專利名稱：通過快速混合反應(yīng)物而生產(chǎn)乙炔和合成氣的方法和設(shè)備的制作方法
通過快速混合反應(yīng)物而生產(chǎn)乙炔和合成氣的方法和設(shè)備本發(fā)明涉及一種通過在具有帶通道的燃燒器的反應(yīng)器中部分熱氧化而 制備乙炔和合成氣的改進(jìn)方法，以及涉及進(jìn)行本發(fā)明方法的設(shè)備。例如在德國專利875 198中提及了常用于BASF-Sachsse-Bartholom6 乙炔方法的混合器/燃燒器/燃燒空間/驟冷組合(在下文中提及該組合時(shí)筒 稱作"反應(yīng)器")。在目前生產(chǎn)規(guī)模上使用的乙炔燃燒器的特征為其燃燒空間(反應(yīng)器)的 圓柱狀幾何形狀。原料經(jīng)由擴(kuò)散器預(yù)混合并基本上不需返混地供入優(yōu)選具 有六邊形排列的通道的燃燒器單元。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如將127個(gè)內(nèi) 徑為27mm的孔六邊形排列在直徑為約500mm的圓形基底橫截面上。其 中使形成乙炔的部分氧化反應(yīng)的火焰穩(wěn)定的下游燃燒空間同樣具有圓柱狀 橫截面且其外觀對(duì)應(yīng)于短管(例如直徑為533mm，長度為400mm)的外觀。 經(jīng)由法蘭將包括燃燒器單元和燃燒空間的整個(gè)燃燒器從頂部懸掛進(jìn)入具有 較大橫截面的驟冷容器。在與燃燒空間水平的出口高度上，將驟冷噴嘴安 裝在一個(gè)或多個(gè)位于所述燃燒空間外圍的驟冷分配器環(huán)上，該驟冷噴嘴在 借助或不借助霧化介質(zhì)的情況下使驟冷介質(zhì)如水或油霧化并將所述驟冷介 質(zhì)與離開燃燒空間的反應(yīng)氣體的主要流動(dòng)方向近似垂直地噴霧至該反應(yīng)氣 體。該直接驟冷具有使反應(yīng)料流非?？焖俚乩鋮s從而使隨后反應(yīng)，即尤其 是^f吏所形成乙炔的降解凍結(jié)的功能。理想的是驟冷射流的范圍和分布應(yīng)在 盡可能短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到盡可能均勻的溫度分布。因?yàn)樵贐ASF-Sachsse-Bartholom6乙炔方法和類似的部分熱氧化中預(yù) 熱和預(yù)混合原料(烴或氧氣)，由于混合物有限的熱穩(wěn)定性，包括對(duì)于時(shí)間 有限的熱穩(wěn)定性，這導(dǎo)致預(yù)燃燒和再燃燒的危險(xiǎn)。后果眾所周知，尤其是 在較高比例的反應(yīng)起始組分如氫氣或液化氣(LPG)的情況下，可能導(dǎo)致具 有M危險(xiǎn)的熄火和火焰活性。然而，其正好是這些起始組分所需的用途， 因?yàn)樗鼈兛稍试S產(chǎn)率和/或容量的增加。
在已知方法中，預(yù)混合原料在高溫下在較大體積的混合擴(kuò)散器中進(jìn)行。 由于反應(yīng)起始組分，例如通過返混區(qū)和液體流動(dòng)臨界點(diǎn)的具有大停留時(shí)間 分布的催化活性顆粒和表面如銹、焦炭等的比例增加，點(diǎn)燃混合物的誘導(dǎo) 時(shí)間可能過長，其結(jié)果是損害了方法的成本效率和有效性。此外，證明額 外？ 1入設(shè)備如點(diǎn)火噴嘴的可行性很小，這是因?yàn)橛捎谟纱水a(chǎn)生的流體擾動(dòng) 的結(jié)果，還應(yīng)擔(dān)心的是點(diǎn)燃混合物的誘導(dǎo)時(shí)間將會(huì)過長。因此，本發(fā)明的目的為提供一種制備乙炔和合成氣的改進(jìn)方法，其避 免了所述缺點(diǎn)且進(jìn)一步允許較高的預(yù)熱溫度和使用較高壓力。該方法應(yīng)能 夠容易且經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)，且其還應(yīng)僅用現(xiàn)有常規(guī)燃燒器進(jìn)行。