干法乙炔降耗措施的分析及研究

干法乙炔降耗措施的分析及研究

石多英,闫佰强, 陈大旭,贠文慧

金川区金泥干法乙炔有限责任公司  甘肃省金昌市  737100

摘要：本文主要聚焦于干法乙炔生产过程中的能源消耗，并深入探索了针对性的降耗措施。首先，详细解析了干法乙炔的生产过程，侧重于原料及设备的选择，并梳理了主要生产步骤。其次，对乙炔合成及纯化过程中的能耗进行了深入剖析，并对其他潜在耗能环节进行了探索。最后，提出了一系列具有针对性的降耗策略，包括但不限于工艺优化、创新技术的引入和应用，以及自动化和信息化的进一步推进。

关键词：干法乙炔；降耗措施；技术实施

引言：干法乙炔，作为一种化工生产中的重要原料，对于各类化学合成过程具有举足轻重的地位。然而，干法乙炔的生产过程以其高能耗而备受诟病，这对于实现可持续发展和提高经济效益构成了严重挑战。因此，寻求并研究干法乙炔生产过程中的降耗措施，对于推动我国化工产业生产过程走向绿色、高效的道路，具有重要的理论指导意义和实践价值。

1、干法乙炔生产过程概述

1.1电解过程

通过向电解槽中注入碳酸钙溶液，并通入电流，使得碳酸钙发生电解反应，生成乙炔和氧。反应方程为：CaCO3 -> CaO + CO + C2H2。

1.2冷却过程

乙炔在生成过程中会产生大量热量，对此应通过冷却装置来降低温度。

1.3净化过程

生成的乙炔气体会带有杂质，如氧气、氮气、氢气、未反应完全的碳酸钙等，需要进行净化。一般采用化学吸附或物理吸附的方式进行，如使用酸性溶液（如硫酸铜溶液）进行化学吸附，生成乙炔气体的反应方程为：2CuSO4+ C2H2→ Cu2S + 2H2SO4。在净化过程中，不仅可以去除杂质，还可以利用这一过程中生成的硫酸再次回收铜，形成闭环。

1.4压力调节

乙炔在高压下易发生自爆，因此需要通过压力调节装置将压力调整至安全范围内。乙炔的临界压力约为1.5MPa，一般来说生产中的乙炔压力会被控制在0.1MPa以下。在压力调节过程中，会配合冷却装置对乙炔进行冷却，以避免由于压力过高和温度过高同时引起的爆炸。此外，储存乙炔时，会使用充满孔隙的硅酮油石棉或者溶剂（如二甲苯、丙酮等）的金属容器，来进一步降低乙炔在储存过程中的压力。

2、干法乙炔的主要耗能环节分析

2.1乙炔的合成过程耗能

乙炔的合成过程主要是石墨电极在电解炉中电解碳酸钙的过程，以及电弧炉中电热分解气体的过程，这两个步骤均为高能耗过程。在电解反应中，碳酸钙在电解炉的电流作用下，被电离为氧气、一氧化碳和乙炔气体。此过程中的电能消耗较大，反应方程为：CaCO3 -> CaO + CO + C2H2。并且后续的电热分解过程也是能耗巨大，此过程需在近2000K的高温环境下进行，既消耗电能，又消耗热能。因此，乙炔的合成过程是生产过程中主要的能耗环节。

2.2乙炔的纯化过程耗能

乙炔的纯化过程主要是化学吸附或物理吸附去除气体中的杂质，该过程会消耗一定的能量。特别是在化学吸附过程中，需要用到硫酸铜溶液这样的强酸性溶液。虽然在硫化过程中可以回收硫酸，但溶液的再生和循环利用过程中也会消耗一定的能量。此外，纯化过程中的温度和压力控制也会增加额外的能耗。例如，需要用冷却水对纯化塔进行冷却，以控制塔内温度，防止自热自燃现象的发生。同样，需要使用压力调节装置调整塔内压力，防止因压力过高导致的乙炔爆炸，这些控制环节都会消耗一定的能量。

2.3其他耗能环节

除了上述两个主要环节，其他的耗能环节包括设备的启动和停止、设备的维护和检修、冷却系统的运行以及安全系统的维护等。例如，设备的启动和停止过程中，需要对设备进行预热和冷却，该阶段会消耗额外的能源。设备的维护和检修不仅需要人力，也需要电力和物料。冷却系统需要消耗电力来驱动冷却水的循环，安全系统则需要定期检查和维护，以确保系统的正常运行。

