制備乙炔和合成氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過烴和氧氣的部分氧化反應制備乙炔和合成氣的方法實現(xiàn)。在所述方法中，將含有一種或多種烴的第一進料料流和含有氧氣的第二進料料流分別地預加熱，按照第二進料料流與第一進料料流的質量流速比率對應于小于或等于0.31的氧氣比率λ進行混合，并且經(jīng)由燒嘴磚供應到燃燒室。在所述燃燒室中進行烴的部分氧化反應。獲得裂解氣體，其在燃燒室的下游通過注射含水驟冷介質被驟冷到80-90℃，得到工藝水料流Iliq和產(chǎn)物氣體料流Ig。所述產(chǎn)物氣體料流在冷卻塔中通過與冷卻水的直接熱交換而冷卻，得到作為底部料流的工藝水料流IIliq、作為頂部料流的產(chǎn)物氣體料流IIg和側料流，所述側料流在靜電過濾器中貧化煙灰。在靜電過濾器中得到工藝水料流IIIliq。工藝水料流Iliq、IIliq和IIIliq進行合并，并從具有表面顆粒沉淀劑的煙灰通道通過，得到合并的工藝水料流IVliq。此方法的特征在于包括將合并的工藝水料流IVliq通過在一步閃蒸裝置中的部分蒸發(fā)進行清潔，所述合并的工藝水料流IVliq是按照基于其總重量計的0.01-10重量％的比率蒸發(fā)，從而得到清潔的工藝水料流Vliq，其被循環(huán)到工藝中。
【專利說明】制備乙炔和合成氣的方法
[0001] 描述
[0002] 本發(fā)明涉及一種通過烴與氧氣的部分氧化反應制備乙炔和合成氣的方法。
[0003] 上述部分氧化反應是高溫反應，其通常在包含混合單元、燒嘴磚（burner block) 和驟冷單元的反應器體系中進行，例如參見Ullmanns工業(yè)化學百科全書（Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry)(第 5 版，第 Al 卷，97-144 頁）或 US 005824834A。
[0004] 根據(jù)Ullmanns工業(yè)化學百科全書（第5版，第Al卷，97-144頁），進料單獨地在 預熱器中加熱。經(jīng)過加熱的進料在混合單元中混合，并且經(jīng)由混合擴散器供應給燃燒器和 進一步供應給燃燒空間。在燃燒空間的下游處，噴嘴用于將含水驟冷介質供應給裂解氣體， 其被快速冷卻到約80-90°C。通過合適地選擇氧氣比率λ (λ〈0.31)，其中氧氣比率λ理解 為表示在第二進料料流中實際存在的氧氣量與氧氣的化學計算必需量之間的比率，此方法 進行使得基于干裂解氣體計的乙炔產(chǎn)率是最佳的（>8%)。在這里，氧氣比率λ通常理解 為表示實際存在的氧氣量與為了進料完全燃燒所需的氧氣的化學計算必需量之間的比率。 但是，在這種情況下，裂解氣體的煙灰載荷也是最大的。在燃燒空間中從氣相形成的煙灰部 分地通過在下游冷卻塔和下游靜電過濾器中驟冷而沉淀。含有有價值產(chǎn)物的產(chǎn)物氣體料流 分別地經(jīng)由冷卻塔除去。靜電過濾器的下游處，在剩余裂解氣體中的煙灰濃度（不含有價 值產(chǎn)物）降低到約lmg/m 3。在來自驟冷、冷卻塔和靜電過濾器的工藝水中存在的煙灰具有 高的烴含量，所以是疏水性的，這導致其漂浮在工藝水上。所以，這種負載煙灰的工藝水從 具有表面顆粒沉淀劑的所謂的開放煙灰通道通過。漂浮的煙灰組分被除去并送去燃燒。如 此清潔的工藝水隨后通過開放冷卻塔并冷卻。在此過程中以及在預先的固液分離過程中， 在工藝水中的以液體和氣態(tài)形式結合的大部分烴，尤其是芳族化合物、炔、苯-甲苯-二甲 苯等，與一定比例的工藝水一起釋放到環(huán)境空氣中。隨后，由此產(chǎn)生的工藝水的損失通過添 加水來補償，并且水的回路沿著冷卻塔和驟冷的方向關閉。
