CN218609289U - 干法制备乙炔的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气体制备装置技术领域，尤其公开了一种干法制备乙炔的装置。该装置通过于乙炔发生筒底部设置滚筒式螺旋搅拌杆，其通过自转及旋转两角度的转动，不仅可将反应物电石不停翻滚而使电石与喷洒的雾化水分充分接触，而且同时破碎了电石，进一步保证了二者的充分反应，不仅提高乙炔产率，且避免对电石的破碎前处理，简化工艺、降低成本。通过对该装置进行进一步的改进，其还能满足制备后的原位乙炔燃爆特性参数实验，原位实验方便，无需进行乙炔气体的充气等操作，密封性好、防爆性能好；且其进行燃爆实验时，还克服了现有技术中对乙炔进行燃爆实验时的充气压强极限的限制，可以进行远高于0.25MPa初始压力的相关乙炔燃爆实验研究。

Description

干法制备乙炔的装置

技术领域

本实用新型属于气体制备装置技术领域，具体来讲，涉及一种干法制备乙炔的装置。

背景技术

乙炔俗称电石气，是一种无色、无味、极易燃的可燃气体，其是一种广泛使用的原料气，特别是在焊接金属等领域应用普遍。

工业化生产乙炔的主要方法有两种：一种是电石法，即使用电石(碳化钙)和水反应制得工业乙炔；另一种是天然气法，即将天然气原料加热到600℃～650℃时与氧气混合后导入多管式烧嘴板乙炔炉，将混合气体温度加热到高温1500℃左右，天然气会分解出稀乙炔，再使用N-甲基吡咯烷酮将稀乙炔提纯得到工业乙炔。现阶段我国主要能源供应仍是煤炭，这使得电石法制乙炔是我国工业化生产乙炔的主要方法。

电石法制乙炔可分为干法制乙炔和湿法制乙炔两种方法，二者的区别在于使用的水量不一样。湿法制乙炔虽然具有发生装置简单、操作容易等优点，但是也存在很多缺点，如，在制乙炔过程中水与电石配比高达8:1、耗水量很大、很不经济，乙炔产率也因乙炔微溶于水而降低，电石渣因含水量大清理运输时不经济、不环保，制得的乙炔气因湿度大需增加去湿成本。干法制乙炔虽具有用水量少、乙炔纯度高、经济环保等显著优点，但是，目前工业化使用干法制乙炔还存在一些不足，其不仅装置复杂，而且还存在需将电石提前进行破碎处理、以及电石与水因反应不完全而降低乙炔产率等问题。

因此，很有必要发明一种新型的干法制备乙炔的装置，以确保使用该新型装置制乙炔时，在兼具装置简单、操作简便、经济、安全、环保等优点的同时，还可解决破碎前处理带来的工艺复杂以及反应物接触不充分而带来乙炔产率低的问题。

实用新型内容

为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种干法制备乙炔的装置，该装置通过于乙炔发生筒底部设置滚筒式螺旋搅拌杆，其通过自转及旋转两角度的转动，可将反应物电石不停翻滚而使电石与喷洒的雾化水分充分接触；该滚筒式螺旋搅拌杆还同时破碎了电石，进一步保证了二者的充分反应，不仅提高乙炔产率，且避免对电石的破碎前处理，简化工艺、降低成本。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种干法制备乙炔的装置，其包括乙炔发生筒、卡设于该乙炔发生筒内部的雾化喷淋装置、以及设置于该乙炔发生筒底部的全方位搅拌组件；其中，乙炔发生筒的顶部采用法兰盘密封，法兰盘上开设有热电偶安装孔、气压控制孔和雾化喷淋联锁控制孔，热电偶安装孔用于插设热电偶，气压控制孔用于连通抽真空管道、真空压力表和静压传感器，而雾化喷淋联锁控制孔用于插置雾化喷淋联锁控制装置；雾化喷淋装置包括卡设于乙炔发生筒内部的储水室以及位于该储水室底部的雾化喷淋器，雾化喷淋联锁控制装置与雾化喷淋器电连接以控制雾化喷淋器向乙炔发生筒的底部方向喷淋雾化水；全方位搅拌组件包括贯穿乙炔发生筒底部的转轴、水平连接在该转轴上且位于乙炔发生筒底部的滚筒式螺旋搅拌杆、和与转轴电连接的外置驱动，该外置驱动经由转轴控制滚筒式螺旋搅拌杆中的波纹杆进行自转和以转轴为轴的旋转，以使该装置在进行干法制备乙炔时，滚筒式螺旋搅拌杆翻滚以破碎并搅匀反应物。