因此，發(fā)現(xiàn)了 一種通過在具有帶通道的燃燒器的反應(yīng)器中部分熱氧化 而制備乙炔和合成氣的方法，其中僅在緊臨進(jìn)入火焰反應(yīng)區(qū)之前在燃燒器 通道中使待反應(yīng)原料快速且完全混合，其中在通道內(nèi)的混合區(qū)中建立超過 給定反應(yīng)條件下的火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊钠骄魉?。此外，發(fā)現(xiàn)了進(jìn)行本發(fā)明方 法的設(shè)備。如果不像目前常用的那樣在大體積內(nèi)(在混合擴(kuò)散器內(nèi))以較低流速進(jìn) 行原料的預(yù)混合，而是有利地將該預(yù)混合轉(zhuǎn)移至通常在任何情況下都存在 的大量燃燒器單元孔("通道")中，則才艮據(jù)本發(fā)明所述不希望的預(yù)燃燒和 再燃燒可避免。通道通常具有以局部限定方式穩(wěn)定火焰的功能。借助本發(fā) 明的措施，混合被劃分為許多小的體積，且在通道中形成高速順流。在其 中存在的高速湍流中，混合可通過合適的混合幾何形狀容易且快速地建立，同時(shí)由于通道中遠(yuǎn)比火焰速度高的流速，避免了火焰返回(strike-back)?；?合幾何形狀的設(shè)計(jì)可由了解本發(fā)明知識(shí)的本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員容易地決 定。例如根據(jù)文丘里原理或靜態(tài)混合管的原理操作的混合噴嘴適合該目的。 在常規(guī)漲漠的乙炔燃燒器和乙炔反應(yīng)器方法的情況下，預(yù)混合任務(wù)的劃分 也提供了容易的可轉(zhuǎn)移性和應(yīng)用性。BASF-Sachsse-Bartholom6乙炔方法的燃燒器通常為具有多個(gè)同樣為 圓柱狀孔的水冷圓柱狀單元。由于由此形成的阻隔，支持了火焰的穩(wěn)定， 從而在燃燒器盤上的燃燒空間中形成理想水平的火焰。以4吏得孔中流速高 于火焰返回速度但低于臨界的吹滅速度的方式對(duì)給定的燃燒器容量選擇孔的數(shù)目及其直徑和空間。根據(jù)本發(fā)明，僅在緊臨火焰反應(yīng)區(qū)之前在通道中混合原料并且不像目前那樣在擴(kuò)散器中進(jìn)行。生產(chǎn)恥漠上使用的燃燒器的體積為約0.6m3,而 本發(fā)明混合元件的體積約小3個(gè)數(shù)量級(jí)。這使得可將混合元件中的停留時(shí)間減少至0.001-0.005s，而在經(jīng)由單獨(dú) 的擴(kuò)散器常規(guī)混合的情況下它們?yōu)镺.l-OJs。因此可預(yù)混合其點(diǎn)火延遲時(shí)間 在毫秒范圍內(nèi)的反應(yīng)混合物。混合元件的特征在于在導(dǎo)致壓降最小化的情 況下基本上無返混且快速混合兩種原料。通過合適的設(shè)計(jì)，還可使用根據(jù) 靜態(tài)混合管原理吸入和混合兩種原料之一的進(jìn)氣壓力。適合進(jìn)行本發(fā)明方法的設(shè)備尤其可容易且有利地通過借助用于分開原 料進(jìn)料的對(duì)接法蘭改型現(xiàn)有燃燒器而實(shí)現(xiàn)。這里，兩種原料之一經(jīng)由目前 使用的預(yù)混合擴(kuò)散器供入，而相應(yīng)的另 一種原料經(jīng)由單獨(dú)的混合元件上的 對(duì)接法蘭分配。如果兩種原料之一存在于升高的壓力下，則該物質(zhì)的引入 可通過交叉射流進(jìn)行。如果兩種原料基本具有相同的進(jìn)氣壓力，則具有較 高進(jìn)氣壓力的原料優(yōu)選經(jīng)由目前使用的預(yù)混合擴(kuò)散器供入，以使混合管根 據(jù)靜態(tài)混合器的原理操作?；旌瞎艿墓δ苓@里通過現(xiàn)有燃燒器單元的通道 實(shí)現(xiàn)，這保持略微適應(yīng)其功能。在兩種實(shí)施變型方案中，熄火、火焰活性 和相關(guān)的散發(fā)可通過措施避免，且存在使用或再循環(huán)粗合成氣、(粗)氬氣 或較高比例(>10體積％)乙烷、乙烯或液化氣(丙烷、丁烷等)，使預(yù)熱溫度 升高至大于600°C， 4a應(yīng)器壓力升高至大于1.3巴的新可能性，而否則 的話這會(huì)導(dǎo)致預(yù)燃燒。