[0005] 但是，從冷卻塔由工藝水釋放烴（即在開放工藝水模式中）在適用環(huán)境保護規(guī)定 下不再是可接受的。但是，在閉合的工藝水模式中，烴將聚集并導致聚合和裝置的堵塞，所 以這種閉合的工藝水模式不再是可接受的解決方案。另一種釋放來源是開放的煙灰通道。
[0006] 另一種通過烴和氧氣的部分氧化反應制備乙炔和合成氣的方法參見US 005824834A。這是一種閉合的水驟冷工藝，其對于煙灰體積是優(yōu)化的，并且使用貧化的進料 料流操作，尤其是具有氧氣比率λ〈0. 31的進料料流。但是，此方法的缺點是有價值產(chǎn)物乙 炔的產(chǎn)率降低。
[0007] 在此工藝方案中，含水驟冷介質也由噴嘴供應給裂解氣體，其被快速冷卻到約 80-90°C。在燃燒空間中從氣相形成的煙灰部分地通過驟冷、用循環(huán)水操作的下游冷卻塔和 下游靜電過濾器而沉淀。含有有價值產(chǎn)物的產(chǎn)物氣體料流分別地經(jīng)由冷卻塔除去。此工藝 是通過選擇氧氣比率λ (λ〈0.31)操作的，使得在裂解氣體中獲得的煙灰體積如此低以使 僅僅從煅燒獲得的反應水出料能確保穩(wěn)態(tài)操作。但是，這使得在干裂解氣體中的乙炔含量 與上述工藝相比降低了 2個百分點，降低到約6體積％。這使得能進行閉合水驟冷模式，即 與環(huán)境隔離的模式。上述工藝方案的優(yōu)點因此是可以在沒有其它分離裝置的情況下進行閉 合操作。缺點是基于有價值產(chǎn)物乙炔和目標產(chǎn)物的產(chǎn)率損失。
[0008] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種通過烴的部分氧化制備乙炔和合成氣的方法，此 方法組合了上述兩種工藝的優(yōu)點，即同時確保高的有價值產(chǎn)物乙炔的高產(chǎn)率和符合適用環(huán) 境保護規(guī)定。
[0009] 此目的通過一種通過烴和氧氣的部分氧化反應制備乙炔和合成氣的方法實現(xiàn)，其 中將含有一種或多種烴的第一進料料流和含有氧氣的第二進料料流 [0010]-分別地預加熱，
[0011] 按照第二進料料流與第一進料料流的質量流速比率混合，所述質量流速比率對應 于為了在第一進料料流中存在的一種或多種烴完全燃燒所需的氧氣比率λ為小于或等于 0. 31,
[0012] -經(jīng)由燒嘴磚供應到燃燒空間，在所述燃燒空間中進行烴的部分氧化反應，
[0013] -獲得裂解氣體，其在燃燒空間的下游通過注射含水驟冷介質被驟冷到80-90°C， 得到：
[0014] -工藝水料流Iliq和
[0015] -產(chǎn)物氣體料流Ig，
[0016] -所述產(chǎn)物氣體料流Ig在冷卻塔中通過與冷卻水的直接熱交換而冷卻，得到： [0017]-作為底部料流的工藝水料流IIliq,
[0018] -作為頂部料流的產(chǎn)物氣體料流IIg，和
[0019] -側料流，
[0020] -所述側料流在靜電過濾器中貧化煙灰，從而在靜電過濾器中得到工藝水料流 niliq，和
[0021] -工藝水料流Iliq、IIliq和IIIliq進行合并，并從具有表面顆粒沉淀劑的煙灰通道 通過以得到合并的工藝水料流IV liq,
[0022] 所述方法包括將合并的工藝水料流IVliq通過在一步閃蒸裝置中的部分蒸發(fā)進行 清潔操作，所述合并的工藝水料流IV liq是按照基于其總重量計的0.01-10重量％的比率蒸 發(fā)，從而得到清潔的工藝水料流Vliq,所述清潔的工藝水料流V liq被循環(huán)到工藝中。
[0023] 發(fā)現(xiàn)合并的工藝水料流在一步閃蒸裝置中的部分蒸發(fā)導致從所述工藝水料流夾 帶不需要的已溶解氣體，尤其是可聚合的組分、例如高級炔，它們與閃蒸氣體一起進入氣 相，并且這些氣體可以從作為液相的合并工藝水料流除去，達到其可以循環(huán)到工藝中的程 度，由此獲得的過量的廢水也可以廢棄。
