專利名稱：一種以除環(huán)碳五為主原料生產(chǎn)液體石油氣的工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以除環(huán)碳五為主原料生產(chǎn)液體石油氣的工藝，及其專用的生產(chǎn)設(shè)備。
我國(guó)大多采用輕柴油或石腦油等較重的裂解原料進(jìn)行乙烯生產(chǎn)，其副產(chǎn)碳五的數(shù)量較多，通常是乙烯產(chǎn)量的14%～17%。由于受其生產(chǎn)或加工工藝技術(shù)等制約，我國(guó)至今大部分碳五仍作工業(yè)燃料燒掉。
為此，有人以碳五等輕質(zhì)油為主成份，以汽化劑、添加劑Ⅰ、添加劑Ⅱ?yàn)檩o助成分，經(jīng)輔料合成液體燃料，以解決城鄉(xiāng)人民燒煤氣難的問題(專利申請(qǐng)?zhí)?21042345、申請(qǐng)日92.5.31);但其缺點(diǎn)是使用時(shí)因輕原油含碳量高，很容易在預(yù)熱氣化時(shí)結(jié)碳，而造成阻塞管道，引起爆炸事故等。
申請(qǐng)?zhí)?2103434公開了一種采用壓縮空氣使碳五氣化，并通過電器控制其濃度與壓力，使氣壓的氣流始終保持穩(wěn)定的濃度與壓力，再以管道的形式直接輸送給用戶使用。
它盡管采用了較為簡(jiǎn)單的技術(shù)，使戊烷(C5)轉(zhuǎn)化為通用管道燃?xì)獬蔀榭赡?但由于其管道燃?xì)獍l(fā)生設(shè)備，至少由燃料貯罐、空氣壓縮機(jī)、可燃?xì)怏w濃度測(cè)定傳感頭和濃度控制閥、加熱器和溫控元件、電控箱、氣體調(diào)壓箱及其氣體輸送管等組成。因此，設(shè)備較復(fù)雜，耗能較大，尤其是由于它直接采用含有大量氧的空氣，使氣化后的碳五與其充分混合而易于引起爆炸，其后果不堪設(shè)想。
另外，南京大學(xué)石油氣化液燃料及其生產(chǎn)工藝的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?1104405.1)。它系采用熱聚合脫除環(huán)戊二烯所制得的脫環(huán)碳五為主原料，然后添加對(duì)苯二酚等阻聚劑，甲醇等共沸劑，輕石油醚等稀釋劑，另還加上防爆劑及抗靜電劑等，按其配方與除環(huán)碳五調(diào)配制得。按其工藝及方法是完全可行的;但是，在按其實(shí)施例配比要求進(jìn)行配制氣化液燃料時(shí)，既使環(huán)境溫度至36℃左右，也僅有60%左右的自行氣化率，不可能無殘液，達(dá)不到替代液化石油氣的目的，而且其生產(chǎn)成本較高，亦難能推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單，配制方便、安全，成本低廉，制成品能在常溫環(huán)境下不需鼓泡加壓或?qū)θ剂项A(yù)熱，即能自行穩(wěn)定氣化，發(fā)熱量前后期較為均勻的液體石油氣的生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理，投資少，占地面積小，能耗低，工效較高，運(yùn)行安全、可靠的生產(chǎn)液體石油氣的專用設(shè)備。
