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摘要：近年来，天然气化工技术的发展速度越来越快，且该类技术的应用范围也越来越广泛，在多种天然气化工技术当中，天然气制乙炔技术是比较重要的。本文介绍了天然气制乙炔装置现场循环冷却水系统工艺流程，分析了该工艺存在的环保、运行等问题，提出了技术改造的方向。通过流程改造和优化，提高了天然气制乙炔装置的环境友好性，延长装置的运行时间。
关键词：天然气制乙炔；炭黑；循环冷却水
1、引言
天然气部分氧化制乙炔工艺技术，是天然气化工重要的技术路线之一。通过利用该技术，可以最终取得性能达标的乙炔，还可以在实现甲烷热裂解之后，获取乙炔。反应方程式如下：
2CH4→C2H2+3H2-Q
这个反应过程其实属于一种吸热反应过程，在1500℃的高温下进行。在生成乙炔的同时，产生了大量的CO、CO2、H2和H2O，同时还生成少量的丁二炔、乙烯基乙炔和其它不饱和碳氢化合物以及芳族烃等副产物。由于在高温下，乙炔会进一步分解成炭黑和氢气。为了减少炭黑等副产物的生成，工业中采用了大量冷却水瞬间淬冷裂解气，从而终止反应。在这一过程中，副产的炭黑被水洗下，产生了大量炭黑含量在200mg/m3的低浓度炭黑水。该炭黑水的处理，一直是相关企业生产中的环保难题。
2、传统意义上的炭黑循环流程研究
传统意义上的炭黑循环流程是比较复杂的，不仅需要淬火水和洗涤水，还需要含有炭黑的炭黑水，要通过重力作用，进行总管有效收集，要通过脱气罐把液体收集到炭黑分离槽内，经过一段时间后，炭黑会完全浮在水面上。输送装置上的刮板可以把炭黑浆刮去，通过倾斜平板，把溶液流到炭黑收集槽当中，炭黑浆最终会流入搅拌槽，便于泵抽后处理。图1是传统意义上的炭黑循环流程图。
3、传统流程存在的问题
3.1环保方面问题
传统炭黑水循环系统采用的是敞式流程。在该流程的炭黑分离槽以及双曲型冷却塔中，炭黑水均是直接与空气接触。由于天然气制乙炔的过程中，由于高温反应，产生了丁二炔、乙烯基乙炔和其它不饱和碳氢化合物以及芳族烃等副产物，这些副产物中的一部分会溶解在淬火的炭黑水中，当炭黑水在炭黑分离槽与空气长时间接触的过程中，以及炭黑水在双曲型冷却塔中与空气逆流接触冷却的过程中，溶解在炭黑水中的有机污染物就会部分解析出来，对环境产生污染。
冷却后的炭黑水，有两股水送去裂化气工艺压缩过程中的裂化气冷却，以及提浓单元中蒸汽喷射泵系统的操作蒸汽冷却和气流中的蒸汽冷却。由于裂化气压缩后有进一步聚合的可能，以及裂化气中本身含有的聚合物，洗涤冷却水会进一步将裂化气中的聚合物带入炭黑水中。同样，在提浓单元的蒸汽喷射泵系统中，蒸汽中含有萘等聚合产物，在冷却的过程中，这些有机物被沉积下来，带入炭黑水中。进一步增加了炭黑水的有机污染。
3.2堵塞方面的问题
当一系列聚合物质进入炭黑水内之后，一部分会蒸发，另一部分会和炭黑水一起循环。循环炭黑水就是为了冷却，在冷却过程中，喷头的使用数量会大大增加。而在使用过程中，相关聚合物质会滞留在喷头当中，最终产生喷头堵塞问题。另外，如果炭黑水温度不高的话，一些聚合物质也会滞留在管壁内侧，不利于装置正常运行。
3.3溶剂带入问题
天然气制乙炔装置在后续工段采用了NMP溶剂对裂化气中的乙炔进行提纯。在乙炔提浓单元有很多水封，以及高级炔气体的冷却都采用的是炭黑水，一旦设备出现问题或者操作上出现问题，就有可能将大量的NMP有机溶剂带入炭黑循环水系统。有机物的增加，会导致有机物和炭黑结合，使得炭黑起泡，从而影响分离炭黑浆的流动性，将危及整个炭黑分离系统的运行。
4、传统炭黑循环流程创新和改造
4.1封闭循环替代敞式循环
