摘 要：本文分析了我国乙炔生产技术的研究现状，介绍了国内外天然气生产乙炔技术的研究进展。通过分析与比较，并结合我国天然气生产乙炔企业的实际情况，提出一些合理的建议。
关键词：乙炔；生产；裂解
乙炔在日常生产生活中，除了用于焊接切割以及生产炭黑外，还是一种非常重要的化工中间体，目前主要用于1-4丁二醇、醋酸乙烯、聚乙烯醇、合成纤维等。乙炔的生产方法主要包括电石法、烃类裂解法、裂解煤制取乙炔法等。目前我国工业生产乙炔主要是电石法和部分氧化法，这两种方法工艺比较成熟，但是目前仍存在较多问题。电石法工艺简单，投资较小，但是电石法生产乙炔，不仅在电石生产过程中能耗大、环境污染严重，而且在电石法存在电石渣（含重金属）难处理且污染大以及乙炔气净化过程中的废硫酸处理成本较高，有废硫酸处理资质的公司极少；在目前国家环保政策和形势下，电石法的发展空间将会越来越小。烃类裂解法和裂解煤制取法污染小，发展空间大，所以本文主要介绍烃类裂解法和裂解煤制乙炔法。
1 烃类裂解法
乙炔在800℃以上会分解为炭黑和氢气，在600～650℃容易聚合，所以裂解后的气体都要快速冷却，目前工业通常采用水淬冷法和油淬冷法。
1.1 电弧法
电弧法是利用高电压电极产生电弧，利用电弧提供的能量，使烃类物料裂解来制取乙炔。电弧法制乙炔的设备主要为电弧加热炉。
电弧法是德国Chemseh公司于1940年开发，并成功实现工业化生产。
气体由切线方向进入电弧加热炉，从中心管出来进行淬冷。该方法的原料可以使是大部分气态烃和气化的液态烃，并且未反应的原料和裂解过程中的副产物烃类也可以利用，开停车方便；但是该法基建投资大，电耗非常高，每生产1t乙炔需消耗电约14万kWh，仅适用于电力充沛地区；并且电极寿命短、裂解气中残留甲烷高。经过多年的研究，目前该方法最大产能达到12×104t/a。电弧法在美国、德国、前苏联地区、罗马尼亚均有装置。
1.2 等离子法
在20世纪40年代，等离子体技术就已经被应用于天然气直接转化制乙炔（Huels工艺）过程。日本在1961年开始研究氢作为稀释剂的甲烷热等离子体裂解制乙炔技术，乙炔收率达到73%，美国INEL实验室采用气动骤冷技术使乙炔产率达到90%以上；德国ISP公司建成一套3×104t/a的等离子体制乙炔工业化装置。中科院金属研究所（沈阳）在2005年左右研究了一种新型微波复合直流等离子体技术，该技术利用微波将直流等离子体柱分化為多根丝状等离子体，由于丝状等离子体一方面降低电极单位面积内的能量密度，减少了电极的烧蚀速度。另一方而改善了等离子体与反应气体的混合，从而可以提高反应的转化效率，甲烷转化率可达84.4%，乙炔选择性为75.6%，乙炔收率为63.8%，乙炔能耗达10.8 kWh/kg ，电极寿命超过200 h。但是目前等离子体法生产能力小，最大的单套生产能力仅为600t/a，与目前工业化发展较好的部分氧化法有较大差距。
1.3 蓄热炉裂解法（Wulff法）
该法以C2以上的轻质烃类为原料，通过燃料和空气燃烧加热高温耐火材料，将燃烧后的热量进行储存，温度达到后停止燃烧加热；然后将原料和蒸汽混合通入蓄热炉内，利用高温材料储存的进行裂解反应，生产乙炔和乙烯。待蓄热炉温度降到一定温度后，停止进料，再进行蓄热过程。该方法不需要纯氧、热利用率高，原料灵活；但是蓄热炉内结焦严重，不易清除。美国Wulff公司利用该项专利与Lummus公司合作于20世纪40年代在美国洛杉矶附近建了一套120t/ a的试验装置，之后又扩大到500t/a。之后UCC公司等建立了一系列的该法装置，联产乙炔和乙烯。
1.4 氧化裂解法
1.4.1 部分氧化法
1.4.1.1 国外的部分氧化法发展与研究进展
部分氧化法是BASF公司于20世纪20年代在Berthelot实验室的基础上开发的，并在1945年实现工业化，为多管炉。为了减少烧嘴板下部表面结炭，美国Monsanto公司开发了旋焰烧嘴，在乙炔炉烧嘴的主流道中加入漩涡器，使气体产生旋转，燃烧时形成旋转火焰，同时可以增大燃烧的强度；比利时SBA公司先后开发了SBA-I型、SBA-II型乙炔炉，和美国Kellogg公司合作开发了SBA-Kellogg乙炔炉；前苏联国家氮气工业和有机合成产品科学研究设计院（国内称乌克兰法，目前被爱沙尼亚阿尔维果化学工程公司收购）开发了一种旋焰炉的部分氧化法，其单炉生产能力达到1×104t/ a。
四川天华股份有限公司经过摸索以及参数调整后，目前早起着火的现象偶尔发生。但是乌克兰工艺为水淬冷；据了解，乌克兰相关研究院也在针对炭黑水处理过程不足之处，也在进行环保方面的研究。
1.4.1.2 国内的部分氧化法发展与研究进展
