乙炔工段
乙炔工序学习资料
二○○一年七月十日星期二
目录
第一章原料与产品 (5)
第一节原料电石 (5)
一性能 (5)
二用途 (9)
三制造方法 (10)
四规格 (11)
五包装和储运 (11)
第二节产品乙炔 (12)
一性能 (12)
二用途 (18)
三制造方法 (19)
四规格 (19)
五包装和贮运 (20)
六安全事项 (20)
第三节辅助原料 (21)
一液氯 (21)
第二章乙炔的发生 (23)
第一节乙炔生产方法的简单介绍 (23)
一烃类裂解法 (23)
二电石法 (25)
三几种乙炔生产方法的比较 (26)
第二节乙炔的发生原理 (27)
二对原料电石的要求 (27)
三反应原理 (27)
第三节乙炔发生工艺控制指标的讨论 (28)
一以公用工程的要求 (28)
二原料电石的质量 (28)
三乙炔发生系统的压力 (30)
四乙炔发生系统的温度 (30)
五发生器的液面 (31)
六加料时贮斗的通氮置换 (31)
七发生器的加料、搅拌、仃留时间和排渣 (32)
八乙炔发生的水量 (32)
九乙炔气柜 (33)
十粗乙炔的质量指标 (34)
十一乙炔发生部分工艺控制指标 (34)
第三章乙炔的清净 (36)
第一节乙炔清净的目的 (36)
一乙炔气体中的杂质 (36)
二乙炔清净的目的 (36)
第二节乙炔清净的方法 (37)
一清净剂的选择 (37)
二乙炔清净方法简单介绍 (37)
第三节乙炔清净原理 (39)
一次氯酸钠的制备 (39)
二次氯酸钠的氧化反应 (40)
三酸碱中和反应 (40)
四低温水洗 (40)
五液滴分离 (41)
六杂质进一步用活性炭吸附净化乙炔 (41)
第四节乙炔清净工艺控制指标的讨论 (41)
一GF-001的控制 (41)
二TQ-002清净塔的控制 (42)
三次氯酸钠的配制 (43)
四综合洗涤塔的控制 (43)
第五节工艺流程叙述 (46)
一原料的加入 (46)
二发生 (46)
三冷却与调节 (46)
四次氯酸钠的配制 (47)
五次氯酸钠的氧化 (47)
六碱洗和干燥 (47)
第四章乙炔工序工艺、质量控制指标 (49)
一工艺控制指标 (49)
二质量控制指标 (51)
第五章乙炔工序的有关工艺计算 (52)
一乙炔的收率 (52)
二电石加料量 (52)
三标准乙炔体积的换算 (52)
四NaOCl（次氯酸钠）消耗的计算 (53)
五碱消耗量的计算 (54)
六计算实际举例 (55)
第六章乙炔工序的主要生产设备 (57)
第一节乙炔发生器 (57)
第二节乙炔压缩机 (57)
第三节乙炔清净塔 (58)
第四节乙炔综合洗涤塔 (59)
第七章乙炔工序异常现象分析 (60)
第一节发生部分 (60)
一电动葫芦有杂音 (60)
二电动葫芦滑车 (60)
三电动葫芦起动不起来 (60)
四一贮斗有压力 (60)
五活门跑气 (61)
六一贮斗防爆膜破 (61)
七加料着火或爆炸 (61)
八发生器温度偏高 (61)
九二贮斗温度过高 (62)
十发生器压力偏高 (62)
十一发生器压力偏低或负压 (62)
十二发生器液面偏高 (63)
十三发生器液面过低 (63)
十四溢流不畅 (63)
十五发生器锥底堵 (63)
十六连料 (64)
十七气柜过低 (64)
第二节清净部分 (64)
一清净效果差，精乙炔中H
2S、H
