CN106348991A - 一种等离子强化煤制乙炔的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工领域，具体为一种等离子强化煤制乙炔的生产方法。本发明以煤为原料，先在移动床反应器内中温加热使煤热解，热解气通过旋风除尘后再陶瓷过滤除尘，使热解气中粉尘含量满足等离子乙炔生产工艺的要求。除尘后的热解气进入等离子乙炔发生器生产乙炔，反应产物用变温吸附剂经变温吸附（TSA）一步法完成炭黑、硫、磷、氟、氯等杂质的脱除，净化后的气体经脱重后通过吸收提浓得到产品乙炔，同时副产氢气。工艺过程中利用反应产物冷却过程放热、原料加热过程吸热的工艺特性，通过工艺过程热量的耦合，实现了系统内部热量充分应用；采用中温热解的方式，得到半焦和热解气，避免因高温热解导致高能耗。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体为一种等离子强化煤制乙炔的生产方法。
背景技术
乙炔是有机合成工业的重要基本原料，可制取聚氯乙烯、氯丁橡胶、聚乙烯醇、乙炔炭黑、三氯乙烯、甲基丁炔醇、丙炔纯等，也作钢铁的脱硫剂，还用于金属切割和焊接气体。我国是世界上第一大乙炔生产国，主要通过电石法得到乙炔产品。我国共有电石生产企业450多家， 2010年电石产能2200万吨，产量1500万吨。仅按密闭式电石产量1000万吨计，每年共产生电石炉尾气40亿Nm3以上，有53万吨粉尘、6000吨焦油、1810吨磷化物、6500吨硫化物等有毒物排入大气。与电石乙炔法相比，等离子强化煤制乙炔单位综合能耗下降20％～30％，资源消耗量下降50％，且技术过程清洁，环境友好，是电石乙炔产业升级的发展方向，有望成为今后替代电石法获取乙炔的重要途径。
美国、俄罗斯、中国陆续开展了兆瓦级的等离子体裂解煤制乙炔中试研究，都取得了较好的试验结果，但由于诸多瓶颈问题，迄今为止未见工业化的报道。
目前煤制乙炔工艺过程中，主要存在以下技术瓶颈：一是现有的方法采用煤直接进入等离子反应器生产乙炔，高温下煤容易结焦结块，导致等离子反应器堵塞；二是该方法中产品气中粉尘夹带量大，脱除困难，导致后续工作无法开展。
发明内容
本发明的目的在于针对以上技术问题，提供一种等离子强化煤制乙炔的生产方法。该方法中采用热量耦合和中温热解的方式，节约了能耗。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种等离子强化煤制乙炔的生产方法，该方法以煤为原料，先在移动床反应器内中温加热使煤热解，热解气通过旋风除尘后再陶瓷过滤除尘，使热解气中粉尘含量气中粉尘含量≤0.1 mg/ Nm3，完全能满足等离子乙炔生产工艺的要求。除尘后的热解气进入等离子乙炔发生器生产乙炔，反应产物用自制变温吸附剂经变温吸附（TSA）一步法完成炭黑、硫、磷、氟、氯等杂质的脱除，然后脱重，最后通过吸收提浓得到产品纯度>99.5%的乙炔，同时副产氢气。工艺过程中利用反应产物冷却过程放热、原料加热过程吸热的工艺特性，通过工艺过程热量的耦合，实现了系统内部热量充分应用；采用中温热解的方式，得到半焦和热解气，避免因高温热解导致高能耗。
两种方法结合使用，大大减少了热量的消耗，具有很好的节能效果。
本发明生产方法的具体过程是：
粉煤通过移动床反应器在中温条件下进行热解，逸出富烃热解气，该热解气经旋风+陶瓷过滤除尘后的热解原料气，引入等离子乙炔反应器。用氢气作为等离子体发生器成流气形成氢等离子射流，进行等离子热解制乙炔反应，反应产物冷却后进入净化工序用变温吸附剂进行炭黑、硫、磷、氟、氯等杂质的脱除，净化后的气体用脱重剂吸收掉丙二烯、乙烯基乙炔、丁二炔等重组分，最后进入乙炔提浓塔，用溶剂进行吸收-解析提浓，得到合格的乙炔产品，未吸收的气体经变压吸附（PSA） 除去烃，得到氢气，部分氢气用作等离子成流气，其余作为产品。富烃的PSA解析气返回反应系统作为原料使用。
本发明所述的粉煤加热温度范围为400-900℃，优选为600--800℃；
本发明所述的等离子热解制乙炔反应温度为1200-2500℃；
本发明所述的变温吸附剂为负载钠、钾、铯、钙和/或镁离子的活性炭基和/或硅胶基吸附剂中的至少一种, 金属负载量为0.1-20%（wt），优选0.2-15%（wt）。
本发明所述的脱重剂为柴油和碳链大于8的烷烃中的至少一种。
本发明所述的乙炔吸收溶剂为二甲基甲酰胺（DMF）、N－甲基吡咯烷酮（NMP）和液氨中的至少一种；
本发明所述的溶剂吸收温度为0-60℃，优选20-50℃；解析温度为80-200℃，优选100-180℃。
本发明的积极效果是：
（一）、工艺过程中利用反应产物冷却过程放热、原料加热过程吸热的工艺特性，通过工艺过程热量的耦合，实现了系统内部热量充分应用；采用中温热解的方式，得到半焦和热解气，避免因高温热解导致高能耗。
