CN101384529B - 生产乙炔的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过烃的部分氧化、电弧裂解或热解生产乙炔的方法，其中将得到的含有乙炔和烟灰的物料流供入压缩机中，其特征在于向压缩机中注入除去该物料流中大部分烟灰的液体。
Description
本发明涉及一种通过烃的部分氧化、电弧裂解或热解制备乙炔的改进方法，其中将得到的含有乙炔和烟灰的物料流供入压缩机中。
在工业上尤其通过BASF开发的方法生产乙炔，该方法基于用氧气部分氧化烃(优选天然气)。例如如US 5,824,834和“Ullmann’s Encyclopediaof Industrial Chemistry，第六版，2000，电子版，第4.2.1章”中所述。
使用天然气时，首先将烃和氧气两种原料预热至约500-650℃，然后将其混合，再后在燃烧室中将其在以所谓的烧嘴板稳定的火焰中真正反应。高乙炔收率需要预热和预混。
几毫秒后通过喷入水将温度超过约1500℃的火焰反应骤冷，即快速冷却至约90℃阻止火焰中的自由基链反应。这防止了热力学不稳定中间体乙炔的降解。反应产物为所谓的裂解气，该裂解气是乙炔、粗合成气(主要为H2和CO)、蒸汽和副产物的混合物。这里的副产物之一是烟灰。为了冷凝大部分蒸汽并因此减少待压缩的气体量，通常在压缩前将裂解气冷却至约30-50℃。
证实作为副产物形成的烟灰在后续工艺阶段将会引起麻烦，因此为了提高该方法的有效性，试图将烟灰从裂解气中分离。
烟灰形成于烃部分氧化过程的火焰中。由于烟灰在气相中形成，其包含通常小于1μm的非常细的颗粒。如US-5824834中所述，形成的烟灰量取决于反应器中的程序。大部分烟灰在火炉骤冷中和在下游冷却塔中被水沉积。然而仍存在于待压缩的裂解气中的烟灰量仍然很大；在BASF方法中，烟灰通常以约100-1000mg/m3(S.T.P)的浓度存在，但在其他方法中也可以显著更大量存在。为了避免用于压缩气体的压缩机的损坏，根据现有技术将烟灰在裂解气压缩前沉积，纯化的裂解气中烟灰含量低于约20mg/m3(S.T.P)。例如，可将湿法电过滤器用于沉积。
除去烟灰和冷却裂解气后，例如由下列公司GE Oil and Gas，Inc.(3300Medaust Drive，Oshkosh，WI 54902，美国)，MAN TurbomaschinenAG(46145Oberhausen，德国)或Kobe Steel，Ltd.，Compressordivision(9-12，Kita-shinagawa 5-chrome，Shinagawa-ku，东京，141-8688，日本)制造的螺杆压缩机通常用来压缩裂解气。优选使用这些高精度制造的昂贵机器，因为它们还能将倾向于形成聚合物沉积的气体压缩。在操作过程中，向压缩机中加入少量冷却用水，可是这些水在压缩过程中(即在机器中)通常完全蒸发，因此该螺杆压缩机在“干态”下操作。
由于烟灰极细，将其沉积是一项非常艰巨的分离任务，因而需要高资金成本和非常复杂的工艺工程。此外，通常使用的湿法电过滤器尤其对于乙炔黑的沉积经常造成操作中断。常见原因是例如断掉的喷涂丝(裂解气中存在的有机酸是导致其发生的因素之一)及沉积物的形成(这由水对烟灰的不良润湿促进)。
因此，本发明的目的是提供一种制备乙炔的改进方法，该方法避免了上述缺点并允许以使用简单工艺工程并具有高可行性及长连续运转时间的有效方式制备乙炔。
因此，发现了一种通过烃的部分氧化、电弧裂解或热解生产乙炔的方法，其中将得到的含有乙炔和烟灰的物料流供入压缩机中，其中将吸收该物料流中存在的大部分烟灰的液体喷入压缩机中。