因此可在現(xiàn)有方法中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)率增加或產(chǎn)量增加。對(duì) 于使在以工業(yè)規(guī)才莫操作的所有乙炔方法中作為副產(chǎn)物和伴生產(chǎn)物(coupled product)得到的氫氣和含氫氣的粗合成氣再循環(huán)，與常用原料曱烷(來自天 然氣)相比，由于氫氣的活性較高，其中的優(yōu)點(diǎn)為它們優(yōu)選氧化。因此，在 部分氧化方法中，放熱氧化反應(yīng)不指向不適合作為乙炔前體的氫氣，且形 成乙炔的碳源，即進(jìn)料烴受到保護(hù)。導(dǎo)致乙炔形成的途徑傾向于具有熱解 特征且使用通過該原位熱釋放引發(fā)的進(jìn)料烴的裂解反應(yīng)。本發(fā)明設(shè)備例如通過參考附圖
更詳細(xì)解釋。附圖顯示了經(jīng)由管(2)將一 種原料供入其中的燃燒器(l)。第二種原料經(jīng)由借助對(duì)接法蘭插入的設(shè)備部 件(3)，經(jīng)由管(4)輸入。兩種原料在緊臨進(jìn)入燃燒室(7)之前，通過位于燃燒 器的通道(6)中的未詳細(xì)顯示的混合器(5)混合。本發(fā)明可應(yīng)用至所有的部分氧化乙炔方法，但尤其應(yīng)用至BASF乙炔 方法及其各種實(shí)施方案。還明顯有利的是與公開在專利申請(qǐng)DE 103 13 527 Al、 DE 103 13 528 Al和DE 103 13 529 Al中的方法組合，在此作為參考 引入。本發(fā)明明顯不同于例如^厶開在DE 20 52 543 C3中的其中在反應(yīng)器、 燃燒室或燃燒空間以擴(kuò)散火焰進(jìn)行預(yù)混合的方法，在該方法中湍流擴(kuò)散混 合工藝與燃燒反應(yīng)同時(shí)且一起進(jìn)行，尤其是因?yàn)楸景l(fā)明完全避免了那里所 述的乙炔產(chǎn)率移向較高比例乙烯的缺點(diǎn)。此外，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是可借助簡單設(shè) 備改型現(xiàn)有裝置和方法，因此它們向本發(fā)明方法的轉(zhuǎn)變可認(rèn)為是特別有利 的。合適的原料原則上為常用于制備乙炔和/或合成氣的所有的烴，例如曱 烷、在所選預(yù)熱溫度下以氣體形式存在的高級(jí)的飽和或不飽和烴和生物燃料。本發(fā)明的方法原理還可用于具有所述優(yōu)點(diǎn)的制備乙炔和合成氣的其它 方法。本發(fā)明方法允許以高產(chǎn)率經(jīng)濟(jì)地制備乙炔和合成氣。預(yù)混合兩種反應(yīng) 物的時(shí)間明顯減少，從而可在混合空間中不發(fā)生預(yù)燃燒的情況下實(shí)現(xiàn)高預(yù) 熱溫度或原料壓力和較高比例的反應(yīng)起始組分，其結(jié)果是進(jìn)一步增加了方 法的有效性。本發(fā)明方法的額外優(yōu)點(diǎn)為在擴(kuò)散器區(qū)域不再禁止安裝流體擾動(dòng)部件， 其在常規(guī)燃燒器的情況下對(duì)混合和將混合物供入燃燒器單元有影響，因?yàn)?在本發(fā)明方法中，在分開渦流區(qū)域中氣體的局部停留時(shí)間增加不再導(dǎo)致預(yù) 燃燒。因此，現(xiàn)在可有利地實(shí)現(xiàn)例如向才艮據(jù)DE 103 13 528A1的燃燒器類 型提供內(nèi)件如目前在乙炔燃燒器中不常用的點(diǎn)火噴嘴，或者火焰監(jiān)控系統(tǒng)， 測(cè)量探頭或冷卻水供水器。還有利的是該方法還可通過以經(jīng)濟(jì)的方式和很 小的工藝努力簡單轉(zhuǎn)換而在現(xiàn)有燃燒器中實(shí)現(xiàn)。 實(shí)施例 1. 在常規(guī)的每天25公噸的乙炔燃燒器的操作中，使用天然氣獲得通常包 含8.5體積％乙炔的產(chǎn)物氣體組合物。2. 在另一實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)本發(fā)明，使除了天然氣外還包含6體積％乙烷的 進(jìn)料氣體反應(yīng)。結(jié)果是，乙炔在裂解氣體中的濃度可增加至9體積％。3. 如果乙烷含量增加至大于20體積％，則由于點(diǎn)火延遲時(shí)間顯著縮短而 大大增加預(yù)燃燒和相關(guān)的火焰活性，從而不再能夠經(jīng)濟(jì)地操作常規(guī)設(shè)備。 借助本發(fā)明方法，可避免這些再燃燒，且在裂解氣體中的乙炔濃度可增加 至大于9.5。/。乙炔，這意味著產(chǎn)率的進(jìn)一步增加。
