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溶解乙炔生产技术及工艺

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Presentation Transcript

  1. 溶解乙炔生产技术及工艺 溶解乙炔安全员培训课件

  2. 目录 • 第一章 乙炔的性质 • 第二章 电石法生产溶解乙炔工艺过程 • 第三章 溶解乙炔生产和安全操作 • 第四章 溶解乙炔气瓶安全管理及使用 • 第五章 溶解乙炔厂(站)安全管理

  3. 第一章 乙炔的性质 • 乙炔是一种不饱和的碳氢化合物。在常温常压下乙炔呈气态,比空气略轻。纯乙炔是一种无色的可燃气体,具有微弱的醚味。用电石制取的工业乙炔,因含有少量的磷化氢和硫化氢等杂质而具有刺鼻的臭味。

  4. 乙炔的性质 一、基本物性参数 • 分子式:C2H2;结构式;乙炔分子量26.038;标准状态下的克分子体积22.223L。 • 密度 乙炔气体在标准状态下的密度为1.17167 乙炔的密度随温度的升高而变大,随压力的增高而变大 。

  5. 三相点参数 • 物质的气、液、固三相处于平衡状态时称为三相点。乙炔的三相点温度192.6K(-80.55℃)三相点压力为128KPA。 • 若将纯乙炔气冷却到-83℃~-84℃以下,在常压下乙炔并不液化而直接固化,得到雪状带弹性的固体乙炔。液体乙炔具有爆炸性,但固体乙炔在通常状态下是比较稳定的。当在189.13K时,固态乙炔的密度为0.729g/cm3 。

  6. 临界点参数 对瓶装介质的状态而言。主要是气态和液态之间的互变。即气-液相变。在临界点,气液不分,介面消失。乙炔的临界温度为308.33K(35.18℃);临界压力为6.19kPa;临界密度为230.85kg/m3。

  7. 粘度 粘度是用来度量流体粘性大小的物理量。粘度大,流体流动时粘性力大,流动性差。 乙炔的粘度随温度压力的升高而变大。 • 导热系数 乙炔在临界状态下的导热系数为212.522J/m.h.k 在0℃和760毫米汞柱时,乙炔的导热系数66.319J/m.h.k

  8. 热容量 乙炔气体,在压力或容积不变的情况下使温度变化1℃所需的热量显著不同,故分为定压比热容Cp和定容比热容Cv。 随温度或压力的上升,乙炔的CP和CV值都是增大的。两者的比值Cp/Cv称为绝热指数,也随温度和压力而变化。

  9. 溶解性 乙炔的溶解性是制取溶解乙炔的基础。溶解乙炔气瓶就是利用乙炔溶解于丙酮中或二甲基甲酰胺(DMF)中,达到安全储运和适用乙炔气的目的。

  10. 乙炔溶剂的选择 • 能适合作为溶解乙炔的溶剂,要符合下述条件: • 溶解度大。在15个大气压下和常压下对乙炔的溶解度差值要大,解吸容易。 • 稳定性好。长时间反复进行乙炔的溶解和释放稳定性要好,危险性尽可能小。 • 挥发性小。随乙炔气释放的消耗量尽可能少。 • 价格较便宜。 • 目前被确认为最合适的溶剂是丙酮和DMF。我国采用丙酮作为乙炔的溶剂。

  11. 影响溶解度的因素 • 溶解度(平衡溶解度)是一定温度下气液平衡时,一定量溶剂能溶解的最大溶解量。 • 温度:温度升高气体溶解度将低。因为温度升高,气体分子动能增大,向外逃逸分子数增多。从提高溶质在溶剂中溶解度来说,采用较低温度为好。 • 压力:在低压下气体在液体中溶解度与气相中分压成正比。故增大气相中溶质压力,可提高气体在液体中的溶解度。 • 溶剂:典型的无机化合物,一般不在有机溶剂中溶解,但多数可溶于水中。典型的有机化合物,一般不溶于水却易溶于有机溶剂中。乙炔易溶于丙酮、DMF等有机溶剂中,稍溶于水。另外,化学结构相类似的物质,彼此容易相互溶解,乙炔在DMF中的溶解度比丙酮大。

