电石法制乙炔装置散排乙炔回收利用

引言

在碳达峰碳中和战略背景下，化工生产的资源利用率提升和排放控制受到前所未有的重视。电石法乙炔装置散排气体的回收利用已成为行业实现低碳发展的关键环节。本研究通过分析散排乙炔的特性及现有回收技术的局限性，提出基于吸附分离与膜分离相结合的新型回收工艺路线，为优化乙炔生产工艺、提高原料转化率提供切实可行的技术解决方案，助力化工行业可持续发展。

1 电石法制乙炔工艺及散排乙炔特性分析

湿法电石制乙炔工艺以电石与水在发生器内反应为核心，反应式为CaC₂+2H₂OC₂H₂↑+Ca(OH)₂_Ω 。该工艺中，电石经破碎筛分后送入发生器，通过控制进水量（通常维持水温 60-80^∘C ）和电石投料速度来调节乙炔产率。反应生成的粗乙炔气体含有 PH₃ 、 H₂S 等杂质，需经次氯酸钠溶液净化处理。散排乙炔主要指发生器溢散气、设备泄漏气及系统排空气体，具有以下特性：气体浓度波动大，常伴随水蒸气饱和；含微量杂质气体，具有腐蚀性和毒性；爆炸极限范围宽，遇火花或高温极易燃爆；密度接近空气（ 0.91kg/m³ ），易在低洼处积聚。这些特性使得散排乙炔既存在回收价值，又对收集系统的安全设计提出严格要求，需采取惰性气体保护、浓度监测等特殊措施。

2 散排乙炔回收技术现状

2.1 回收系统效率低下

当前散排乙炔回收工艺普遍存在收集率偏低的问题，关键环节存在明显技术缺陷。发生器溢散气的负压收集系统设计不合理，气体逃逸量超出。管道输送过程缺乏实时浓度监测，导致混合气体比例失控。压缩机组能耗过高，运行成本超出经济承受范围。冷凝脱水装置效率不足，影响后续纯化工序效果。各单元设备衔接不畅，系统协同性差，整体回收效率难以突破技术瓶颈。

2.2 安全风险控制不足

现有回收系统在本质安全设计方面存在重大缺陷。防爆电气设备选型不符合乙炔气体特性要求，存在点火源隐患。惰性气体保护系统响应迟缓，无法有效抑制爆炸性混合物的形成。泄漏监测点位布置稀疏，报警阈值设置不合理。应急排放装置容量不足，紧急情况下无法快速泄压。检修规程未考虑乙炔气体的特殊危险性，作业过程风险管控缺失。这些安全隐患严重制约了回收技术的推广应用。

2.3 经济可行性存疑

回收系统的投入产出比失衡问题突出，预处理设备投资占总投资 40% 以上，折旧成本高昂。净化单元化学药剂消耗量大，运行费用超出预期。回收乙炔的纯度波动大，难以满足下游工艺要求。副产品处理成本未被充分计入，实际经济效益大打折扣。缺乏有效的成本分摊机制，企业投资意愿低迷。全生命周期评估体系不完善，难以准确衡量项目的综合价值。

3 回收乙炔的纯化与应用途径

3.1 多级物理吸附纯化工艺

采用活性炭与分子筛组合的吸附系统对回收乙炔进行深度纯化，前置活性炭床层主要吸附乙炔气体中的有机硫化物和部分水分，分子筛塔则针对性去除PH3 等极性杂质。系统设计采用变温变压吸附工艺，通过周期性切换吸附塔实现连续生产。吸附剂再生过程采用热氮气吹扫，确保吸附容量稳定恢复。工艺控制重点优化吸附压力、温度和时间等关键参数，平衡纯化效果与能耗关系。该工艺可有效提升乙炔纯度，同时避免引入新的化学污染。

