氮氣在干法乙炔生產中的應用

馮越峻，趙旭霞

(內蒙古伊東集團東興化工有限責任公司，內蒙古 烏蘭察布 012314)

內蒙古伊東集團東興化工有限責任公司(以下簡稱東興化工)采用干法乙炔工藝生產乙炔，該工藝設計合理，產能大，能耗低，效率高，安全可靠。

東興化工干法乙炔系統從2013年1月開車以來，基本安全穩定運行，沒有發生過任何生產、安全事故，主要是由于裝置設計合理、生產管理嚴格、工藝操作嚴謹。在干法乙炔生產過程中，氮氣的使用貫穿了整個流程，電石備料、破碎、加料保護、出渣等工序都離不開氮氣的保護。

1 氮氣在干法乙炔生產方面的應用

氮氣對乙炔分解爆炸有一定的抑制作用，其原因是氮氣極大地稀釋了乙炔在空間中的分子密度, 降低了氧氣的含量，使乙炔分子與氧分子的間距增大，在它們之間形成惰性氣體屏障，乙炔分子與氧分子碰撞的概率減小，使反應速率降低；同時,氮氣在乙炔分解反應過程中還可以吸收反應熱, 對鏈式反應的傳播有抑制作用。

東興化工連續半年分組對電石粉體系統進行取樣分析，并根據《大學化學與化工安全工程》中第4章“燃燒和爆炸與防火防爆安全技術”中可燃氣體在惰性氣體中爆炸極限計算公式計算得出乙炔的爆炸上限和下限數據，結果見表1。

表1 乙炔的爆炸極限

東興化工干法乙炔裝置運行過程中，以上設備內乙炔體積分數沒有超過2%。分析表1數據可以看出:在氮氣的保護下，乙炔含量遠低于其爆炸下限。

東興化工通過向干法乙炔生產裝置中引入氮氣，減少了系統中的氧氣含量，降低了反應熱量和放熱速率，降低甚至消除了乙炔的可爆性，保證了整個裝置的安全、穩定運行。

干法乙炔生產工藝中氮氣的應用流程見圖1～圖3。

圖1 電石儲存系統氮氣保護

圖2 粉體系統氮氣保護

(1)由圖3可以看到：加料倉內有氮氣通入，其目的是保證電石加料倉與運行中的發生器存在一定的壓差。正常情況下，加料倉與發生器壓差保持在0.5～1 kPa，其作用是防止發生器內部的乙炔倒竄，避免含水蒸氣的乙炔進入加料倉與電石發生反應，影響安全生產。壓差不能控制得太高，否則會導致以下問題：①因加料倉壓力較高，稱重倉的電石不能順利進入加料倉，稱重倉內會發生蓬料現象，造成加料倉電石供應不足。②壓差太高會將加料倉的原料電石經過加料螺旋輸送器吹入發生器，造成發生器加料量太大，發生用水量不足，電石渣水含量低，影響安全生產。在正常情況下，壓差波動范圍較小，加料倉的壓力會比發生器壓力高0.4～0.8 kPa，可以根據實際生產情況隨時調整。

圖3 發生系統氮氣保護

(2)由圖3可以看出：發生器頂部配有氮氣管道，氮氣除用于置換發生器外，還有一個重要的用途就是為停車備用的發生器保壓。

濕法乙炔發生器停止運行后一般采用氣柜保壓方式，而干法乙炔工藝一般不采用這種方式，原因是：①設備停止運行后，要避免乙炔外泄，造成安全事故；②如果用氣柜回氣給發生器保壓，在發生器壓力下降時，氣柜或其他發生器中帶著水分的乙炔就會補充到停止運行的發生器內，乙炔攜帶的蒸汽進入發生器冷凝后，形成水滴覆蓋在發生器層板上，造成層板上的電石渣水含量上升，電石渣含水質量分數超過10%就會導致開車時投料運轉不穩定，出渣機開啟困難，攪拌電流上升，攪拌電動機自動跳停；如果電石渣含水質量分數超過30%，層板上的電石渣就會形成漿體，進入出渣機后破壞料封，造成大量乙炔外逸，引發安全事故，尤其是冬天，這種情況更加嚴重，因此，備用發生器需要用氮氣保壓。

2 結語

多年的運行證明，氮氣對干法乙炔的安全生產起著至關重要的作用，沒有氮氣的保護，干法乙炔裝置就無法安全、順利地生產。今后還應對氮氣在干法乙炔中的應用不斷完善，以保證干法乙炔生產的安全與穩定。