CN1796343A - 制备乙炔和合成气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过烃的部分氧化生产乙炔和合成气的方法，包括：将气态烃和氧气分别预热，在混合区中充分混合，在反应器中进行反应，对反应产物急冷，终止反应，防止已经生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氢气。其特征在于：在进入混合区之前，在气态烃中加入一种防止早期着火的抑制剂，这种防止早期着火的抑制剂为氧气或含氧气体，其加入量为：氧气与气态烃的体积比为0.1％～0.7％，含氧气体的加入量以其中的氧气体积计。本发明提供的方法可以有效防止气态烃与氧气混合时引起的不希望的早期着火。

Description

制备乙炔和合成气的方法

技术领域

本发明涉及通过烃的部分氧化制备乙炔和合成气的方法。

背景技术

众所周知，世界各地大量采用甲烷(天然气)部分氧化生产乙炔和合成气。由天然气部分氧化单独生产合成气是简单的技术，但生产合成气连同乙炔的方法则只限于精确的空间、时间和用量条件。现有工艺是：原料气首先被分别地预热，在混合区中充分混合，在反应器中进行反应，接着迅速喷水骤冷，并终止反应，防止已经生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氢气。

反应器通常包括一些特制形状的通道，其中反应混合物(氧气和天然气)在此的流速应高于火焰传播速度，以使反应室内的火焰不可能回火至混合区(扩散器)中。

由于原料气气质的原因，天然气中总是存在包括铁锈在内的固体杂质，经过预热的天然气温度较高，会把铁锈还原成铁，当铁随着天然气进入混合器中与大量的纯氧气混合时，就会由于铁在高温状态下与大量高纯度的氧接触而发生剧烈的氧化反应，并出现火焰燃烧，引起早期着火。在原料天然气气质相同的情况下，预热温度越高，发生早期着火的频率也越高。

工业生产中通常采用的一个简单的办法是在天然气进入预热炉以前设置一个过滤器，以除去其中包括铁锈在内的固体杂质。但是这种办法的效果并不理想，不能完全除去天然气中包括铁锈在内的固体杂质。

另一个传统的做法是在预热器进口处向天然气中加入蒸汽作为防止早期着火的抑制剂。由于蒸汽的流量(加入量)取决于天然气的组成，并且需要根据试验确定，因此该方法在实际运行中的操作和控制难度非常大，对早期着火的预防效果也有限。

在以往的生产过程中，反应器的早期着火时有发生，而由早期着火造成的生产短时中断每天都会出现至少三次以上。更有甚者，还会造成关键设备的损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是寻找一种通过烃的部分氧化制备乙炔和合成气的方法，该方法可以有效防止气态烃与氧气混合时引起的不希望的早期着火。

本发明提供的通过烃的部分氧化生产乙炔和合成气的方法，包括：将气态烃和氧气分别预热，在混合区中充分混合，在反应器中进行反应，对反应产物急冷，终止反应，防止已经生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氢气。其特征在于：在进入混合区之前，在气态烃中加入一种防止早期着火的抑制剂，这种防止早期着火的抑制剂为氧气或含氧气体，其加入量为：氧气与气态烃的体积比为0.1％～0.7％，含氧气体的加入量以其中的氧气体积计。

适用于本发明的气态烃可以是天然气(一般含至少96％(体积)的甲烷)，也可以是C1-C4低级烃，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷或它们的混合物。气态烃中也可以含有其它非反应性气体，如氮气、二氧化碳、惰性气体等。

所说的含氧气体，是指含有氧气和其它非反应性气体的混合气体，如空气。

氧气与气态烃的体积比是0.1％-0.7％，优选0.2％-0.5％。

预热温度为500-650℃，优选630-650℃。预热原料气可以加速反应，以获得最佳乙炔产率。预热温度(即裂解反应的起始温度)越低(在生产负荷一定时)，则参加反应的气体带入反应器的热量(能量)也越低，裂解产物中乙炔生成量就会减少，而合成气的生成量就会增加。反之预热温度越高，裂解产物中乙炔的生成量就会增加，而合成气的生成量就会减少。但预热温度不能超过650℃(因为这是天然气与空气的混合气的着火点)，否则氧气与天然气在混合器中混合时会发生自燃。

