用于將烴部分氧化的高溫反應(yīng)通常地在混合裝置、燃燒器塊、爐室和驟冷裝置的反應(yīng)器系統(tǒng)中進(jìn)行?？商岬降脑摳邷胤秶鷥?nèi)的部分氧化的實(shí)例為通過(guò)烴的部分氧化制備乙炔和合成氣。這描述于例如DE 875198、DE 1051845、DE 1057094和DE 4422815中。
通常地用于BASF-Sachsse-Bartholomé乙炔方法的混合器/燃燒器塊/爐室/驟冷器組合—在下文中提到該組合時(shí)簡(jiǎn)稱為反應(yīng)器—解釋于這些公開(kāi)中。
在該方法中，分別將起始物質(zhì)，例如天然氣和氧氣通常地加熱至600℃。將反應(yīng)物在混合區(qū)中強(qiáng)烈地混合，并且在流過(guò)燃燒器塊以后，在爐室中經(jīng)受放熱反應(yīng)。在這些情況下，燃燒器塊包含特定數(shù)目的平行通道，其中可燃氧氣/天然氣混合物的流速高于火焰?zhèn)鞑ニ俾?反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化速率)，以防止火焰突破到混合室中。將金屬燃燒器塊冷卻以經(jīng)得起熱應(yīng)力。取決于在混合室中的停留時(shí)間，存在由于混合物的有限熱穩(wěn)定性而導(dǎo)致的預(yù)點(diǎn)火和再點(diǎn)火的風(fēng)險(xiǎn)。術(shù)語(yǔ)點(diǎn)火延遲時(shí)間或誘導(dǎo)時(shí)間在此處用作可燃混合物不經(jīng)歷顯著的本質(zhì)熱變化的時(shí)段。誘導(dǎo)時(shí)間取決于所用烴的性質(zhì)、混合物的狀態(tài)以及壓力和溫度。它決定反應(yīng)物在混合室中的最大停留時(shí)間。由于合成方法中收率和/或生產(chǎn)量的提高，其使用是特別理想的反應(yīng)物，例如氫氣、液化氣或輕汽油由于相當(dāng)高的反應(yīng)性以及因此短誘導(dǎo)時(shí)間而顯著。
目前生產(chǎn)規(guī)模使用的乙炔燃燒器由于其爐室的圓柱形幾何而顯著。燃燒器塊優(yōu)選具有六邊形排列的導(dǎo)通孔。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如127個(gè)各自具有27mm的內(nèi)徑的孔六邊形排列在具有約500mm的直徑的圓形基底橫截面上。通常，所用孔或通道直徑為約19mm至27mm。形成乙炔的部分氧化反應(yīng)在其中穩(wěn)定化的隨后爐室也具有圓柱形橫截面，它是水冷的，并且在外觀上對(duì)應(yīng)于短管的(例如具有180mm至533mm直徑和380-450mm長(zhǎng)度)。將所謂的輔助氧氣在爐室側(cè)上的燃燒器塊表面水平上供入反應(yīng)空間中。這確保火焰的穩(wěn)定化，以及因此與火焰根部以及因此從反應(yīng)開(kāi)始至反應(yīng)通過(guò)驟冷裝置不連續(xù)的指定距離。燃燒器塊和爐室的整個(gè)燃燒器借助法蘭從頂部懸垂于具有相對(duì)大橫截面的驟冷容器中。在其圓周外部的爐室出口平面的水平上，存在安裝在一個(gè)或多個(gè)驟冷分配器環(huán)的驟冷噴嘴，其借助或者不借助噴霧介質(zhì)噴霧驟冷介質(zhì)，例如水或油，并且與離開(kāi)爐室的反應(yīng)氣體的主流動(dòng)方向近似垂直地噴射它。該直接驟冷器具有將反應(yīng)流極快地冷卻至100℃(水驟冷)和200℃(油驟冷)的任務(wù)，使得副反應(yīng)，即特別是形成的乙炔的降解凍結(jié)。此處，驟冷射流的范圍和分布理想地使得在可能最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能均勻的溫度分布。