3
P超标 (64)
二清净系统阻力上 (65)
三 TQ-003一般有效氯增长快 (65)
四压缩机送气量小或有杂音 (65)
五文丘里真空度低 (65)
六氯气转子进水 (66)
七转子流量计浮子上不去 (66)
八碱槽爆炸 (66)
九地沟着火爆炸 (66)
十次氯酸钠配制槽爆炸 (67)
十一 TQ-003一段阻力大 (67)
十二漏氯气的处理 (67)
第一章原料与产品
第一节原料电石
一性能
1一般性状
，分子量64.10。化学纯碳化钙几乎是无色透电石的学名叫碳化钙，分子式CaC
2
明的晶体。极纯的碳化钙结晶是天蓝色的大晶体，其颜色与淬火的钢相似，不溶于任何溶剂中。
化学纯的碳化钙只能在实验室中用直接加热金属钙和纯炭的方法制得。
通常所说的电石是指工业碳化钙而言，其中主要含有碳化钙外，还含有少量其它杂质。含85.3%碳化钙的电石组成如表1.1所示。
表1.1 含85.3%碳化钙的电石组成
2物理性质
（1）外观
电石的颜色随其含碳化钙的量不同而异，通常为灰色，有时呈棕黄色或黑色。电石新断面呈灰色，碳化钙含量较高的电石新断面呈紫色。电石新断面暴露在空气中就会吸收空气中的水份而失去光泽，变成灰白色粉未。
（2）熔点
电石的熔点随其碳化钙含量的多少而改变。见表1.2和图1.1。
表1.2电石中碳化钙含量和熔点的关系
图1.1电石中碳化钙含量和熔点的关系
（3）生成温度
电石的生成温度为1800℃。
（4）比重
电石中碳化钙的含量越高，其比重越小，一般约在2.2～2.6之间。
温度不同，电石的比重也不一样。含80%碳化钙的电石在12℃时比重为2.3，含80%碳化钙的液态电石比重为1.84。
电石的比重与其碳化钙的关系见图1.2。
图1.2 电石的比重与碳化钙的关系
（5）溶解度
电石不溶于任何已知溶剂中。
（6）粘度
液态电石的粘度很大。当温度一定时，粘度随碳化钙含量的增加而增大，而当碳化钙含量一定时，其粘度随温度的降低而增加。液态电石冷却后就变成脆性的固体。（7）导电性
电石的导电性与碳化钙的含量有关。通常，电石中碳化钙的含量越高，其导电性能越好。但是，当碳化钙的含量降至65%～70%时，其导电性最小，比电阻最大，可达120000Ω/cm3；如碳化钙含量继续降低，其导电性则又增加。
电石导电性与碳化钙含量的关系见表1.3 。
2
3化学性质
(1) 水解反应
电石不仅能被液态水、水蒸汽所分解，而且能被物理和化学的结合水所分解，其分解产物为乙炔和氢氧化钙或氧化钙。
电石浸入水中时的反应：
CaC
2 + 2H
2
O Ca(OH)
2
+ C
2
H
2
将水滴加在电石上的反应：
CaC
2 + 2H
2
O Ca(OH)
2
+ C
2
H
2
CaC
2 + Ca(OH)
2
2CaO + C
2
H
2
用水蒸汽分解电石，与水分解电石的情况一样，有足量水蒸汽时生成氢氧化钙；蒸汽量不足且温度超过200℃时则生成氧化钙。
(2)氢还原反应
在无任何水的条件下，电石在干燥氢气流中加热至2200℃以上时，发生以下反应：
CaC
2 + H
2
Ca + C
2
H
2
生成的金属钙在2275℃开始升华。
(3)氧化反应
干燥的氧气在高温下将电石氧化生成碳酸钙：
2CaC
2 + 3O
2
2CaCO
3
+ 2C
(4)与氮气反应
粉状电石与氮气在加热时生成碳酸钙：
CaC
2 + N
2