3、干法乙炔降耗措施的实施策略

3.1工艺优化策略

(1)反应条件优化

反应条件对整个乙炔生产过程的能耗有着直接影响。在电解炉中，通过调整电解电流（I）和电解电压（V）至最佳条件，可有效提升电解效率η（η = I * V / (Q * ∆H)，其中Q为电解物的量，∆H为电解反应焓变）。

(2) 流程布局优化

优化生产流程布局也是降耗的重要手段。例如，将热能密集型设备如电热分解炉和电能密集型设备如电解炉集中布置，并通过热交换器（Q = mc∆t，Q为热量，m为质量，c为比热，∆t为温度差）实现能量回收和再利用。同时，采用最短管线长度L和最佳阀门开启度α减少输送过程中的能量损失。

(3) 设备选择和优化

选择具有最佳性能指标的设备为降低能耗的关键。如选择电解效率η高达85%以上，热稳定性能优良的石墨电极电解炉。对于纯化塔，选择塔板效率ε高达90%以上，能耗性能出色的塔板。另外，定期进行设备的维护和检修，如每半年进行一次全面检查，既可以保证设备的正常运行，降低能耗，也可以延长设备的使用寿命

[1]。

3.2创新技术的引入与应用

(1) 绿色生产技术的引入

绿色生产技术是在乙炔生产过程中降低能耗和减少环境影响的重要手段。例如，可以引入“封闭式电解炉”技术，这种电解炉采用封闭式设计，由此减少热能的散失，显著提升能源的利用率。另外，应用“废热回收”技术，将电热分解过程产生的高温废气通过热交换器回收利用，既能够节省能源，又能减少排放。

（2）高效节能设备的应用

应用高效节能设备是降低能耗的重要手段。如引入具有节能特性的高效电解炉，其特性包括具有高电解效率（η>85%）和良好热稳定性。另外，引入具有高分离效率和低能耗性能的塔板，比如柱效率（ε）超过90%的塔板，可以提高乙炔的纯化效率，降低能耗[2]。

3.3 自动化与信息化的推进

(1) 工业自动化的实施

工业自动化技术的引入，实质上是对乙炔生产过程中的各项参数进行精细管理和实时调控。例如，自动化电解炉可以通过反馈控制系统，根据电解液的实时温度和电解电流电压数据，自动调整加热器功率和电解电流，从而保持电解反应在最佳的能耗区间[3]。此外，电热分解炉也可以通过自动化技术实现温度、压力的实时控制，确保乙炔的产率和质量，同时节省能源。而自动化仪表可对整个生产过程进行全面监控，由此提升设备的运行效率，增强生产安全性。

(2) 数据分析在降耗中的作用

数据分析是实现乙炔生产能耗降低的重要手段。首先，收集和记录整个生产过程中的关键参数数据，例如电解炉的电解电压、电解电流、电解液温度，电热分解炉的反应温度、反应压力，纯化过程的塔顶压力、塔底温度等。其次，需合理利用统计分析方法，找出各参数之间的相关性，以及其与能耗的关系。这不仅可以帮助工作人员发现和解决现有的问题，而且可以对未来的生产过程进行预测和优化。例如，通过分析电解电流与电解电压的关系，可以优化电流调节策略，以降低电能消耗。对于纯化过程，通过数据分析，可以找出最佳的操作参数，提高纯化效率，减少能耗。

结束语：总之，通过对干法乙炔生产过程的深入分析，可明确主要的耗能环节，并针对这些环节提出了具体的降耗策略。如上提出的策略旨在通过优化工艺、引入创新技术、推进自动化和信息化等手段，降低乙炔生产的能耗，提高生产效率。笔者期望，这些措施可以为乙炔生产企业提供一种新的思路，帮助工作人员可在实际生产中实现降耗、提效，推动乙炔生产向更加绿色、高效的方向发展。

参考文献：

[1]冯越峻,韩鹏江,赵旭霞,等. 干法乙炔除尘系统工艺改进[J]. 聚氯乙烯,2022,50(10):4-6.

[2]刘喜,魏自强,付长江. 干、湿法乙炔装置水平衡研究[J]. 聚氯乙烯,2022,50(5):3-4.

[3]杨红芹. 干法乙炔装置的典型设备布置与管道设计问题[J]. 石油石化物资采购,2022(19):34-36.