（二）、两种方法结合使用，大大减少了热量的消耗，具有很好的节能效果。
（三）、粉煤先在移动床反应器内热解，热解气经过两道除尘工序，除尘后再进乙炔反应器进行反应，反应产物用TSA一步法同时实现了多种类杂质的脱除，工艺简单易行。
（四）、该方法既避免了煤直接进料导致结块堵塞乙炔发生器，又避免了粉尘的大量夹杂、杂质种类繁多给后续生产带来不利影响；克服了现有技术不能解决的难题。同时，采用热量耦合和中温热解的方式，节约了能耗，使等离子强化煤制乙炔技术向工业化生产迈进了一大步。
附图说明
图1为本发明中等离子强化媒制乙炔生产方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
实施例1：
将粉煤以12 kg/h 的速率加入移动床，在800℃进行中温热解，逸出富烃热解气，该热解气经旋风+陶瓷过滤除尘后得到半焦和粉尘含量为0.05mg/ Nm3的热解原料气，把氢气引入功率为250kw的等离子体发生器作为成流气形成氢等离子射流，在1700℃进行等离子热解制乙炔反应，反应产物通过耦合交换器换热，利用反应产物冷却释放的热量供粉煤预热，然后加热到800℃进行中温热解。反应产物冷却到50℃后进入净化工序用负载3.8%(wt)钠离子的硅胶吸附剂进行炭黑、硫、磷、氟、氯等杂质的脱除，净化后的气体用柴油吸收掉丙二烯、乙烯基乙炔、丁二炔等重组分，最后进入乙炔提浓塔，在40℃用N-甲基吡咯烷酮进行吸收,130℃解析提浓，每小时得到纯度为99.6%的乙炔产品4.14 kg,未吸收的气体经PSA 除去烃，得到氢气，PSA析出气返回反应系统作为原料气使用。
实施例2：
将粉煤以12 kg/h 的速率加入移动床，在800℃进行中温热解，逸出富烃热解气，该热解气经旋风+陶瓷过滤除尘后得到半焦和粉尘含量为0.05mg/ Nm3的热解原料气，把氢气引入功率为250kw的等离子体发生器作为成流气形成氢等离子射流，在1700℃进行等离子热解制乙炔反应，反应产物通过耦合交换器换热，利用反应产物冷却释放的热量供粉煤预热，然后加热到800℃进行中温热解。反应产物冷却到50℃后进入净化工序用不负载金属离子的硅胶吸附剂进行炭黑、硫、磷、氟、氯等杂质的脱除，净化后的气体用柴油吸收掉丙二烯、乙烯基乙炔、丁二炔等重组分，最后进入乙炔提浓塔，在40℃用N-甲基吡咯烷酮进行吸收,130℃解析提浓，每小时得到纯度为99.2%的乙炔产品4.26 kg,未吸收的气体经PSA 除去烃，得到氢气，PSA析出气返回反应系统作为原料气使用。
从实施例可看出，没负载碱土金属的吸附剂对杂质的脱除效果比负载金属的差，产品乙炔的纯度小于99.5%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种等离子强化煤制乙炔的生产方法，其特征在于该方法包括以下步骤：以粉煤为原料，然后将其通过移动床反应器在中温条件下进行热解，逸出富烃热解气，该富烃热解气经旋风和陶瓷过滤除尘后的热解原料气，引入等离子乙炔反应器；用氢气作为等离子体发生器成流气形成氢等离子射流，进行等离子热解制乙炔反应，反应产物冷却后进入净化工序用变温吸附剂进行炭黑、硫、磷、氟、氯杂质的脱除，净化后的气体用脱重剂吸收掉丙二烯、乙烯基乙炔、丁二炔类重组分，最后进入乙炔提浓塔，用乙炔吸收剂进行吸收-解析提浓，得到合格的乙炔产品，未吸收的气体经变压吸附除去烃，得到氢气，部分氢气用作等离子成流气，其余作为产品；富烃的PSA解析气返回反应系统作为原料使用。
2.根据权利要求1所述等离子强化煤制乙炔的生产方法，其特征在于：所述粉煤在中温条件下进行热解，其中温加热温度的范围为400-900℃。
3.根据权利要求1所述等离子强化煤制乙炔的生产方法，其特征在于：所述粉煤在中温条件下进行热解，其中温加热温度的范围为600--800℃。
4.根据权利要求1所述等离子强化煤制乙炔的生产方法，其特征在于：所述等离子热解制乙炔的反应温度为1200-2500℃。
5.根据权利要求1所述乙炔的生产方法，其特征在于：所述的变温吸附剂为负载钠、钾、铯、钙和/或镁离子的活性炭基和/或硅胶基吸附剂中的至少一种, 金属负载量为0.1-20%（wt），优选0.2-15%（wt）。
6.根据权利要求1所述等离子强化煤制乙炔的生产方法，其特征在于：所述的乙炔吸收剂为二甲基甲酰胺、N－甲基吡咯烷酮和液氨中的至少一种。
7.根据权利要求1所述等离子强化煤制乙炔的生产方法，其特征在于：乙炔吸收剂的吸收温度为0-60℃，解析温度为80-200℃。
8.根据权利要求1所述等离子强化煤制乙炔的生产方法，其特征在于： 所述的脱重剂为柴油和碳链大于8的烷烃中的至少一种。
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