CaCN
2
+ C
(5)卤素反应
电石与干燥的氯在250℃时反应，生成氯化钙和碳。溴与电石的反应更加激烈。
CaC
2 + Cl
2
CaCl
2
+ C
CaC
2 + Br
2
CaBr
2
+ 2C
(6)硫蒸汽反应
硫蒸汽与电石反应生成硫化钙和二硫化碳：
CaC
2 + 5S CaS + 2CS
2
该反应在250℃生成大量的CS
2；在500℃反应进行的很剧烈，除生成CaS和CS
2
外，还生成少量的碳。
(7)与氨反应
粉状电石在500～600℃下与氨反应，分解成氮和氢；在650℃下就生成氰氨化钙、氰化铵和氢：
CaC
2 + 4NH
3
CaCN
2
+ NH
4
CN + 4H
2
(8)与磷、砷反应
磷、砷与电石反应生成Ca
3P
2
和Ca
3
As
2
，其反应如下：
3CaC
2 + 2P Ca
3
P
2
+ 6C
3CaC
2 + 2As Ca
3
As
2
+ 6C
(9)与氯化氢反应
氯化氢在加热时与电石反应析出碳、氢和乙炔。
(10)与乙醇反应
电石与乙醇反应生成醇化钙。
(11)与铁反应
铁在赤热量与电石反应生成铁钙合金。
(12)与金属氧化物反应
电石可还原铝、锡、锌、铁、锰、镍、钴、铬、钼、钒等金属氧化物生成钙的合金。
(13)与重金属盐反应
电石与重金属盐类的水溶液反应生成相应的金属碳化物，例如：
2CaC
2 + 2CuCl
2
+ 2H
2
O CuC
2
+ Cu(OH)
2
+ 2CaCl
2
+ C
2
H
2
用同样的方法，可用铁、镍、钴、锰和汞的氯化物制得相应的金属碳化物。
(14)与硝酸银反应
硝酸银与电石反应，生成C
2Ag
2
、AgNO
3
。
(15)与浓硫酸反应
浓硫酸与电石反应，生成丁烯醛和树脂。用重度为1.75的硫酸长时间与电石作用，可生成含硫的化合物。
(16)与硫化氢反应
硫化氢与电石反应，生成硫化钙和乙炔：
CaC
2 + H
2
S CaS + C
2
H
2
二用途
1化学工业
电石乙炔是基本有机合成和三大合成材料的重要原料，广泛用来生产丁醇、丁炔二醇、乙醛、丙酮、醋酸、醋酐、丙烯酸、聚氯乙烯、聚乙烯醇和氯丁橡胶等，还可生产乙炔炭黑。
2金属加工工业
电石大量用于金属的切割和焊接。
3农业
粉状电石与氮反应生成氰氨化钙，即石灰氮，它是优良的碱性肥料。
电石还可用来处理橡胶树、菠萝树和凤梨树，以增加产量。
4国防工业
电石生成氰化钙，进一步生成氢氰酸、硝酸、铵盐而应用于国防工业。
5其它工业
氰氨化钙与氯化钠加热生成氰熔体可用于采金工业、有色金属工业、特殊钢淬火等。
用氰氨化钙生产双氰胺、三聚氰胺、硫脲等用于医药、印染、和塑料工业。
电石可直接用作脱硫剂。
在钢铁工业中，电石制的炉砖可作为炼钢炉的炉衬应用。
粉状电石可作为化学试剂和测湿剂，分别应用于工业化学分析和建筑工业中。
电石还有许多新用途正在开发中。
三制造方法
以石灰的炭材（焦炭、无烟煤和石油焦）为原料，在电石炉内利用电能在1800～2000℃的高温下反应而制得电石，其反应式如下：
主反应 CaO + 3C CaC
2
+ CO - 46.60 kJ
副反应 CaC
2
Ca + 2C - 60.71 kJ
CaCO
3 CaO + CO
2
- 177.94 kJ
CO
2
+ C 2CO - 164.12 kJ
H
2O + C CO + H
2