3.2 催化氧化除杂技术

开发专用催化剂体系选择性氧化乙炔中的微量杂质，催化剂以过渡金属氧化物为活性组分，特殊载体结构确保选择性。反应系统严格控制氧含量，避免乙炔主体发生燃烧反应。工艺设计采用多段温控反应器，梯度提升反应温度实现不同杂质的逐级去除。尾气处理单元配备高效吸收装置，确保达标排放。该技术特别适用于处理含硫、磷杂质的低浓度回收乙炔，能显著改善产品气体的化学稳定性。

3.3 低温精馏提纯系统

构建深冷分离工艺实现乙炔与轻组分的有效分离，系统采用阶梯式制冷方案，逐步降低气体温度至分离所需条件。精馏塔设计考虑乙炔聚合风险，采用特殊内构件抑制结焦。工艺流程集成多级回流控制，优化产品收率与纯度平衡。防爆设计贯穿整个系统，确保深冷条件下的操作安全。该技术适用于大规模回收乙炔的集中处理，可获得高纯度产品满足特殊应用需求。

3.4 膜分离技术的创新应用

开发乙炔专用分离膜材料，利用溶解扩散机理实现高效分离。膜组件采用中空纤维结构，优化装填密度和气流分布。系统设计多级串联流程，逐步提高产品气浓度。预处理单元确保进气条件符合膜材料操作窗口。该技术具有能耗低、操作灵活的特点，特别适合中小规模分散式回收场景。通过膜材料表面改性，可针对性解决特定杂质的分离难题。未来可探索新型二维材料膜在乙炔分离中的应用，通过调控层间通道尺寸实现更高选择性和通量。同时结合人工智能技术优化膜组件运行参数，开发自适应调节的智能膜分离系统。

3.5 纯化乙炔的多元化应用

高纯度回收乙炔可作为原料气返回主生产工艺循环利用，在精细化工领域用于合成维生素中间体等高附加值产品。经过特殊处理的乙炔气体满足金属切割焊接的品质要求。调整纯化工艺参数可获得不同规格产品，适应多样化市场需求。应用过程需建立严格的质量追溯体系，确保终端产品的性能稳定性。通过开发梯度化应用方案，最大化回收乙炔的经济价值。未来可探索乙炔在新能源材料制备中的应用潜力，如开发乙炔基碳材料等新型高价值转化路径。同时结合物联网技术构建应用过程的全生命周期管理系统，实现从回收到终端应用的质量闭环控制。

3.6 安全监控与智能优化系统

构建覆盖全流程的智能监控平台，实时追踪乙炔纯化过程中的关键参数。采用多传感器融合技术监测气体浓度、温度、压力等变量，通过边缘计算实现异常状态的快速识别。部署自适应控制算法，根据原料气组分变化动态调整工艺参数。建立数字孪生模型模拟不同工况下的系统行为，辅助优化操作策略。智能预警系统基于历史数据和实时分析预测设备风险，提前启动防护措施。该技术体系显著提升纯化过程的安全性和稳定性，为回收乙炔的高效利用提供智能支撑。

结束语

综上所述，电石法制乙炔装置的散排气体回收利用是提升资源效益和实现清洁生产的重要举措。未来应进一步优化气体收集系统设计，开发更具选择性的分离材料，完善回收气体的纯化工艺。同时要注重工艺安全性的系统评估，推动回收技术的标准化和模块化发展，形成经济效益与环境保护并重的良性循环，为化工行业的高质量发展提供新的技术支撑。

参考文献

[1]黄鑫磊.基于配体手性效应构筑金属有机框架材料及吸附分离性能研究[D].浙江大学,2023.

[2]姜芸佳.柱笼型离子杂化框架材料的构筑及其烯烃分离纯化应用研究[D].浙江师范大学,2023.

[3]王玮泽.金属/共价有机框架的构筑及其吸附分离乙炔和二氧化碳的研究[D].西北农林科技大学,2023.

[4]刘博翔.基于铑催化环金属化启动的乙炔高附加值转化研究[D].华南理工大学,2023.

[5]王昊天.双齿螯合配体基MOFs对多组分气体中乙烯的纯化性能研究[D].北京工业大学,2022.