專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用焦?fàn)t氣制備乙炔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工產(chǎn)品制備方法領(lǐng)域，尤其涉及乙炔的一種制備方法。
背景技術(shù)：
乙炔是世界化學(xué)工業(yè)中“有機(jī)合成之母”，也是我國(guó)列入發(fā)展計(jì)劃的八大基礎(chǔ)有機(jī)原料之一。應(yīng)用范圍廣泛，有幾千種衍生化學(xué)品，其主要工業(yè)衍生物有氯乙烯(聚氯乙烯)、醋酸乙烯(聚醋酸乙烯)、I. 4 丁二醇、丙烯酸及醋酸、乙醛、氯化物及合成維生素A、E、K等。天然氣制乙炔無(wú)環(huán)境污染，目前已成為發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)乙炔的主要方法，也已有相當(dāng)規(guī)模。國(guó)內(nèi)以前僅有川維一家，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)天然氣制乙炔技術(shù)已基本成熟，已有數(shù)家在建和擬建，總規(guī)模達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸/年。我國(guó)目前乙炔生產(chǎn)主要靠電石乙炔。每噸電石耗電3150KWh，消耗焦炭580Kg，石灰900多Kg。而3噸電石生產(chǎn)I噸乙炔，加上凈化步驟，每噸乙炔耗電將達(dá)到IOOOOKWh以上。同時(shí)大量的電石渣需進(jìn)行處理，所以無(wú)論從能耗和環(huán)境上來(lái)講，都是一種很大的負(fù)擔(dān)。而另外一方面，我國(guó)是焦炭生產(chǎn)大國(guó)，年生產(chǎn)能力3億噸以上，每噸焦炭副產(chǎn)焦?fàn)t氣400m3，除自用，民用和商用燃料外，每年放散的焦?fàn)t氣超過(guò)200億m3，造成巨大的污染和資源浪費(fèi)。由焦?fàn)t氣通過(guò)甲烷化反應(yīng)來(lái)制備合成天然氣，國(guó)內(nèi)多家廠家正在建生產(chǎn)裝置。最大裝置處理量達(dá)IOX IO4 m3/h焦?fàn)t氣，生產(chǎn)甲烷作為燃料天然氣或進(jìn)一步液化為L(zhǎng)NG，作為燃料輸出。由焦?fàn)t氣制備的合成天然氣也可以用來(lái)生產(chǎn)乙炔產(chǎn)品。甲烷在反應(yīng)室中進(jìn)行燃燒與裂解反應(yīng)
CH4 +202 = CO2 + 2H20(I)
2CH4 = C2H2 + 3H2(2)
CH4 + O. 5 O2 = CO + 2H2(3)
CO + H2O = CO2 + H2(4)
C2H2 = 2C + H2(5)。其中反應(yīng)式(I)、(3)、(4)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)式(2)、(5)為吸熱反應(yīng)。而乙炔生產(chǎn)工藝是習(xí)用的天然氣制乙炔工藝，此技術(shù)國(guó)內(nèi)已基本成熟。習(xí)用的焦?fàn)t氣制合成天然氣工藝在甲烷化后必須分離掉氫。在這一步，因?yàn)榻範(fàn)t氣氫碳比很高，氫過(guò)剩，由此甲烷化后必須分離掉未消耗的氫，現(xiàn)有一些技術(shù)，通過(guò)在甲烷化過(guò)程中補(bǔ)碳(加入CO和/或CO2),從而消耗掉多余的氫。而天然氣制乙炔除得到產(chǎn)品乙炔外，還得到含H2, CO等組分的尾氣，需要進(jìn)一步處理，此尾氣一般用來(lái)生產(chǎn)甲醇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種利用焦?fàn)t氣生產(chǎn)乙炔的方法，既可省去原焦?fàn)t氣甲烷化必須要進(jìn)行的甲烷提純步驟，同時(shí)又可大幅增加最后乙炔產(chǎn)量，取得一舉兩得的效果；且相對(duì)與我國(guó)廣泛的生產(chǎn)乙炔的電石法相比，具有明顯的節(jié)能與減排效果。