目前生產(chǎn)規(guī)模使用的乙炔燃燒器由于爐室的圓柱形幾何而顯著。起始物質(zhì)借助擴(kuò)散器預(yù)混合并經(jīng)由六邊形排列的導(dǎo)通孔供入燃燒器塊中，避免了回混。在已知的方法中，起始物質(zhì)的預(yù)混合在相對(duì)大體積的混合擴(kuò)散器中并且在高預(yù)熱溫度下進(jìn)行。
在所述技術(shù)方法中，除乙炔外，在反應(yīng)中基本形成氫氣、一氧化碳和炭黑。作為反應(yīng)的結(jié)果，這樣形成的工藝氣體此外包含取代乙炔和BTX芳族化合物(BTX—苯、甲苯和二甲苯)。在BTX芳族化合物中，苯、甲苯、二甲苯異構(gòu)體、苯乙烯和茚構(gòu)成主要部分。乙炔傾向于甚至在低溫下突然自發(fā)分解。出于安全原因，不經(jīng)進(jìn)一步的安全預(yù)防，應(yīng)不超過(guò)1.4巴的乙炔分壓。因此，排除通過(guò)蒸餾方法的分離。為將乙炔從氣體混合物，特別是通過(guò)用氧氣或者不用氧氣將烴熱或電裂化而得到的那些中分離出來(lái)，已知通過(guò)將這些氣體用具有高乙炔溶解度的溶劑洗滌而將乙炔從含乙炔氣體中分離出來(lái)，然后通過(guò)施加降低的壓力或升高的溫度的幾個(gè)階段或者通過(guò)兩種措施而將純或高度富集乙炔從含乙炔溶液中放出。乙炔在S.T.P.下在溶劑中的溶解度為15-35m3/m3吸收劑。由于乙炔的相對(duì)低溶解度，這僅在高壓下是經(jīng)濟(jì)的，為此，必須將工藝氣體壓縮。由于爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，上限由1.4巴的最大乙炔分壓決定。
這方法的收益性是有疑問(wèn)的，因?yàn)樗尸F(xiàn)了在脫氣階段中從溶劑中完全除去乙炔的困難。如果壓力降低太多，例如0.1巴以下，以實(shí)現(xiàn)該目的，則脫氣乙炔的壓縮費(fèi)用太高。將洗滌液加熱至高溫，例如100℃以上，是昂貴的，此外，與洗滌液和溶解氣體分解的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。進(jìn)一步已知如果使用除水外，包含多于50％容易溶解乙炔、與水溶混且具有比水更高的沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑的洗滌液，則可非常容易地并且在經(jīng)濟(jì)有利的條件下將乙炔從氣體混合物中分離出來(lái)。洗過(guò)的乙炔可通過(guò)在經(jīng)濟(jì)上可接受的降低壓力，例如約0.2-0.5巴的壓力下將一些水從洗滌液中蒸發(fā)出來(lái)并通過(guò)使蒸氣在逆流塔中上升從洗滌液中除去乙炔而非常容易且完全地從該洗滌液中脫氣。輔助使用水提供這一優(yōu)點(diǎn)：由不含乙炔的氣體和純或者具有溶劑蒸氣的富集乙炔的飽和導(dǎo)致的損失可通過(guò)將這些其它用少量水洗滌(這除去該溶劑而避免。可將由此得到的溶劑的水溶液加入主要量的有機(jī)溶劑中以保持其水含量在所需水平。在適合作為有機(jī)溶劑的物質(zhì)中，例如可使用丁內(nèi)酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲醇、氨或二甲基甲酰胺。
乙炔形成的動(dòng)力總是導(dǎo)致形成作為副產(chǎn)物的取代乙炔，主要是聯(lián)乙炔、甲基乙炔和乙烯基乙炔。這些組分非?？斓鼐酆喜⑶冶仨毐M可能快地從工藝氣體中除去。由于它們?cè)谖談┲芯哂斜纫胰埠玫枚嗟娜芙舛龋谒M(jìn)入乙炔分離階段中以前將工藝氣體用少量溶劑預(yù)洗滌是足夠的。
