部，其所需定期更换的含渣浆水可排入发生器内，减少乙炔溶解损失。,2、正水封、逆水封和安全水封的作用,(2)逆水封逆水封进口管（插入液面内）与乙炔气柜管线连接，出口管通到发生器上方气相部分。正常生产时，逆水封不起作用，当发生器故障（如贮斗电石“架桥”下不来，电磁振动加料器发生故障，底部排渣过多，而使液面下降等情况），设备内压力低时，气柜内乙炔气可经逆水封自动进入发生器，以保持其正压，防止系统产生负压而抽入空气形成爆炸混合物的危险。,2、正水封、逆水封和安全水封的作用,(3)安全水封当发生器故障（如正水封因冷凝水多，引起液面上升、冷却塔液面超过气体进口管等），设备内压力过高时，乙炔气自溢流口（见图1.1.4）排至安全水封，自动排入大气中。此外，由于安全水封安装在底楼，当发生器液面过高时，渣浆也可以由溢流口自动借位差经安全水封排放。因此，安全水封起了安全阀和溢流管的作用。,3、喷淋预冷器、冷却塔和气柜的作用,(1)喷淋预冷器发生器顶部设置喷淋预冷器，可减少发生乙炔气夹带的电石渣浆堵塞正水封、冷却塔及管道，并起到降温预冷、分担冷却塔负荷的作用。预冷器所用水可自顶部喷入，由底部流入发生器作为反应用水。,3、喷淋预冷器、冷却塔和气柜的作用,(2)冷却塔冷却塔一股采用喷淋塔或填料塔（小型厂），通过直接喷入冷却水来吸收与降低粗乙炔气温度使气体中的大部分水蒸气冷凝下来。冷却塔在气柜之前，可防止气柜系统（如管道）积水而影响缓冲作用。此外，乙炔经冷却降温后，有利于清净塔的次氯酸钠对磷、硫杂质的化学吸收过程。,3、喷淋预冷器、冷却塔和气柜的作用,(3)气柜主要起到发生与清净两系统的缓冲作用，特别在加料系统出现故障时，能在短时间内保证清净系统、乃至氯乙烯合成系统的连续操作。在某些乙炔生产装置中，已将气柜高度与发生器的电磁振动加料器电流控制，进行联锁自控米提高气柜的缓冲效率。,六、乙炔发生工艺流程的识读,乙炔发生的工艺流程1电动葫芦2吊斗3电磁加料器4发生器5喷淋预冷器6正水封7喷淋冷却器8气柜,乙炔发生的工艺流程,乙炔发生的工艺流程见图1.1.5。将经过破碎的小颗粒电石，装入电石吊斗2内，借电动葫芦1经第一贮斗及第二贮斗，再由电磁振动加料器3连续地加入发生器4内。电石与发生器内的水进行反应（水解），生成的粗乙炔气体由发生器顶端溢出，经过喷淋预冷器（渣浆分离器）5及正水封6进入喷淋冷却塔7及气柜8中。,水解反应所放出的热量是由过量的冷却塔废水和清净塔废水或工业补充水连续加入发生器而移走的，上述加水量将以维持发生器温度在855为标准。水解反应的副产物电石渣浆从溢流管不断流出，而较浓的渣浆及硅铁杂质则由发生器内搅拌的耙齿送至底部间歇排出。,当发生器压力因加料故障而低于控制范围时，气柜内贮存的乙炔气体借压差经逆水封（图中未标出），进入发生器内以保持设备处于正压，确保安全生产。发生器的安全水封则置于室外地坪上，连接管道安装于发生器液面略上方发气相部位。当发生器气相出口管道或冷却塔因为电石渣堵塞而压力剧增时，乙炔气经管道流入水封自动排空；而当发生器液相排渣不畅等造成液面上升时（有溢入加料器或贮斗的危险），液相部分将借位差由管道流入安全水封排出。,将电石由皮带运输机送往电石贮斗内，经盘式给料机、斗式提升机，加料小车加入上加料贮斗内，根据需要将电石放入下加料贮斗。在加料斗的加料孔中装有阀，它在电石一定重量的作用下才能启开。上加料斗有普通的盖板，盖板必须密闭。下料斗即装料料斗，利用锥形闸板盖严。有了这种双重料斗，就能在乙炔正常发生的条件下，防止连续补加电石时带入空气。