CN105272796A

CN105272796A - 一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法

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Publication number: CN105272796A
Application number: CN201410301819.1A
Authority: CN
Inventors: 陈天文; 陈林; 黎园; 安杰; 张发平
Original assignee: China Petrochemical Corp; Sinopec Sichuan Vinylon Works
Current assignee: China Petrochemical Corp; Sinopec Sichuan Vinylon Works
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: CN105272796B

Abstract

本发明涉及一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法。它将天然气预热后通入乙炔反应炉中，再通入辅氧点火；点火成功后投氧反应，并控制温度达到570℃～600℃；所得产物裂化气从乙炔反应炉出来后，依次进入气液分离器、净化装置和下游装置；在乙炔反应炉与气液分离器之间的管道上，还设有炭黑粉尘检测仪进行在线实时检测，且将炭黑粉尘检测仪与控制装置串接，同时通过在净化装置与下游装置之间的管道上增设在线色谱分析仪，对从净化装置出来的气体组分在线实时检测，并将所测得的乙炔体积百分含量反馈给与在线色谱分析仪串接的控制装置。本发明实现了对天然气部分氧化效果进行实时在线监测，并根据检测结果及时自动控制优化工艺参数。

Description

一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法

技术领域

本发明涉及天然气部分氧化法的应用，尤其涉及一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法。

背景技术

乙炔是一种非常重要的基础化工原料，被广泛应用于醋酸乙烯、1，4-丁二醇等物质的生产。其生产方法主要有电弧法、非催化部分氧化法、等离子法等，其中电弧法和等离子法因为电耗大、对设备要求较苛刻，至今难以推广应用。而非催化部分氧化法具有能耗低、污染小等优点，是西欧和北美国家生产乙炔的主要方法。天然气非催化部分氧化法制备乙炔的基本原理在Ullmann'sEncyclopediaofIndustrialChemistry中有详细的描述。

现有技术中，天然气非催化部分氧化法制备乙炔的过程中所采用的生产装置的结构和生产过程主要为：天然气管路和氧气管路，先分别与气体加热器连接，天然气与氧气先分别预热至600～650℃后，先将天然气接入乙炔反应炉，待天然气的温度达到设定值时，打开辅氧调节阀，操作点火枪进行点火；点火成功后再引入氧气进行投氧，天然气和氧气组成的反应气体在乙炔炉反应室内发生部分氧化反应，经过几毫秒的反应后冷却以结束反应，烃部分氧化裂解为包含有乙炔、一氧化碳、二氧化碳、氢气以及炭黑等组分的裂化气混合物；从乙炔反应炉出来的这些物质，均依次进入气液分离器、净化装置，该裂化气混合物经过净化装置中的除尘器处理后，其少部分进一步冷却后送入在线分析装置进行分析，大部分裂化气经过净化装置连接的下游装置压缩和分离，即可得到产品乙炔和合成气；为了调控裂解反应的进行，装置中串接有控制装置，且将该控制装置设置为DCS控制系统。

该方法中，乙炔的收率受到原料烃的组成、反应温度、烃与氧气之比(简称氧比)等工艺条件的影响。现有的工艺中，也有对天然气非催化部分氧化反应产物进行检测的步骤，但其仅仅限于产物成分的检测分析，并不能自动地、及时地对工艺条件进行准确优化调整而改善产物成分组成，也不能确定上述因素对天然气部分氧化效果的影响，及对乙炔收率的影响规律，而不利于该工艺在不同气质条件下的应用推广。此外，现有工艺中副产的炭黑粉尘一般均较高，而随着炭黑粉尘含量的增加，其乙炔的收率增会大大降低。因此，完全有必要对天然气非催化部分氧化制备乙炔工艺过程进行在线监测，以通过及时获得检测数据，进而及时调整控制系统，实时地调整和优化其工艺条件，来实现尽可能地减少炭黑粉尘含量、提高乙炔产物收率的制备目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，该方法通过对天然气部分氧化效果进行在线监测，以减少炭黑粉尘含量、提高乙炔产物收率。

