CN210885864U - 一种天然气制乙炔和氢气的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种天然气制乙炔和氢气的系统，属于天然气技术领域。包括依次连通的等离子体裂解反应器，洗涤塔，裂解气气柜，压缩机，脱重塔、预解吸塔、吸收塔、一级解吸塔、二级解吸塔：所述脱重塔塔顶出口与吸收塔塔下部入口连通，脱重塔塔底出口与预解吸塔塔上部入口连通，所述吸收塔塔顶出口与膜分离器入口连通，吸收塔塔底出口与一级解吸塔塔上部入口连通，所述的一级解吸塔塔底出口与二级解吸塔上段上部入口连通，所述的二级解吸塔塔底出口与吸收塔塔上部入口连通。本实用新型系统将天然气经等离子体裂解、除炭黑、脱除重组分、膜分离等步骤获得高纯度的乙炔及氢气，实现天然气的高品质利用。

Description

一种天然气制乙炔和氢气的系统

技术领域

本实用新型属于天然气技术领域，具体为一种天然气制乙炔和氢气的系统。

背景技术

乙炔是一种重要有机化工原料，广泛应用于生产1，4-丁二醇、氯乙烯、乙炔炭黑、氯丁橡胶、丁二醇、丁炔二醇、四氢呋喃和环辛四烯等化学品。

电石法、天然气部分氧化法、电弧法和等离子体裂解法乙炔的主要生产工艺，国内以电石法为主，国外以天然气部分氧化法为主。电石法技术成熟，但是其缺点也很明显，电石法制乙炔能耗大，水消耗大，污染大，还会产生大量的电石废渣污染环境。相对于电石法，天然气部分氧化法更环保，但是天然气部分氧化法产生的裂解气中会有大量的CO和H₂，需要配套建设甲醇合成装置，适合建设较大产能工业装置。同时由于氧气的存在，必须增加防爆设备，提高了分离提纯的费用，增加了成本。

等离子体裂解天然气制乙炔法具有投资小，生产成本低，原料利用率高，裂化气体容易分离，工艺流程简单，生产安全可靠，无环境污染等特点，在技术、经济诸方面都优于现有的电石法、天然气电弧裂解法和部分氧化法。由于其反应器体积小、流程短、开停车方便、占地面积小、可以同时获得乙炔和氢气，不仅适合大规模生产，也特别适合小规模的生产，比如气体充装企业。

目前，只有在德国有一套30000t/a的天然气等离子体制乙炔的工业化装置。国内中科院成都有机所、四川大学、清华大学、中科院金属所也曾做过等离子体裂解制乙炔装置的研究工作，但是国内还没有一套全流程的能实现工业化的装置。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种天然气制乙炔和氢气的系统。本实用新型系统可以有效地脱除裂解气中的炭黑，同时采用的复合溶剂技术，通过吸收解吸塔能将产品乙炔纯度大大提高，且收率不低于95％，通过膜分离可以获得纯度99.999％的氢气。

本实用新型目的通过以下技术方案来实现：

一种天然气制乙炔和氢气的系统，包括依次连通的等离子体裂解反应器，洗涤塔，裂解气气柜，压缩机，脱重塔、预解吸塔、吸收塔、一级解吸塔、二级解吸塔，所述二级解吸塔分为二级解吸塔上段和二级解吸塔下段；

所述脱重塔塔顶出口与吸收塔塔下部入口连通，脱重塔塔底出口与预解吸塔塔上部入口连通，所述吸收塔塔顶出口与膜分离器入口连通，吸收塔塔底出口与一级解吸塔塔上部入口连通，所述的一级解吸塔塔底出口与二级解吸塔上段上部入口连通，所述的二级解吸塔塔底出口与吸收塔塔上部入口连通，所述膜分离器包括第一出口和第二出口，第一出口分别与等离子裂解反应器和氢气产品储罐连通，第二出口与预解吸塔塔下部入口连通。