大体积的电石表面会有一层湿软的碳酸钙，通过滚筒式螺旋搅拌杆的自转以及旋转，使得表面一层的碳酸钙脱落，喷淋出来的雾化水会继续与新的电石表面进行反应，重复此状态，直到电石完全反应；如此，不仅提高乙炔产率，且相较现有技术中的一般制备方法，无需先行对电石进行破碎前处理，也简化了工艺。

进一步地，波纹杆的表面具有螺旋齿。

优选地，该波纹杆的长度为5cm～20cm，螺旋齿的齿峰为3cm～5cm、齿宽为1cm～3cm。

进一步地，波纹杆包括分设于转轴相对两侧的第一部和第二部，第一部和第二部独立地分别进行自转。

进一步地，雾化喷淋器包括若干个雾化螺旋喷嘴和震动雾化片；其中，储水室的底部开设有若干通孔，每一通孔连通一雾化螺旋喷嘴，而震动雾化片设置于储水室的底部。

优选地，雾化螺旋喷嘴是通过通管连通至通孔处，且震动雾化片设置于该通管内。

进一步地，雾化喷淋装置的底端不低于乙炔发生筒的中部。

进一步地，乙炔发生筒的内壁开设有若干均匀分布的直通凹槽，雾化喷淋装置即通过直通凹槽卡设于乙炔发生筒的内部。

进一步地，乙炔发生筒的底部开设有排渣孔。

本实用新型提供的干法制备乙炔的装置，在进行喷淋雾化水之前，先经由抽真空管道连接真空泵将乙炔发生筒内抽至真空状态，由此即保证了制备获得的乙炔气体中不会掺杂空气，而经此装置制备获得的乙炔气体仅需去除硫化氢气体即可实现纯化的目的，制备工艺简单，制备成本低廉。同时，经此干法制备获得的乙炔，残留的电石渣含水量少、质量轻，易于运输处理。

进一步地，法兰盘上还开设有点火电极安装孔；其中，点火电极安装孔用于插设点火电极。

本实用新型提供的干法制备乙炔的装置，对法兰盘处进行进一步改进，通过增设点火电极安装孔，使得该装置在制备完成乙炔后，可直接进行乙炔燃爆特性参数实验，即直接通过点火电极进行点火，将制备后储存于乙炔发生筒内的乙炔点爆，通过连接的热电偶和真空压力表、静压传感器等监控燃爆数据，该燃爆实验方便，原位制备实验，无需进行乙炔气体的充气等操作，且该装置密封性好、防爆性能好。

另外，该装置进行燃爆实验时，还克服了现有技术中对乙炔进行燃爆实验时的充气压强极限的限制；避免了现有技术中通过减压阀将乙炔气瓶内的乙炔气充入爆炸实验装置时，由于乙炔减压阀最大初始压力只有0.25MPa而对初始压力的实验限制。因此，通过此装置可以进行高于0.25MPa初始压力的相关乙炔燃爆实验研究。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本实用新型的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本实用新型的实施例1的干法制备乙炔的装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型的实施例1的干法制备乙炔的装置中全方位搅拌组件的运行俯视示意图；

图3是根据本实用新型的实施例1的干法制备乙炔的装置中乙炔发生筒的底部仰视示意图；

图4是根据本实用新型的实施例2的干法制备乙炔的装置的结构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本实用新型的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本实用新型，并且本实用新型不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本实用新型的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本实用新型的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“顶”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实施例提供了一种干法制备乙炔的装置。

参照图1～图3所示，该干法制备乙炔的装置包括乙炔发生筒1、卡设于该乙炔发生筒1内部的雾化喷淋装置2、以及设置于该乙炔发生筒1底部的全方位搅拌组件3。

具体来讲，乙炔发生筒1的顶部采用法兰盘11密封，法兰盘11上开设有热电偶安装孔12、气压控制孔13和雾化喷淋联锁控制孔14；其中，热电偶安装孔12用于插置热电偶41，气压控制孔13用于连通抽真空管道42、真空压力表43和静压传感器44，而雾化喷淋联锁控制孔14用于插置雾化喷淋联锁控制装置(图中未示出)。