本發(fā)明的主體方案是以氮?dú)夂?或二氧化碳為吸附質(zhì)，以乙烯等工程副產(chǎn)的碳五餾分，經(jīng)脫環(huán)工藝處理后所制得的除環(huán)碳五和添加劑的混合物為吸附劑進(jìn)行“臨界吸附”而制得“異相共沸混合體”的液體石油氣。所述的“臨界吸附”是壓縮的吸附質(zhì)氮和/或二氧化碳，輸入至一容器(如臨界吸附反應(yīng)罐)后，沿著多個(gè)(例如數(shù)十個(gè))微孔進(jìn)入噴霧室，使之吸附質(zhì)產(chǎn)生足夠高的氣流速度，使噴霧嘴中心孔部位的靜壓力降于近真空而形成“文氏管效應(yīng)”。此時(shí)，預(yù)先混有添加劑的除環(huán)碳五原料在壓縮氮?dú)?、二氧化碳的作用下，被吸入噴霧咀中心孔，在文氏管頭部與從微孔中流出的壓縮氣體匯合，碳五原料即被壓縮氣體組分擊碎成不均勻的液粒，一起被噴霧咀噴出，送到“臨界吸附”反應(yīng)器的空間，液態(tài)輕烴原料在反應(yīng)器空間形成無數(shù)大小不等的液面，物質(zhì)處在臨界相變的過程之中，其分子鏈狀被拉長(zhǎng)，粘度降低，比表面積增大，具有氣態(tài)和液態(tài)雙重的物化性質(zhì)，其微觀結(jié)構(gòu)類似于有機(jī)管能團(tuán)。分子鏈狀可視為二維界面，孔徑約在0.62毫微米的數(shù)量級(jí)，近似于固體吸附劑的孔徑。從物理化學(xué)的原理上分析，吸附發(fā)生在表面，液粒分得越小表面也變得越大，吸附容量也越大。鑒于上述條件下的輕烴組分已具備了吸附劑的機(jī)理。而處在同等條件下的無機(jī)物質(zhì)氮、二氧化碳原始狀態(tài)和物化性質(zhì)與輕烴組分雖然不同，而他們同屬于非極性物質(zhì)，偶極矩都是零，根據(jù)溶解現(xiàn)象的可能條件所知，極性溶劑容易溶解極性物質(zhì)，非極性溶劑容易溶解非極性物質(zhì)的原則，無機(jī)的氮、二氧化碳和有機(jī)的輕烴分子間容易引發(fā)分子的締合，為二者間的溶解、吸附、共沸創(chuàng)造了條件。因此，氮、二氧化碳同樣具備了吸附質(zhì)的機(jī)理。
綜上所述，處于“臨界相變”狀態(tài)下的吸附劑-輕烴碳五餾分，在“臨界吸附”反應(yīng)器內(nèi)以300～400M/S的速率作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，其分子鏈狀(孔徑約在0.62nm)內(nèi)的二維界面首先受到吸附質(zhì)的氮、二氧化碳(其分子半徑為0.74nm)以65億次/秒的數(shù)量級(jí)碰撞機(jī)遇。使吸附劑分子鏈狀內(nèi)的二維界面發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象，產(chǎn)生吸附質(zhì)毛細(xì)管凝集。同時(shí)又在吸附劑的液粒周圍自動(dòng)形成薄膜鋪展，在薄膜鋪展過程中又發(fā)生了吉布斯自由能的變化，而使液粒由于重力作用墜入“臨界吸附”反應(yīng)器底層，完成了“異相共沸混合組分”的生產(chǎn)工藝過程。上述過程系在常溫條件下完成。
上述“臨界吸附”過程通?？梢园次劫|(zhì)與吸附劑之比為0.05∶99.95～12∶88進(jìn)行，所述“臨界吸附反應(yīng)”內(nèi)的壓力為0.02～2.5KG/CM2;其較佳的吸附與吸附劑之比為1∶99～5∶95，臨界吸附反應(yīng)罐內(nèi)的壓力為1.5～2.0KG/CM2。其中，所述的吸附質(zhì)可以是氮?dú)饣蚨趸贾械囊环N單一組分，也可以二者的混合物。
當(dāng)所述的除環(huán)碳五中尚含有少量的異戊二烯等，則因在添加劑中按其含量的0.05～0.1%的比例添加分散劑，具體可采用亞硝酸鈉，亞硝基胺及其類似物。
此外，為了進(jìn)一步提高工藝過程的安全性、穩(wěn)定性和工效等，可在添加劑中加入下述中的一種或多種組份防爆劑為0.01～0.025%(與碳五的重量之比，下同);稀釋劑5～10%;水為5～10%;防靜電劑為0.01～0.025%。具體使用物質(zhì)按以碳五原料的具體成份以及原料來源等而選定。例如，防爆劑可選用二茂鐵、四乙基鉛、硝基類及其類似物;稀釋劑可用乙醚、丙酮及其類似物;防靜電劑為聚氧乙烯、烷基水楊酸鈉及其類似物等。