[0024] 被閃蒸蒸氣夾帶的不需要的已溶解氣體的蒸氣可以隨后例如在水蒸氣冷凝之后 進行煅燒，或按照一些其他方式在工藝中廢棄。
[0025] 驚奇地發(fā)現(xiàn)，用于清潔的工藝水料流按照基于所述清潔工藝水料流總重量計 0. 01-10重量％比例進行部分蒸發(fā)的一步閃蒸操作使得能充分地貧化不需要的溶解組分， 使得此工藝可以在閉合的工藝水回路中進行。
[0026] 在一個優(yōu)選實施方案中，此方法是用閉合的工藝水回路進行的。在此工藝方案中， 優(yōu)選，清潔的工藝水料流的一個子料流從工藝中排出，清潔的工藝水料流的其余子料流被 循環(huán)到工藝中。
[0027] 在另一個優(yōu)選的工藝方案中，清潔的工藝水料流在開放冷卻塔中進行冷卻。在此 工藝方案中，優(yōu)選，全部的清潔工藝水料流被循環(huán)到工藝中。
[0028] 優(yōu)選，清潔的工藝水料流按照1-2重量％的比例蒸發(fā)，基于其總重量計。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，制備乙炔和合成氣的方法是在氧氣比率λ為小于或等于〇. 31下進 行的，其中氧氣比率λ理解為表示在第二進料料流中實際存在的氧氣量與為了在第一進 料料流中存在的一種或多種烴完全燃燒所需的氧氣的化學計算必需量之間的比率。
[0030] 在用上述范圍內(nèi)的氧氣比率λ操作的情況下，確保了有價值產(chǎn)物乙炔的高產(chǎn)率。
[0031] 此方法與反應器體系的具體形式無關，所述反應器體系包括混合單元、燒嘴磚和 驟冷單元。
[0032] 下面詳細描述通常使用的反應器體系。
[0033] 原料，即含有烴、尤其天然氣的氣體料流和氧氣，分別進行加熱，通常加熱到 600°C。在混合單元中，反應物劇烈混合，并且在流過燒嘴磚之后進行放熱反應。燒嘴磚通 常包括多個平行通道，在所述通道中可燃性氧氣/烴混合物的流速高于火焰速度，從而防 止火焰進入混合單元。金屬燒嘴磚進行冷卻，從而耐受熱應力。根據(jù)在混合單元中的停留 時間，由于混合物的受限熱穩(wěn)定性而存在預先點燃和再點燃的風險。為此目的，術語"點燃 延遲時間"或"誘導時間"用作在可燃混合物不會經(jīng)受任何顯著固有熱變化的時間時段。誘 導時間取決于所用烴的性質，混合狀態(tài)，壓力和溫度。這決定了反應物在混合單元中的最大 停留時間。反應物例如氫氣、液化氣或輕質汽油，它們的使用通常是由于在合成工藝中的產(chǎn) 率和/或容量的提高而所需的，具有較高的反應性，進而具有短的誘導時間。
[0034] 乙炔燃燒器是按照目前的生產(chǎn)規(guī)模使用的，其具有圓柱形狀的燃燒空間。燒嘴磚 具有通孔，優(yōu)選是按照六角形布置。在一個實施方案中，例如127個內(nèi)直徑為27_的孔按照 六角形的方式布置在直徑為約500mm的圓形基底橫截面上。一般而言，所用的通道直徑是 約19-27_直徑。在下游燃燒空間中將用于形成乙炔的部分氧化反應產(chǎn)生的火焰穩(wěn)定化， 所述下游燃燒空間也通常具有圓柱形橫截面，其進行水冷卻，并在外觀上對應于短管（例 如直徑為180_533mm，長度為380-450mm)。在燒嘴磚的水平上，將所謂的輔助氧氣同時沿著 軸向和徑向方向供應給燃燒空間。這確保了火焰穩(wěn)定化和進而火焰煙灰的限定分離，進而 確保了反應的開始和通過驟冷裝置終止反應。由燒嘴磚和燃燒空間組成的整個燃燒器用法 蘭從頂部懸掛進入具有更大橫截面的驟冷裝置。在來自燃燒空間的出口平面水平上，在其 外周部分，安裝了位于一個或多個驟冷分布環(huán)上的驟冷噴嘴，它們將驟冷介質在有或沒有 霧化介質的幫助下進行霧化，并基本上按照直角注射到離開燃燒空間的反應氣體的主流動 方向。這種直接驟冷的任務是極快速地冷卻反應混合物，從而阻止其它反應，即尤其是所形 成的乙炔的降解反應。驟冷噴射器的范圍和分布有利地使得在非常短的時間內(nèi)實現(xiàn)非常均 勻的溫度分布。
