天然气制乙炔技术本质安全的提升路径

天然气制乙炔技术本质安全的提升路径

肖晓驰

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：乙炔是最为简单的一类烃类化合物，稳定性相对较差，具有活泼的化学性质，可以和许多物质发生强烈的化学反应，并能够对上千种有机化学品进行衍生。在采用乙炔生产相关产品时，其具有流程简单、收率高以及投资少等优点，这也使乙炔在许多领域得到了广泛应用，是对纤维、橡胶、塑料、树脂、染料等有机产品进行合成的重要基础原料。而在采用天然气制乙炔时，需要保证其本质安全，以此来为乙烯的安全使用提供保障。本文针对天然气制乙炔技术本质安全的提升进行分析，介绍了天然气制乙炔的生产原理和特点，并提出提升本质安全的有效路径，希望能够为相关工作人员起到一些参考和借鉴。

关键词：天然气制乙炔；本质安全；提升路径

现如今，天然气部分氧化制乙炔技术已得到了广泛应用，相关技术应用手段不断成熟和完善。通过将天然气作为原料，以部分氧化法对乙炔进行生产，可以有效保证乙炔的生产质量。而在天然气制乙炔工艺当中，其工序具体包括部分氧化、压缩裂解气、提浓产品乙炔升压等。在此工艺当中具有反应物易燃易爆和反应温度较高等特点，部分生成物容易发生聚合。因此，在工艺设计与生产期间，需要对该工艺的本质安全进行充分研究，并采取有效措施使装置能够维持安全稳定运行。

一、天然气制乙炔生产原理和特点

（一）生产原理

针对天然气制乙炔工艺的原理进行分析，在发生裂解反应的过程当中会有氧化反应伴随，而且其速度和裂解反应相比要相对较快。在裂解反应气当中，部分天然气和氧气会在乙炔炉当中充分混合，并发生燃烧现象，以此来形成1500℃左右的高温。在这一过程当中所形成的热量，将会裂解另一部分天然气，使其生成乙炔，之后采用油、水等相关介质快速激冷，使其温度能够冷却到80℃以下，对乙炔的深度裂解过程进行阻止。经工艺生产的乙炔，大约有8%左右的裂解气，会在经过冷却与除尘处理后，通过螺杆压缩机进行压缩，并在提浓工序当中被吸收与解吸，从而分离成相应的气体混合物，具体包括产品乙炔、高级炔以及尾气。此工艺过程表现出快速与高温等特点，而且反应物与生成物有着易燃易爆的特性[1]。

（二）工艺特点

首先，高温快速。在对天然气与氧气进行预热后，需要将其放入到乙炔炉当中，其中一部分天然气会发生燃烧温度，能够达到1300-1500℃。在此温度条件下，一部分天然气会有裂解反应发生，进而生成乙炔。为了防止高温状态下乙炔被进一步分解，需要能够及时激冷终止反应，严格控制反应时间，从而提高乙炔收率。

其次，易燃易爆。此工艺所使用到的原料天然气容易发生燃烧现象，在高温条件下与纯氧接触，有着较强的爆炸危险性。一些氧化工序所生成的裂解气，以及提浓工序所生成的产品乙炔和高级炔气体，往往都十分容易发生爆炸。

最后，易分解和聚合。在高温或者加压的条件下，乙炔和高级炔容易出现爆炸性分解。与此同时在高温条件下，裂解气当中的乙炔和高级炔容易发生聚合，所生成的聚合物在低温状态下会有结晶现象发生，进而导致填料、管道以及设备等被堵塞[2]。

二、提升天然气制乙炔本质安全的有效路径

（一）增设连锁控制点

在裂解工序当中结合乙炔炉反应特点，需要对乙炔炉小连锁进行设置，具体包括反应式温度超高限或者超低限、压差超高限、混合式温度超高限以及裂解气氧含量超高限等。除此之外，还需要对5个乙炔装置的大连锁进行设置，包括仪表空气总管压力超低限、乙炔炉反应式温度超高限等。当装置有大小连锁反应发生时，可以及时将送压缩工序总管裂解气切断，并将去放空火柜的放空阀打开，从而放空裂解气。