雾化喷淋装置2包括卡设于乙炔发生筒1内部的储水室21以及位于该储水室21底部的雾化喷淋器22，雾化喷淋联锁控制装置与雾化喷淋器22电连接即可控制该雾化喷淋器22向乙炔发生筒1的底部方向喷淋雾化水，以满足雾化水与位于乙炔发生筒1底部的电石接触而发生反应。

优选地，将雾化喷淋联锁控制装置与雾化喷淋器22电连接时，可在连接线外套设铠装波纹杆等管体以进行水汽隔绝。

进一步地，雾化喷淋器22包括若干个雾化螺旋喷嘴221和震动雾化片222；其中，储水室21的底部开设有若干通孔(图中角度未示出)，每一通孔连通一雾化螺旋喷嘴221，而震动雾化片222则设置于储水室21的底部，以震动储水室21内的喷淋水而通入雾化螺旋喷嘴221处。

优选地，雾化螺旋喷嘴221是通过通管连通至通孔处的，且震动雾化片222也非图1中所示的整体式地安置于储水室21的底部，而是一个个独立式地设置于该通管内。

一般而言，雾化喷淋装置2的底端不低于乙炔发生筒1的中部，也即，雾化螺旋喷嘴221处位于乙炔发生筒1的中部相当位置，以为喷淋而出的雾化水保留一定的喷淋空间，以更加细密均匀地喷至电石的表面而与之反应。

该全方位搅拌组件3系经商业化购入的现有装置，其结构简言之包括贯穿乙炔发生筒1的底部的转轴31、水平连接在转轴31上且位于乙炔发生筒1底部的滚筒式螺旋搅拌杆32、以及与转轴31电连接的外置驱动33。

其中，上述全方位搅拌组件3的具体结构可参照现有技术CN 211514275U中驱动机构与自主搅拌桨部分。具体地，上述外置驱动33与该现有技术中的驱动机构一致，其具体包括驱动电机，插接驱动电机上的驱动输入轴，套接驱动输入轴的驱动输入轮，与驱动输入轮传动连接的驱动传动轮，插接驱动传动轮的驱动传动轴，套接驱动传动轴的传动斜齿轮，与传动斜齿轮啮合的传动啮合齿轮，以及插接传动啮合齿轮的驱动转动轴，驱动输入轮与驱动传动轮之间还设有驱动皮带。

同时，上述滚筒式螺旋搅拌杆32与该现有技术中的自主搅拌桨略有差异。具体地，该滚筒式螺旋搅拌杆32包括经由转轴31与外置驱动33固定连接的自转电机，与自转电机啮合传动的自转齿轮组，插接自转齿轮组的自转输出轴，以及套装在自转输出轴上的波纹杆(相当于本实用新型中以波纹杆替代了上述现有技术中的桨叶，并且取消支撑杆)。

自转齿轮组包括插接自转电机的自转输入轴，套接自转输入轴的自转输入齿轮，以及与自转输入齿轮啮合的自转输出齿轮。

在本实用新型的全方位搅拌组件3中，并非外置驱动33中的驱动转动轴直接与滚筒式螺旋搅拌杆32中的自转电机相连，而是二者之间依靠上述转轴31相连。

本实用新型中涉及与上述现有技术中相一致的关于外置驱动33及滚筒式螺旋搅拌杆32的详细结构图示，本实用新型并未详细展示，本领域技术人员参照上述现有技术即可。

如此，自转齿轮组改变自转电机的驱动方向，进行将垂直转动方向改变为水平方向上的转动，进而使滚筒式螺旋搅拌杆32中的波纹杆完成自转工作；同时，外置驱动33进行带动滚筒式螺旋搅拌杆32的旋转驱动，进而配合滚筒式螺旋搅拌杆32中波纹杆的自转，使得滚筒式螺旋搅拌杆32可以同时完成旋转与自转的工作。也即，该外置驱动33经由转轴31控制滚筒式螺旋搅拌杆32进行自转(仅其中的波纹杆)和以转轴31为轴的旋转(即公转)，以使该装置在进行干法制备乙炔时，滚筒式螺旋搅拌杆32翻滚以破碎并搅匀反应物电石。

