專利名稱：制備乙炔和合成氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過烴的部分氧化制備乙炔和合成氣的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，世界各地大量采用甲烷(天然氣)部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣。由天然氣部分氧化單獨生產(chǎn)合成氣是簡單的技術(shù)，但生產(chǎn)合成氣連同乙炔的方法則只限于精確的空間、時間和用量條件。現(xiàn)有工藝是原料氣首先被分別地預(yù)熱，在混合區(qū)中充分混合，在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，接著迅速噴水驟冷，并終止反應(yīng)，防止已經(jīng)生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氫氣。
反應(yīng)器通常包括一些特制形狀的通道，其中反應(yīng)混合物(氧氣和天然氣)在此的流速應(yīng)高于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，以使反?yīng)室內(nèi)的火焰不可能回火至混合區(qū)(擴(kuò)散器)中。
由于原料氣氣質(zhì)的原因，天然氣中總是存在包括鐵銹在內(nèi)的固體雜質(zhì)，經(jīng)過預(yù)熱的天然氣溫度較高，會把鐵銹還原成鐵，當(dāng)鐵隨著天然氣進(jìn)入混合器中與大量的純氧氣混合時，就會由于鐵在高溫狀態(tài)下與大量高純度的氧接觸而發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，并出現(xiàn)火焰燃燒，引起早期著火。在原料天然氣氣質(zhì)相同的情況下，預(yù)熱溫度越高，發(fā)生早期著火的頻率也越高。
工業(yè)生產(chǎn)中通常采用的一個簡單的辦法是在天然氣進(jìn)入預(yù)熱爐以前設(shè)置一個過濾器，以除去其中包括鐵銹在內(nèi)的固體雜質(zhì)。但是這種辦法的效果并不理想，不能完全除去天然氣中包括鐵銹在內(nèi)的固體雜質(zhì)。
另一個傳統(tǒng)的做法是在預(yù)熱器進(jìn)口處向天然氣中加入蒸汽作為防止早期著火的抑制劑。由于蒸汽的流量(加入量)取決于天然氣的組成，并且需要根據(jù)試驗確定，因此該方法在實際運行中的操作和控制難度非常大，對早期著火的預(yù)防效果也有限。
在以往的生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器的早期著火時有發(fā)生，而由早期著火造成的生產(chǎn)短時中斷每天都會出現(xiàn)至少三次以上。更有甚者，還會造成關(guān)鍵設(shè)備的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是尋找一種通過烴的部分氧化制備乙炔和合成氣的方法，該方法可以有效防止氣態(tài)烴與氧氣混合時引起的不希望的早期著火。
本發(fā)明提供的通過烴的部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣的方法，包括將氣態(tài)烴和氧氣分別預(yù)熱，在混合區(qū)中充分混合，在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，對反應(yīng)產(chǎn)物急冷，終止反應(yīng)，防止已經(jīng)生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氫氣。其特征在于在進(jìn)入混合區(qū)之前，在氣態(tài)烴中加入一種防止早期著火的抑制劑，這種防止早期著火的抑制劑為氧氣或含氧氣體，其加入量為氧氣與氣態(tài)烴的體積比為0.1％～0.7％，含氧氣體的加入量以其中的氧氣體積計。
適用于本發(fā)明的氣態(tài)烴可以是天然氣(一般含至少96％(體積)的甲烷)，也可以是C1-C4低級烴，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷或它們的混合物。氣態(tài)烴中也可以含有其它非反應(yīng)性氣體，如氮氣、二氧化碳、惰性氣體等。
所說的含氧氣體，是指含有氧氣和其它非反應(yīng)性氣體的混合氣體，如空氣。
氧氣與氣態(tài)烴的體積比是0.1％-0.7％，優(yōu)選0.2％-0.5％。
預(yù)熱溫度為500-650℃，優(yōu)選630-650℃。預(yù)熱原料氣可以加速反應(yīng)，以獲得最佳乙炔產(chǎn)率。預(yù)熱溫度(即裂解反應(yīng)的起始溫度)越低(在生產(chǎn)負(fù)荷一定時)，則參加反應(yīng)的氣體帶入反應(yīng)器的熱量(能量)也越低，裂解產(chǎn)物中乙炔生成量就會減少，而合成氣的生成量就會增加。反之預(yù)熱溫度越高，裂解產(chǎn)物中乙炔的生成量就會增加，而合成氣的生成量就會減少。但預(yù)熱溫度不能超過650℃(因為這是天然氣與空氣的混合氣的著火點)，否則氧氣與天然氣在混合器中混合時會發(fā)生自燃。
反應(yīng)溫度為1300-1500℃，優(yōu)選1450-1500℃。天然氣裂解生產(chǎn)乙炔的反應(yīng)是強(qiáng)吸熱的，反應(yīng)平衡隨溫度的升高向生成乙炔的方向移動，在1300℃時已完全移向乙炔一邊。所以，反應(yīng)必須在1300℃以上進(jìn)行，即1300℃是大型工業(yè)裝置天然氣裂解生產(chǎn)乙炔的起始溫度。隨著溫度的升高，生成碳黑的速度將會加快，超過1500℃時，生成碳黑的速度將會比生成乙炔的速度更快，因此反應(yīng)溫度不宜高于1500℃。
在幾毫秒的反應(yīng)時間后，對含乙炔的裂解氣進(jìn)行急冷，急冷方式可以是現(xiàn)有技術(shù)采用的水急冷法或油急冷法，以及其它任何適用于該反應(yīng)系統(tǒng)的可以使反應(yīng)產(chǎn)物迅速冷卻的方法。隨后按常規(guī)方法用適當(dāng)?shù)娜軇┓旨壩赵俳馕?，得到產(chǎn)物合成氣和高純度的乙炔。