本发明的目的是这样实现的：

一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，它是将天然气预热后通入乙炔反应炉中，再通入辅氧进行点火；点火成功后投氧反应，并控制由天然气和氧气组成的反应气体温度达到570℃～600℃；反应所得的产物裂化气从乙炔反应炉出来后，依次进入气液分离器、净化装置和下游装置，其特征在于：通过在乙炔反应炉与气液分离器之间增设的炭黑粉尘检测仪，对裂化气在线实时检测，并将所测得的粉尘含量反馈给与该炭黑粉尘检测仪串接的控制装置，同时通过在净化装置与下游装置之间的管道上增设的在线色谱分析仪，对从净化装置出来的气体组分在线实时检测，并将所测得的乙炔体积百分含量反馈给与在线色谱分析仪串接的控制装置；该控制装置根据检测反馈所得的粉尘含量和乙炔体积百分含量，实时调控在乙炔反应炉内进行的裂解反应的条件参数，而实现及时调整优化裂解反应效果。

上述天然气和氧气的体积比例(即氧比)为0.53～0.56，优选为0.55。上述将天然气预热后，通入乙炔反应炉中的同时，还按照天然气：惰性气体的体积比为1.2:1～1.4:1的量加入有惰性气体，待其分别预热后再通入乙炔反应炉中混合，至该混合气体的温度达到570℃～600℃时，切断惰性气体，再通入辅氧进行点火。用惰性气体代替氧气升温可以减少氧气的消耗，节约生产成本，同时还能降低高温天然气发生爆炸的风险。

上述控制装置根据检测反馈所得的粉尘含量和乙炔体积百分含量，实时调控在乙炔反应炉内进行的裂解反应的条件参数时，具体是按照以下步骤进行的：

当粉尘含量＜5400ppm，乙炔含量＜7.8％时，将反应气体的温度值提高1％～5％，或者将氧比降低0.001～0.020；

当5400ppm≤粉尘含量＜6000ppm，乙炔含量≥7.8％时，将反应气体的温度值降低2％～5％，并且将氧比提高0.005～0.015；

当5400ppm≤粉尘含量＜6000ppm，乙炔含量＜7.8％时，将反应气体的温度值降低2％～5％，并且将氧比降低0.005～0.015；

当6000ppm≤粉尘含量＜7000ppm，乙炔含量≥7.8％时，将反应气体的温度值降低3％～7％，并且将氧比提高0.010～0.025；

当6000ppm≤粉尘含量＜7000ppm，乙炔含量＜7.8％时，将反应气体的温度值降低3％～7％，并且将氧比降低0.010～0.030；

当粉尘含量≥7000ppm，乙炔含量≥7.8％时，将反应气体的温度值降低5％～10％，并且将氧比提高0.010～0.040；

当粉尘含量≥7000ppm，乙炔含量＜7.8％时，将反应气体的温度值降低5％～10％，并且将氧比降低0.005～0.020；

上述参数调整范围较常规生产的参数范围大，因此，在调整反应气体的温度或/和氧比时，需要采用小幅度慢调，即每次以温度为5℃的调整幅度，氧比为0.001的调整幅度进行，并严格控制在该范围内进行调整。调整时要结合注意炉内反应情况、粉尘含量与乙炔体积百分含量的检测结果，在上述范围内进行，以避免因超范围调整、快速调整而容易导致反应不稳定，甚至出现熄火现象，或者容易导致副产较多，乙炔收率大大降低等情形，而根据实时检测结果合理地在线优化调整上述参数，以降低炭黑生成量，提高乙炔收率。

上述炭黑粉尘检测仪，采用的是静电粉尘检测仪。该检测仪是采用静电电场测定粉尘的，它避免了因为裂化气夹带水而造成的检测不准确。目前现有技术中正是因为裂化气夹带水有，才造成了常规的粉尘检测仪在线检测不准，故而多采用人工分析，其分析效率低，不能有效及时反馈到控制系统，造成参数调整迟缓，影响反应效果。