进一步地，上述波纹杆即表面具有螺旋齿，其长度优选为5cm～20cm，螺旋齿的齿峰为3cm～5cm、齿宽为1cm～3cm。

为了能够满足连接于转轴31上的滚筒式螺旋搅拌杆32同时进行旋转和自转，上述波纹杆包括分设于转轴32相对两侧的第一部321和第二部322，第一部321和第二部322借助位于二者之间且连接在转轴32端部的自转电机和自转齿轮组独立地分别进行自转。

雾化喷淋装置2于乙炔发生筒1的内部固定方式，可通过在乙炔发生筒1的内壁开设有若干均匀分布的直通凹槽而实现，雾化喷淋装置2即可卡设于这些直通凹槽处。可采用任意的方式开设直通凹槽，优选开设成半圆形。

采用电石遇水反应的干法制备乙炔方法，一般电石反应结束后会残留部分残渣，该乙炔发生筒1的底部还开设有排渣孔15，以待收集完制备的乙炔气体后排除反应残渣。

排渣孔15处可通过法兰等方式密封。

以下将结合具体的应用实施例来说明本实用新型上述实施例1提供的干法制备乙炔的装置的应用过程及效果。

应用实施例1

在本次应用中，按照喷淋用水与电石的质量比为3:1的比例，分别向储水室21中加入喷淋用水，并将电石置于乙炔发生筒1的底部处。

通过空压机向储水室21加压空气至1MPa，将雾化喷淋装置2与雾化喷淋联锁控制装置进行电连接，并将乙炔发生器1顶部的法兰盘11进行密封。

使用外连的真空泵，经由抽真空管道42将乙炔发生筒1的筒体内抽至真空状，以保证反应制得的乙炔气体中不会掺杂空气，后续仅经除硫化氢即可实现净化。

通过控制雾化喷淋联锁控制装置来控制细水雾的喷洒时间，从而控制喷水量，每次喷洒时间为20s。

分别采用静压传感器44和热电偶41对乙炔发生筒1内的压力和温度进行实时监测。

当压力和温度在规定范围内时，启动外置驱动33，带动滚筒式螺旋搅拌杆32进行全方位搅拌工作。即该滚筒式螺旋搅拌杆32进行顺时针/逆时针转动，将乙炔发生筒1底部边缘和中心的电石充分混合，同时滚筒式螺旋搅拌杆32发生自转，螺旋齿会将电石层底部未与水发生反应的电石翻卷到上部。该全方位搅拌模式，保证了电石无需进行预处理破碎，且能使电石与水的反应更加完全。

在制备过程的控线指标为：气体压力为0.8MPa，气体温度为70℃。若监测到乙炔发生筒1内的气体压力或温度数值过高时，则将雾化喷淋联锁控制装置和外置驱动33停机。

作业结束后，将乙炔发生筒1内制得的乙炔气体收集并进行去杂质工序后存入储气罐即可。随后，打开排渣孔15上的法兰，启动外置驱动33，将电石残渣排出。

对本应用制备收集到的乙炔气体进行了产量检测与计算，同时将乙炔发生筒1内排出的电石残渣收集，对其中氢氧化钙、剩余电石含量以及电石渣含水量分别进行测定并计算；得到乙炔气产率、电石残渣中氢氧化钙含量以及含水量分别如表1所示。

表1制备产物及电石残渣的化学分析结果

从表1可以看出，与现有技术下所达到的一般产率对比，实施例1提供的干法制备乙炔的装置所得乙炔气体产率较高，电石渣中含水量低。

应用实施例2

本应用实施例中，与应用实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与应用实施例1的不同之处。二者的不同之处在于：