本發(fā)明的特點是在氣態(tài)烴反應(yīng)物與大量的氧氣混合之前，按照一定的比例向氣態(tài)烴反應(yīng)物中加入少量的氧氣，以防止早期著火。氣態(tài)烴在輸送過程中，氧氣的存在對生產(chǎn)安全總是有威脅的，因此，氧氣的加入量必須嚴(yán)格控制，按照氣態(tài)烴中包括鐵銹在內(nèi)的固體雜質(zhì)的多少，氧氣的加入比例應(yīng)在0.1％～0.7％的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。也就是說，當(dāng)氣態(tài)烴中包括鐵銹在內(nèi)的固體雜質(zhì)含量較高時，氧氣的加入量可以適當(dāng)增加；反之，當(dāng)氣態(tài)烴中包括鐵銹在內(nèi)的固體雜質(zhì)含量較低時，氧氣的加入量可以適當(dāng)減少。
這里，所加入的氧氣或含氧氣體是在氣態(tài)烴反應(yīng)物與大量的氧氣進(jìn)入混合區(qū)混合之前加入到氣態(tài)烴中，優(yōu)選的辦法是在氣態(tài)烴預(yù)熱之前加入到氣態(tài)烴中。在預(yù)熱之前還包含多個工藝步驟，如增濕、脫硫、清洗、分離等，在這些工藝步驟中均可以進(jìn)行加入少量氧氣的操作。
本發(fā)明提供的通過烴的部分氧化制備乙炔和合成氣的方法，可以有效防止早期著火的發(fā)生，這是因為氧氣是一種很好的氧化劑，把少量的氧氣在氣態(tài)烴反應(yīng)物與大量的氧氣進(jìn)入混合區(qū)之前加入到反應(yīng)氣中，可以很好地防止鐵銹在氣態(tài)烴預(yù)熱過程中被還原成鐵，當(dāng)氣態(tài)烴與大量的氧氣或含氧氣體混合時，已沒有能夠引起早期著火的物質(zhì)(即鐵粒)存在，從而消除了早期著火的發(fā)生。
具體實施例方式
在天然氣部分氧化制乙炔裝置上實施本發(fā)明，具體情況如下將原料天然氣與氧氣分別在各自的預(yù)熱爐中加熱至630-650℃的溫度。在混合區(qū)(擴(kuò)散器)充分混合，在反應(yīng)器(乙炔爐的反應(yīng)道)內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1450℃。經(jīng)幾毫秒的反應(yīng)時間后，接著用碳黑水對反應(yīng)產(chǎn)物(即裂解氣)進(jìn)行急冷降溫，并終止反應(yīng)，其目的是防止已經(jīng)生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氫氣。按照本發(fā)明，所采取的措施是在進(jìn)入混合區(qū)之前，在原料天然氣中加入與天然氣的體積比為0.5％的氧氣。
在實施本發(fā)明以后，生產(chǎn)過程中的早期著火已基本上被完全抑制，已經(jīng)連續(xù)9個月沒有發(fā)生早期著火。并且預(yù)熱溫度還從620℃提高到了650℃。
權(quán)利要求
1.通過烴的部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣的方法，包括將氣態(tài)烴和氧氣分別預(yù)熱，在混合區(qū)中充分混合，在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，對反應(yīng)產(chǎn)物急冷，終止反應(yīng)，其特征在于在進(jìn)入混合區(qū)之前，在氣態(tài)烴中加入氧氣或含氧氣體，加入量為氧氣與氣態(tài)烴的體積比0.1％～0.7％。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的氣態(tài)烴是天然氣。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的氣態(tài)烴是C1-C4低級烴或它們的混合物。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的含氧氣體是含有氧氣和其它非反應(yīng)性氣體的混合氣體。
5.按照權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所說的含氧氣體可以是空氣。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氧氣與氣態(tài)烴的體積比是0.2％-0.5％。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氧氣或含氧氣體在氣態(tài)烴預(yù)熱之前加入到氣態(tài)烴中。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，預(yù)熱溫度為500-650℃。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，預(yù)熱溫度為630-650℃。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，反應(yīng)溫度為1300-1500℃。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，反應(yīng)溫度為1450-1500℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過烴的部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣的方法，包括將氣態(tài)烴和氧氣分別預(yù)熱，在混合區(qū)中充分混合，在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，對反應(yīng)產(chǎn)物急冷，終止反應(yīng)，防止已經(jīng)生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氫氣。其特征在于在進(jìn)入混合區(qū)之前，在氣態(tài)烴中加入一種防止早期著火的抑制劑，這種防止早期著火的抑制劑為氧氣或含氧氣體，其加入量為氧氣與氣態(tài)烴的體積比為0.1％～0.7％，含氧氣體的加入量以其中的氧氣體積計。本發(fā)明提供的方法可以有效防止氣態(tài)烴與氧氣混合時引起的不希望的早期著火。
文檔編號C01B3/36GK1796343SQ20041010282
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者曹鴻, 米鈺林, 劉昌榮 申請人:中國石油化工集團(tuán)公司, 中國石化集團(tuán)四川維尼綸廠