使用吸收劑N-甲基-2-吡咯烷酮以將工藝氣體分離成3個(gè)料流。為裂化氣體的最可溶組分的取代乙炔和芳族化合物，具有比取代乙炔更差的溶解度，但具有比裂化氣體的其余組分明顯更好的溶液性能的有價(jià)值產(chǎn)物乙炔，主要包含氫氣和一氧化碳的所謂貧氣。
在預(yù)洗滌器中，通常地使工藝氣體與少量溶劑接觸以分離出來(lái)基本所有芳族化合物以及C4和取代乙炔(乙烯基乙炔除外)。在主洗滌器中，使氣體與明顯較大量的N-甲基-2-吡咯烷酮接觸，其溶解乙炔、其余取代乙炔和一些一氧化碳。貧氣在頂部離開(kāi)塔。將N-甲基-2-吡咯烷酮在幾個(gè)步驟中脫氣，其中降低壓力并提高溫度。汽提器在輕微高于環(huán)境壓力和溫度下操作。在該塔中，使負(fù)載吸收劑與來(lái)自隨后脫氣步驟的氣體逆流接觸。為此，在進(jìn)入汽提器中以前借助真空機(jī)器使來(lái)自真空塔的蒸氣流達(dá)到汽提器中的操作壓力。為具有最差溶解度的氣體的一氧化碳以這種方式在汽提器的頂部釋放。二氧化碳再循環(huán)至壓縮機(jī)的進(jìn)口側(cè)。有價(jià)值產(chǎn)物乙炔作為汽提器的側(cè)流取出。然后將N-甲基-2-吡咯烷酮溶液在兩個(gè)其它階段中在110-120℃下，首先在大氣壓力下，然后在較低的壓力下完全脫氣。乙烯基乙炔、甲基乙炔和過(guò)量工藝水作為側(cè)取物從真空塔中取出。溶劑的水含量通過(guò)真空塔的蒸發(fā)器輸出監(jiān)控。脫氣在塔的底部結(jié)束，將溶劑冷卻并再循環(huán)至主洗滌器中。
將來(lái)自預(yù)洗滌器的少量溶劑用粗合成氣體汽提以除去溶解的乙炔并使蒸氣流返回壓縮機(jī)的進(jìn)口側(cè)。然后將溶劑在真空汽提器中完全脫氣，來(lái)自真空塔且包含過(guò)量工藝水和一些取代乙炔的氣體脫除料流與溶劑逆流流動(dòng)。真空汽提器的蒸氣包含較高乙炔、水和一些N-甲基-2-吡咯烷酮蒸氣。在側(cè)塔中，將N-甲基-2-吡咯烷酮用少許水反洗滌并將水/N-甲基-2-吡咯烷酮混合物供入主溶劑料流中。氣體通過(guò)在混合冷凝器中與水直接接觸而冷卻以將大部分水蒸氣冷凝出來(lái)。在真空泵以前將取代乙炔用例如天然氣或貧氣稀釋。此時(shí)在輕微提高的壓力下的稀釋取代乙炔可用作燃燒氣體。為將盡可能少的水蒸氣引入燃燒中，將取代乙炔在真空泵下游的隨后氣體冷卻器中再次冷卻以將水蒸氣冷凝出來(lái)。為此，將氣體用循環(huán)水直接逆流接冷卻。然后將它用例如天然氣或貧氣進(jìn)一步稀釋并通入燃燒中。為使溶劑的聚合物含量最小化，連續(xù)取出真空汽提器循環(huán)的約2％量的溶劑并在降低的壓力下蒸餾。
盡管由這些方法和設(shè)備產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)，仍存在改進(jìn)的潛力。因此，在通過(guò)部分氧化根據(jù)Sachsse-Bartholomé用水驟冷和油驟冷的現(xiàn)有乙炔合成方法中，將乙炔和取代乙炔從溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮中分離出來(lái)用于乙炔的分離和溶劑再生。在預(yù)洗滌器和主洗滌器中溶解的工藝氣體的解吸和N-甲基-2-吡咯烷酮循環(huán)的再生根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在真空塔中并且在取代乙炔的氣體路徑中在真空中在約150-500毫巴(abs.)下，通常在200毫巴(abs.)下進(jìn)行，所述氣體路徑尤其包含真空汽提器、N-甲基-2-吡咯烷酮的氣體洗滌器和混合冷凝器。該程序?qū)е略跈C(jī)器以及裝置的這一部分中的設(shè)備，即用于在裝置中產(chǎn)生降低的壓力的設(shè)備方面的高投資成本。