本应用实施例中控线指标为：气体压力为0.7MPa，气体温度为90℃。

采用同上述应用实施例1中相同的测试方法对本应用实施例制备获得的乙炔气体及电石残渣进行分析；得到乙炔气产率、电石残渣中氢氧化钙含量以及含水量分别如表2所示。

表2制备产物及电石残渣的化学分析结果

从表2可以看出，与现有技术下所达到的一般产率对比，实施例1提供的干法制备乙炔的装置所得乙炔气体产率较高，电石渣中含水量低。

实施例2

本实施例提供了另一种改进后的干法制备乙炔的装置，该装置不仅可以进行干法制备乙炔，同时还能对制备获得的乙炔气体进行原位的燃爆特性参数实验。

参照图4所示，相较于实施例1提供的装置，在本实施例的该装置中，法兰盘11上还开设有点火电极安装孔16，该点火电极安装孔16用于插设点火电极45。

以下将结合具体的应用实施例来说明本实用新型上述实施例2提供的另一种干法制备乙炔的装置的应用过程及效果。

应用实施例3

基于上述实施例2中提供的干法制备乙炔的装置，采用同上述应用实施例2相同的工况，制备获得乙炔气体后，不收集该乙炔气体，也不排出电石残渣，直接采用点火电极45对贮存于乙炔发生筒1内的乙炔气体进行点火爆炸。测得气体压力为0.65MPa，气体温度为90℃。可见，基于上述实施例2提供的装置，可在初始压力为0.7MPa的工况下进行乙炔的燃爆实验，且压力和温度数据即为上述测得的结果，其可用于得出爆炸相关特性参数进而为预防乙炔气体爆炸提供数据支撑，对乙炔工业安全防护具有重要意义。

可见，实施例2提供的该干法制备乙炔的装置，在进行乙炔气体的燃爆特性参数实验时，能够对初始气压远高于0.25MPa的工况条件下进行测试，这一点克服了现有技术中一般采用气罐向爆炸装置中充气，因乙炔减压阀最大初始压力只有0.25MPa而对更高初始压力的相关乙炔燃爆实验无法进行研究的弊端。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本实用新型，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种干法制备乙炔的装置，其特征在于，包括乙炔发生筒、卡设于所述乙炔发生筒内部的雾化喷淋装置、以及设置于所述乙炔发生筒底部的全方位搅拌组件；其中，所述乙炔发生筒的顶部采用法兰盘密封，所述法兰盘上开设有热电偶安装孔、气压控制孔和雾化喷淋联锁控制孔，所述热电偶安装孔用于插设热电偶，所述气压控制孔用于连通抽真空管道、真空压力表和静压传感器，所述雾化喷淋联锁控制孔用于插置雾化喷淋联锁控制装置；所述雾化喷淋装置包括卡设于所述乙炔发生筒内部的储水室以及位于所述储水室底部的雾化喷淋器，所述雾化喷淋联锁控制装置与所述雾化喷淋器电连接以控制所述雾化喷淋器向所述乙炔发生筒的底部方向喷淋雾化水；所述全方位搅拌组件包括贯穿所述乙炔发生筒底部的转轴、水平连接在所述转轴上且位于所述乙炔发生筒底部的滚筒式螺旋搅拌杆、和与所述转轴电连接的外置驱动，所述外置驱动经由所述转轴控制所述滚筒式螺旋搅拌杆中的波纹杆进行自转和以所述转轴为轴的旋转，以使所述装置在进行干法制备乙炔时，所述滚筒式螺旋搅拌杆翻滚以破碎并搅匀反应物。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述波纹杆的表面具有螺旋齿。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述波纹杆的长度为5cm～20cm，所述螺旋齿的齿峰为3cm～5cm、齿宽为1cm～3cm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述波纹杆包括分设于所述转轴相对两侧的第一部和第二部，所述第一部和所述第二部独立进行自转。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述雾化喷淋器包括若干个雾化螺旋喷嘴和震动雾化片；其中，所述储水室的底部开设有若干通孔，每一所述通孔连通一所述雾化螺旋喷嘴，所述震动雾化片设置于所述储水室的底部。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述雾化螺旋喷嘴通过通管连通至所述通孔处，所述震动雾化片设置于所述通管内。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述雾化喷淋装置的底端不低于所述乙炔发生筒的中部。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述乙炔发生筒的内壁开设有若干均匀分布的直通凹槽，所述雾化喷淋装置通过所述直通凹槽卡设于所述乙炔发生筒的内部。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述乙炔发生筒的底部开设有排渣孔。

10.根据权利要求1～9任一所述的装置，其特征在于，所述法兰盘上还开设有点火电极安装孔；其中，所述点火电极安装孔用于插设点火电极。

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