反应温度为1300-1500℃，优选1450-1500℃。天然气裂解生产乙炔的反应是强吸热的，反应平衡随温度的升高向生成乙炔的方向移动，在1300℃时已完全移向乙炔一边。所以，反应必须在1300℃以上进行，即1300℃是大型工业装置天然气裂解生产乙炔的起始温度。随着温度的升高，生成碳黑的速度将会加快，超过1500℃时，生成碳黑的速度将会比生成乙炔的速度更快，因此反应温度不宜高于1500℃。

在几毫秒的反应时间后，对含乙炔的裂解气进行急冷，急冷方式可以是现有技术采用的水急冷法或油急冷法，以及其它任何适用于该反应系统的可以使反应产物迅速冷却的方法。随后按常规方法用适当的溶剂分级吸收再解吸，得到产物合成气和高纯度的乙炔。

本发明的特点是在气态烃反应物与大量的氧气混合之前，按照一定的比例向气态烃反应物中加入少量的氧气，以防止早期着火。气态烃在输送过程中，氧气的存在对生产安全总是有威胁的，因此，氧气的加入量必须严格控制，按照气态烃中包括铁锈在内的固体杂质的多少，氧气的加入比例应在0.1％～0.7％的范围内进行调整。也就是说，当气态烃中包括铁锈在内的固体杂质含量较高时，氧气的加入量可以适当增加；反之，当气态烃中包括铁锈在内的固体杂质含量较低时，氧气的加入量可以适当减少。

这里，所加入的氧气或含氧气体是在气态烃反应物与大量的氧气进入混合区混合之前加入到气态烃中，优选的办法是在气态烃预热之前加入到气态烃中。在预热之前还包含多个工艺步骤，如增湿、脱硫、清洗、分离等，在这些工艺步骤中均可以进行加入少量氧气的操作。

本发明提供的通过烃的部分氧化制备乙炔和合成气的方法，可以有效防止早期着火的发生，这是因为氧气是一种很好的氧化剂，把少量的氧气在气态烃反应物与大量的氧气进入混合区之前加入到反应气中，可以很好地防止铁锈在气态烃预热过程中被还原成铁，当气态烃与大量的氧气或含氧气体混合时，已没有能够引起早期着火的物质(即铁粒)存在，从而消除了早期着火的发生。

具体实施方式

在天然气部分氧化制乙炔装置上实施本发明，具体情况如下：

将原料天然气与氧气分别在各自的预热炉中加热至630-650℃的温度。在混合区(扩散器)充分混合，在反应器(乙炔炉的反应道)内进行反应，反应温度为1450℃。经几毫秒的反应时间后，接着用碳黑水对反应产物(即裂解气)进行急冷降温，并终止反应，其目的是防止已经生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氢气。按照本发明，所采取的措施是：在进入混合区之前，在原料天然气中加入与天然气的体积比为0.5％的氧气。

在实施本发明以后，生产过程中的早期着火已基本上被完全抑制，已经连续9个月没有发生早期着火。并且预热温度还从620℃提高到了650℃。

Claims (11)

1.通过烃的部分氧化生产乙炔和合成气的方法，包括：将气态烃和氧气分别预热，在混合区中充分混合，在反应器中进行反应，对反应产物急冷，终止反应，其特征在于：在进入混合区之前，在气态烃中加入氧气或含氧气体，加入量为：氧气与气态烃的体积比0.1％～0.7％。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的气态烃是天然气。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的气态烃是C1-C4低级烃或它们的混合物。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的含氧气体是含有氧气和其它非反应性气体的混合气体。

5.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所说的含氧气体可以是空气。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，氧气与气态烃的体积比是0.2％-0.5％。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，氧气或含氧气体在气态烃预热之前加入到气态烃中。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，预热温度为500-650℃。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，预热温度为630-650℃。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，反应温度为1300-1500℃。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，反应温度为1450-1500℃。