黄石高纯乙炔的制备核心是“生成粗乙炔+深度提纯”的两步工艺,目前工业上主流制备方法主要有两种,分别是电石法和天然气制乙炔法,两种方法各有优劣,适配不同的生产规模和纯度需求,同时提纯环节的工艺选择也直接影响最终产品的纯度等级,是制备过程中的核心关键步骤。
电石法是目前国内应用最广泛、工艺最成熟的制备方法,占国内高纯乙炔总产量的85%以上,其核心原理是利用电石(碳化钙,CaC₂)与水发生化学反应生成粗乙炔,反应方程式为CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂,该反应过程无需高温高压,常温下即可顺利进行,且原料易得、生产成本相对较低,适合大规模工业化生产。电石法的具体流程分为原料预处理、反应生成、粗品净化、深度提纯四个环节:首先对电石进行破碎、筛分,去除其中的杂质石块和粉尘,确保原料纯度;随后将处理后的电石送入反应釜,与净化后的纯水充分反应,生成粗乙炔气体,同时产生氢氧化钙副产物;粗乙炔气体中含有大量硫化氢、磷化氢、水分、氮气等杂质,需先通过碱洗、水洗等初步净化工艺,去除大部分酸性杂质和水分;最后通过低温精馏、吸附纯化等深度提纯工艺,去除剩余的痕量杂质,使乙炔纯度达到99.6%以上,满足高纯标准。
天然气制乙炔法是一种新型环保制备方法,近年来在高端领域应用逐渐增多,其核心原理是将天然气(主要成分甲烷,CH₄)预热至600~650℃后,与氧气一同送入多管式烧嘴板乙炔炉,在1500℃的高温条件下,甲烷发生裂解反应,生成含8%左右稀乙炔的混合气体,再通过N-甲基吡咯烷酮(NMP)提浓工艺,将乙炔浓度提升至99%以上,最后经深度提纯得到高纯乙炔产品。该方法的优势是原料(天然气)来源广泛、清洁环保,反应过程中产生的污染物较少,且制备的乙炔纯度上限更高,更容易达到4.0N、5.0N级别的超高纯标准,适合用于半导体、电子等对纯度要求极高的领域;其不足是设备投资较大,反应需要高温条件,能耗相对较高,目前主要用于大型高端气体生产企业。
此外,无论采用哪种制备方法,深度提纯环节都是关键,目前主流的提纯工艺包括低温精馏法、吸附纯化法、膜分离法及催化除杂法等,通常会采用多种工艺组合的方式,确保杂质去除效果——例如通过吸附纯化法去除水分和酸性杂质,通过低温精馏法分离氮气、氧气等惰性气体杂质,通过催化除杂法去除微量的有机杂质,最终实现对痕量杂质的有效控制,保障黄石高纯乙炔产品的纯度和质量稳定性,满足不同下游领域的使用需求。