上述净化装置包括除尘器；其除尘器，具体可采用电除尘器或袋式除尘器，优选采用电除尘器。采用电除尘器压差较小，自动化程度较高，除尘效果更好。

上述乙炔反应炉内通过设置的热电偶温度计，以实时检测天然气和氧气混合气体的温度。上述控制装置，采用DCS控制系统来实现其功能。

更为详细的说，本发明公开的采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，其特征在于，它是按照以下步骤进行的：将36m³/h～42m³/h的天然气经加热器预热，之后通入乙炔反应炉的上部；同时，按照天然气：惰性气体的体积比为1.2:1～1.4:1的量加入经加热器预热后的惰性气体，接入乙炔反应炉顶部；打开连接有阀门并直接接入乙炔反应炉中的烧嘴板处的辅氧管道，通入用量为0.37～0.38m³/h的辅氧，采用电子点火枪进行自动点火操作；点火成功后，通入经加热器预热的氧气至乙炔反应炉顶部，控制天然气和氧气的体积比(即氧比)为0.53～0.56，同时控制反应气体的温度为570℃～600℃，即在乙炔反应炉的反应室内发生非催化部分氧化反应；所得反应产物裂化气，依次经过与乙炔反应炉连接的气液分离器，以及与气液分离器顶部管道相连的除尘器后，再通入下游装置中；该制备过程中，还通过在乙炔反应炉与气液分离器之间增设的炭黑粉尘检测仪，对裂化气在线实时检测，并将所测得的粉尘含量反馈给与炭黑粉尘检测仪串接的控制装置，同时通过在净化装置与下游装置之间的管道上增设的在线色谱分析仪，对从净化装置出来的气体组分在线实时检测，并将所测得的乙炔体积百分含量反馈给与在线色谱分析仪串接的控制装置；该控制装置采用DCS控制系统，并根据检测反馈所得的粉尘含量和乙炔体积百分含量，实时调控在乙炔反应炉内进行的裂解反应的条件参数，其具体是按照以下步骤进行的：

在调整反应气体的温度或/和氧比时，需要采用小幅度慢调，即每次以温度为5℃的调整幅度，氧比为0.001的调整幅度进行，并时刻注意炉内反应情况、粉尘含量与乙炔体积百分含量的检测结果。

上述采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，其采用的装置中还包括有冷凝水管道；该冷凝水管道分别连接通入乙炔反应炉底部与气液分离器中上部，在气液分离器底部还设置有用于排出含有炭黑等物质的冷凝水的排水管道。

本发明具有以下有益效果：

本发明中增设了裂化气在线色谱分析步骤和炭黑粉尘检步骤，并与DCS控制系统相结合，提高了生产装置的自动化水平，通过监测数据的反馈，实时联动地进行后续参数调整操作，保证了数据检测和调整的连贯性，实现了实时自动监控裂化气中炭黑含量和裂化气组分含量，进而及时灵活调节优化反应温度、氧比和天然气气质等工艺参数，也便于研究各工艺条件对天然气部分氧化法制备乙炔的影响规律，其反应中产生的炭黑等粉尘含量降低了-0.006％～23.94％，乙炔含量的收率提高了-0.255％～5.42％。

附图说明

图1是实施例1中采用天然气部分氧化制备乙炔的方法中所采用装置的结构示意图。

图2是实施例1中采用天然气部分氧化制备乙炔的方法中采用的控制装置的连接示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，但以下实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对其保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1～2所示：一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，其中所采用的装置主要结构为：其天然气管道1经依次连接有阀门2、流量计3和压力显示器4，并接入加热器5后，再接入乙炔反应炉6中上部；氧气管道7经依次连接有阀门8、流量计9和压力显示器10，并接入加热器11后，再接入乙炔反应炉6顶部；辅氧管道12经连接阀门13后，直接接入乙炔反应炉6中的烧嘴板24处；该乙炔反应炉6与气液分离器17连接，该气液分离器17通过其顶部管道与除尘器18相连后，再与下游的压缩分离等装置相连通；且在乙炔反应炉6与气液分离器17之间的管道上，还连接设置有炭黑粉尘检测仪16，该炭黑粉尘检测仪16与控制装置15连接；在除尘器18与下游的压缩分离等装置之间的管道上，还连接设置有在线色谱分析仪19，该在线色谱分析仪19，与控制装置15串接；该控制装置15采用DCS控制系统，并与乙炔反应炉6连接，以实现自动化调控裂解反应的进行；其整个装置中还包括有冷凝水管道20，该冷凝水管道20经连接阀门21和流量计22后，再分别连接通入乙炔反应炉6底部与气液分离器17中上部，且通入乙炔反应炉6底部的冷凝水管道20上还设置有阀门23，在气液分离器17底部还设置有用于排出含有炭黑等物质的冷凝水的排水管道；该乙炔反应炉6内还设置有热电偶温度计14。其具体按照以下步骤进行：在实施所有操作前，先关闭辅氧管道12上的阀门13，打开天然气管道1、氧气气体管道7和冷凝水管道20上的阀门2、8和21，调节通入乙炔反应炉6底部的冷凝水管道20上设置的阀门23，将36m³/h的天然气和26m³/h的氮气(氮气由氧气气体管道7通入)，经加热器5和加热器11分别预热后，引入到整个乙炔制备装置中；测得乙炔反应炉6中热电偶温度计14显示该混合气体的温度为580℃，此时关闭氧气管道7上的阀门8，切断氮气的通入，同时打开辅氧管道12上的阀门13向乙炔反应炉6中引入0.38m³/h的辅氧进行点火操作；点火成功后，再次打开氧气主管道7上的阀门8向装置中，按照氧气和天然气的体积比(即氧比)为0.550的量引入氧气进行投氧操作，投氧成功后，控制天然气和氧气的混合气体的温度为580℃，此时发生非催化部分氧化反应；之后通过淬火水淬火后，产生含有乙炔的裂化气，并同时副产有炭黑；反应后所得的这些混合产物，经管道向下游流出时，经炭黑粉尘检测仪16和在线色谱分析仪19检测粉尘含量和乙炔体积百分含量并进行分析得的分析数据：其粉尘含量为5600ppm，乙炔体积百分含量为7.6％，此时通过控制装置15中选用的DSC控制系统来调节氧气的预热温度，将反应气体的温度值调低14℃，并且将氧比降低为0.545，调整时采用小幅度慢调，每次以5℃的温度调整幅度，以0.001的氧比调整幅度进行；之后再进行检测得：其发生部分氧化反应时的温度为565℃，其反应后的混合产物中粉尘含量为5300ppm，乙炔体积百分含量为7.811％。

