氮氣在干法乙炔生產(chǎn)中的應(yīng)用

馮越峻，趙旭霞

(內(nèi)蒙古伊東集團東興化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012314)

內(nèi)蒙古伊東集團東興化工有限責(zé)任公司(以下簡稱東興化工)采用干法乙炔工藝生產(chǎn)乙炔，該工藝設(shè)計合理，產(chǎn)能大，能耗低，效率高，安全可靠。

東興化工干法乙炔系統(tǒng)從2013年1月開車以來，基本安全穩(wěn)定運行，沒有發(fā)生過任何生產(chǎn)、安全事故，主要是由于裝置設(shè)計合理、生產(chǎn)管理嚴(yán)格、工藝操作嚴(yán)謹(jǐn)。在干法乙炔生產(chǎn)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(chǎn)方面的應(yīng)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(yīng)速率降低；同時,氮氣在乙炔分解反應(yīng)過程中還可以吸收反應(yīng)熱, 對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的傳播有抑制作用。

東興化工連續(xù)半年分組對電石粉體系統(tǒng)進行取樣分析，并根據(jù)《大學(xué)化學(xué)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(shù)”中可燃?xì)怏w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(shù)據(jù)，結(jié)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(shè)備內(nèi)乙炔體積分?jǐn)?shù)沒有超過2%。分析表1數(shù)據(jù)可以看出:在氮氣的保護下，乙炔含量遠(yuǎn)低于其爆炸下限。

東興化工通過向干法乙炔生產(chǎn)裝置中引入氮氣，減少了系統(tǒng)中的氧氣含量，降低了反應(yīng)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(wěn)定運行。

干法乙炔生產(chǎn)工藝中氮氣的應(yīng)用流程見圖1～圖3。

圖1 電石儲存系統(tǒng)氮氣保護

圖2 粉體系統(tǒng)氮氣保護

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

圖3 發(fā)生系統(tǒng)氮氣保護

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

濕法乙炔發(fā)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(shè)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(fā)生器保壓，在發(fā)生器壓力下降時，氣柜或其他發(fā)生器中帶著水分的乙炔就會補充到停止運行的發(fā)生器內(nèi)，乙炔攜帶的蒸汽進入發(fā)生器冷凝后，形成水滴覆蓋在發(fā)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(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%就會導(dǎo)致開車時投料運轉(zhuǎn)不穩(wěn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(fā)安全事故，尤其是冬天，這種情況更加嚴(yán)重，因此，備用發(fā)生器需要用氮氣保壓。

2 結(jié)語

多年的運行證明，氮氣對干法乙炔的安全生產(chǎn)起著至關(guān)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(chǎn)。今后還應(yīng)對氮氣在干法乙炔中的應(yīng)用不斷完善，以保證干法乙炔生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定。