本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種利用焦?fàn)t氣制備乙炔的方法，包括以下步驟將本方法最后產(chǎn)生的部分乙炔尾氣直接返回與焦?fàn)t氣混合進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，甲烷化后的氣體無(wú)需分離，直接進(jìn)入乙炔裝置生產(chǎn)乙炔。作為優(yōu)選，所述直接返回焦?fàn)t氣的乙炔尾氣占焦?fàn)t氣的體積比為50% 80%。作為優(yōu)選，將部分乙炔尾氣進(jìn)行變換制取純氫或直接制取純 氫，將制得的純氫與剩余乙炔尾氣一起加入到焦?fàn)t氣中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。工藝過(guò)程為焦?fàn)t氣經(jīng)過(guò)預(yù)處理，經(jīng)進(jìn)一步凈化后與部分乙炔尾氣混合，進(jìn)入甲烷化裝置，甲烷化后氣體直接送入乙炔裝置，得到產(chǎn)品氣乙炔。而乙炔尾氣一部分與焦?fàn)t氣混合，一起進(jìn)入甲烷化裝置，另一部分可以送去甲醇裝置生產(chǎn)甲醇。如果不需要生產(chǎn)甲醇，可取出小部分乙炔尾氣通過(guò)變壓吸附方法制取純氫，或取出小部分乙炔尾氣進(jìn)行變換反應(yīng)，再通過(guò)變壓吸附方法制取純氫，制取的純氫與未進(jìn)行變換反應(yīng)的乙炔尾氣一起加入到焦?fàn)t氣中，得到的混合氣去進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。本發(fā)明的有益效果現(xiàn)有技術(shù)中廣泛使用電石法制乙炔，其存在高成本、高污染、高能耗等眾多缺陷的；另外一方面，現(xiàn)有技術(shù)中也存在焦?fàn)t氣甲烷化制天然氣工藝，以及天然氣制乙炔工藝，但是因?yàn)楦髯源嬖诘娜毕菀约肮逃械乃季S慣性等等緣由，從未有人將其結(jié)合以制得乙炔。而本發(fā)明人巧妙地將兩者結(jié)合，同時(shí)又克服了兩種工藝原本各自存在的缺陷(焦?fàn)t氣甲烷化需除氫、乙炔尾氣處理)，同時(shí)又增加了乙炔的產(chǎn)量，取得了一舉兩得的效果，其技術(shù)巧妙結(jié)合后取得了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原有技術(shù)效果之和的效果，具有創(chuàng)造性。本發(fā)明中，通過(guò)在乙炔尾氣中補(bǔ)氫，進(jìn)行甲烷化，得以增加乙炔產(chǎn)量因?yàn)橐胰参矚夂琀2, CO等組分，而為了得到更多的乙炔，必須使進(jìn)入裂解爐中的甲烷量增加，因此可以把乙炔尾氣拿出一部分進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。由于乙炔尾氣中f = (H2- C02)/(C0+C02)僅近2左右，而甲烷化f需要3左右，所以必須補(bǔ)氫。而COG甲烷化后正好有多余氫，二者結(jié)合可以使進(jìn)入裂解爐中的甲烷量增加，從而增加了乙炔產(chǎn)量。如果乙炔尾氣不生產(chǎn)甲醇，全部去甲烷化，必須把部分乙炔尾氣采用變壓吸附方法制取純氫或把部分乙炔尾氣進(jìn)行變換通過(guò)變壓吸附方法，以制取更多的氫；同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中補(bǔ)碳消耗多余氫，增加甲烷量約為15% 25%。而本發(fā)明中，返回尾氣量為COG量的50% 80%，增加進(jìn)裂解爐的甲烷量50%以上。如果不生產(chǎn)甲醇，可拿出部分乙炔尾氣進(jìn)行變換還可增加乙炔產(chǎn)量30% 40%，效果相比現(xiàn)有技術(shù)，其“量”的變化超出預(yù)期，取得了預(yù)料不到的技術(shù)效果，具有創(chuàng)造性。最后，采用本發(fā)明的方法，如將散發(fā)的200億Nm3焦?fàn)t氣生產(chǎn)乙炔可產(chǎn)乙炔200萬(wàn)噸 220萬(wàn)噸，副產(chǎn)甲醇250萬(wàn)噸 300萬(wàn)噸。與用電石法生產(chǎn)相應(yīng)量的乙炔相比，可節(jié)約電160億KWh 176億KWh，節(jié)省石灰550萬(wàn)噸 660萬(wàn)噸，節(jié)省焦炭350萬(wàn)噸 420萬(wàn)噸。節(jié)能與減排的效果很明顯，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和示范作用。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I、2的流程框 圖2是本發(fā)明實(shí)施例3的流程框 圖3是本發(fā)明實(shí)施例4的流程框圖。