,从料斗将电石投入发生器，通过调节电流量来控制振动加科器，进而控制单位时间内投入发生器的电石量。工业水及清净工序送来的废次氯酸水溶液，通过加料筒、溢流管下部和出气管处连续加入发生器。发生器内装有大搅拌器和小搅拌器，电石在搅拌下与水进行反应，反应温度保持在抛343353K，发业器内压力则由逆水封和安全水封控制在713kPa(0.070.13bar)，生成的乙炔气经正水封、冷却塔、阻火器送到清净工序。电石渣经小搅拌器充分搅拌后，由排渣器定期排渣。,七、乙炔发生系统的操作,湿式发生器的电石加料操作，应严格按照向第一和第二贮斗顺序排氮置换，然后将吊斗内的电石加入的操作顺序，其具体步骤如下。(1)向第一贮斗加料检查第一贮斗内的电石是否全部放光。关闭下部加料（气泵）阀门，打开第一贮斗放空阀和氮入口阀，使贮斗内压力在60mmHg左右，以排除贮斗内乙炔气。用电动葫芦将装有电石的吊斗从底层吊至发生器顶部，经（电子）磅秤计量后，放至加料漏斗口上。第一贮斗排气12min后关闭氮进口阀，打开上部加料阀，使吊斗内的电石进入第一贮斗内。吊斗电石放完（无响声）后，再活动一下吊斗活门，关闭上部加料阀，开动电动葫芦将空吊斗送至原处。关闭放空阀及氮气进口阀。,1、发生器的加料操作,(2)向第二贮斗加料当第一贮斗电石加好，即打开下部加料（气泵）阀门，使第一贮斗内电石加入第二贮斗。如气泵阀门打开后，电石不下去，可用木榔头或仓壁振动器敲击第一贮斗。(3)发生器加料操作的异常情况处理发生器加料操作中常见的不正常情况及处理方法见表1.1.6。,1、发生器的加料操作,表1.1.6发生器加料操作不正常情况及处理方法,2、发生器的开、停车和正常操作,(1)开车操作系统试压试漏合格、氮气置换合格、氧气含量3。检查各设备、阀门和仪表等。分别将安全水封、正水封和逆水封加好水，控制好液面高度。并设置好管线对发生器加水。启动冷却和清净系统的废水回收泵。启动发生器搅拌。启动电磁振动加料器，加入电石，并注意加料器的电流表。当发生器内温度达82时，开始由废水回收泵（或工业水阀）向发生器加水，并维持发生器液面温度。,(2)停车操作用氮气置换乙炔气。贮斗电石用完后，发生器边加水边排渣数次，直至排出清水为止。关闭发生器回收废水加水阀门和正水封回水阀，往正、逆水封内加水直到加满为止。打开下部加料（气泵）阀门、发生器放空阀和正水封上的放空阀。由加料贮斗通入氮，分别从发生器顶部及正水封上部放空，排氮压力保持在6080mmHg。,当发生器出口取样分析结果，其乙炔含量低于0.5时（如需动火检修，则应将乙炔系统全部排气，直到乙炔含量低于0.2），才可以停止排气。之后，可通知加料系统打开上部加料（气泵）阀门，使设备处于敞口。在通入氮气的情况下，应把发生器内的水全部放尽。打开设备人孔取样分析合格，办理好入罐证，对发生器进行清理检修。注意：a.如操作工需进入发生器清理检修，应打开上下全部人孔，切断搅拌器电源（拔出保险丝），并要求有专入监护。b.配合检修时，应进行发生器清理工作，除去全部渣浆和硅铁。,(3)正常操作按生产需要，调节好电磁振动加料器电流。保持电石渣浆溢流管畅通，维持发生器的液面在液面计中部电石渣浆用泵送至电石渣浆处理工序。调节加水量、溢流量和排渣量控制发生器温度在(85士5)。定期检查第二贮斗内电石量，并为加料准备好合格氮气。保持乙炔气柜在有效容积6070。定期巡回检查。每班冲洗正、逆水封一次，冲掉由乙炔气夹带过来的电石渣。保持正、逆水封液位在规定位置上，放水阀应畅通。,(4)乙炔发生器的异常情况及分析处理乙炔发生器常见的异常