專利名稱：制備乙炔和合成氣的方法
技術領域：
本發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：
眾所周知，世界各地大量采用甲烷(天然氣)部分氧化生產乙炔和合成氣。由天然氣部分氧化單獨生產合成氣是簡單的技術，但生產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。現有工藝是原料氣首先被分別地預熱，在混合區中充分混合，在反應器中進行反應，接著迅速噴水驟冷，并終止反應，防止已經生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氫氣。
反應器通常包括一些特制形狀的通道，其中反應混合物(氧氣和天然氣)在此的流速應高于火焰傳播速度，以使反應室內的火焰不可能回火至混合區(擴散器)中。
由于原料氣氣質的原因，天然氣中總是存在包括鐵銹在內的固體雜質，經過預熱的天然氣溫度較高，會把鐵銹還原成鐵，當鐵隨著天然氣進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下與大量高純度的氧接觸而發生劇烈的氧化反應，并出現火焰燃燒，引起早期著火。在原料天然氣氣質相同的情況下，預熱溫度越高，發生早期著火的頻率也越高。
工業生產中通常采用的一個簡單的辦法是在天然氣進入預熱爐以前設置一個過濾器，以除去其中包括鐵銹在內的固體雜質。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的固體雜質。
另一個傳統的做法是在預熱器進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，對早期著火的預防效果也有限。
在以往的生產過程中，反應器的早期著火時有發生，而由早期著火造成的生產短時中斷每天都會出現至少三次以上。更有甚者，還會造成關鍵設備的損壞。

發明內容
本發明要解決的技術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烴與氧氣混合時引起的不希望的早期著火。
本發明提供的通過烴的部分氧化生產乙炔和合成氣的方法，包括將氣態烴和氧氣分別預熱，在混合區中充分混合，在反應器中進行反應，對反應產物急冷，終止反應，防止已經生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氫氣。其特征在于在進入混合區之前，在氣態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。
適用于本發明的氣態烴可以是天然氣(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。氣態烴中也可以含有其它非反應性氣體，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性氣體的混合氣體，如空氣。
氧氣與氣態烴的體積比是0.1％-0.7％，優選0.2％-0.5％。
預熱溫度為500-650℃，優選630-650℃。預熱原料氣可以加速反應，以獲得最佳乙炔產率。預熱溫度(即裂解反應的起始溫度)越低(在生產負荷一定時)，則參加反應的氣體帶入反應器的熱量(能量)也越低，裂解產物中乙炔生成量就會減少，而合成氣的生成量就會增加。反之預熱溫度越高，裂解產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生自燃。
反應溫度為1300-1500℃，優選1450-1500℃。天然氣裂解生產乙炔的反應是強吸熱的，反應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，反應必須在1300℃以上進行，即1300℃是大型工業裝置天然氣裂解生產乙炔的起始溫度。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，因此反應溫度不宜高于1500℃。
在幾毫秒的反應時間后，對含乙炔的裂解氣進行急冷，急冷方式可以是現有技術采用的水急冷法或油急冷法，以及其它任何適用于該反應系統的可以使反應產物迅速冷卻的方法。隨后按常規方法用適當的溶劑分級吸收再解吸，得到產物合成氣和高純度的乙炔。
本發明的特點是在氣態烴反應物與大量的氧氣混合之前，按照一定的比例向氣態烴反應物中加入少量的氧氣，以防止早期著火。氣態烴在輸送過程中，氧氣的存在對生產安全總是有威脅的，因此，氧氣的加入量必須嚴格控制，按照氣態烴中包括鐵銹在內的固體雜質的多少，氧氣的加入比例應在0.1％～0.7％的范圍內進行調整。也就是說，當氣態烴中包括鐵銹在內的固體雜質含量較高時，氧氣的加入量可以適當增加；反之，當氣態烴中包括鐵銹在內的固體雜質含量較低時，氧氣的加入量可以適當減少。
這里，所加入的氧氣或含氧氣體是在氣態烴反應物與大量的氧氣進入混合區混合之前加入到氣態烴中，優選的辦法是在氣態烴預熱之前加入到氣態烴中。在預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行加入少量氧氣的操作。
本發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烴反應物與大量的氧氣進入混合區之前加入到反應氣中，可以很好地防止鐵銹在氣態烴預熱過程中被還原成鐵，當氣態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(即鐵粒)存在，從而消除了早期著火的發生。
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明，具體情況如下將原料天然氣與氧氣分別在各自的預熱爐中加熱至630-650℃的溫度。在混合區(擴散器)充分混合，在反應器(乙炔爐的反應道)內進行反應，反應溫度為1450℃。經幾毫秒的反應時間后，接著用碳黑水對反應產物(即裂解氣)進行急冷降溫，并終止反應，其目的是防止已經生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氫氣。按照本發明，所采取的措施是在進入混合區之前，在原料天然氣中加入與天然氣的體積比為0.5％的氧氣。
在實施本發明以后，生產過程中的早期著火已基本上被完全抑制，已經連續9個月沒有發生早期著火。并且預熱溫度還從620℃提高到了650℃。
權利要求
1.通過烴的部分氧化生產乙炔和合成氣的方法，包括將氣態烴和氧氣分別預熱，在混合區中充分混合，在反應器中進行反應，對反應產物急冷，終止反應，其特征在于在進入混合區之前，在氣態烴中加入氧氣或含氧氣體，加入量為氧氣與氣態烴的體積比0.1％～0.7％。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所說的氣態烴是天然氣。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所說的氣態烴是C1-C4低級烴或它們的混合物。
4.按照權利要求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性氣體的混合氣體。
5.按照權利要求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.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，氧氣與氣態烴的體積比是0.2％-0.5％。
7.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，氧氣或含氧氣體在氣態烴預熱之前加入到氣態烴中。
8.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，預熱溫度為500-650℃。
9.按照權利要求8所述的方法，其特征在于，預熱溫度為630-650℃。
10.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，反應溫度為1300-1500℃。
11.按照權利要求10所述的方法，其特征在于，反應溫度為1450-1500℃。
全文摘要
本發明涉及通過烴的部分氧化生產乙炔和合成氣的方法，包括將氣態烴和氧氣分別預熱，在混合區中充分混合，在反應器中進行反應，對反應產物急冷，終止反應，防止已經生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氫氣。其特征在于在進入混合區之前，在氣態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。本發明提供的方法可以有效防止氣態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 優先權日2004年12月28日
發明者曹鴻, 米鈺林, 劉昌榮 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石化集團四川維尼綸廠