CN106478332A - 一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法，属于乙炔制备技术领域。本发明所述方法为：将焦炉气净化后进入变压吸附装置，提取氢气，尾气进入等离子体反应器裂解得到稀乙炔气；稀乙炔气经冷凝净化后提浓得到乙炔产品和高级炔烃，高级炔烃返回等离子体反应器重复裂解制乙炔；乙炔提浓后的尾气制甲醇，或经甲烷化后通过变压吸附得到氢气产品，一部分氢气及变压吸附富甲烷气尾气返回等离子体反应器裂解制乙炔。本发明将制备过程中的高级炔烃、富甲烷气及氢气返回至等离子体反应器重复裂解，充分、合理地利用了焦炉气碳源，增加了乙炔的产量。本发明是一种效率高、成本低、乙炔产量高、环保、节能及减排的等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法。

Description

一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法
技术领域
本发明属于乙炔制备技术领域，特别涉及一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法。
背景技术
乙炔是一种重要的有机化工原料和特殊用途的高热值燃料。国内乙炔的生产方法主要有电石乙炔法和天然气部分氧化法，国外主要是烃类裂解法。
电石乙炔法存在能耗高、污染大、工艺流程较长等缺点；天然气部分氧化法单位产品消耗的天然气较多，每吨乙炔需要耗费天然气6000Nm3,收率偏低。
我国是焦炭生产大国，年生产能力3亿吨以上，每吨焦炭副产焦炉气430m3左右，除自用、民用和商用燃料外，每年放散的焦炉气超过200亿m3，造成巨大的污染和资源浪费。目前大型焦化厂产生的焦炉气可用于生产甲醇、合成氨等综合利用率可达到96％以上,但是一些产能较小的中小型炼焦企业由于炼焦产生的焦炉气相对较少,投资甲醇、化肥等项目成本优势不明显，只能将焦炉气燃烧供热或发电自用。
国内关于等离子体射流裂解烷烃制乙炔技术的研究较多，其原理是利用电能转化为热能，使得烷烃在1000～3000℃高温下裂解得到乙炔。利用等离子体技术裂解焦炉气制乙炔未见工业化报到，一方面等离子体裂解焦炉气制乙炔的转化率和产品选择性需要提高；另一方面，充分合理地利用焦炉气中各组分才能使该技术更加成熟，实现工业化。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种利用焦炉气生产乙炔的新方法，既可解决焦炉气的充分利用问题，同时通过变压吸附提氢的富甲烷尾气再利用又可增加乙炔产量，本发明工艺与我国现有的电石乙炔法和部分氧化法相比，具有明显的节能与减排效果。本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法，包括以下步骤：
对于焦炉气产量大的焦炭企业，所述等离子体裂解焦炉气制乙炔的工艺方案为：
1)将焦炉气净化后进入变压吸附装置，提取焦炉气中含量较高的氢气，尾气进入等离子体反应器裂解得到稀乙炔气；
2)稀乙炔气经冷凝净化后进入乙炔提浓工序后得到乙炔产品和高级炔烃，高级炔烃返回等离子体反应器重复裂解制乙炔；
3)乙炔提浓后的尾气进入甲醇合成装置，副产甲醇；
对于中小型焦炭企业，由于焦炉气制甲醇装置不具有优势，为得到更多乙炔，等离子体裂解气中的一氧化碳、甲烷需要回收利用。所以，对于中小型焦炭企业，所示等离子体裂解焦炉气制乙炔的工艺方案为：
1)焦炉气经压缩、净化后进入等离子体裂解装置，得到稀乙炔气；
2)稀乙炔气经冷凝净化后进入乙炔提浓工序后得到乙炔产品和高级炔烃，高级炔烃返回等离子体反应器重复裂解制乙炔；
3)乙炔提浓后的尾气经压缩后进入甲烷化工序，甲烷化后的气体通过变压吸附提氢得到氢气产品；
4)一部分氢气产品返回等离子体反应器，变压吸附富甲烷气尾气返回等离子体反应器裂解制乙炔。