  12. 溶解热 • 气体(如乙炔)溶于液体(如丙酮)中时,产生的热效应为溶解热。乙炔气溶于丙酮中是一个放热过程。当压力为0.1~2.13MPA,温度为17℃~25℃时,乙炔在丙酮中的平均溶解热为14.067KJ/MOL。据此数据,对容积40L,丙酮装量17L,在环境温度20℃ 下充装6.5KG乙炔,可求得乙炔瓶如不冷却,则温度可升至90℃。这是一个极为危险的温度,它可能导致乙炔分解爆炸。这是为什么在充装乙炔气时,流速不能太快而且必须冷却、静置的根本原因。

  13. 乙炔的水合物 • 乙炔与水接触时,能生成固体的水合晶体,此晶体为类似雪状的白色晶体。乙炔水合晶体是由一个乙炔分子和5.75个水分子构成,其化学分子式为C2H2·5.75H2O,乙炔水合晶体将会淤积在管子内壁,使管子通径缩小,有时甚至完全堵塞。乙炔水合晶体生成条件取决于乙炔温度和压力。产生水合晶体的临界温度为+16℃,即高于此温度时,无论在任何压力下,都不会生成水合晶体。 • 一般认为,乙炔水合晶体只能在压缩机至高压干燥器之间的管道内产生。如果发现有水合晶体生成,应立即升温降压予以消除。

  14. 蒸汽压 • 高压气态乙炔的化学性质很不稳定,高压液体乙炔更危险,激发能量很低,稍受振动或冲击就会发生爆炸,十九世纪末,美国、法国、德国在常温30-50atm的条件下输送液态乙炔,结果都导致了灾难性的大爆炸,所以在乙炔的生产过程中,一定要避免,防止液态乙炔的生成,

  15. 露点 • 如果不饱和气体在总压及湿度不变的情况下,进行冷却而达到饱和状态时的温度称为该气体的露点 。 • 了解了露点概念就可以计算乙炔气体中在不同操作条件下水蒸汽的含量,以及哪个湿度下水蒸汽会冷凝,并可计算水蒸汽的冷凝量,乙炔气在溶解乙炔装置中经压缩机压缩,冷却后水蒸汽的脱除,以及高低压干燥器水蒸汽的脱除都需要这方面的知识。

  16. 乙炔的最小激发能量 • 液体乙炔是一种危险的物质,受很小激发能量即可发生爆炸。 • 如温度为-27℃,其液化压力为12.2atm,其最小激发能量为0.13焦耳。所谓最小激发能量,即乙炔达到分解爆炸时由外界提供的最小能量。激发能量形式、种类很多,如机械能、电能、热能等。液体乙炔之所以最具有危险性,其根本原因是分子间距小,稍受振动、冲击、有能量供给,就会发生爆炸。因此在操作中要格外小心,防止液态乙炔生成,避免灾难性事故发生。 • 防止液态乙炔产生的措施:不要超压特别是环境温度较低,且压力超高时就可能产生液态乙炔。要求高压干燥器必须保持在5以上操作。乙炔充灌切忌超压,超温,防止在乙炔瓶中产生液体乙炔。 • 瓶内产生“液压”有三种原因瓶内温度上升,乙炔气充装过量,丙酮充装过量,以上三点必须严加防止。

  17. 乙炔的化学性质 • 氧化反应 • 取代反应 • 聚合反应和分解爆炸

  18. 氧化反应 • 乙炔性质活泼,特别容易被氧化及氧化,氧化时三键断裂生成,如室温下将乙炔通入高锰酸钾水溶液中,则高锰酸钾紫色消失,生成沉淀,并生成气体。 • 这个反应是检验乙炔有无存在的较为灵敏反应之一。 • 常见的乙炔氧化反应就是乙炔在空气或氧气中的燃烧 。 • 乙炔也能与空气形成爆炸气体,遇有明火,静电等引爆源存在时,则会发生氧化爆炸,氧化爆炸产生的压力很大,为初始乙炔—空气混合物压力的11-13倍。

  19. 取代反应 • 在乙炔分子中三键碳原子上的氢原子,非常活泼,我们叫它为活泼氢,它最大特性是易被某些金属取代,生成乙炔的金属化和物(称炔化物)。 • 金属炔化物在湿润时较安定,但干燥的炔铜、炔银、炔汞因撞击或受热特别容易发生爆炸,所以乙炔站所用的所有阀门及管件应采用钢、可煅铸铁或球墨铸铁来制造,若用铜合金制造其含量不得超过70%。