因此，本發(fā)明的目的是提供用于制備乙炔和合成氣的設(shè)備和方法，其至少很大程度上避免上述缺點(diǎn)并且特別容許在正常壓力或者輕微提高的壓力下較簡(jiǎn)單的操作模式，以及因此無(wú)真空操作模式。
用于通過(guò)將烴用氧氣部分氧化而制備乙炔和合成氣的本發(fā)明設(shè)備包含反應(yīng)器，其中反應(yīng)器包含具有用于制備至少包含乙炔和取代乙炔的組合物C1的爐室的燃燒器塊。此外，設(shè)備包含第一洗滌器，其構(gòu)造用于將溶劑加入組合物C1中以得到組合物C2。此外，設(shè)備包含第二洗滌器，其構(gòu)造用于將溶劑加入組合物C2中以得到組合物C3。此外，設(shè)備包含第一汽提器，其構(gòu)造用于將組合物C3汽提以得到包含取代乙炔、乙炔和溶劑的組合物C4和用于將乙炔分離出來(lái)。此外，設(shè)備包含第一塔，其構(gòu)造用于將組合物C4在1.0巴至1.5巴的壓力下部分脫氣以得到組合物C5、組合物C10和第一量A1的溶劑。此外，設(shè)備包含第二汽提器，可將組合物C5供入其中以將組合物C9汽提而得到第二量A2的溶劑和組合物C6。此外，設(shè)備包含第三汽提器，其構(gòu)造用于將溶劑從第一洗滌器中汽提出來(lái)以得到組合物C9，所述第三汽提器與第二汽提器連接以將組合物C9供入第二汽提器中。此外，設(shè)備包含用于將稀釋氣體加入組合物C5中的設(shè)備，其設(shè)置于第一塔與第二汽提器之間。此外，設(shè)備包含第二塔，其構(gòu)造用于將水加入組合物C6中以得到包含第三量A3的溶劑和水的組合物C7并得到包含取代乙炔的組合物C8。此外，設(shè)備包含混合冷凝器，其構(gòu)造用于將水加入組合物C8中以得到包含取代乙炔的組合物C11。
在本發(fā)明的上下文中，取代乙炔應(yīng)當(dāng)理解意指其中氫原子被替換的乙炔。在本發(fā)明的上下文中，這特別是單取代乙炔。氫原子特別被烷基、烯基或炔基替換。烷基可以特別是甲基，烯基可以特別是乙烯基，且炔基可以特別是乙炔基。本發(fā)明取代乙炔因此主要，但不僅僅是甲基乙炔、乙烯基乙炔和聯(lián)乙炔。
在本發(fā)明的上下文中，溶劑應(yīng)當(dāng)理解原則上意指具有對(duì)乙炔和取代乙炔的溶解性的任何溶劑。特別是，與水溶混且具有比水更高的沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑可用于本發(fā)明上下文中。
在本發(fā)明的上下文中，汽提應(yīng)當(dāng)理解意指分離方法，特別是物理分離方法，其中通過(guò)解吸操作使物質(zhì)從液相轉(zhuǎn)移至氣相中。在該上下文中，使液相與氣體，所謂的汽提氣體以逆流原理接觸。解吸在該上下文中應(yīng)當(dāng)理解意指其中結(jié)合在液體中的氣體組分通過(guò)降低壓力和/或提高溫度和/或降低分壓而被汽提氣體從該液體中取出的操作。解吸因此為吸收的相反操作。