具體實(shí)施例方式下列非限制性實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例I :
原料焦?fàn)t氣 40000Nm3/h，組成(vol%) :H2 58. 6, CH4 26，CO 7. O, CO2 2，N2 4，CmHn 2，O2
O.4，其中CmHn表示碳2及以上烴類(lèi)，下同。工藝流程見(jiàn)附圖I。原料焦?fàn)t氣40000Nm3/h由管線(xiàn)I進(jìn)入預(yù)處理裝置，出預(yù)處理的氣體由管線(xiàn)2進(jìn)入壓縮裝置，加壓到I. 5MPa，由管線(xiàn)3進(jìn)入凈化裝置。由管線(xiàn)4出來(lái)的凈化氣與由管線(xiàn)10出來(lái)的氣量31520Nm3/h的乙炔尾氣混合，乙炔尾氣占焦?fàn)t氣的體積比為 78. 8%ο 混合氣組成(vol%)為=H2 58. O, CH4 16. 9，N2 5. 9，CO 15. 5，CO2 2. 5，CmHn I. 1，O2 0.1。經(jīng)管線(xiàn)5進(jìn)入甲烷化裝置，在此CO，CO2, CmHn在催化劑存在下與氫反應(yīng)，生成甲烷。甲烷化后的氣體由管線(xiàn)6進(jìn)入乙炔裝置，甲烷與從管線(xiàn)12進(jìn)入的氧氣進(jìn)行燃燒及裂解反應(yīng)，裂解氣中乙炔含量(vol%)為7. 6。稀乙炔在乙炔裝置中進(jìn)行提濃，并由管線(xiàn)7輸出乙炔產(chǎn)品4. 8t/h。同時(shí)由管線(xiàn)8輸出乙炔尾氣50348Nm3/h，其組成(vol%)為=H2 58. 2，CH44. 6, N2 8.1，CO 25. 7，CO2 3. O, O2 0.3。管線(xiàn) 8 的乙炔尾氣分成兩股，一股 31520Nm3/h 由管線(xiàn)9經(jīng)壓縮到I. 5MPa通過(guò)管線(xiàn)10與管線(xiàn)4的焦?fàn)t氣混合。另一股18828Nm3/h由管線(xiàn)11送入甲醇裝置，可生產(chǎn)甲醇6.0t/h。此外，乙炔裝置還排出少量炭黑及高級(jí)烴。(圖中未畫(huà)出)
該實(shí)施例可年產(chǎn)乙炔3. 8萬(wàn)噸，副產(chǎn)甲醇4. 8萬(wàn)噸。該實(shí)施例利用返回的乙炔尾氣進(jìn)行甲烷化，增加進(jìn)乙炔裝置的甲烷量為67. 4%，即增加乙炔產(chǎn)量67. 4%。實(shí)施例2
原料焦?fàn)t氣 40000Nm3/h，組成(vol%) =H2 59. 5，CH4 24，CO 7. 5，CO2 3，N2 3，CmHn 2. 5，O2 O. 5。工藝流程見(jiàn)附圖I。原料焦?fàn)t氣40000Nm3/h由管線(xiàn)I進(jìn)入預(yù)處理裝置，出預(yù)處理的氣體由管線(xiàn)2進(jìn)入壓縮裝置，加壓到I. 5MPa，由管線(xiàn)3進(jìn)入凈化裝置。由管線(xiàn)4出來(lái)的凈化氣與由管線(xiàn)10出來(lái)的氣量23600Nm3/h的乙炔尾氣混合，乙炔尾氣占焦?fàn)t氣的體積比為 59%ο 混合氣組成(vol%)為=H2 58. 8，CH4 17. 3，N2 4. 2，CO 14. 8，CO2 3. 1，CmHn I. 6，O2 0.1。經(jīng)管線(xiàn)5進(jìn)入甲烷化裝置，在此CO，C02，CmHn在催化劑存在下與氫反應(yīng)，生成甲烷。甲烷化后的氣體由管線(xiàn)6進(jìn)入乙炔裝置，甲烷與從管線(xiàn)12進(jìn)入的氧氣進(jìn)行燃燒及裂解反應(yīng)，裂解氣中乙炔含量(vol%)為7. 