[0035] 目前的工業(yè)工藝形成了乙炔以及必要的氫氣、一氧化碳和煙灰。在火焰前端中形 成的煙灰顆粒可以作為種子粘合到燃燒空間側壁上，這隨后在合適的物理化學條件下導致 焦炭層的形成、沉積和結塊。這些沉積物通過用撥火裝置在燃燒空間壁的區(qū)域中定期進行 機械清潔而除去。
[0036] 在本發(fā)明中，在上述水驟冷工藝中，在60_96°C、優(yōu)選約70_80°C的溫度下獲得工 藝水料流I liq(驟冷水）。存在的熱能允許通過部分蒸發(fā)成真空而充分地除去不需要的已溶 解氣體。
[0037] 部分蒸發(fā)是優(yōu)選通過一步閃蒸到真空而進行。
[0038] 另外優(yōu)選的是，通過一步閃蒸進行的部分蒸發(fā)是按照絕熱方式進行的。
[0039] 在一個工藝方案中，部分蒸發(fā)可以有利地通過熱輸入來促進。
[0040] 在另一個優(yōu)選的工藝方案中，用于使合并工藝水料流Ι、π和III通過的具有表面 顆粒沉淀劑的煙灰通道配備有蓋子。
[0041] 已溶解氣體的充分去除也可以通過汽提塔進行。為此目的，將合并的工藝水料流 在汽提塔頂部引入，并且在汽提塔底部按照逆流方向引入汽提料流。此工藝步驟也實現(xiàn)了 已溶解氣體的充分貧化。設備復雜性以及工藝步驟成本也顯著高于本發(fā)明單步閃蒸操作的 情況。此外，與一步閃蒸的簡單結構相比，隨后必需的分離階段的內(nèi)件和分布器具有顯著更 大的被聚合組分污染的傾向。
[0042] 閃蒸容器優(yōu)選具有單個階段，并且可以配備常規(guī)的內(nèi)件，例如結構化填料或塔板， 以及配備除霧器以防止液滴夾帶。
[0043] 也可能的是多階段閃蒸或在底部中的熱輸入，如在蒸餾塔中，而不是將進料預熱。
[0044] 因此，此方法形成了循環(huán)水清潔或廢水清潔的非常便宜的方式。
[0045] 真空可以按照本領域公知的方式產(chǎn)生，例如通過水蒸氣噴射體系或水環(huán)壓縮器。 廢氣可以隨后在裝置中進一步處理，或者供應給廢氣煅燒操作。
[0046] 下面通過附圖和工作實施例進一步說明本發(fā)明。
[0047] 各個附圖如下所示：
[0048] 圖1顯示具有冷卻塔的本發(fā)明優(yōu)選裝置的流程示意圖，和
[0049] 圖2顯示用于在沒有冷卻塔的情況下進行本發(fā)明方法的另一個優(yōu)選裝置的流程 示意圖。
[0050] 向圖1所示的裝置中，供應含有烴的氣體料流（1)和含有氧氣的氣體料流（2)，它 們優(yōu)選分別通過預熱器Vl和V2加熱，將它們在混合單元（M)中混合，經(jīng)由燒嘴磚（B)供 應給燃燒空間（F)，然后在驟冷區(qū)域（Q)中通過注射含水驟冷介質來驟冷，獲得工藝水料流 Iliq和產(chǎn)物氣體料流Ig。
[0051] 產(chǎn)物氣體料流Ig在冷卻塔（K)中通過與冷卻水之間的直接熱交換進行冷卻，得到 作為底部料流的工藝水料流II liq、作為頂部料流的產(chǎn)物氣體料流IIg和側料流IIlat。將側 料流II lat送到靜電過濾器（E)并且在其中貧化煙灰，形成工藝水料流IIIliqt5將工藝水料 流I liq、IIliq和IIIliq進行合并，并通過具有表面顆粒沉淀劑的煙灰通道（R)，得到合并的工 藝水料流IV liq。將此料流供應到一步閃蒸容器（F)，并且在其中進行部分蒸發(fā)以得到清潔 的工藝水料流Vliq,將其在冷卻塔（T)中冷卻并循環(huán)到工藝中，進入冷卻塔（K)。
