电石干法乙炔固定床合成醋酸乙烯康森

电石干法乙炔固定床合成醋酸乙烯康森
发布时间：2021-11-02T01:11:24.340Z 来源：《中国科技人才》2021年第20期作者：康森
[导读] 我国PVC行业发展迅速，电石法在我国PVC行业中占据主导地位。

新疆中泰化学阜康能源有限公司
摘要：我国PVC行业发展迅速，电石法在我国PVC行业中占据主导地位。

但长期以来，电石水解制乙炔产生的大量电石渣和废水不仅浪费了自然资源，增加了企业的生产成本，而且对自然环境造成了严重污染，制约了行业的发展。

随着国家节能减排措施的出台和实施，传统的电石水解法制聚氯乙烯工艺明显不能适应新产业政策的需要。

因此，加大乙炔生产新技术的开发和应用是聚氯乙烯行业可持续发展的重要基础。

关键词：电石；干法乙炔；固定床；醋酸乙烯；节能；环保；
电石干法乙炔与湿法乙炔相比具有节能环保的优势，固定床比沸腾床有更高的收率和节能效益。

将电石干法乙炔与固定床相结合用于醋酸乙烯的生产必将推动醋酸乙烯产业向节能环保方向发展。

一、电石干法乙炔的优势
1.干法乙炔工艺相对于湿法乙炔工艺无需沉降及压滤处理，大大降低了基本建设投资和正常生产运行费用。

2.湿法乙炔由于排出的电石渣中有极高的含水量，乙炔会溶解在水中随电石渣排出，造成一定的损失。

而干法乙炔由于加料是连续的，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可以提高收率2.5%，电石水解率高达99.85%，没有生电石排出，节约了生产成本。

3.干法工艺所需水量只有0.7t/t电石，其余全部循环使用，所加入的水为废NaClO3。

废NaClO3经一次循环使用后刚好与干法工艺用水量达到平衡，使乙炔车间达到水零排放。

4.电石乙炔法对环境造成污染的一个重要来源就是生产中排出的电石渣。

目前，工业上利用电石渣生产水泥解决了这一问题。

但是，湿法乙炔经压滤后的滤饼通常仍含40%~50%的水份，为了能够生产水泥，需要将滤饼中的水份去掉，而每除掉1t水需要150kg标准煤。

目前，聚氯乙烯工业电石湿法乙炔每生产1t聚氯乙烯，会产生1.8t电石渣，工艺标准煤单价按450元?t-1计算，处理费用为81元。

年产10万t聚氯乙烯需要810万元用于电石渣的处理。

而干法工艺产生的电石渣无需干燥便可用于生产水泥，节约了生产成本。

5.电石干法乙炔工艺可实现水的零排放，没有废水污染。

干法乙炔生产工艺从破碎到排渣均为密闭进行，可避免大气污染。

由于电石干法乙炔具有以上节能、节水、环境保护以及电石渣利用等方面的优势，目前，我国电石干法乙炔工艺既有国内自主研发技术，也有国外引进的技术工艺。

国内拥有电石干法乙炔技术的企业还比较少，电石湿法乙炔仍处于主导地位，而且，电石干法乙炔技术工艺多数用于聚氯乙烯的生产，而将电石干法乙炔应用于醋酸乙烯的生产目前国内只有一家企业。

二、干法乙炔工艺的优点
1.安全性。

在干法乙炔生产过程中，电石是通过带有密封装置的计量螺旋输送器连续密闭地加入到发生器中，密封可靠，无需置换，无泄漏，因此，在加料过程中安全可靠。

湿法乙炔工艺反应温度为85℃，产物中乙炔/水蒸气体积比为1∶1，干法乙炔工艺反应温度为93℃，产物中乙炔/水蒸气的体积比为1∶3，蒸汽含量高，安全性高；排渣过程是连续密闭的，密封压力可调，排渣机使用等压料封，排渣过程安全性好。

当系统突然停电或重要设备出现故障时，反应几乎立即停止，无需作任何处理，提高了故障状态的安全性。

2.经济性。

以电石法10万t/a PVC为例，比较干法乙炔生产工艺与湿法乙炔生产工艺的经济性，干法乙炔工艺无需沉降及压滤处理，无需渣浆处理，因而，基本建设投资少，运行费用更低，乙炔收率更高，水消耗更少，电石渣处理费用低，整体经济性明显优于湿法乙炔工艺。

3.环保性。

干法乙炔生产装置所需的水来自废次氯酸钠，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，可以实现整个车间无废水排放及粉尘排放。