令人惊奇地发现如果在入口处喷入一定量的水，以使沉积的烟灰在其中分散的液态水从压缩机中排出，则优选用作压缩机的螺杆压缩机能从裂解气中沉积显著量的烟灰。因此，根据本发明，固体沉积而不是气体冷却决定了水的喷入量。结果，可以有利地省去烟灰沉积设备(通常是电过滤器)，并且根据本发明，因此可以将裂解气流直接供入螺杆压缩机上。如果烟灰的存在允许这样，可以将其他工艺步骤连接于反应器和压缩机之间。优选在压缩和同时发生的烟灰沉积之前将裂解气流在附加塔中冷却，以通过蒸汽冷凝降低待压缩的体积流并降低压缩机出口处温度。烟灰分离器(通常是电过滤器)的消除大大简化了新设备情况下的努力并显著降低了资金成本。此外，因为不再需要操作敏感的电过滤器而提高了所有设备的可行性并提高了整个工艺的有效性。
由于螺杆压缩机是高精度制造的非常昂贵的设备，本领域熟练技术人员还未曾想到这样的程序。因此，例如，首先这里主要的气流需要大尺寸的螺杆，其次，不考虑这些相当大的尺寸，必须确保高速旋转的螺杆之间的恒定最小距离，该距离为几个1/100毫米数量级。在以高固体含量(离开冷却塔后裂解气流确实仍具有高固体含量)操作这些昂贵的机器时，还要担心对该设备的损害。然而，令人惊奇的是，过量喷入的液体，优选水确保可以连续操作。
根据本发明，如果以液态(没有蒸汽)离开螺杆压缩机的水中烟灰含量为0.05-5重量％，优选0.1-1.5重量％，特别优选0.15-0.8重量％，则烟灰的沉积进行得特别好，并且长期没有问题。应该避免更高的烟灰含量，因为否则的话烟灰/水悬浮液的粘度会因烟灰的极小尺寸而过度提高。更低的烟灰含量将需要加入水或较少冷却蒸汽饱和的裂解气。该条件首先限定了在压缩机入口处喷入水的最小量，其次限定了喷入水中的最大烟灰量。沉积的原因是一方面裂解气中存在的细碎烟灰颗粒与另一方面水中存在的细碎烟灰颗粒之间非常强烈的混合和相互作用(最终为相对速度)，该原因在其他分离器如文丘里洗涤器的情况下也是决定性的。
在优选的实施方案中，存在水循环以减少水的消耗。循环的结果是工艺水包含烟灰。例如该工艺水也可以在压缩机下游的冷却塔中使用。为了限制根据上述条件的水循环中的烟灰含量，必须排出从裂解气中分离出的烟灰。这例如可以以烟灰/水悬浮液(工艺水)形式进行，将该悬浮液从工艺中排出。
为了确保充分沉积，压缩比必须至少为1∶2，优选至少1∶3。
在本发明方法的另一实施方案中，也可以通过喷入油而不是喷入水来操作螺杆压缩机。这里也可以进行本发明的烟灰沉积。与水相比，油能吸收最大约20重量％的烟灰。当喷入油时，通常在大过量油下操作压缩机以使蒸发不存在问题。
类似地，除了油和水外其他液体根据本发明也是合适的，例如N-甲基吡咯烷酮、甲醇、丙酮、汽油、苯或二甲基甲酰胺。优选使用的物质是已在各种乙炔工艺中使用的那些，即BASF方法中的N-甲基吡咯烷酮。从压缩机排出的液体中的最大烟灰量取决于各自的物料特性。最终，各个悬浮液的粘度必须与上述水/烟灰悬浮液的粘度相当。
优选在裂解气压缩过程中烟灰实质上完全沉积。在本发明方法中，在离开压缩机的气流中可以得到残留烟灰的含量小于约20mg/Nm3(S.T.P)；取决于本发明方法的设计，甚至可以得到实质上更低的残留烟灰含量。与电过滤器的使用比较，没有检测到关于烟灰沉积程度的差别。如果适合，用于裂解气后续分离的溶剂(N-甲基吡咯烷酮)可吸收残留于裂解气中的痕量烟灰。由于溶剂因聚合物形成而必须连续或至少定期再生，痕量烟灰不会引起任何问题。
特别在本发明方法的优选实施方案中，为了长期无故障操作，建议总是保持压缩机上游的进气消音器和进料滤网湿润以防止烟灰沉积。对于烟灰沉积物的常规去除，在单套(single-train)设备情况下乙炔生产必被中断，而在多套(multitrain)设备情况下乙炔生产必被减少。
本发明方法可用于根据US 5824834的封闭式水骤冷及Ullman所述的开放式水骤冷。该方法也可用于其他公知的制备乙炔的方法，例如如Ullman所述。