在循环水系统当中，分离槽以及冷却塔都是敞式的，可以改成封闭式的，还可以选择板式换热器完成换热工作，这样不仅可以解决环境污染等问题，还可以减少投资。要想把敞式的分離槽改造成为封闭式的是比较难的，但通过相关技术创新案例，我们可以改变严格遵循乙炔最大量的标准，通过减少乙炔产量来减少副产物量。在新型技术和新型模式下，炭黑生成量会逐渐减少，体积也会变小，这样就可以实现炭黑溶水的目标。这样就可以不用炭黑分离槽，有效排除炭黑，保证炭黑水正常生成。
4.2阻断有机物带入系统
传统流程中，三分之一以上的炭黑循环水用于裂解气压缩的冷却以及提浓单元中蒸汽喷射泵系统的操作蒸汽冷却和气流中的蒸汽冷却。这些地方也是新增加的有机聚合物带入炭黑循环水的来源。要想解决这一问题，彻底阻断这两股流量是最好的解决办法。经过分析研究，这两股炭黑水用户不是必须使用炭黑水的，我们就可以将这两个用户排出在炭黑循环水系统之外。与此同时也思考原设计将这两个用户并入炭黑循环水系统的原因：冷却水中含有大量有机物、炭黑等。这里是无法采用工业循环水的，只能各自单独闭路循环，工业循环水间接换热冷却。
通过上述流程改造设计，将原来的炭黑水循环系统一分为三，就彻底阻断了其他系统的有机物带入炭黑水系统。同时也解决了NMP溶剂带入系统的问题。有机物的减少将缓解喷头的堵塞问题。通过采用新型防堵喷头可以解决生产周期内的堵塞问题。
5、结束语
天然气制乙炔装置炭黑循环冷却水工艺意义是比较大的，但在该工艺制造过程中，还存在一系列环保问题和制造问题，必须进行相应的技术改造，解决一系列相关问题，还要进行制作流程优化，改善天然气制乙炔装置的条件和环境，提高乙炔装置运行效率。
参考文献：
[1]天然气制乙炔装置副产炭黑处理技术及探索[J].吴跃明.广东化工.2014（06）.
[2]浅谈天然气制乙炔净化装置中高级炔含量的控制[J].姚文涛.天然气化工（C1化学与化工）.2014（04）.
[3]天然气部分氧化制乙炔副产炭黑综合利用探讨[J].游友惠.天然气化工（C1化学与化工）.2013（06）.
（作者单位：新疆美克化工股份有限公司）
关键词：天然气制乙炔；炭黑；循环冷却水
1、引言
天然气部分氧化制乙炔工艺技术，是天然气化工重要的技术路线之一。通过利用该技术，可以最终取得性能达标的乙炔，还可以在实现甲烷热裂解之后，获取乙炔。反应方程式如下：
2CH4→C2H2+3H2-Q
这个反应过程其实属于一种吸热反应过程，在1500℃的高温下进行。在生成乙炔的同时，产生了大量的CO、CO2、H2和H2O，同时还生成少量的丁二炔、乙烯基乙炔和其它不饱和碳氢化合物以及芳族烃等副产物。由于在高温下，乙炔会进一步分解成炭黑和氢气。为了减少炭黑等副产物的生成，工业中采用了大量冷却水瞬间淬冷裂解气，从而终止反应。在这一过程中，副产的炭黑被水洗下，产生了大量炭黑含量在200mg/m3的低浓度炭黑水。该炭黑水的处理，一直是相关企业生产中的环保难题。
2、传统意义上的炭黑循环流程研究
传统意义上的炭黑循环流程是比较复杂的，不仅需要淬火水和洗涤水，还需要含有炭黑的炭黑水，要通过重力作用，进行总管有效收集，要通过脱气罐把液体收集到炭黑分离槽内，经过一段时间后，炭黑会完全浮在水面上。输送装置上的刮板可以把炭黑浆刮去，通过倾斜平板，把溶液流到炭黑收集槽当中，炭黑浆最终会流入搅拌槽，便于泵抽后处理。图1是传统意义上的炭黑循环流程图。
3、传统流程存在的问题
3.1环保方面问题