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扬尘，气体污染物排放量少，只在排渣机出口处的水蒸气中能检测出体积分数为0.02%的乙炔气体。

所排出的电石渣为优良的制造水泥的材料，亦可用作其他建筑材料。

三、固定床工艺
反应物料呈气态，通过由静止的催化剂颗粒构成的床层进行反应的装置，称为气固相固定床催化反应器，简称固定床反应器。

在醋酸乙烯合成工业中，固定床相比于沸腾床具有无可比拟的优势。

第一，固定床具有节能的显著特点。

固定床中反应气体是从上而下通过反应
器，反应气体仅仅需要克服与催化剂的摩擦力，因而固定床具有较低的压力降，这样固定床工艺入口压力20kPa以上就能满足合成反应的需要。

但是沸腾床由于要使催化剂处于流化状态，反应气体从下而上通过合成反应器，反应气体不仅要克服与催化剂的摩擦力，同时还要克服催化剂颗粒的重力，沸腾床工艺会有较大的压力降，因此，沸腾床工艺入口压力至少在40kPa以上才能满足合成反应的需要。

第二，固定床用催化剂的活性较高。

固定床合成醋酸乙烯所用的催化剂为圆柱状的小颗粒，采用浸渍法进行配制。

在配制过程中浸渍液与载体活性炭有较长的时间接触，有利于活性成分缓慢的移动到活性炭载体的内孔，从而活性成分均匀的分布在活性炭内孔表面。

而沸腾床合成醋酸乙烯所使用的催化剂为喷淋法制备，在制备过程中含活性成分的喷淋液从上而下喷洒在处于流态化的活性炭上，因此，极易造成活性成分分布不均，所以沸腾床用催化剂的活性及寿命远远低于固定床催化剂的。

第三，固定床工艺可以减轻精馏工序的工作负荷，从而节约生产成本。

沸腾床合成醋酸乙烯工艺中，由于催化剂颗粒处于沸腾状态，催化剂与固定床器壁碰撞、摩擦，催化剂颗粒不断被磨损、破碎，从而细小的催化剂颗粒随着合成气进入到分离塔。

在分离塔的一段，催化剂粉末被分离下来，然后送到精馏工序进一步的分离处理。

但是在固定床工艺中，催化剂颗粒处于固定状态，催化剂不会磨损、破碎，固定床的出口合成气中不含有催化剂粉末，因此，也不需要对催化剂粉末进行分离，减轻了精馏工序的操作负担，节约生产成本。

第四，固定床工艺具有更高的时空收率。

利用乙炔和醋酸反应生成醋酸乙烯中，乙炔吸附到催化剂表面是该反应的控制步骤，因此，醋酸乙烯工业生产中通常加大乙炔与醋酸的摩尔比，使乙炔气体大大过量，加大乙炔分压，加快反应速率，提高催化剂的时空收率。

沸腾床中乙炔与醋酸的摩尔比通常为2~3，而固定床中的摩尔比却高达7~8，因此，固定床的催化剂有更高的时空收率。

第五，热集成技术的应用，使固定床工艺具有明显的节能效益。

在醋酸乙烯合成工艺中，由于乙炔的大大过量，乙炔需要从合成气中分离出来，作为循环乙炔循环利用。

循环乙炔在沸腾床工艺中的初始温度为0℃左右，从图1工艺流程方框图a 沸腾床工艺可以看出，沸腾床工艺设置了第一、第二预热器，将循环乙炔加热到进入合成反应器所需要的温度。

图1 工艺流程方框图
第一预热器使用蒸汽进行加热，第二预热器利用从合成反应器出来的导热油进行加热。

而在图1工艺流程图b固定床工艺中，循环乙炔的初始温度为20℃左右，利用合成气与循环乙炔进行换热，代替沸腾床工艺中的第一预热器，因而可以节省蒸汽的使用量，降低生产成本。

固定床反应器的主要缺点在于传热性能较差。

乙炔和醋酸反应生成醋酸乙烯为放热反应，温度对反应速度影响很大，反应过程要求及时移走热量。

但在固定床内，由于催化剂导热性较差，反应气体流速受压降限制又不能太大，这就造成了传热和温控上的困难，但是这一缺点可以通过选择合适管径和长度的反应列管而加以克服。

总之，将电石干法乙炔和固定床工艺相结合用于生产醋酸乙烯，必将开辟醋酸乙烯生产的新局面，对推进我国醋酸乙烯行业向节能环保方向发展具有重大的意义。

参考文献：
[1]赵小萍.关于电石干法乙炔固定床合成醋酸乙烯.2020.
[2]刘菊华.国内外醋酸乙烯生产应用及市场分析.2019.。