[0052] 圖2所示的另一個優(yōu)選實施方案顯示基本上相似的裝置，不同的是在冷卻塔（T) 位置處提供的換熱器（W)用于冷卻合并的工藝水料流IV liq,將其循環(huán)回工藝中，進入冷卻 塔⑷。
[0053] 工作實施例：
[0054] 對比例：
[0055] 在沒有工藝水清潔操作的情況下，在與圖1所示工藝流程圖對應的裝置中從開放 煙灰通道獲得以下釋放和從冷卻塔獲得空氣出料，尤其是對于1噸的乙炔：
[0056]
[0057] 根據(jù)本發(fā)明的工作實施例：
【權利要求】
1. 一種通過烴和氧氣的部分氧化反應制備乙炔和合成氣的方法，其中將含有一種或多 種烴的第一進料料流和含有氧氣的第二進料料流 -分別地預加熱， 按照第二進料料流與第一進料料流的質量流速比率對應于小于或等于0. 31的氧氣比 率A進行混合，所述氧氣比率A表示在第二進料料流中實際存在的氧氣量與為了在第一 進料料流中存在的一種或多種烴完全燃燒所需的氧氣的化學計算必需量之間的比率， -經(jīng)由燒嘴磚供應到燃燒空間，在所述燃燒空間中進行烴的部分氧化反應， -獲得裂解氣體，其在燃燒空間的下游通過注射含水驟冷介質被驟冷到80-90°C，得 到： -工藝水料流Iliq和 -產(chǎn)物氣體料流Ig， -所述產(chǎn)物氣體料流Ig在冷卻塔中通過與冷卻水的直接熱交換而冷卻，得到： -作為底部料流的工藝水料流IIliq， -作為頂部料流的產(chǎn)物氣體料流ng，和 _側料流， -所述側料流在靜電過濾器中貧化煙灰，從而在靜電過濾器中得到工藝水料流mliq， 和 -工藝水料流iliq、nliq和mliq進行合并，并從具有表面顆粒沉淀劑的煙灰通道通過， 得到合并的工藝水料流ivliq， 所述方法包括將合并的工藝水料流ivliq通過在一步閃蒸裝置中的部分蒸發(fā)進行清潔 操作，所述合并的工藝水料流ivliq是按照基于其總重量計的o. oi-io重量％的比率蒸發(fā)， 從而得到清潔的工藝水料流vliq，所述清潔的工藝水料流vliq被循環(huán)到工藝中。
2. 根據(jù)權利要求1的方法，其中清潔的工藝水料流vliq被全部循環(huán)到工藝中。
3. 根據(jù)權利要求1的方法，其中清潔的工藝水料流Vliq的一個子料流是作為廢水廢棄， 并且清潔的工藝水料流v liq的其余子料流被循環(huán)到工藝中。
4. 根據(jù)權利要求1-3中任一項的方法，其中合并的工藝水料流IVliq按照1-2重量％的 比例蒸發(fā)，基于其總重量計。
5. 根據(jù)權利要求1-4中任一項的方法，其中部分蒸發(fā)是通過閃蒸到真空進行的。
6. 根據(jù)權利要求4的方法，其中部分蒸發(fā)是通過閃蒸到50-900毫巴絕對的真空進行 的。
7. 根據(jù)權利要求4的方法，其中部分蒸發(fā)是通過閃蒸到200-600毫巴絕對的真空進行 的。
8. 根據(jù)權利要求1-7中任一項的方法，其中通過閃蒸進行的部分蒸發(fā)是按照絕熱方式 進行的。
9. 根據(jù)權利要求1-8中任一項的方法，其中部分蒸發(fā)通過熱輸入來促進。
10. 根據(jù)權利要求9的方法，其中熱輸入是通過直接水蒸氣注射進行的。
11. 根據(jù)權利要求1-10中任一項的方法，其中具有表面顆粒沉淀劑的煙灰通道配備有 蓋子。
【文檔編號】C07C2/78GK104379501SQ201380031048
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月13日 優(yōu)先權日:2012年6月14日
【發(fā)明者】M·威卡瑞, C·魏歇特, D·格羅斯施密德特, M·魯斯, M·海德, H·諾豪瑟爾, M·L·海斯 申請人:巴斯夫歐洲公司