探究电石破碎过程中乙炔回收技术的应用

探究电石破碎过程中乙炔回收技术的应用

郑学良

新疆美克化工股份有限公司  新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州841000

摘要：在技术进步的大背景下，乙炔回收技术的发展提供减少损失、提高生产效率的可能性。本研究首先概述电石的生产和破碎过程，其次分析乙炔的产生机理及其在破碎过程中的逸散情况以及其在实际应用中的策略、效果。

关键词：电石破碎；乙炔回收技术；应用

引言

随着工业化进程的加速，资源高效利用和环境保护成为迫切需求。在电石生产中，破碎过程释放的乙炔若未有效回收，将造成经济损失及环境问题。对此需采取乙炔回收技术，进一步降低资源消耗。

1、电石破碎技术概述

电石，即碳化钙（CaC₂），是通过高温熔炼石灰石和焦炭在电炉中反应制得。在生产过程中，所得电石块通常需经破碎处理以符合后续化学反应的要求，破碎至粒径通常控制在50至80毫米。电石破碎是通过机械力将大块电石打碎成较小粒度的关键过程，涉及多种类型的破碎机，包括颚式破碎机、锤式破碎机和辊式破碎机等。

在破碎过程中，由于电石与水的接触，会有少量乙炔（C₂H₂）气体生成并随之逸出。乙炔是一种高度易燃气体，其安全生产和回收作用较大。实际操作中，电石破碎过程中的乙炔释放量可达到0.3%至0.5%的电石重量，具体数值依赖于电石的水分含量和破碎机械的密封性能。例如，一吨电石在破碎过程中大约会释放3至5公斤乙炔。因此，合理控制破碎环节中的乙炔回收不仅有助于提高资源的利用效率，也为保障生产安全的必要措施。

2、乙炔回收技术的原理与分类

2.1物理回收方法

2.1.1 冷凝法

冷凝法是利用乙炔在不同温度下的溶解度或凝结点来实现其从气体混合物中的分离。通过降低温度，乙炔气体在冷凝器中被冷却，从而转化为液态或固态，实现从其他非冷凝气体的分离。例如，将含乙炔的气体混合物冷却至-82.5°C以下，乙炔就可以从气态转变为液态。这一过程需用到特制的低温冷凝装置，其设计需考虑到乙炔回收的效率与经济性。

2.1.2 吸附法

吸附法利用固体吸附剂（如活性炭或分子筛）的表面吸附特性来回收乙炔。含乙炔的气体在通过填充有吸附剂的吸附塔时，乙炔分子被吸附剂表面捕获，而其他成分则通过吸附塔未被吸附。当吸附剂达到饱和状态后，可以通过加热或减压的方式进行再生，释放吸附的乙炔，实现循环使用。吸附法特别适合于低浓度乙炔的回收，具有操作简便、成本相对低廉的优点。

2.2化学回收方法

2.2.1 水合反应

乙炔可以通过水合反应生成乙醇，这是一个典型的化学转化方法。反应过程中，乙炔在催化剂（如汞盐和硫酸）的作用下与水反应，生成乙醇。此反应的化学方程式为：C2​H2​+H2​O→C2​H5​OH此方法的优点是可以将乙炔转化为高价值的乙醇，但需要使用到有害的汞盐作为催化剂，因此存在环境风险和汞污染问题。近年来，研究人员致力于开发更环保的催化剂来替代传统汞催化系统。

2.2.2加成反应

乙炔的加成反应同样可以用于乙炔回收，其主要是通过与氯化氢或氯化碱进行加成反应，生成氯乙烯或乙炔二醇等化合物。例如，乙炔与氯化氢反应生成氯乙烯的方程式为：C2​H2​+HCl→C2​H3​Cl此反应不仅回收了乙炔，还生产了作为PVC生产原料的重要化工产品氯乙烯。此类反应通常需要适当的催化剂和反应条件控制，以确保高效率和选择性。