进一步，所述洗涤塔塔底出口通过循环水泵与洗涤塔塔顶连通。

进一步，所述洗涤塔塔中部还连通有电除尘器。

进一步，所述预解吸塔塔顶出口排出尾气，塔底出口通过溶剂循环泵与脱重塔塔上部入口连通。

进一步，所述一级解吸塔塔中出口与乙炔产品气柜连通，塔顶出口与吸收塔塔下部入口连通。

进一步，所述二级解吸塔塔顶出口与一级解吸塔塔下部入口连通，塔底出口通过溶剂循环泵与吸收塔塔上部入口连通。

进一步，所述二级解吸塔上段下部出口与二级解吸塔下段上部入口连通；所述二级解吸塔下段中部出口连接有真空泵；所述二级解吸塔下段上部出口通过真空泵与二级解吸塔上段下部入口连通；所述二级解吸塔塔底通过再沸器循环加热。

进一步，包括等离子裂解反应器，所述等离子裂解反应器出口与洗涤塔塔底入口连通，所述洗涤塔塔中部出口与电除尘器入口连通，所述电除尘器出口与洗涤塔中部入口连通，所述洗涤塔塔顶出口与裂解气气柜入口连通，所述裂解气气柜出口与压缩机入口连通，所述压缩机出口与脱重塔塔下部入口连通，所述脱重塔塔顶出口与吸收塔塔下部入口连通，所述脱重塔塔底出口与预解吸塔塔上部入口连通，所述预解吸塔塔底出口通过溶剂循环泵与脱重塔塔上部入口连通；所述吸收塔塔顶出口与膜分离器入口连通，所述膜分离器包括第一出口和第二出口，第一出口分别与等离子裂解反应器和氢气产品储罐连通，第二出口与预解吸塔塔下部入口连通，所述吸收塔塔底出口与一级解吸塔上部入口连通，所述一级解吸塔塔底出口与二级解吸塔上段上部入口连通，所述二级解吸塔塔顶出口与一级解吸塔塔下部入口连通，塔底出口通过溶剂循环泵与吸收塔上部入口连通；所述二级解吸塔上段下部出口与二级解吸塔下段上部入口连通，所述二级解吸塔下段中部出口与真空泵连通；所述二级解吸塔下段上部出口通过真空泵与二级解吸塔上段下部入口连通；所述二级解吸塔塔底通过再沸器循环加热；所述一级解吸塔中部侧面出口与乙炔产品气柜入口连通。

本实用新型天然气制乙炔和氢气的系统，天然气和氢气经过等离子体裂解反应器裂解，裂解气进入洗涤塔、电除尘器，除去裂解气中的炭黑。除去炭黑后的气体进入裂解气气柜，再经过压缩机压缩进入脱重塔，在脱重塔内经溶剂吸收脱除高级炔烃等重组分。吸收重组分的溶剂进入预解吸塔，经减压和来自于膜分离器混合气的吹扫脱除高级炔烃。在脱重塔内经溶剂吸收后的气体进入吸收塔，经吸收塔溶剂吸收后的不凝气主要含有氢气和甲烷气，再经膜分离器，获得高纯度的氢气，部分氢气返回等离子体裂解反应器与天然气混合继续参与裂解反应。来自于吸收塔的溶剂经一级解吸塔减压解吸，解吸出的乙炔从塔上部侧线采出，进入乙炔气柜储存，塔顶的气体循环回吸收塔，重复吸收。一级解吸塔塔底的溶剂进入二级解吸塔，二级解吸塔分上下两段，上段解吸出的气体进入一级解吸塔下部，重新吸收解吸，剩余溶剂进入二级解吸塔下段，通过真空泵减压和再沸器加热，解吸出多余的高级炔烃，排入尾气管道；解吸后的溶剂经溶剂循环泵循环到吸收塔作为吸收溶剂，循环使用。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型系统能高效的将天然气经过等离子体裂解、除炭黑、脱除重组分、膜分离等步骤获得高纯度的乙炔产品及氢气产品。对于天然气的高品质利用、降低生产过程中的安全隐患、减少三废对环境的污染具有重要的经济和环保意义，同时具有工业应用的价值。