  20. 聚合反应和分解爆炸 • 乙炔容易聚合,但反应条件不同时其产物也不同,如乙炔通入含有少量盐酸的氯化亚铜一氯化铵的水溶液中,在84~96℃时聚合生成乙烯基乙炔 。 • 乙炔聚合时放热,温度越高聚合速度越快,热量的积聚会进一步加速聚合,同时也会发生分解,其结果会引起爆炸 。 • 乙炔分解时放出了由碳,氢二种组分组成时的全部能量,因而会引起分解爆炸。

  21. 乙炔的爆炸性质 • 乙炔的易燃易爆特性 • 乙炔燃爆炸的发火源 • 乙炔的氧化爆炸 • 乙炔的分解爆炸 • 乙炔的化合爆炸

  22. 乙炔的易燃易爆特性 • 乙炔与其它易燃易爆气体相比较,它是最危险的一种。这可以从下面六个特性中看出: 1.乙炔的自燃点比较低 2.最小点火能最小 3.乙炔的爆炸范围大 4.乙炔的传播能力强 5.乙炔能发生分解爆炸 6.乙炔还具有化合爆炸性

  23. 乙炔燃爆炸的发火源 • 各种发火源中,光能对乙炔几乎没有影响,其他各种发火源都能引起乙炔的燃烧和爆炸。 • 人们对明火(如火焰、电火花、电弧等)比较重视并通过管理加以制止,而对一些不明显而又微小的发火源(如静电、摩擦、撞击、绝热压缩)则容易忽视。 1 .静电 2 .摩擦与撞击 3 .电火花 4 .绝热压缩 5 .冲击波

  24. 乙炔的氧化爆炸 • 乙炔气生产、使用中,乙炔气从设备管道中泄漏并滞留在一定空间;空气或氧气混人设备系统中;电石遇水分解释放出乙炔气与空气混合等;都能形成乙炔与空气或氧气混合气体。 • 乙炔与空气或氧气混合,其容积比在爆炸范围内,遇有引爆源,即引起氧化爆炸。

  25. 乙炔的分解爆炸 • 过去常说:“乙炔压缩就会爆炸”,这种说法并不正确。但是,乙炔气经过压缩加压后,危险性确实增大了,这是因为乙炔加压后容易发生分解爆炸。 • 如果乙炔装置的充气配管中乙炔发生分解爆炸,由于火焰传播引起爆轰。由此造成损坏最大的往往不是发生分解的地方,而是处于末端部位的配管和设备。

  26. 乙炔的化合爆炸 • 乙炔金属化合物是一种需要特别注意的发火源,乙炔中的碳氢原子被金属置换,生成的碳化物的总称叫做乙炔化合物。如乙炔铜、乙炔银等。 • 乙炔与氯反应,乙炔与氯混合时,在日光作用下就会爆炸。因此,用次氯酸钠清净时,要严格控制有效氯的含量。当溶液有效氯>0.15%,特别是pH值小时,容易生成氯乙炔,可能发生爆炸。另外,当乙炔发生燃烧时,不能使用四氯化碳灭火器。 • 乙炔与苛性钠反应,乙炔与苛性钠反应后,也能生成爆炸性物质。

  27. 乙炔对人体的影响 • 纯乙炔无毒,但具有窒息性。当空气中乙炔浓度达到20%以上时,由于空气中氧含量减少而使人感到呼吸困难或头昏。当空气中乙炔浓度达到40%以上时,人会失神,但无局部症状。此外,乙炔还有阻碍氧化的作用,使脑缺氧,引起昏迷麻醉,但对与氧化无关的生理机能没有影响。 • 对暴露在高浓度乙炔中出现中毒症状者,应立即把他转移到空气新鲜的地方,给予人工呼吸或氧气吸入。 • 生产和使用乙炔的场所要有良好的通风,空气中乙炔的浓度应控制在 2 . 5 %的 1 / 3 以下,这既然是防爆安全指标,用作卫生指标对健康无害。 • 电石法生产的乙炔中含有H2S 、PH3等杂质气体,系极毒无色气体,对人体有害会引起中毒或使症状变化。