作为本发明的一种优选，所述冷凝净化包括水萃冷降温和脱炭黑。本发明冷凝净化工序包括的水萃冷降温和脱炭黑为本领域内常用的技术手段，优选为稀乙炔气用水萃冷，经热水喷淋洗涤和多孔填料吸附粗脱炭黑后，进入电滤器精脱炭黑，再用冷水喷淋降温可脱除99％以上的炭黑颗粒，详见专利CN101921163A。
作为本发明的一种优选，所述乙炔提浓工序包括选择性吸收和解析。本发明乙炔提浓工序包括的选择性吸收和解析为本技术领域内常用的技术手段，只要能实现乙炔提浓的效果即可，即能实现将产品乙炔和高级炔烃分离的效果即可。
作为本发明的一种优选，所述返回等离子体的高级炔烃和富甲烷气占焦炉气体体积的10％～30％。
作为本发明的一种优选，所述返回等离子体的氢气占焦炉气体体积的0％～20％。
作为本发明的一种优选，所述等离子体反应器裂解的电压为10000V，电流为200A。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明将焦炉气甲烷化、制甲醇及提氢工艺相结合，能同时实现乙炔、甲醇或氢气的同时制备，提高工作效率；
2.利用等离子体裂解烷烃产生乙炔和氢气，分离提浓乙炔后的尾气可直接利用于CO、CO2甲烷化工序，无需再补充氢气；
3.本发明将制备过程中的高级炔烃、富甲烷气及氢气返回至等离子体反应器重复裂解，充分、合理地利用了焦炉气碳源，增加了乙炔的产量；
4.与现有的制备乙炔技术相比，本发明成本低、节能、环保及减排效果明显，具有显著的经济效益、社会效益和示范作用。
附图说明
图1为本发明实施例1的流程框图；
图2是本发明实施例2的流程框图；
图3是本发明实施例3的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
表1焦炉气组分
组份 H2 CH4 CO CO2 N2 O2 CmHn 流量(Nm3/h)
V％ 58.6 25.8 7.0 2.0 4.0 0.4 2.2 50000
本实施例工艺流程见附图1：原料焦炉气(组成见表1)50000Nm3/h净化后进入变压吸附装置，分离出氢气产品24910Nm3/h，变压吸附尾气同来自乙炔提浓单元的高级炔烃混合后进入等离子体反应器，在10000V高压下裂解生成乙炔和氢气，裂解气中乙炔含量(vol％)为8.8。裂解气经过萃冷及脱炭黑净化后进入稀乙炔提浓装置，通过选择性吸收分离出产品乙炔(>99.5％)和高级炔烃，得到乙炔产品4.2t/h。高级炔烃(619Nm3/h)返回等离子体反应器继续裂解；乙炔提浓后的尾气(20650Nm3/h)组成(vol％)为：H2：68.1，CH4：12.5，N2：2.4，CO：16.9。尾气进入甲醇装置，然后加入水蒸气将甲烷变换为CO，调整碳氢比后合成甲醇，可富产甲醇6.6t/h。
此外，等离子体裂解装置还会排出少量炭黑。(图中未画出)
该实施例可年产乙炔3.4万吨，副产氢气2.0亿Nm3，甲醇5.3万吨。
实施例2
表2焦炉气组分
组份 H2 CH4 CO CO2 N2 O2 CmHn 流量Nm3/h
V％ 58.6 25.8 9.0 2.0 2.0 0.4 2.2 2000
本实施例工艺流程见附图2：原料焦炉气(组成见表2)2000Nm3/h同来自乙炔提浓的高级炔烃、变压吸附提氢后的富烃气一起混合后进入等离子体反应器，在10000V高压下裂解生成乙炔、氢气和部分高级炔烃，裂解气中乙炔含量(vol％)为9.6。裂解气经过萃冷、脱炭黑等净化后进入稀乙炔提浓装置，通过选择性吸收分离出产品乙炔(>99.5％)0.35t/h和高级炔烃24.8Nm3/h，高级炔烃返回等离子体反应器继续裂解；乙炔提浓后的尾气经过压缩机加压1.5MPa后直接进入甲烷化装置，CO、CmHn在催化剂存在下与氢反应，生成甲烷。甲烷化后的气体(1676.2Nm3/h)组成(vol％)为：H2：81.9，CH4：16.9，N2：1.2。甲烷化后的气体进入变压吸附提氢装置，将氢气和富甲烷气分离，得到氢气1235.5Nm3/h，富甲烷气440.7Nm3/h。氢气作为产品输出，变压吸附后的富甲烷气则全部返回等离子体反应器进行再裂解制乙炔。