因此，在本發(fā)明的上下文中，汽提器應(yīng)當(dāng)理解意指構(gòu)造且適于汽提的設(shè)備。汽提器可以例如以塔的形式構(gòu)造。借助噴嘴或液體分配器，傳輸?shù)囊后w在汽提器的頂部或頂端被精細(xì)分開(kāi)，使得這在塔中滴流到底部，特別是在填料、規(guī)整填料或塔板上。汽提氣體逆流傳輸通過(guò)汽提器。填料用于將液體精細(xì)分開(kāi)，因此使相界面最大化。填料用于以同時(shí)低流動(dòng)阻力提高活性表面積。取決于意欲的用途，填料由各種材料生產(chǎn)，例如不銹鋼、塑料或陶瓷。在本發(fā)明的上下文中，優(yōu)選使用不銹鋼的填料。
在本發(fā)明的上下文中，塔應(yīng)當(dāng)理解意指具有內(nèi)部隔板的中空細(xì)長(zhǎng)塔形式的工藝工程設(shè)備，所述內(nèi)部隔板是基于意欲的用途或操作條件所要求的。在本發(fā)明的上下文中，塔用于通過(guò)多種熱方法分離物質(zhì)混合物。物理性能和不同相之間的平衡狀態(tài)用于這一點(diǎn)。在塔中，使兩個(gè)相直接相互逆流接觸。塔中的隔板用于提高相之間的材料交換和能量交換或者避免回混。
在本發(fā)明的上下文中，混合冷凝器應(yīng)當(dāng)理解意指構(gòu)造且適于將與冷卻水直接接觸的氣體或蒸氣冷凝的設(shè)備。由此將冷卻水和冷凝物混合。
除非另外明確說(shuō)明，在本發(fā)明的上下文中提到的壓力為絕對(duì)壓力。關(guān)于壓力描述的單位為“巴”或“毫巴”，為了闡述絕對(duì)壓力，也可描述為“巴(abs.)”或“毫巴(abs.)”。通常，為了縮寫(xiě)，在此處描述單位“巴”或“毫巴”。
稀釋氣體可選自：H2、N2、CO2、NH3、貧氣、天然氣。例如，但省略將能量引入第一塔的底部并且因此不存在水和N-甲基-2-吡咯烷酮的蒸發(fā)時(shí)，將稀釋氣體直接計(jì)量加入第一塔中以保持第一塔中的壓力。這確保側(cè)取物中取代乙炔的氣體濃度在分解極限以下。
可將由第二汽提器得到的第二量A2的溶劑供入第一和/或第二洗滌器中。因此，所用溶劑的量降低，因?yàn)槿軇┒鄶?shù)通過(guò)本發(fā)明設(shè)備回收。
可將由第一塔得到的第一量A1的溶劑供入第一和/或第二洗滌器中。因此，所用溶劑的量降低，因?yàn)槿軇┒鄶?shù)通過(guò)本發(fā)明設(shè)備回收。
第一塔可具有側(cè)取口以導(dǎo)出組合物C5。優(yōu)選，用于將稀釋氣體加入組合物C5中的設(shè)備與側(cè)取口相鄰。在該上下文中，富集乙烯基乙炔、乙炔損耗以及N-甲基-2-吡咯烷酮蒸氣和水蒸氣通過(guò)蒸氣側(cè)取口取出。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在約200毫巴(abs.)和約100℃下的該料流在組成方面僅輕微地改變，并且在本發(fā)明設(shè)備中在約1.4巴(abs.)和約150℃下。在該料流為干的情況下，計(jì)算<0.5巴(abs.)的臨界爆燃?jí)毫?，因此被塔中的操作壓力超過(guò)。因此，必須將料流稀釋至>1.5巴(abs.)的臨界爆燃?jí)毫?。本發(fā)明的概念提供將稀釋氣體計(jì)量加入第一塔與第二汽提器之間的側(cè)取口中。通過(guò)將用于將稀釋氣體加入組合物C5中的設(shè)備設(shè)置于側(cè)取口的附近，可特別容易且快速地控制壓力。
可在混合冷凝器中建立溫度以防止萘沉淀。例如，混合冷凝器中的溫度待建立在40℃至80℃之間。優(yōu)選，溫度為60℃至70℃，例如65℃。
第二汽提器可在1.0巴至1.4巴的壓力下操作以將組合物C9脫氣。因此，本發(fā)明設(shè)備容許無(wú)真空操作模式。經(jīng)濟(jì)潛力在于由于可容易安全實(shí)現(xiàn)的工藝概念省略真空裝置，包括外圍冷卻裝置而降低投資成本。
