氮气在干法乙炔生产中的应用

冯越峻，赵旭霞

(内蒙古伊东集团东兴化工有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 012314)

内蒙古伊东集团东兴化工有限责任公司(以下简称东兴化工)采用干法乙炔工艺生产乙炔，该工艺设计合理，产能大，能耗低，效率高，安全可靠。

东兴化工干法乙炔系统从2013年1月开车以来，基本安全稳定运行，没有发生过任何生产、安全事故，主要是由于装置设计合理、生产管理严格、工艺操作严谨。在干法乙炔生产过程中，氮气的使用贯穿了整个流程，电石备料、破碎、加料保护、出渣等工序都离不开氮气的保护。

1 氮气在干法乙炔生产方面的应用

氮气对乙炔分解爆炸有一定的抑制作用，其原因是氮气极大地稀释了乙炔在空间中的分子密度, 降低了氧气的含量，使乙炔分子与氧分子的间距增大，在它们之间形成惰性气体屏障，乙炔分子与氧分子碰撞的概率减小，使反应速率降低；同时,氮气在乙炔分解反应过程中还可以吸收反应热, 对链式反应的传播有抑制作用。

东兴化工连续半年分组对电石粉体系统进行取样分析，并根据《大学化学与化工安全工程》中第4章“燃烧和爆炸与防火防爆安全技术”中可燃气体在惰性气体中爆炸极限计算公式计算得出乙炔的爆炸上限和下限数据，结果见表1。

表1 乙炔的爆炸极限

东兴化工干法乙炔装置运行过程中，以上设备内乙炔体积分数没有超过2%。分析表1数据可以看出:在氮气的保护下，乙炔含量远低于其爆炸下限。

东兴化工通过向干法乙炔生产装置中引入氮气，减少了系统中的氧气含量，降低了反应热量和放热速率，降低甚至消除了乙炔的可爆性，保证了整个装置的安全、稳定运行。

干法乙炔生产工艺中氮气的应用流程见图1～图3。

图1 电石储存系统氮气保护

图2 粉体系统氮气保护

(1)由图3可以看到：加料仓内有氮气通入，其目的是保证电石加料仓与运行中的发生器存在一定的压差。正常情况下，加料仓与发生器压差保持在0.5～1 kPa，其作用是防止发生器内部的乙炔倒窜，避免含水蒸气的乙炔进入加料仓与电石发生反应，影响安全生产。压差不能控制得太高，否则会导致以下问题：①因加料仓压力较高，称重仓的电石不能顺利进入加料仓，称重仓内会发生蓬料现象，造成加料仓电石供应不足。②压差太高会将加料仓的原料电石经过加料螺旋输送器吹入发生器，造成发生器加料量太大，发生用水量不足，电石渣水含量低，影响安全生产。在正常情况下，压差波动范围较小，加料仓的压力会比发生器压力高0.4～0.8 kPa，可以根据实际生产情况随时调整。

图3 发生系统氮气保护

(2)由图3可以看出：发生器顶部配有氮气管道，氮气除用于置换发生器外，还有一个重要的用途就是为停车备用的发生器保压。

湿法乙炔发生器停止运行后一般采用气柜保压方式，而干法乙炔工艺一般不采用这种方式，原因是：①设备停止运行后，要避免乙炔外泄，造成安全事故；②如果用气柜回气给发生器保压，在发生器压力下降时，气柜或其他发生器中带着水分的乙炔就会补充到停止运行的发生器内，乙炔携带的蒸汽进入发生器冷凝后，形成水滴覆盖在发生器层板上，造成层板上的电石渣水含量上升，电石渣含水质量分数超过10%就会导致开车时投料运转不稳定，出渣机开启困难，搅拌电流上升，搅拌电动机自动跳停；如果电石渣含水质量分数超过30%，层板上的电石渣就会形成浆体，进入出渣机后破坏料封，造成大量乙炔外逸，引发安全事故，尤其是冬天，这种情况更加严重，因此，备用发生器需要用氮气保压。

2 结语

多年的运行证明，氮气对干法乙炔的安全生产起着至关重要的作用，没有氮气的保护，干法乙炔装置就无法安全、顺利地生产。今后还应对氮气在干法乙炔中的应用不断完善，以保证干法乙炔生产的安全与稳定。