此外，等离子体裂解装置还会排出少量炭黑。(图中未画出)
本实施例可年产乙炔2800吨，副产氢气988.4万Nm3。本实施例利用甲烷化将CO、CO2、CmHn转化为甲烷，增加进乙炔装置的甲烷量为65.9％，即增加乙炔产量65.9％。
实施例3
本实施例工艺流程见附图3：原料焦炉气(组成见表2)2000Nm3/h同来自变压吸附的部分产品氢气(100Nm3/h)以及变压吸附富烃尾气一起混合后进入等离子体反应器，在10000V高压下裂解生成乙炔、氢气和部分高级炔烃，裂解气中乙炔含量(vol％)为8.2。裂解气经过萃冷、脱炭黑等净化后进入稀乙炔提浓装置，通过选择性吸收分离出产品乙炔(>99.5％)0.37t/h和高级炔烃20.8Nm3/h，高级炔烃返回等离子体反应器继续裂解；乙炔提浓后的尾气经过压缩机加压1.5MPa后直接进入甲烷化装置，CO、CmHn在催化剂存在下与氢反应，生成甲烷。甲烷化后的气体(1753.7Nm3/h)组成(vol％)为：H2：81.6，CH4：17.3，N2：1.1。甲烷化后的气体进入变压吸附提氢装置，将氢气和富甲烷气分离，得到氢气1287.9Nm3/h，富甲烷气465.8Nm3/h。氢气作为产品输出，富甲烷气则全部返回等离子体反应器进行再裂解制乙炔。
此外，等离子体裂解装置还会排出少量炭黑。(图中未画出)
本实施例可年产乙炔2960吨，副产氢气1030.3万Nm3。本实施例利用变压吸附提氢的氢气，调整了进等离子体的气体组成提高了乙炔收率，即乙炔产量比实施例2提高了5.7％。
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 (6)

1.一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对于焦炉气产量大的焦炭企业，所述等离子体裂解焦炉气制乙炔的工艺方案为：
1)将焦炉气净化后进入变压吸附装置，提取焦炉气中含量较高的氢气，尾气进入等离子体反应器裂解得到稀乙炔气；
2)稀乙炔气经冷凝净化后进入乙炔提浓工序后得到乙炔产品和高级炔烃，高级炔烃返回等离子体反应器重复裂解制乙炔；
3)乙炔提浓后的尾气进入甲醇合成装置，副产甲醇；
对于中小型焦炭企业，所示等离子体裂解焦炉气制乙炔的工艺方案为：
1)焦炉气经压缩、净化后进入等离子体反应器裂解，得到稀乙炔气；
2)稀乙炔气经冷凝净化后进入乙炔提浓工序后得到乙炔产品和高级炔烃，高级炔烃返回等离子体反应器重复裂解制乙炔；
3)乙炔提浓后的尾气经压缩后进入甲烷化工序，甲烷化后的气体通过变压吸附提氢得到氢气产品；
4)一部分氢气产品返回等离子体反应器，变压吸附富甲烷气尾气返回等离子体反应器裂解制乙炔。
2.如权利要求1所示一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法，其特征在于，所述冷凝净化包括水萃冷降温和脱炭黑。
3.如权利要求1所示一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法，其特征在于，所述乙炔提浓工序包括选择性吸收和解析。
4.如权利要求1所述一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法，其特征在于，所述返回等离子体的高级炔烃和富甲烷气占焦炉气体体积的10%～30%。
5.如权利要求1所述一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法，其特征在于，所述返回等离子体的氢气占焦炉气体体积的0%～20%。
6.如权利要求1所述一种等离子体裂解焦炉气制乙炔的方法，其特征在于，所述等离子体反应器裂解的电压为10000V，电流为200A。
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