附图说明

图1为本实用新型天然气制乙炔和氢气的系统的结构示意图。

附图标记：1-等离子体裂解反应器，2-循环水泵，3-洗涤塔，4-电除尘器，5-裂解气气柜，6-压缩机，7-膜分离器，8-脱重塔，9-预解吸塔，10-吸收塔，11-一级解吸塔，12-二级解吸塔上段，13-二级解吸塔下段，14-乙炔气柜，15-再沸器，16/17-真空泵， 18/19-溶剂循环泵。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种天然气制乙炔和氢气的系统，如图1所示，包括等离子体裂解反应器1，等离子裂解反应器1出口与洗涤塔3塔底入口连通，洗涤塔3塔中部出口与电除尘器4入口连通，电除尘器4出口与洗涤塔3中部入口连通；所述的洗涤塔3、电除尘器4能够有效地脱除裂解气中的炭黑固体杂质。洗涤塔3塔顶出口与裂解气气柜5入口连通，裂解气气柜5出口与压缩机6入口连通，压缩机6出口与脱重塔8塔下部入口连通，脱重塔8塔顶出口与吸收塔10塔下部入口连通，脱重塔8塔底出口与预解吸塔9塔上部入口连通，裂解气经压缩机6加压后经脱重塔8和预解吸塔9处理后，基本脱除了裂解气中高级炔烃。吸收塔10塔顶出口与膜分离器7入口连通，膜分离器7包括第一出口和第二出口，第一出口分别与等离子裂解反应器1和氢气产品储罐连通，来自于吸收塔塔顶的气体主要是氢气、甲烷等不凝气，经过膜分离，可以获得纯度 99.999％的氢气，高纯度的氢气部分作为产品，部分和原料天然气混合进入等离子体裂解反应器1继续参与裂解反应，第二出口与预解吸塔9塔下部入口连通。吸收塔10 塔底出口与一级解吸塔11上部入口连通，一级解吸塔11塔底出口与二级解吸塔上段 12上部入口连通，二级解吸塔12塔顶出口与一级解吸塔11塔下部入口连通，塔底出口通过溶剂循环泵19与吸收塔10上部入口连通。二级解吸塔上段12出口与二级解吸塔下段13上部入口连通，二级解吸塔下段13中部出口与真空泵16连通，二级解吸塔下段13上部出口通过真空泵17与二级解吸塔上段12下部入口连通，二级解吸塔13塔底通过再沸器15循环加热。一级解吸塔11中部侧面出口与乙炔产品气柜14 入口连通。

天然气和氢气按比例混合后进入等离子体裂解反应器1进行高温裂解，裂解气经过洗涤塔3、电除尘器4，除去裂解气中剩余的炭黑，然后进入裂解气气柜5。来自裂解气气柜5的气体，经过压缩机6压缩进入脱重塔8在溶剂和减压的作用下脱除重组分，吸收重组分的溶剂从脱重塔8塔底进入预解吸塔9，经来自于膜分离器7混合气的吹扫脱除高级炔烃。经过在脱重塔8内的吸收，以及在预解吸塔9内的解吸，可以有效地脱除裂解气中的绝大部分高级炔烃。在脱重塔8内经溶剂吸收后的气体从脱重塔8塔顶进入吸收塔10塔下部入口，经吸收塔10内的溶剂吸收后的不凝气主要含有氢气和甲烷，再经膜分离器7，获得高纯度的氢气，部分氢气与天然气混合进入等离子体裂解反应器1内继续参与裂解反应，氢气产品进入氢气产品储罐。来自于吸收塔 10塔底的溶剂进入一级解吸塔11，经减压解吸，解吸出乙炔，乙炔从一级解吸塔11 中部侧线采出，进入乙炔产品气柜14储存，塔顶的气体循环回吸收塔10，重复吸收，可以有效提高产品乙炔的收率。一级解吸塔11塔底的溶剂进入二级解吸塔上段12，经真空泵17抽回的气体吹扫，吹扫气进入一级解吸塔11进行吸收和解吸。二级解吸塔上段12的溶剂通过测线U型管进入二级解吸塔下段13，经真空泵16减压，解吸出溶剂中溶解的高级炔烃，作为尾气排入尾气管道。二级解吸塔下段13塔釜液体经再沸器15循环加热，部分塔釜液体经溶剂循环泵19循环到吸收塔10，作为溶剂吸收气体中的乙炔等气体。