可见：本发明通过监测数据的反馈，实时联动地进行后续参数调整操作，提高了生产装置的自动化水平，保证了数据检测和调整的连贯性，实现了实时自动监控裂化气中炭黑含量和裂化气组分含量，降低了炭黑生成量，提高了乙炔收率，其反馈调节后粉尘含量降低了5.36％，乙炔含量提高了2.78％。

实施例2

一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，本实例中所采用的装置和操作步骤与实施例1相同，其制备方法中与实施例1不同之处仅在于：本例中天然气和氧气的用量分别为42m³/h和23.52m³/h，即氧比为0.560；通入的辅氧用量为0.38m³/h；点火投氧后发生部分氧化反应，测得天然气和氧气的混合气体的温度为600℃；反应后所得的裂化气，经管道向下游流出时，经炭黑粉尘检测仪16和在线色谱分析仪19检测粉尘含量和乙炔体积百分含量并进行分析得的分析数据：其粉尘含量为6200ppm，乙炔体积百分含量为7.7％，此时通过控制装置15中选用的DSC控制系统来调节氧气的预热温度，将反应气体的温度值调低25℃，并且将氧比降低为0.540，调整时采用小幅度慢调，每次以5℃的温度调整幅度，以0.001的氧比调整幅度进行；之后再进行检测得：其发生部分氧化反应时的温度为576℃，其反应后的混合产物中粉尘含量为5200ppm，乙炔体积百分含量为7.85％。可见：其反馈调节后粉尘含量降低了16.13％，乙炔含量提高了1.95％。

实施例3-11

一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，本实例中所采用的装置和操作步骤与实施例1相同，其制备方法中与实施例1不同之处仅在于，其制备步骤中的相关参数调整按照下表进行控制，其步骤中的相关监测参数如下表所示：

结论：根据上表可知，通过对粉尘含量和乙炔体积百分含量的实时在线检测，并及时反馈调节乙炔反应炉内裂解反应的反应气体的温度值和氧比，实现了将反应中产生的粉尘含量降低了-0.006％～23.94％，乙炔含量提高了-0.255％～5.42％。

Claims

1.一种采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，它是将天然气预热后通入乙炔反应炉中，再通入辅氧进行点火；点火成功后投氧反应，并控制由天然气和氧气组成的反应气体温度达到570℃～600℃；反应所得的产物裂化气从乙炔反应炉出来后，依次进入气液分离器、净化装置和下游装置，其特征在于：通过在乙炔反应炉与气液分离器之间增设的炭黑粉尘检测仪，对裂化气在线实时检测，并将所测得的粉尘含量反馈给与该炭黑粉尘检测仪串接的控制装置，同时通过在净化装置与下游装置之间的管道上增设的在线色谱分析仪，对从净化装置出来的气体组分在线实时检测，并将所测得的乙炔体积百分含量反馈给与在线色谱分析仪串接的控制装置；该控制装置根据检测反馈所得的粉尘含量和乙炔体积百分含量，实时调控在乙炔反应炉内进行的裂解反应的条件参数。

2.根据权利要求1所述采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，其特征在于：所述天然气和氧气的体积比例为0.53～0.56；所述将天然气预热后，通入乙炔反应炉中的同时，还按照天然气：惰性气体的体积比为1.2:1～1.4:1的量加入有惰性气体，待其分别预热后再通入乙炔反应炉中混合，至该混合气体的温度达到570℃～600℃时，切断惰性气体，再通入辅氧进行点火。