此外，為了使用戶或生產(chǎn)企業(yè)等能在生產(chǎn)、貯運(yùn)、使用過程中及時(shí)察覺液體石油氣的可能泄漏，也可在其中加入0.01%左右的臭味劑(如乙基硫醇等)。
為了利于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的工藝，可采用下述專用設(shè)備在罐體的下部(如底部附近)有一個(gè)或數(shù)個(gè)，由設(shè)置在罐體上的臨界噴霧座及設(shè)于其上的臨界噴霧頭構(gòu)成的臨界噴霧組件;且在所述的臨界噴霧頭上設(shè)有靜壓力發(fā)生室及與進(jìn)氣管相通的射流孔。所述的射流孔可直接與進(jìn)氣管一一相通，也可在臨界噴霧座與臨界噴霧頭之間設(shè)有一個(gè)環(huán)狀的均布室，在臨界噴霧頭上均勻設(shè)有數(shù)個(gè)用以溝通均布室與靜壓力發(fā)生室的射流孔;而位于臨界噴霧頭中部的進(jìn)液管亦開口于靜壓力發(fā)生室處。
通常，由支架體等部件設(shè)置在罐體底部附近的臨界噴霧組件，其噴射方向可垂直向上，也可與罐體的軸心線呈一定的斜角向上噴射;位于罐體底部附近或中下部的噴射口，亦可經(jīng)支架體，將其設(shè)至罐體中部附近。另外，所述的液相管的口徑與射流孔的口徑，則分別由各自的設(shè)置孔數(shù)、流量及其設(shè)計(jì)產(chǎn)量等而定。例如，每小時(shí)單產(chǎn)50～100kg的中小型設(shè)備，其液相管的口徑為Φ1.0～1.5mm，而氣相射流孔的口徑為0.5～1.0mm。
由此可知，本發(fā)明的生產(chǎn)工藝過程，即所述吸附劑與吸附質(zhì)經(jīng)“臨界吸附”的工藝過程，實(shí)際上具有吸收和萃取并存的機(jī)理;而其制品，從化工吸附的觀點(diǎn)上去解釋，可視為未被解吸的吸附劑與吸附質(zhì)同是流體的混合物質(zhì)。
另一方面，由本發(fā)明生產(chǎn)的“異相共沸混合體”的液化石油氣的使用過程，則可理解為化工吸附分離技術(shù)中的解吸過程，也可理解為物質(zhì)的還原過程。因?yàn)樵谝欢ǖ臈l件下-氮和/或二氧化碳?xì)怏w的凝集液被輕烴組分的分子鏈凝集著，又由于鋪展過程受到吉布斯自由變的影響，把凝集液包圍在液粒里面;由于氣液二種物質(zhì)在一定條件下暫時(shí)并存，如果一旦改變其存在條件-壓力、溫度、容積，那么就會(huì)發(fā)生二者分離。“液體石油氣”的使用過程，就是讓氣態(tài)凝集液作載體，將輕烴碳五組分以氣態(tài)送至燃燒器，其運(yùn)載壓力可為0.36～0.027kgf/cm2，出流速度可為1～1.5m/s，流量可為0.15kg/h，以大約1∶40<容積氧>的配比要求供點(diǎn)燃，具體是一次空氣進(jìn)入量約1∶17<容積氧>，二次空氣進(jìn)入量約1∶23<容積氧>，點(diǎn)燃后輕烴燃料供燃燒使用，氮、二氧化碳被介吸、分解、散發(fā)于空氣中，完成了解吸過程，達(dá)到了液態(tài)物質(zhì)自行氣化，并供燃燒使用的目的。
按本發(fā)明的工藝所生產(chǎn)的液體石油氣，經(jīng)測(cè)定，燃燒性能及燃燒后有害物的含量標(biāo)準(zhǔn)均優(yōu)于液化石油氣、管道煤氣，完全符合家用燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)和環(huán)保要求。