本实用新型脱重塔、预解吸塔、吸收塔、一级解吸塔、二级解吸塔所用的溶剂为现有技术中的常规溶剂，只要能实现本实用新型中各塔效果的常规溶剂即可。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天然气制乙炔和氢气的系统，其特征在于，包括依次连通的等离子体裂解反应器，洗涤塔，裂解气气柜，压缩机，脱重塔、预解吸塔、吸收塔、一级解吸塔、二级解吸塔，所述二级解吸塔分为二级解吸塔上段和二级解吸塔下段：所述脱重塔塔顶出口与吸收塔塔下部入口连通，脱重塔塔底出口与预解吸塔塔上部入口连通，所述吸收塔塔顶出口与膜分离器入口连通，吸收塔塔底出口与一级解吸塔塔上部入口连通，所述的一级解吸塔塔底出口与二级解吸塔上段上部入口连通，所述的二级解吸塔塔底出口与吸收塔塔上部入口连通，所述膜分离器包括第一出口和第二出口，第一出口分别与等离子裂解反应器和氢气产品储罐连通，第二出口与预解吸塔塔下部入口连通。

2.如权利要求1所述一种天然气制乙炔和氢气的系统，其特征在于，所述洗涤塔塔底出口通过循环水泵与洗涤塔塔顶连通。

3.如权利要求1所述一种天然气制乙炔和氢气的系统，其特征在于，所述洗涤塔塔中部还连通有电除尘器。

4.如权利要求1所述一种天然气制乙炔和氢气的系统，其特征在于，所述预解吸塔塔顶出口排出尾气，塔底出口通过溶剂循环泵与脱重塔塔上部入口连通。

5.如权利要求1所述一种天然气制乙炔和氢气的系统，其特征在于，所述一级解吸塔塔中出口与乙炔产品气柜连通，塔顶出口与吸收塔塔下部入口连通。

6.如权利要求1所述一种天然气制乙炔和氢气的系统，其特征在于，所述二级解吸塔塔顶出口与一级解吸塔塔下部入口连通，塔底出口通过溶剂循环泵与吸收塔塔上部入口连通。

7.如权利要求1所述一种天然气制乙炔和氢气的系统，其特征在于，所述二级解吸塔上段下部出口与二级解吸塔下段上部入口连通；所述二级解吸塔下段中部出口连接有真空泵；所述二级解吸塔下段上部出口通过真空泵与二级解吸塔上段下部入口连通；所述二级解吸塔塔底通过再沸器循环加热。

8.如权利要求1所述一种天然气制乙炔和氢气的系统，其特征在于，包括等离子裂解反应器，所述等离子裂解反应器出口与洗涤塔塔底入口连通，所述洗涤塔塔中部出口与电除尘器入口连通，所述电除尘器出口与洗涤塔中部入口连通，所述洗涤塔塔顶出口与裂解气气柜入口连通，所述裂解气气柜出口与压缩机入口连通，所述压缩机出口与脱重塔塔下部入口连通，所述脱重塔塔顶出口与吸收塔塔下部入口连通，所述脱重塔塔底出口与预解吸塔塔上部入口连通，所述预解吸塔塔底出口通过溶剂循环泵与脱重塔塔上部入口连通；所述吸收塔塔顶出口与膜分离器入口连通，所述膜分离器包括第一出口和第二出口，第一出口分别与等离子裂解反应器和氢气产品储罐连通，第二出口与预解吸塔塔下部入口连通，所述吸收塔塔底出口与一级解吸塔上部入口连通，所述一级解吸塔塔底出口与二级解吸塔上段上部入口连通，所述二级解吸塔塔顶出口与一级解吸塔塔下部入口连通，塔底出口通过溶剂循环泵与吸收塔上部入口连通；所述二级解吸塔上段下部出口与二级解吸塔下段上部入口连通，所述二级解吸塔下段中部出口与真空泵连通；所述二级解吸塔下段上部出口通过真空泵与二级解吸塔上段下部入口连通；所述二级解吸塔塔底通过再沸器循环加热；所述一级解吸塔中部侧面出口与乙炔产品气柜入口连通。

Images