3.根据权利要求2所述采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，其特征在于：所述天然气和氧气的体积比例为0.55。

4.根据权利要求1-3任一所述采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，其特征在于：所述控制装置根据检测反馈所得的粉尘含量和乙炔体积百分含量，实时调控在乙炔反应炉内进行的裂解反应的条件参数时，具体是按照以下步骤进行的：

当粉尘含量＜5400ppm，乙炔含量＜7.8%时，将反应气体的温度值提高1%～5%，或者将氧比降低0.001～0.020；

当5400ppm≤粉尘含量＜6000ppm，乙炔含量≥7.8%时，将反应气体的温度值降低2%～5%，并且将氧比提高0.005～0.015；

当5400ppm≤粉尘含量＜6000ppm，乙炔含量＜7.8%时，将反应气体的温度值降低2%～5%，并且将氧比降低0.005～0.015；

当6000ppm≤粉尘含量＜7000ppm，乙炔含量≥7.8%时，将反应气体的温度值降低3%～7%，并且将氧比提高0.010～0.025；

当6000ppm≤粉尘含量＜7000ppm，乙炔含量＜7.8%时，将反应气体的温度值降低3%～7%，并且将氧比降低0.010～0.030；

当粉尘含量≥7000ppm，乙炔含量≥7.8%时，将反应气体的温度值降低5%～10%，并且将氧比提高0.010～0.040；

当粉尘含量≥7000ppm，乙炔含量＜7.8%时，将反应气体的温度值降低5%～10%，并且将氧比降低0.005～0.020；

在调整所述反应气体的温度或/和氧比时，每次以温度为5℃的调整幅度，氧比为0.001的调整幅度进行。

5.根据权利要求1-3任一所述采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，其特征在于：所述炭黑粉尘检测仪，采用的是静电粉尘检测仪；所述净化装置包括除尘器；其除尘器，具体采用电除尘器或袋式除尘器；所述乙炔反应炉内通过设置的热电偶温度计，以实时检测天然气和氧气混合气体的温度；所述控制装置，采用DCS控制系统来实现其功能。

6.根据权利要求4所述采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，其特征在于：所述炭黑粉尘检测仪，采用的是静电粉尘检测仪；所述净化装置包括除尘器；其除尘器，具体采用电除尘器；所述乙炔反应炉内通过设置的热电偶温度计，以实时检测天然气和氧气混合气体的温度；所述控制装置，采用DCS控制系统来实现其功能。

7.根据权利要求1所述采用天然气非催化部分氧化制备乙炔的方法，其特征在于，它是按照以下步骤进行的：将36m³/h～42m³/h的天然气经加热器预热，之后通入乙炔反应炉的上部；同时，按照天然气：惰性气体的体积比为1.2:1～1.4:1的量加入经加热器预热后的惰性气体，接入乙炔反应炉顶部；打开连接有阀门并直接接入乙炔反应炉中的烧嘴板处的辅氧管道，通入用量为0.37～0.38m³/h的辅氧，采用电子点火枪进行自动点火操作；点火成功后，通入经加热器预热的氧气至乙炔反应炉顶部，控制天然气和氧气的体积比为0.53～0.56，同时控制反应气体的温度为570℃～600℃，即在乙炔反应炉的反应室内发生非催化部分氧化反应；所得反应产物裂化气，依次经过与乙炔反应炉连接的气液分离器，以及与气液分离器顶部管道相连的除尘器后，再通入下游装置中；该制备过程中，还通过在乙炔反应炉与气液分离器之间增设的炭黑粉尘检测仪，对裂化气在线实时检测，并将所测得的粉尘含量反馈给与炭黑粉尘检测仪串接的控制装置，同时通过在净化装置与下游装置之间的管道上增设的在线色谱分析仪，对从净化装置出来的气体组分在线实时检测，并将所测得的乙炔体积百分含量反馈给与在线色谱分析仪串接的控制装置；该控制装置采用DCS控制系统，并根据检测反馈所得的粉尘含量和乙炔体积百分含量，实时调控在乙炔反应炉内进行的裂解反应的条件参数，其具体是按照以下步骤进行的：

在调整反应气体的温度或/和氧比时，需要采用每次以温度为5℃的调整幅度，氧比为0.001的调整幅度进行；其装置中还包括有冷凝水管道；该冷凝水管道分别连接通入乙炔反应炉底部与气液分离器中上部，在气液分离器底部还设置有排水管道。