1、燃燒性能本發(fā)吸的液體石油氣 液化石油氣熱負(fù)荷: 3000kcal/h 2000kcal/h耗液量: 0.25kg/h 0.45kg/h發(fā)熱量: 838.80kcal/mol 682.84Kcal/mol燃燒溫度: 950℃ 700℃其余指標(biāo)和液化石油氣相同。
2、殘液量＜5%3、硫分含量＜0.02%。
利用本發(fā)明所述的配方及生產(chǎn)工藝，可以使我國(guó)乙烯工程年副產(chǎn)的碳五餾分四十萬噸燃料變?yōu)槊裼玫闹魅剂现唬_(dá)到彌補(bǔ)因液化石油氣的數(shù)量有限，無法滿足市場(chǎng)需求，緩介居民用燃?xì)怆y，改善城鄉(xiāng)空氣污染，提供了一個(gè)工藝簡(jiǎn)單，配制方便，投資少，收效快具有很高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的新品種。
另外，采用本發(fā)明所述工藝所制得的液體石油氣可密閉在壓力為1.5KG/CM2～3KG/CM2的鋼并內(nèi)，進(jìn)行貯存、運(yùn)輸、使用。因其灌裝壓力明顯低于現(xiàn)有液化石油氣10KG/CM2的壓力。因此，還具有貯存、運(yùn)輸、灌裝比液化石油氣更方便，使用更安全，更不易發(fā)生漏泄事故。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有著許多的優(yōu)點(diǎn)1、技術(shù)路線獨(dú)特，工藝流程合理，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，建成一個(gè)年產(chǎn)150噸規(guī)模的本裝置，只需20平方米即可;2、工效高、能耗低，每小時(shí)生產(chǎn)66KG液體石油氣的規(guī)模，僅耗為3.5KW左右;3、無須采用高壓容器、蒸餾裝置等常用的化工設(shè)備，整個(gè)裝置安全可靠，操作簡(jiǎn)單，只需定期添燃料、原料，即可持續(xù)生產(chǎn);4、節(jié)約能源，變廢為寶，減少污染;5、用本發(fā)明的工藝及設(shè)備所制備的產(chǎn)品不但具有燃?xì)鉄嶂蹈?約比液化石油高30%)熱負(fù)荷、燃燒溫度等燃燒性能均高于液化石油氣和無毒、無煙、無污染等特點(diǎn)，而且無需使用專用的爐具，適用于現(xiàn)有各種型號(hào)、規(guī)格的液化燃具(如液化爐、熱水器等);6、本發(fā)明尤其適合于中，小區(qū)域的居民和企業(yè)使用，具有投資少，上馬快，所制產(chǎn)品飽和蒸氣壓較低，貯運(yùn)、罐裝、使用均較為方便，易于推廣。因此，具有很大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
附

圖1-本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖附圖2-圖1A部的局部放大剖視圖在以下例舉的具體配比中均以除環(huán)碳五為基本原料，其余的各種組分，除阻聚劑(如亞硝酸鈉、亞硝酸胺等)的添加量為C5中所含有的異戊二烯重量的百分?jǐn)?shù)外，其余添加量均為C5重量的百分?jǐn)?shù)。
例1氮?dú)?.05;亞硝酸鈉0.1;二茂鐵0.02;乙醚5;水5;聚氧乙烯0.01;乙基硫醇0.01。
例2二氧化碳3.2;亞硝基胺0.05;四乙基鉛0.01;
丙酮10;水10;烷基水揚(yáng)酸鈉0.025;乙基硫醇0.025。
例3氮?dú)?.5;亞硝酸鈉0.07;四乙基鉛0.025;丙酮8;水7;烷基水揚(yáng)酸鈉0.015;乙基硫醇0.005。