  28. 谢谢大家 课间休息

  29. 第二章电石法生产溶解乙炔工艺过程 • 工业生产乙炔的方法 • 电石法生产溶解乙炔的原辅材料及产品 • 溶解乙炔生产工艺流程

  30. 工业生产乙炔的方法 • 电石法 电石法生产乙炔历史悠久,操作简单、工艺流程短,产品纯度高易于普遍推广,缺点是电耗大,成本高。 • 甲烷裂解法 利用甲烷部分燃烧反应生成一氧化碳和水,同时放出大量热能,使其余甲烷加热至反应温度1500~1600℃ 进行裂解。 • 烃类裂解法 烃类裂解法有氧化裂解法和高温水蒸汽裂解法两种。它可以同时得到乙烯和乙炔等气体,此法所用的原料是乙烷、液化石油气、石脑油、煤油、柴油等高碳烃类。

  31. 电石法生产溶解乙炔的原辅材料及产品 • 原料 电石和水 • 辅料 生产溶解乙炔除原料外还需要许多材料,所谓材料指的是一些不进人产品分子中去的物质,但没有它们就生产不出合格产品,我们把这类物质称之为辅料。 包括次氯酸钠、氢氧化钠、硫酸、液氯、丙酮、二甲基甲酰胺、无水氯化钙、硅胶、氮气等。

  32. 溶解乙炔生产工艺流程 • 溶解乙炔生产工艺流程主要由四个生产工序构成即: 粗乙炔气的发生;粗乙炔气的净化; 乙炔气体的压缩;乙炔气体的充灌。

  33. 工艺流程应满足以下几点要求: • 发生器的操作压力要低 ; • 由于工业电石含有各种杂质,乙炔气中的H2S和PH3的危害很大,必须在流程上专门设置净化工序。 • 应设置气柜。其容积应由生产能力而定,形式有干式和湿式两种,但湿式气柜更有利于安全生产,设置气柜能稳定系统生产操作。 • 压缩机的设计必须考虑恰当的压缩比,控制排气温度,并配置安全阀以防止乙炔气超压而发生分解爆炸。 • 各主要设备都应该设置安全泄压装置。 • 各主要设备之厨应设置阻火装置,低压部分设各种水封器,高压部分设阻火器,以防止偶然爆炸、着火事故发生和事故的蔓延扩大。

  34. 工艺流程应满足以下几点要求: • 乙炔气在充瓶之前,必须设干燥器将其中的水分除掉,以防止水份充人气瓶。 • 为保证装置正常运行,应设置必要的自动控制和联锁装置。 • 乙炔管道及管件的材质和直径必须严格遵照,“乙炔站设计规范”的规定。 • 装置所配的电机及其电器元件必须采用最高防爆等级,选用级防爆电气设备。 • 所有乙炔设备及管道必须做静电接地处理,与静电接地网相接,以及时排除装置和管道上产生的静电。

  35. 目前我国典型溶解乙炔工艺流程 • 沈阳院溶解乙炔工艺流程 沈阳市石油化工设计研究院新近设计的二版溶解乙炔工艺流程图,生产规模 100米3/小时。该流程吸取了国内各溶解乙炔工艺流程的优点,并结合我国实际情况而提出的。采用电石人水式乙炔发生器(水封式) , 低压法操作,结构简单,省去氮气吹扫,电石破碎等设备,设备结构紧凑、投资少、操作安全、方便。净化采用以次氯酸钠为液体清净剂的湿法净化装置,三塔串联,连续操作,净化效果好,废次氯酸钠和渣水返回发生器循环使用,不污染环境。乙炔气体采用分子筛干燥,无热再生。充灌采用三级阻火装置,全系统采用必要的自控,联锁装置,安全可靠,占地面积少,基建投资省。

  36. 溶解乙炔生产和安全操作 • 粗乙炔发生和安全操作 • 粗乙炔净化和安全操作 • 乙炔的压缩与干燥和安全操作 • 乙炔气的充装和安全操作

  37. 粗乙炔发生和安全操作 • 化学反应方程式 • 工业电石由于含有大量的氧化钙,因此,在与水作用时,还将有氧化钙与水作用生成熟石灰的反应发生。其化学反应式如下: 工业电石含有杂质,同时有部分电石已被空气中的水份所分解;因此,乙炔的实际产量为230~300L/kg 。

  38. 保证水过量(一般为电石消耗量的10倍) • 电石与水反应时,当水量不足或与熟石灰反应,将生成乙炔和生石灰,其反应式如下: • 应中生成的氧化钙构成了导热性能差的外皮。而“壳”内电石和氧化钙中所含的水份继续反应并放热,因而造成反应区局部过热,并兼有以下化学反应:

  39. 这种缺水的化学反应使温度超高,会引起乙炔的聚合和分解,生成碳、氢、二氧化碳及乙炔的聚合物等,有时还可能发生爆炸。因此,在乙炔的发生过程中,保证水过量(一般为电石消耗量的10倍)使反应放出热量能及时散发出去,控制好反应温度不超高,这对于乙炔的生成和安全生产都是极其重要的。这种缺水的化学反应使温度超高,会引起乙炔的聚合和分解,生成碳、氢、二氧化碳及乙炔的聚合物等,有时还可能发生爆炸。因此,在乙炔的发生过程中,保证水过量(一般为电石消耗量的10倍)使反应放出热量能及时散发出去,控制好反应温度不超高,这对于乙炔的生成和安全生产都是极其重要的。

  40. 电石分解速度 • 影响电石分解速度的主要因素有电石质量、粒度、水温、电石与水的比例及水中电石渣含量等。若电石质量高、粒度小、水温高、电石与水的比例小及水中电石渣含量少,则电石的分解速度快。

  41. 粗乙炔气中的杂质 • 由于电石中含有磷化钙、硫化钙、砷化钙等杂质,杂质和水会发生许多副反应:

  42. 粗乙炔气中的杂质 • 这些副反应均是放热反应,且生成各种有害气体杂质,如H2S、NH3、PH3、SiH4、AsH3等。一部分杂质混入乙炔气中,另一部分则溶解在溶液中。由于溶液是碱性的,所以电石中杂质和水反应并不十分完全。而且由于硫化氢在水中溶解度大于磷化氢,因此粗乙炔气中含有较多的磷化氢(几百PPm ) ,及较少的硫化氢(几十至数百PPm)。磷化物也能以P2H4形式存在,它们在空气中自燃而具有危险性。 • 粗乙炔气中含有杂质的多少,与电石质量、发生器种类及发生器的工作条件等因素有关。

  43. 发生工艺与设备 • 发生工序工艺流程 • 采用密闭式发生器制气。电石经破碎后装人电石料桶,由电动葫芦送往发生器顶部卸入上料斗,再卸人下料斗经加料器连续加入发生器内,电石水解成粗乙炔气由发生器顶部逸出,经洗涤器、水封器送人净化工序或气柜。水由顶部加人,电石渣由发生器底部连续和定期排除。 • 由电动葫芦将电石加人到敞开式乙炔发生器。电石与水发生水解反应。生成的粗乙炔气由发生器上部气体出口洗涤冷却后,经安全水封爪水封器送往气柜。电石渣由锥形底部排至电石渣池。

  44. 乙炔发生器 • 敞开式乙炔发生器 • 耙式搅拌乙炔发生器 • 摇篮式乙炔发生器 • 双挤压式乙炔发生器 • 双挤压式乙炔发生器

  45. 发生辅助设备 • 破碎机 • 洗涤器 • 安全水封 • 水槽式(湿式)贮气罐 • 低压水分离器 • 低压干燥器 • 加水桶 • 水箱

  46. 发生设备安全操作 • 发生工序工艺条件确定 • 发生器的反应温度 温度高,水解反应速度快; 减小溶液粘度,利于反应进行; 温度高,乙炔损失少; 但是,反应温度也不能过高(如 85 ℃ 以上)。若温度过高: 一、是渣浆的含固量增加。 二、是温度高,容易发生溶液局部过热,严重时会产生乙炔分解爆炸,不利安全生产。 三、是温度高,乙炔气体中水含量大,加重了后工序的生产负荷。

  47. 电石粒度 • 电石粒度越小, 电石与水的接触面积越大,水解速度也越快。 • 但是,电石粒度也不宜过小,否则水解反应速度过快,使反应热不易移走,发生局部过热而引起乙炔的热聚和分解,进而使温度高而发生爆炸。粒度过大,则电石反应缓慢,在发生器底部排渣时容易夹带未水解的电石,使电石消耗定额上升。

  48. 操作压力 • 乙炔发生分解爆炸的“临界值”为 0.147MPa ,在此压力以下,一般不会发生分解爆炸。所以,发生器的操作压力以低压为宜。低压操作时,乙炔在渣水中的溶解损失量也小。

  49. 搅拌作用 • 乙炔发生器一般都设有搅拌器。在搅拌作用下,电石和水反应生成的可尽快的脱离电石表面,使电石表面不断更新,从而加速水解反应。同时,搅拌有利热量传递,可防止电石反应区的局部过热。