7。稀乙炔在乙炔裝置中進(jìn)行提濃，并由管線(xiàn)7輸出乙炔產(chǎn)品4.4t/h。同時(shí)由管線(xiàn)8輸出乙炔尾氣44807Nm3/h，其組成(vol%)為H2 59. 6,CH44. 7, N2 6. O, CO 26. 3, CO2 3. I, O2 0.3。管線(xiàn) 8 的乙炔尾氣分成兩股，一股 23600Nm3/h 由管線(xiàn)9經(jīng)壓縮到I. 5MPa通過(guò)管線(xiàn)10與管線(xiàn)4的焦?fàn)t氣混合。另一股21207Nm3/h由管線(xiàn)11送入甲醇裝置，可生產(chǎn)甲醇7.0t/h。此外，乙炔裝置還排出少量炭黑及高級(jí)烴。(圖中未畫(huà)出)
該實(shí)施例可年產(chǎn)乙炔3. 5萬(wàn)噸，副產(chǎn)甲醇5. 6萬(wàn)噸。該實(shí)施例利用返回的乙炔尾氣進(jìn)行甲烷化，增加進(jìn)乙炔裝置的甲烷量為50. 9%，即增加乙炔產(chǎn)量50. 9%。實(shí)施例3 原料焦?fàn)t氣 40000Nm3/h，組成(vol%) H2 59. 5，CH4 24，CO 7. 5，CO2 3，N2 3，CmHn 2. 5，O2 O. 5 ο工藝流程見(jiàn)附圖2。原料焦?fàn)t氣40000Nm3/h由管線(xiàn)I進(jìn)入預(yù)處理裝置，出預(yù)處理的氣體由管線(xiàn)2進(jìn)入壓縮裝置，加壓到I. 5MPa，由管線(xiàn)3進(jìn)入凈化裝置。由管線(xiàn)4出來(lái)的凈化氣與管線(xiàn)15出來(lái)的由乙炔尾氣和變壓吸附制得的氫氣混合氣60219 NmVh混合，混合氣組成(vol%)為=H2 61. 9，CH4 12. 2，N2 5. 5，CO 16. 4，CO2 2. 8，CmHn 1，O2 O. 2。經(jīng)管線(xiàn)5進(jìn)入甲烷化裝置，在此CO，C02，CmHn在催化劑存在下與氫反應(yīng)，生成甲烷。甲烷化后的氣體由管線(xiàn)6進(jìn)入乙炔裝置，甲烷與從管線(xiàn)12進(jìn)入的氧氣進(jìn)行燃燒及裂解反應(yīng)，裂解氣中乙炔含量(vol%)為7. 5。稀乙炔在乙炔裝置中進(jìn)行提濃，并由管線(xiàn)7輸出乙炔產(chǎn)品6. It/h0同時(shí)由管線(xiàn)8輸出乙炔尾氣63287 Nm3/h，其組成(vol%)為=H2 58. 1，CH4 4. 6，N2 8. 4，CO 25. 6，CO2 3. O, O2 O. 3。管線(xiàn)8的乙炔尾氣壓縮到I. 5 MPa后通過(guò)管線(xiàn)9分成兩股，一股11821 NmVh (為總乙炔尾氣總量的18. 7%)由管線(xiàn)10進(jìn)入變換裝置，與管線(xiàn)16送入的水蒸氣發(fā)生變換反應(yīng)；變換氣冷卻分離水后(圖中未畫(huà)出)，由管線(xiàn)13送入變壓吸附裝置，將變換氣中的氫提純，得到純度99%的氫氣8753 NmVh,由管線(xiàn)14輸出，變壓吸附解吸氣(即 排放氣)由管線(xiàn)17排放，其熱值為5. 4 MJ/ Nm3，可作為燃料。由管線(xiàn)9分出的另一股乙炔尾氣51466 NmVh由管線(xiàn)11與管線(xiàn)14的氫氣混合進(jìn)入管線(xiàn)15，再與管線(xiàn)4的焦?fàn)t氣混合。由管線(xiàn)5送入甲烷化裝置。此外，乙炔裝置還排出少量炭黑及高級(jí)烴。(圖中未畫(huà)出)
該實(shí)施例可年產(chǎn)乙炔4. 9萬(wàn)噸。該實(shí)施例不副產(chǎn)甲醇，乙炔產(chǎn)量比實(shí)施例2增加38%。實(shí)施例4