溶劑可以為N-甲基-2-吡咯烷酮。作為選擇，可使用其它有機(jī)溶劑，例如丁內(nèi)酯、甲醇、氨或二甲基甲酰胺。
通過(guò)將烴用氧氣部分氧化而制備乙炔和合成氣的本發(fā)明方法包括以下步驟，優(yōu)選以所述順序：
-將烴用氧氣部分氧化以制備至少包含乙炔和取代乙炔的組合物C1，
-將溶劑加入組合物C1中以得到組合物C2，
-將溶劑加入組合物C2中以得到組合物C3，
-將組合物C3汽提以得到包含取代乙炔、乙炔和溶劑的組合物C4并將乙炔從組合物C3中分離出來(lái)，
-將組合物C4在1.0巴至1.5巴的壓力下部分脫氣以得到組合物C5和第一量A1的溶劑，
-將組合物C9用組合物C5汽提以得到第二量A2的溶劑和組合物C6，
-將制備組合物C1以后所得溶劑汽提以得到組合物C9，
-將稀釋氣體加入組合物C5中，
-將水加入組合物C6中以得到包含第三量A3的溶劑和水的組合物C7并得到包含取代乙炔的組合物C8，和
-將水加入組合物C8中以得到包含取代乙炔的組合物C11。
稀釋氣體可選自：H2、N2、CO2、NH3、貧氣、天然氣。例如，當(dāng)省略將能量引入第一塔的底部并且因此不存在水和N-甲基-2-吡咯烷酮的蒸發(fā)時(shí)，將稀釋氣體直接計(jì)量加入第一塔中以保持第一塔中的壓力。這確保側(cè)取物中取代乙炔的氣體濃度在分解極限以下。
可將所得第二量A2的溶劑供入組合物C1和/或C2中。因此，所用溶劑的量降低，因?yàn)槿軇┒鄶?shù)通過(guò)本發(fā)明設(shè)備回收。
可將所得第一量A1的溶劑供入組合物C1和/或C2中。因此，所用溶劑的量降低，因?yàn)槿軇┒鄶?shù)通過(guò)本發(fā)明設(shè)備回收。
可建立組合物C11的溫度以防止萘沉淀。例如，混合冷凝器中的溫度待建立在40℃至80℃。優(yōu)選，溫度為60℃至70℃，例如65℃。
可將組合物C9在1.0巴至1.4巴的壓力下脫氣。本發(fā)明方法因此容許無(wú)真空操作模式。經(jīng)濟(jì)潛力在于由于可容易安全實(shí)現(xiàn)的工藝概念省略真空裝置，包括外圍冷卻裝置而降低投資成本。
溶劑可以為N-甲基-2-吡咯烷酮。作為選擇，可使用其它有機(jī)溶劑，例如丁內(nèi)酯、甲醇、氨或二甲基甲酰胺。
本發(fā)明的基本概念為將負(fù)載溶劑，優(yōu)選N-甲基-2-吡咯烷酮在正常壓力或者輕微提高的壓力，例如約1.1-1.4巴(abs.)，優(yōu)選1.25巴(abs.)下汽提以及因此無(wú)真空操作模式。本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)潛力在于由于可容易安全實(shí)現(xiàn)的工藝概念省略2個(gè)真空裝置，包括外圍冷卻裝置而降低投資成本。在新方法的開(kāi)發(fā)中，在各個(gè)設(shè)備方面沒(méi)有改變，除省略真空裝置以及以下冷卻裝置外。主要流動(dòng)路徑保持幾乎完整，壓力和溫度的操作條件適于正常壓力程序。在混合冷凝器中冷卻以后并且在壓縮以前，但在第一塔與第二汽提器的一側(cè)取出的氣體之間，優(yōu)選直接在側(cè)取口以后，僅不再進(jìn)行將含取代乙炔氣體稀釋以降低分壓以及因此將含取代乙炔氣體穩(wěn)定化。目標(biāo)要求是1.2巴(abs.)的含取代乙炔氣體的釋放壓力。上游設(shè)備中的壓力借助預(yù)期的壓力損失鏈限定。