传统炭黑水循环系统采用的是敞式流程。在该流程的炭黑分离槽以及双曲型冷却塔中，炭黑水均是直接与空气接触。由于天然气制乙炔的过程中，由于高温反应，产生了丁二炔、乙烯基乙炔和其它不饱和碳氢化合物以及芳族烃等副产物，这些副产物中的一部分会溶解在淬火的炭黑水中，当炭黑水在炭黑分离槽与空气长时间接触的过程中，以及炭黑水在双曲型冷却塔中与空气逆流接触冷却的过程中，溶解在炭黑水中的有机污染物就会部分解析出来，对环境产生污染。
冷却后的炭黑水，有两股水送去裂化气工艺压缩过程中的裂化气冷却，以及提浓单元中蒸汽喷射泵系统的操作蒸汽冷却和气流中的蒸汽冷却。由于裂化气压缩后有进一步聚合的可能，以及裂化气中本身含有的聚合物，洗涤冷却水会进一步将裂化气中的聚合物带入炭黑水中。同样，在提浓单元的蒸汽喷射泵系统中，蒸汽中含有萘等聚合产物，在冷却的过程中，这些有机物被沉积下来，带入炭黑水中。进一步增加了炭黑水的有机污染。
3.2堵塞方面的问题
当一系列聚合物质进入炭黑水内之后，一部分会蒸发，另一部分会和炭黑水一起循环。循环炭黑水就是为了冷却，在冷却过程中，喷头的使用数量会大大增加。而在使用过程中，相关聚合物质会滞留在喷头当中，最终产生喷头堵塞问题。另外，如果炭黑水温度不高的话，一些聚合物质也会滞留在管壁内侧，不利于装置正常运行。
3.3溶剂带入问题
天然气制乙炔装置在后续工段采用了NMP溶剂对裂化气中的乙炔进行提纯。在乙炔提浓单元有很多水封，以及高级炔气体的冷却都采用的是炭黑水，一旦设备出现问题或者操作上出现问题，就有可能将大量的NMP有机溶剂带入炭黑循环水系统。有机物的增加，会导致有机物和炭黑结合，使得炭黑起泡，从而影响分离炭黑浆的流动性，将危及整个炭黑分离系统的运行。
4、传统炭黑循环流程创新和改造
4.1封闭循环替代敞式循环
在循环水系统当中，分离槽以及冷却塔都是敞式的，可以改成封闭式的，还可以选择板式换热器完成换热工作，这样不仅可以解决环境污染等问题，还可以减少投资。要想把敞式的分離槽改造成为封闭式的是比较难的，但通过相关技术创新案例，我们可以改变严格遵循乙炔最大量的标准，通过减少乙炔产量来减少副产物量。在新型技术和新型模式下，炭黑生成量会逐渐减少，体积也会变小，这样就可以实现炭黑溶水的目标。这样就可以不用炭黑分离槽，有效排除炭黑，保证炭黑水正常生成。
4.2阻断有机物带入系统
传统流程中，三分之一以上的炭黑循环水用于裂解气压缩的冷却以及提浓单元中蒸汽喷射泵系统的操作蒸汽冷却和气流中的蒸汽冷却。这些地方也是新增加的有机聚合物带入炭黑循环水的来源。要想解决这一问题，彻底阻断这两股流量是最好的解决办法。经过分析研究，这两股炭黑水用户不是必须使用炭黑水的，我们就可以将这两个用户排出在炭黑循环水系统之外。与此同时也思考原设计将这两个用户并入炭黑循环水系统的原因：冷却水中含有大量有机物、炭黑等。这里是无法采用工业循环水的，只能各自单独闭路循环，工业循环水间接换热冷却。
通过上述流程改造设计，将原来的炭黑水循环系统一分为三，就彻底阻断了其他系统的有机物带入炭黑水系统。同时也解决了NMP溶剂带入系统的问题。有机物的减少将缓解喷头的堵塞问题。通过采用新型防堵喷头可以解决生产周期内的堵塞问题。
5、结束语
天然气制乙炔装置炭黑循环冷却水工艺意义是比较大的，但在该工艺制造过程中，还存在一系列环保问题和制造问题，必须进行相应的技术改造，解决一系列相关问题，还要进行制作流程优化，改善天然气制乙炔装置的条件和环境，提高乙炔装置运行效率。
参考文献：
[1]天然气制乙炔装置副产炭黑处理技术及探索[J].吴跃明.广东化工.2014（06）.
[2]浅谈天然气制乙炔净化装置中高级炔含量的控制[J].姚文涛.天然气化工（C1化学与化工）.2014（04）.
[3]天然气部分氧化制乙炔副产炭黑综合利用探讨[J].游友惠.天然气化工（C1化学与化工）.2013（06）.
（作者单位：新疆美克化工股份有限公司）