重庆天然气化工研究院研究开发了1×104t/ a的旋焰乙炔炉，采用轻油淬冷，可以联产乙烯。1978年，四川维尼纶厂（简称川维）引进BASF的3×104t/ a传统乙炔生产装置；在不断改进的基础上，于1993年扩建一个列，于2003年扩建一套乙炔装置，并在消耗吸收、持续改进的基础上，川维已经掌握该法生产技术，并在2010年新建一套装置，实现单列1.5×104t/a，总产能达到16×104t/a；并且与新疆美克合作，建成一套天然气制乙炔装置。1992年重庆长寿化工有限公司，单列1.5×104t/a的乙炔装置试车成功，但是后来由于工艺设计不成熟和设备制造等种种原因被迫停产。近年来我国又相继从国外引进多套天然气部分氧化法乙炔炉。
1.4.1.3 部分氧化法存在的不足
部分氧化法，目前在世界范围内工业化应用较为成功，并经过多年来的持续改进，已经比较成熟，但是仍有些技术难题需要改进，主要体现在以下几个方面：
1.4.1.3.1 原料消耗大
天然气部分氧化法用70%的天然气进行不完全燃烧产生的能量来加热剩余的30%天然气至反应温度并发生裂解反应，虽然该法产生的CO和H2可以用来生产甲醇来提高部分氧化法的经济性，但是其中部分燃烧过程消耗了大量的天然气，属于浪费的大量宝贵的原料。
1.4.1.3.2 热量损失大
目前多数裂解工艺采用水淬冷的方式将裂解气从1400℃左右快速冷却到100℃以下，这部分品质较低额热源，难以利用，造成热量的大量损失。虽然BASF目前建成一套油淬冷工艺，能够利用淬火油热量产生蒸汽；但是淬火油损失较大，每生产1t乙炔大约会损失0.15～0.30t淬火油，也有极高的毒性（苯、甲苯、二甲苯）。BASF油淬冷工艺未见大规模应用。
1.4.1.3.3 炭黑生产量大，不易处理
正常情况下，每生产1吨乙炔大约生成50kg炭黑，虽然提高氧碳比可以减少生成的炭黑量，但是乙炔收率也会降低，并且极易引起早起着火和减少烧嘴板的使用寿命。目前处理方式为焚烧或者真空过滤形成滤饼进行填埋；焚烧造成能源的浪费，填埋则易造成环境的二次污染。目前国内尝试过与煤掺烧、送入砖厂处理，不理想。目前来看可以考虑从以下几个方面进行改进：
一是将乙炔裂解炉冷却水系统独立运行和密闭运行，减少杂质的进入；二是乙炔裂解炉冷却水系统的设备和管道考虑不锈钢，减少金属离子的杂质；三是炭黑干燥過程中，研究控制参数，即能将炭黑浆中的苯、奈等杂质去除的同时，能避免炭黑的燃烧。
1.4.1.3.4 系统聚合物多
由于部分氧化法在生成乙炔的同时，会生成C4以上的烯烃、炔烃以及芳香烃等副产物，这部分副产物虽然相对量较少，如丁二炔在裂解气中摩尔百分含量仅有0.2～0.3%，但是这部分高级炔烃在裂解气输送和处理过程中极易聚合，堵塞管道和设备，造成操作能耗增加以及设备检修的工作量增大；严重时损坏设备。
1.4.2 完全燃烧裂解法
完全燃烧法即先在一个空间进行完全燃烧，将燃烧热送至另一空间作为裂解热源。如德国赫斯特法，采用纯氧与燃料按化学计算量进行燃烧，产生特别高的燃烧气的温度（一般达2200℃），用于裂解烃类生产乙炔。
2 裂解煤制取乙炔法
该法利用等离子体的高温和活性，与煤粉充分接触，使煤中有用组分裂解，产生乙炔。该方法具有流程短、洁净、高效等优点。
英国煤炭利用研究协会曾在1961年在《Nature》发表相关文章阐述了该方法的原理和反应条件。到目前为止，国内外陆续有实验室和公司进行研究。
1981年美国AVCO公司和美国能源部在马萨诸塞州中试成功，等离子体炬功率在1MW左右，乙炔单耗10.5kWh/kg。德国Hucls公司与DMT公司在20世纪80年代合作试验等离子体裂解煤反应器，功率在1.25MW，乙炔单耗14～16kWh/kg。20世纪90年代，山西三维集团股份有限公司曾建设0.75MW等离子体裂解煤制乙炔装置，后因某种原因没有后续研究。2001年起，新疆天业（集团）有限公司与清华大学、中科院等离子体物理研究所、复旦大学、俄罗斯科学院、浙江巨化集团等单位合作，在2006年建立2MW等离子体裂解煤制乙炔中试装置，试验中乙炔综合单耗14.5kWh/kg；在2007年，又与清华大学、浙江大学联合进行工业化规模的5MW氢等离子体裂解煤制乙炔研究，并在2009年建成，通过考核，试运行，年产4000t乙炔。
在工业化应用中，等离子体发生器由于阴阳极易烧蚀，所以等离子体发生器的运行周期决定了煤裂解装置运行周期；等离子体射流与煤粉作用是否充分均匀快速又决定了原料利用率和乙炔收率；炉体结焦影响操作稳定性和运行周期。
3 小结
综上所述，虽然我国目前电石法制乙炔仍有较大的产能，但是其能耗高、污染大，并且面对日益严峻的环境保护形势，电石法属于逐步淘汰的工艺。天然气制乙炔工艺和等离子体裂解煤工艺能耗低、污染小等优点。
目前天然气制乙炔技术相对成熟可靠，在天然气资源丰富的地区应大力推广，但是我国天然气制乙炔技术相对于BASF等国外公司先进的技术还有差距，应从解决乙炔收率、降低乙炔单耗、裂解过程中的热能利用、炭黑水处理、聚合物生成等存在的问题去研究，提升我国天然气制乙炔技术。
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