-164.81 kJ
Ca(OH)
2 CaO + H
2
O - 108.86 kJ
CaSiO
3 CaO + SiO
2
- 84.16 kJ
SiO
2
+ C Si + 2CO - 573.59 kJ
Fe
2O
3
+ 3C 2Fe + 3CO - 452.17 kJ
A l
2O
3
+ 3C 2Al + 3CO - 1218.36 kJ
MgO + C Mg + CO - 485.67 kJ 电石制造工艺流程示意图见图1.4 。
图1.4 电石生产工艺流程示意图
四规格
工业电石的规格和粒度见表1.4 和表1.5 。
五包装和储运
1包装
电石的包装用壁厚1.0～2.0毫米的铁桶。桶壁呈波纹状。桶身焊接牢固，气密不漏，必须干燥。桶顶盖要有200毫米圆形开口。桶盖由三或四个螺丝拧紧，严密封固。每桶电石净重100±1千克。
铁桶上应有牢固明显的“防潮”、“防火”、“危险品”等标志。红、绿、蓝、黄四种颜色分别表示电石为优级、一级、二级、三级品四个等级。
2储运
电石属一级遇水燃烧物，危规编号51013。电石遇水产生乙炔，它在空气中遇到火花会发生爆炸。因此，电石应储存于阴凉、通风、干燥、防火、防水的库房中，严格与强酸类及可燃物隔离，最好专仓专储。
搬运电石桶前应先打开桶盖放气。搬运时应轻拿、轻放，严禁滚桶、碰撞、磨擦、
重放，以防引起火花，发生爆炸。运输工具必须有防雨、防水设施，雨天禁止搬运。搬运者在操作时要风镜、口罩、纱手套。
电石桶入仓前应将桶内乙炔气放净，出仓前亦须将桶盖打开放完乙炔气，再加盖密封。
电石桶如漏气用油拌石棉绒堵塞，严禁用电焊或锡焊，以防着火爆炸。
严禁用铜制器具跟电石接触，以免引起爆炸。
火灾时禁用水、酸、碱和泡沫灭火器扑救，只能用干燥黄沙，二氧化碳灭火剂，干燥碳酸钠灭火。
第二节产品乙炔
一性能
1一般性状
乙炔在常温、常压下是一种无色、无味的气体。乙炔的分子式为C
2H
2
，分子量为
26.04。工业电石乙炔中因含有杂质磷化氢等而有特殊臭味。在温度-83.6℃和0.1MPa 压力下，乙炔变为无色、易流动的液体。温度继续下降，即成为白雪状物质。在0℃和0.1MPa压力下，1 升液态乙炔可得382.5 升气态乙炔。
2物理性质
（1）密度
乙炔气体在不同的温度和压力下的密度分别见表1.10和表1.11。
表1.11 在不同的压力下乙炔的密度
⑵热容、粘度、导热系数
乙炔的热容Cp = 1.683（J/kg·K）
Cv = 1.361（J/kg·K）
热容、粘度、导热系数与温度的关系见表1.12。
⑶溶解度
①在水中的溶解度
乙炔在水中的溶解度随温度的升高而减小；随压力的升高而增大。
乙炔气体在0.1MPa下在水中的溶解度与温度的关系见表达1.13。乙炔气体在不同压力下在水中的溶解度见表1.14。
②在丙酮中的溶解度
在0℃、2.5MPa压力下，1 升丙酮可溶解乙炔345 升。根据乙炔能大量溶解在丙酮之中的这一性质，将乙炔溶解在丙酮中，在1.5MPa压力下装入特制的钢瓶内称为溶解乙炔。它不易爆炸，便于运输储存，使用安全。
乙炔气体在0.1MPa下在丙酮中的溶解度与温度的关系见表1.15和在不同压力下在丙酮中的溶解度见表1.16。
表1.15 乙炔气体在0.1MPa下在丙酮中的溶解度
表1.16 在不同压力下,乙炔在丙酮中的溶解度
③在其它溶剂中的溶解度