原料焦?fàn)t氣 40000Nm3/h，組成(vol%) =H2 59. 5，CH4 24，CO 7. 5，CO2 3，N2 3，CmHn 2. 5，O2 O. 5。工藝流程見(jiàn)附圖3。原料焦?fàn)t氣40000Nm3/h由管線(xiàn)I進(jìn)入預(yù)處理裝置，出預(yù)處理的氣體由管線(xiàn)2進(jìn)入壓縮裝置，加壓到I. 5MPa，由管線(xiàn)3進(jìn)入凈化裝置。由管線(xiàn)4出來(lái)的凈化氣與由管線(xiàn)15出來(lái)的由乙炔尾氣和變壓吸附制得的氫氣混氣53345 NmVh混合，混合氣組成(vol%)為H2 61. 5, CH4 12. 8, N2 5. 4，CO 16. 2, CO2 2. 8，CmHn I. I, O2 0.2。經(jīng)管線(xiàn) 5進(jìn)入甲烷化裝置，在此CO，C02，CmHn在催化劑存在下與氫反應(yīng)，生成甲烷。甲烷化后的氣體由管線(xiàn)6進(jìn)入乙炔裝置，甲烷與從管線(xiàn)12進(jìn)入的氧氣進(jìn)行燃燒及裂解反應(yīng)，裂解氣中乙炔含量(vol%)為7. 6。稀乙炔在乙炔裝置中進(jìn)行提濃，并由管線(xiàn)7輸出乙炔產(chǎn)品5. 7t/h0同時(shí)由管線(xiàn)8輸出乙炔尾氣59618 Nm3/h，其組成(vol%)為H2 58. I，CH4 4. 6，N2 8.3，CO 25. 6，CO2 3.0，O2 0.3。管線(xiàn)8的乙炔尾氣壓縮到I. 5 MPa后通過(guò)管線(xiàn)9分成兩股，一股13354 ^^/!!(為總乙炔尾氣總量的]].*。/。)由管線(xiàn)10送入變壓吸附裝置，將乙炔尾氣中的氫提純，得到純度99%的氫氣7081 NmVh由管線(xiàn)14輸出，變壓吸附解吸氣(即排放氣)由管線(xiàn)13排放，其熱值為11.83 MJ/ Nm3，可作為燃料。由管線(xiàn)9分出的另一股乙炔尾氣46264NmVh由管線(xiàn)11與管線(xiàn)14的氫氣混合進(jìn)入管線(xiàn)15，再與管線(xiàn)4的焦?fàn)t氣混合。由管線(xiàn)5送入甲烷化裝置。此外，乙炔裝置還排出少量炭黑及高級(jí)烴。(圖中未畫(huà)出)
該實(shí)施例可年產(chǎn)乙炔4. 6萬(wàn)噸。
該實(shí)施例不副產(chǎn)甲醇，乙炔產(chǎn)量比實(shí)施例2增加30%以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用焦?fàn)t氣制備乙炔的方法，其特征在于包括以下步驟將本方法最后產(chǎn)生的部分乙炔尾氣直接返回與焦?fàn)t氣混合進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，甲烷化后的氣體無(wú)需分離，直接進(jìn)入乙炔裝置生產(chǎn)乙炔。
2.如權(quán)利要求I所述的利用焦?fàn)t氣制備乙炔的方法，其特征在于所述直接返回焦?fàn)t氣的乙炔尾氣占焦?fàn)t氣的體積比為50% 80%。
3.如權(quán)利要求I所述的利用焦?fàn)t氣制備乙炔的方法，其特征在于將部分乙炔尾氣進(jìn)行變換制取純氫或直接制取純氫，將制得的純氫與剩余乙炔尾氣一起加入到焦?fàn)t氣中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用焦?fàn)t氣制備乙炔的方法，屬于化工產(chǎn)品制備方法領(lǐng)域，包括以下步驟將本方法最后產(chǎn)生的部分乙炔尾氣直接返回與焦?fàn)t氣混合進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，或者，將部分乙炔尾氣制取純氫或進(jìn)行變換制取純氫，將制得的純氫與剩余乙炔尾氣一起加入到焦?fàn)t氣中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)；甲烷化后的氣體無(wú)需分離，直接進(jìn)入乙炔裝置生產(chǎn)乙炔。本發(fā)明既可省去原焦?fàn)t氣甲烷化必須要進(jìn)行的甲烷提純步驟，同時(shí)又可大幅增加最后乙炔產(chǎn)量，取得一舉兩得的效果；且相對(duì)與我國(guó)廣泛的生產(chǎn)乙炔的電石法相比，具有明顯的節(jié)能與減排效果。
文檔編號(hào)C07C11/24GK102617263SQ201210054729
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者成雪清, 王大軍, 石江, 陶鵬萬(wàn) 申請(qǐng)人:西南化工研究設(shè)計(jì)院