（二）改进乙炔炉

通过相关模拟可以发现，采用传统技术时，乙炔炉当中氧气和天然气的混合效果不够理想，混合均匀度大约为97%，只能够使乙炔炉的基本混合要求得到满足。而在长时间的生产运行过程当中，当混合均匀度较低时会导致乙炔炉频繁早期着火。对此，需要改进混合器的结构形式，提高乙炔炉混合均匀度，使其能够达到99.8%以上，从而使乙炔炉当中氧气和天然气的混合问题得到有效解决。与此同时，还应合理改进乙炔炉当中的相关部件，充分研究刮碳机构、激冷装置、反应室、烧水板、扩散道等，对其展开优化设计与工业化试验，从而对全新的乙炔炉进行开发，在工业化装置建设当中有效应用。通过具体实践可以表明，在改进乙炔炉设备、调整乙炔炉控制和连锁等参数后，可以极大的减少早期着火现象，使乙炔炉的损坏程度得到减轻，延长乙炔炉使用寿命。除此之外，在自主研发过程当中，还对乙炔炉的自动刮碳机械手进行了有效开发，可以使天然气制乙炔技术的自动化运行水平得到有效提高，使人工操作对乙炔炉运行安全性和稳定性带来的影响得到降低，有效保证了乙炔炉本质安全[3]。

（三）原料天然气补氧和蒸汽

通过相关研究和生产运行可以表明，原料天然气在进入到预热炉当中后，通过将少量蒸汽和氧气加入其中，可以在预热炉中氧化原料气所夹带的铁锈等颗粒，避免其被还原成单质铁，并能够使乙炔炉早期着火现象得到减少。

（四）设置安全水封和防爆膜

为了避免各工序由于系统压力而产生瞬间波动，防止主体设备被损坏，相关工作人员应在系统薄弱环节对安全水封进行设置，以此来预防事故的扩大。与此同时，对于关键设备与管道，例如产品乙炔气输送管道、电除尘器本体、乙炔炉等，工作人员应对防爆膜进行设置。在防爆膜上应设计连锁信号，并要对装置紧急停车系统进行接入，当防爆膜破裂后可以和本工序发生连锁，或者使装置停车，从而使装置的运行安全性得到保证。

（五）采用螺杆压缩机

结合相关数据分析可以发现，乙炔和高级炔的分解压力相对较低。一旦分压较高时，则容易导致乙炔和高级炔出现爆炸性分解。因此，在压缩裂解气的过程当中，需要严格控制乙炔分压，具体应维持在0.14毫帕以下，同时还需要控制提浓工序以及背压管道的压力不超过1.08毫帕。在高温状态下，裂解气当中的乙炔和高级炔容易出现聚合现象，而且反应所生成的裂解气会有炭黑和聚合物等形成。因此，在乙炔装置当中压缩裂解气应对具有自清洁功能的螺杆式压缩机进行使用。相关工作人员应控制压缩机的压缩比较低，并进行两极压缩，而在机内应以脱盐水为喷射水。对各级出口温度加以控制，维持在80℃以下，从而使乙炔和高级炔的聚合得到减少。在各级之间，工作人员应使用炭黑水进行喷淋冷却，并控制温度为35℃左右。当温度过低时，聚合物容易发生结晶现象，导致背压管道被堵塞，加快了裂解气的流速，也增大了管道压力降。除此之外，当升高压缩机的背压时，乙炔以及高级炔分压也会有所升高，进而对装置的安全性产生影响。所以，工作人员应对螺杆压缩机进行有效使用，并严格控制温度条件[4]。

结束语：

综上所述，在天然气制乙炔技术的应用过程当中，需要合理优化与完善生产工艺，对影响乙炔生产本质安全性的因素进行充分分析，并采取有效的改进对策，全面提高天然气制乙炔技术的安全水平，从而促进该技术的有效推广与应用。

参考文献：

[1] 高建兵. 提高天然气制乙炔技术本质安全的措施[J]. 天然气化工（C1化学与化工）,2020,45(1):81-84.

[2] 王印龙,郭青宁. 天然气制乙炔技术研究现状与思考[J]. 中国石油和化工标准与质量,2019,39(8):189-190.

[3] 熊国焱,李军,陈晓华. 常压低温等离子体裂解天然气制乙炔技术的可行性分析[J]. 聚氯乙烯,2017,45(2):17-19.

[4] 陈海滨. 天然气制乙炔装置副产炭黑处理技术[J]. 化工设计通讯,2018,44(7):57-58.