例4氮?dú)?，二氧化碳5.2;亞硝基胺0.09;二茂鐵0.025;乙醚7;水8;聚氧乙烯0.02;乙基硫醇0.015。
例5氮?dú)?.74;亞硝酸鈉0.09;硝基類0.01;丙酮9;水6，烷基水揚(yáng)酸鈉0.01;乙基硫醇0.01。
例6氮?dú)?.1;亞硝酸鈉0.06;硝基鈉0.02;丙酮7;水10;聚氧乙烯0.025;乙基硫醇0.01。
例7氮?dú)?.0;二氧化碳1.5;亞硝基胺0.08;乙醚6;水7;烷基水揚(yáng)酸鈉0.015;乙基硫醇0.01。
例8二氧化碳0.5;亞硝酸鈉0.08;二茂鐵0.03;丙酮8;水5;聚氧乙烯0.015;乙基硫醇0.01。
參見附圖1和附圖2所示的本實(shí)用新型具體可這樣實(shí)施用銅棒車削加工成類似于Y型旋轉(zhuǎn)體的臨界噴霧頭(12)，其軸線上分別設(shè)有輸液管(9)和靜壓力發(fā)生室(11)，而逐擴(kuò)部處徑向均布設(shè)有六個(gè)Φ0.8mm射流孔(13);臨界噴霧座(10)則制成銅質(zhì)U型旋轉(zhuǎn)體，兩者采用螺紋旋接相配，其間形成一個(gè)環(huán)狀的均布室(14);它經(jīng)射流孔(13)與靜壓力發(fā)生室(11)相通，同時(shí)通過設(shè)于臨界噴霧座(10)上的孔道(17)與輸氣管(7)相連接。由此組裝而成的臨界噴霧組件(20);由螺栓固定在支架體(15)上，后者則用電焊直接與罐體(2)焊成一體。另外，在支架體(15)一側(cè)的罐體(2)底部，設(shè)有一根成品管(16);在罐體的上部，則設(shè)有一根氣管(3)，后者經(jīng)壓縮機(jī)(4)和氣液分離罐(5)和閥(22)，將所需的氣體重新與輸氣管(7)相連。
這樣，由壓縮機(jī)(7)將吸附質(zhì)(如N2)增壓至3kg/cm2左右，經(jīng)氣、液分離罐(4)和閥(22)，接入臨界吸附反應(yīng)罐體(2)的進(jìn)氣管(7)，并由此使無機(jī)的氣體經(jīng)環(huán)狀均布室(14)，同時(shí)高速流徑六個(gè)射流孔(13)，集中交匯在靜壓力發(fā)生室(11)，其壓力即降至真空，形成“文氏管效應(yīng)”;這時(shí)，與其相連的進(jìn)液管(9)將上述實(shí)施例中所述的添加劑和除環(huán)碳五原料自行吸入，并在高速氣流的交叉沖擊下，作為吸附質(zhì)的除環(huán)碳五原料被擊碎成不均勻的微細(xì)液粒，呈霧狀噴入臨界吸附反應(yīng)罐體(2)中，進(jìn)行充分地理化作用。多余的氣相吸附質(zhì)由罐體上部收集，并由回氣管(3)經(jīng)壓縮機(jī)(4)和氣、液分離罐(5)，再將氣態(tài)吸附質(zhì)重新壓入進(jìn)氣管(7)作循環(huán)使用，不足部分由管(23)添入，少量的液體則分離后由管(6)排出;吸附反應(yīng)所制得的異相共沸的液粒，則在重力作用下墜入臨界吸附反應(yīng)罐體(2)的底層，并經(jīng)成品管(16)收集，罐裝。
權(quán)利要求
1.一種以除環(huán)碳五為主原料生產(chǎn)液體石油氣的工藝，其特征在于以除環(huán)碳五和添加劑的混合物為吸附劑，與以氮?dú)夂?或二氧化碳為吸附質(zhì)，進(jìn)行“臨界吸咐”而制得“異相共沸混合體”的液體石油氣。
2.如權(quán)利要求1所述的液體石油氣的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的吸附質(zhì)與吸附劑之比為0.05∶99.95～12∶88，且兩者在壓力為0.02～2.5KG/cm2的條件下進(jìn)行“臨界吸附”。