乙炔能溶解在许多无机和有机的溶剂中，乙炔在某些溶剂中的溶解度见表
⑷着火点的着火温度
乙炔的着火点为305℃。乙炔与空气或氧气混合时的着火温度见表1.18
⑸自燃点
乙炔的自燃点为406～440℃。
⑹在空气中允许之有害浓度
一般情况下：C
2H
2
小于0.5毫升/ 升，如有0.1%PH
3
存在时：C
2
H
2
小于0.0005毫升
/ 升。
⑺爆炸性
乙炔物理性质中最危险的就是其爆炸性，因此，在使用、包装、储运中均应引起高度重视。
①自爆性
乙炔属不饱合烃，很不稳定，较易发生分解爆炸。在高温高压下，更具有分解爆炸的危险性。压力0.15MPa的工业乙炔，在温度超过550℃时，将全部分解爆炸，其反应式为：
C
2H
2
----2C+H
2
温度小于500℃时，有接触剂存在，也能发生爆炸。有下列物质存在时，0.4MPa 压力乙炔发生分解爆炸的最低温度见表1.19
②乙炔与其它气体混合物的爆炸性
乙炔与空气混合时，其混合气的爆炸极限为乙炔含量2.3%～81%(2.5%～80%体积),最危险的范围为7%～13%。
乙炔与氧混合时，当乙炔的含量为2.3% ～93% 在1个大气压下加热至300℃以上即行爆炸最危险的范围为O
2
含量在30%～ 50%。
乙炔与氯气混合时，在日光作用下就会激烈反应引起爆炸。
③当乙炔溶解时，其分子为溶剂所分散，此时，乙炔的爆炸能力就降低，而极限压力（超过此压力时，乙炔就爆炸分解）则大大增高，例如溶于丙酮中的乙炔，在压力9.8MPa（表压）时，虽引火也不致发生爆炸。
④湿乙炔的爆炸能力低于乙炔，并随温度的增高而减小，当水蒸汽与乙炔之体积为1：1.5时，通常不会发生爆炸。
⑤乙炔爆震速度1800～3000m/s，爆震发生的局部压力为58.84MPa。
⑥设备和管道的材质
当乙炔在中性或碱性操作条件下，所有设备应禁用紫铜件，并尽量避免使用铜合金，如不可能时，则只利用含铜量低于70%的铜合金。
工业乙炔与金属铜、银相互作用时，能生成爆炸性的乙炔铜或乙炔银，故严禁用铜或银焊条焊接乙炔发生器等设备和管道。
⑦当温度在500℃以下时，并无接触剂存在，而空气的浓度又未达到爆炸浓度时，在压力低于0.196MPa(表压)时则发生器内的乙炔就不可能发生爆炸分解。
⑧H
2S、PH
3
、及SiH
4
等杂质对乙炔的聚合和分解过程不发生显著的影响。
⑨当乙炔与铜盐、银盐及汞盐的水溶液相互作用时，能生成具有爆炸性的各种乙炔化物。
⑻水合性
乙炔与水接触时，能生成由一分子乙炔和六分子水组成的晶体，形态如冰雪状，称为水合晶体。此水合晶体的平衡状态决定于温度和压力，这两者之间的关系见表1.20
3化学性质
⑴加成反应
①加氢反应
乙炔在催化剂存在下能与氢加成。其反应如下：
CH≡CH + H
2 CH
2
＝CH
2
②加氯反应
CH≡CH + Cl
2
CHCl＝CHCl
CHCl＝CHCl + 1/2Cl
2 CHCl＝CCl
2
CHCl＝CCl
2 + 1/2Cl
2
CCl2＝CCl
2
③加卤化氢反应
CH≡CH + HCl CH
2
＝ CHCl
2CH≡CH + HCl CHCCl＝CH
2④加氢化氰反应
CH≡CH + HCN CH
2
＝CHCN ⑤加醋酸反应
CH≡CH + CH
3COOH CH
2
＝CHCOOCH
3
（2）水合反应
CH≡CH + H
2O CH
3
CHO
（3）氨化反应