2.3比较不同回收技术的效率和适用性

2.3.1理回收方法的效率和适用性

物理回收方法，尤其是冷凝和吸附法，具有操作简单、设备投资相对较低、可在较宽的温度和压力范围内操作的优点。例如，吸附法适用于连续或间歇的气体流，并能处理低浓度乙炔，使其在广泛的工业应用中非常受欢迎。其主要局限在于吸附剂的寿命和再生需要。在乙炔回收中，吸附剂的选择和操作条件（如温度和压力）对回收效率影响极大。

2.3.2化学回收方法的效率和适用性

化学回收方法通常能将乙炔转化为高附加值的化学品，如乙醇和氯乙烯，这些产品不仅可以出售以产生额外收入，也为乙炔提供了相对稳定的消费途径。化学方法的回收效率通常较高，可以达到90%以上，在催化剂的帮助下更高。然而，化学方法的主要挑战在于对反应条件的严格要求，包括温度、压力和催化剂的选择，其需要精细的工艺控制。此外，化学方法可能涉及有害化学品，如汞和其他有毒物质等。

3、乙炔回收技术的工程应用

3.1需求分析

首先，必须评估电石破碎过程中乙炔的产生量，通常情况下，每生产1吨电石可生成约300升（约0.54千克）乙炔。根据这一数据，对于一家日处理100吨电石的工厂而言，每天大约会有54千克乙炔气体需要回收。

其次，考虑到工厂的地理位置、气候条件和环境法规，需求分析还应包括对乙炔回收系统所需的操作温度（通常在-20°C至+40°C之间）和压力（不超过1.2 MPa）的评估。此系统还应具备高效率的气体检测和泄漏控制机制，以满足严格的安全和环保标准。最终，需求分析应综合考虑乙炔回收的经济效益，评估系统的投资回报期（ROI），预计乙炔回收技术的实施将在3至5年内达到盈亏平衡点。

3.2解决方案设计

3.2.1系统组成

（1）设计用于降低乙炔气体至其冷凝点（-82.5°C）的冷凝系统，需要选用高效能的冷冻机组和保温良好的管道。冷凝器的容积需根据日处理量计算，例如对于每日处理100吨电石的工厂，设计的冷凝系统需要处理大约54千克乙炔。

（2）在冷凝之后，低浓度乙炔通过装填有活性炭或分子筛的吸附塔进行进一步回收。吸附塔的设计需考虑足够的吸附剂填充量和气体流速，以确保最大化乙炔回收。

3.2.2安全设计

（1）整个系统需配备乙炔浓度检测器和自动泄漏控制系统，以及紧急停机设施，确保在发生泄漏时能迅速采取措施，保障操作人员和设施的安全。

（2）由于乙炔具有极高的易燃性，系统设计必须符合国际防爆标准，包括使用防爆型电气设备和防火材料。

3.3开发与配置

3.3.1 硬件安装与调试

硬件安装是乙炔回收系统实施的基础，包括冷凝器、吸附塔、泵、管道和安全系统等关键设备的物理安装。调试过程则是确保这些设备在实际操作中能达到设计指标的关键步骤。首先，需根据工程设计图和设备制造商的指南进行设备安装。这一步骤需要特别注意设备的正确位置、稳固安装及与现有生产系统的接口。其次，在设备安装后，进行系统的初步调试，包括启动系统，检查设备运行状态，调整参数以达到最佳运行效果。例如，调整冷凝器的温度设定和吸附塔的流速，确保乙炔回收的效率最大化。

3.3.2 软件配置与系统集成

许多乙炔回收系统包含一个集成的控制系统，用以监控和调整设备操作。软件配置和系统集成是确保设备正确响应操作命令的必要步骤。

首先，需根据操作需求配置控制系统软件，设置参数如温度、压力、流量等，确保这些参数可以在安全范围内自动调整。此外，软件需要能够处理异常情况，并提供操作员必要的报警和指示。其次，将控制系统与现场的物理设备集成，确保数据的准确传输和实时监控。这通常包括网络设置、传感器和执行器的校准，以及与总控室的数据连接。

结束语：综上所述，在电石行业，通过实施综合回收策略，可实现生产效率和环境保护的双重提升。未来研究应进一步探索乙炔回收技术的创新与优化，需侧重在提高回收效率和降低运营成本方面。

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