權(quán)利要求
1.一種通過在具有帶通道的燃燒器的反應(yīng)器中部分熱氧化而制備乙炔和合成氣的方法，其中僅在緊臨進(jìn)入火焰反應(yīng)區(qū)之前在燃燒器通道中使待反應(yīng)原料快速且完全混合，其中在所述通道內(nèi)的混合區(qū)中建立超過給定反應(yīng)條件下的火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊钠骄魉佟?br> 2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中將一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)燃所述燃燒器中的主 反應(yīng)的點(diǎn)火噴嘴引入擴(kuò)散器中，該擴(kuò)散器在所述燃燒器的上游并且通過該 擴(kuò)散器將一種原料供入所述燃燒器中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中將離開所述反應(yīng)器的副產(chǎn)物料流， 尤其是氫氣再循環(huán)至所述反應(yīng)器并與所用烴在ii^所述燃燒器之前混合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中將所述再循環(huán)副產(chǎn)物料流與所用烴和 氧氣在進(jìn)入所迷燃燒器之前混合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其中將天然氣之外的烴混合物 以超過10體積％,尤其是超過20體積％的比例與天然氣在所述燃燒器之 前，優(yōu)選在用于預(yù)熱原料的預(yù)熱器之前混合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5中任一項(xiàng)的方法，其中使用天然氣之外的烴混合 物如乙烷、乙烯、液化氣和其它在所用預(yù)熱溫度下為氣體的高級(jí)飽和或不 飽和烴代替天然氣。
7. —種進(jìn)行根據(jù)權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)的方法的設(shè)備，其包括用于制 備乙炔的常規(guī)燃燒器，該燃燒器借助對(duì)接法蘭補(bǔ)充有允許原料在燃燒器通 道中混合的混合裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中反應(yīng)空間向驟冷區(qū)域的過渡呈環(huán)形縫 隙形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過在具有帶通道的燃燒器的反應(yīng)器中部分熱氧化而制備乙炔和合成氣的方法。根據(jù)該方法，僅在緊臨進(jìn)入火焰反應(yīng)區(qū)之前在燃燒器通道中使待反應(yīng)原料快速且完全混合。在通道內(nèi)的混合區(qū)中建立超過給定反應(yīng)條件下的火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊钠骄魉佟?br> 文檔編號(hào)C07C2/78GK101163654SQ200680013736
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月23日
發(fā)明者A·霍夫曼, B·巴滕巴赫, F·克萊內(nèi)耶格爾, K·R·埃爾哈特 申請(qǐng)人:巴斯福股份公司