本发明方法允许经济地制备乙炔。这里作为副产物得到的烟灰的分离可以工艺工程上简单且不涉及多少努力的方式进行，同时在生产中可以获得长连续运转时间。通过优选使用水作为添加的液体，已证明另一优势是无需将与该体系无关的其他组分供入该工艺中。
实施例
有关包括水骤冷的BASF方法的描述可以在Ullman中找到。根据US05824834，改变设备操作模式，从而允许密闭体系中的工艺水再循环并因此可以防止含污染物的工艺水与大气接触。
图1显示了本发明方法的一个实施方案。将原料天然气(1)和氧气(2)在燃烧的预热器(3)中预热。在混合区(4)将其混合并在燃烧室(5)中以火焰反应进行反应。通过喷入工艺水(6)火焰在燃烧室下方被骤灭。所谓的裂解气(7)，这里指含有乙炔和烟灰的物料流，大致在极限冷却温度下进入冷却塔(8)并用蒸汽饱和。在所述冷却塔中，借助冷却的工艺水(9)冷却裂解气，并以此冷凝大部分蒸汽。工艺的启动和停止需要火舌(10)。将含有200mg/m3(S.T.P.)烟灰的裂解气(11)冷却到约40℃(45000m3(S.T.P)/h干燥)，接着借助二级螺杆压缩机(12)将其压缩，先从1.1绝对巴压缩到4.2绝对巴，然后压缩到11绝对巴，烟灰被沉积。将含有0.15重量％烟灰的7.5m3/h工艺水(13)喷入压缩机的每一级中。除氮气外，将软水(14)用作所谓的密封液以隔绝大气，结果是该软水以4m3/h进入工艺水循环。在第一级(15)出口处，温度为85℃，水中烟灰含量为0.22重量％。经过每个压缩级后，通过冷却塔(17)中冷却的工艺水(16)将裂解气冷却至40℃。压缩后，将裂解气(18)分离成其组分，例如如Ullman所述。将压缩和后续冷却过程中冷凝的水和引入到循环中的软水与存在的烟灰一起排出(19)。水循环过程中的烟灰含量取决于引入到循环中的水量(冷凝的蒸汽+软水)及沉积的烟灰量，其对应于作为烟灰/水悬浮液排出的量。
在另一工作实施例中，两个压缩机级入口前和进气消音器后的启动滤网保持永久安装。滤网防止如来自装配或维护活动的螺杆之类的异物穿透而损坏压缩机。为了防止烟灰沉积物的形成，用2m3/h水喷射压缩机第一级入口处的启动滤网。市售无空气高压实心锥喷嘴适合该目的，并在5巴的进气压力下操作。选择启动滤网的开启角和距离以确保尽可能均匀和完全的润湿。如果适合，这里考虑高流速的裂解气。由于不喷入水，必须每隔三个月清洗滤网，其结果是在单套设备情况下乙炔生产必被中断，而在多套设备情况下乙炔生产必被减少。在该工作实施例中，第二级的启动滤网不必保持湿润。因此，实际上烟灰在第一级已被完全沉积。
Claims (9)
1.一种通过烃的部分氧化、电弧裂解或热解制备乙炔的方法，其中将得到的包含乙炔和烟灰的物料流供入压缩机中，其中将吸收所述物料流中存在的大部分烟灰的液体喷入所述压缩机中，其中喷入的液体为水，其中将螺杆压缩机用作压缩机。
2.根据权利要求1的方法，其中将一个或多个单级或多级螺杆压缩机用作压缩机。
3.根据权利要求1或2的方法，其中压缩比至少为1∶2。
4.根据权利要求1或2的方法，其中从压缩机排出的水中烟灰含量为0.05-5重量％。
5.根据权利要求4的方法，其中从压缩机排出的水中烟灰含量为0.1-1.5重量％。
6.根据权利要求4的方法，其中从压缩机排出的水中烟灰含量为0.15-0.8重量％。
7.根据权利要求1或2的方法，其中在压缩机中将无烟灰水用作与环境隔绝的密封液。
8.根据权利要求1或2的方法，其中通过用水连续或间断润湿来防止烟灰在压缩机上游的进料滤网和/或压缩机上游的进气消音器上沉积。
9.根据权利要求8的方法，其中使用实心锥喷嘴将水连续喷射到进料滤网上。
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