3CH≡CH + NH
3
甲基吡啶
（4）炔化反应
乙炔与丙酮进行炔化反应生成甲基丁炔醇，再经选择加氢和脱水可得异戊二烯，其反应如下：
CH≡CH + CH
3COCH
3
CH
2
＝C(CH
3
)CH＝CH
2
+ H
2
O
（5）缩合反应
乙炔与一分子甲醛反应生成丙炔醇。乙炔与两分子甲醛反应生成 1，4-丁炔二醇，再经加氢反应就生成 1，4-丁二醇，其反应如下：
CH≡CH + HCHO CH≡CCH
2
OH
CH≡CH +2HCHO HOCH
2C≡CCH
2
OH
HOCH
2C≡CCH
2
OH +2H
2
HO(CH
2
)
4
OH
（6）分解反应
乙炔在高温下分解成炭黑和氢气。
CH≡CH 2C + H
2
（7）聚合反应
两分子乙炔可聚合成乙烯基乙炔。三分子乙炔可聚合成二乙烯基乙炔和苯，其反应如下：
2CH≡CH H
2
C＝CHC≡CH
3CH≡CH CH
2＝CHC≡CCH＝CH
2
3CH≡CH C
6H
6
（8）其它反应
乙炔与CO、醇、硫醇等反应可制取丙烯酸及其衍生物。
CH≡CH + CO + H
2O CH
2
＝CHCOOH
二用途
1化学工业
乙炔广泛的应用于基本有机化工合成和三大合成材料。如丁醇、辛醇、乙醛、醋酸、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、1，4-丁二醇、丙烯酸等。合成树脂中的聚氯乙烯，合成纤维单体中的丙烯腈、聚乙烯醇，合成橡胶中的氯丁橡胶等。乙炔还可以用作许多精细化工产品的原料。
2金属加工业
乙炔大量用于金属的切割和焊接。
3其它工业
乙炔可生产炭黑用于制造干电池、无线电原料、导电橡胶等。
三制造方法
最早生产乙炔的方法是电石乙炔法，50年代后才开始以天然气、石油气或易汽化的液态烃类如石脑油[凝析油等为原料的烃类裂解法来生产乙炔。根据供热方式的不同，烃类裂解法又可分为电弧法、高温裂解法、蓄热炉裂解法和部分氧化法。日前，工业上生产乙炔采用比较多的方法是电石乙炔法和天然气部分氧化法。
四规格
电石乙炔、天然气乙炔、溶解乙炔的规格分别见表1.21、1.22和1.23。
表1.21 电石乙炔规格
表 1.22 天然气乙炔规格
表 1.23 溶解乙炔规格
五包装和贮运
1包装
工业乙炔可包装在专用的钢瓶内。溶解乙炔包装在内充活性炭和丙酮溶液的特别钢瓶内。
2输送
工业乙炔大部分用管道输送，少量乙炔用车船输送。溶解乙炔钢瓶用车船输送。乙炔为易燃、易爆气体，在管道内输送的流速要小于6m/s，输送压力要小于0.14MPa。
3储存
乙炔可储存在钟罩式气柜内，乙炔钢瓶要储存在离火源和热源有规定距离的仓库内。
六安全事项
1．乙炔为易燃、易爆气体，要按相应的规范、标准、规定处理。
2．严禁在生产和储存的场所使用明火、吸烟、穿钉子鞋。禁止用铁器敲打设备和管道，以免产生火花引起爆炸。
3．乙炔系统发生火灾时通N2保护，可用二氧化碳灭火剂扑救，不得用四氯化碳灭火。
4．乙炔管道不能产生负压。当管道内冻结时，只允许用热水或蒸汽加热，严禁用火或其它热源加热。
5．乙炔设备检修时，必须用N2加以置换，使乙炔含量小于0.5%。
6．乙炔瓶库如与氧气、可燃、易燃物品库邻近布置时，其间要用防火墙隔开。
7．乙炔钢瓶要轻装轻卸，不得在地上滚动，也不得从高处往下扔。
8．乙炔生产的设备、管道、和管线不得用铜配件。