3.如權(quán)利要求2所述的液體石油氣的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的吸附質(zhì)與吸附劑之比為1∶99～5∶95，且兩者在1.5～2.0KG/CM2的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行“臨界吸附”。
4.如權(quán)利要求1至3所述的液體石油氣的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的添加劑為分散劑，其添加范圍為原料中異戊二烯含量的0.05～0.1%。
5.如權(quán)利要求4所述的液體石油氣的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的添加劑中還含有防爆劑0.01～0.025(C5原料質(zhì)量，下同);稀釋劑5～10%;水5～10%;防靜電劑;0.01～0.025%。
6.如權(quán)利要求4所述的液體石油氣的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的分散劑為亞硝酸鈉、亞硝基胺。
7.如權(quán)利要求5所述的液體石油氣的生產(chǎn)工藝，其特征在于防爆劑為二茂鐵、四乙基鉛、硝基類;稀釋劑為乙醚、丙酮;防靜電劑為聚氯乙烯、烷基水揚(yáng)酸鈉。
8.一種以碳五為主原料生產(chǎn)液體石油氣的臨界吸附反應(yīng)設(shè)備，包括罐體和輸送管路，其特征在于，在罐體(2)的下部設(shè)有一個(gè)或數(shù)個(gè)臨界噴霧組件(20)，它系由設(shè)置在罐體(2)上的臨界噴霧座(10)及設(shè)于其上的臨界噴霧頭(12)構(gòu)成，且在所述的臨界噴霧頭(12)上設(shè)有靜壓力發(fā)生室(11)及與進(jìn)氣管(9)相通的射流孔(13)。
9.如權(quán)利要求8所述的臨界吸附反應(yīng)設(shè)備，其特征是在所述的臨界噴霧座(10)與臨界噴霧頭(12)之間，設(shè)有一個(gè)環(huán)狀的均布室(14)，且在臨界噴霧頭(12)上均設(shè)數(shù)個(gè)用于溝通均布室(14)與靜壓力發(fā)生室(11)的射流孔(13)，位于臨界噴霧頭中部的進(jìn)液管(9)亦開口于靜壓力發(fā)生室(11)處。
10.如權(quán)利要求8或9所述的臨界吸附反應(yīng)設(shè)備，其特征在于所述罐體(2)的上部設(shè)有回氣管(3);罐體(2)的底部附近設(shè)有成品管(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種除環(huán)碳五為主原料生產(chǎn)液體石油氣的工藝及其設(shè)備。它系以除環(huán)碳五和添加劑的混合物為吸附劑、與以氮?dú)夂?或二氧化碳為吸附質(zhì)，進(jìn)行“臨界吸附”而制得。所述的添加劑可含有分散劑0.05～0.1％，防爆劑0.01～0.025，稀釋劑0.5～10％，防靜電劑0.01～0.025％。因此，具有工藝簡(jiǎn)單，配制方便，成本低，能耗低，投資少，運(yùn)行安全、可靠等特點(diǎn)，是一種具有很大潛力的，制備新型民用燃?xì)獾男录夹g(shù)。
文檔編號(hào)C10L3/12GK1106058SQ94112030
公開日1995年8月2日 申請(qǐng)日期1994年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月26日
發(fā)明者劉祥重 申請(qǐng)人:劉祥重, 何楨華