來(lái)自方法中的變化的最重要的新挑戰(zhàn)為對(duì)新概念在處理乙炔和取代乙炔由于其傾向于爆炸性自發(fā)分解而導(dǎo)致的材料危險(xiǎn)方面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。本發(fā)明方法的創(chuàng)造性特征為毫無(wú)保留地可安全實(shí)現(xiàn)的工藝概念。為評(píng)估各工藝流的安全性，將計(jì)劃的工藝壓力與相應(yīng)的臨界爆燃?jí)毫?duì)比。Le Chatelier計(jì)算—不具有水蒸氣分壓—視為基礎(chǔ)。
在第一塔中，使載有乙炔和乙烯基乙炔(主要組分)的N-甲基-2-吡咯烷酮再生，即通過(guò)將能量引入底部蒸發(fā)器使汽提蒸氣再生，這借助頂部和側(cè)取口從負(fù)載N-甲基-2-吡咯烷酮中除去吸收的組分并將它確立在預(yù)定的水含量。在該上下文中，富集乙烯基乙炔、乙炔損耗以及N-甲基-2-吡咯烷酮蒸氣和水蒸氣通過(guò)蒸氣側(cè)取口取出。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在約200毫巴(abs.)和約100℃下的該料流在組成方面僅輕微地改變，然后在約1.4巴(abs.)和約150℃下。在該料流為干的情況下，計(jì)算<0.5巴(abs.)的臨界爆燃?jí)毫?，因此被塔中的操作壓力超過(guò)。因此，必須將料流稀釋至>1.5巴(abs.)的臨界爆燃?jí)毫?。本發(fā)明的概念提供將稀釋氣體計(jì)量加入第一塔與第二汽提器之間的側(cè)取口中。稀釋氣體的脫敏影響基于其熱容量以H2<N2<CO2<NH3的順序提高。以下氣體尤其可用作稀釋氣體：H2、N2、CO2、NH3、貧氣、天然氣和其它。當(dāng)省略將能量引入塔的底部并且因此不存在水和N-甲基-2-吡咯烷酮的蒸發(fā)時(shí)，本發(fā)明概念提供將稀釋氣體直接計(jì)量加入塔中以保持塔中的壓力。這確保側(cè)取物中含取代乙炔氣體的濃度在分解極限以下。
對(duì)應(yīng)于第一塔，在第二汽提器中，使來(lái)自第一洗滌器的負(fù)載N-甲基吡咯烷酮再生，即除通過(guò)將能量引入底部蒸發(fā)器中而固有地產(chǎn)生蒸氣外，將第一塔的氣體側(cè)取物供入底部。除N-甲基-2-吡咯烷酮蒸氣和水蒸氣外，經(jīng)由頂部取出的氣流包含方法中最高濃度的含取代乙炔氣體。它通過(guò)加入預(yù)定量的稀釋氣體而稀釋。關(guān)于(理論)干料流計(jì)算的>1.5巴(abs.)的臨界爆燃?jí)毫υ谒牟僮鲏毫σ陨?。?duì)于在含取代乙炔氣體的氣體路徑之后的第二塔以及對(duì)于混合冷凝器，計(jì)算的氣流的臨界爆燃?jí)毫εc工藝壓力之間近似相同的差別由稀釋產(chǎn)生。在正常壓力下的程序使得用于含取代乙炔氣體的氣體機(jī)器和用于含取代乙炔氣體的氣體冷卻器為多余的。萘的臨界點(diǎn)因此轉(zhuǎn)移至混合冷凝器。如果比待在氣流中輸送的更多的萘存在于給定壓力和溫度下，即如果分壓高于升華壓力，則萘再升華并作為固體沉淀出來(lái)。通過(guò)合適的溫度程序，特別是40℃至80℃，優(yōu)選60℃至70℃，例如65℃的溫度，可避免萘的沉淀。在混合冷凝器的下游，與露點(diǎn)的距離通過(guò)用例如天然氣或貧氣稀釋而提高，使得可避免在通向火炬的路上冷凝。
本發(fā)明的其它任選細(xì)節(jié)和特征從以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述中顯現(xiàn)，其作為圖顯示于附圖中。
圖顯示：
圖1用于通過(guò)將烴用氧氣部分氧化而制備乙炔和合成氣的本發(fā)明設(shè)備的工藝工程流程圖。
發(fā)明實(shí)施方案
圖1顯示用于通過(guò)將烴用氧氣部分氧化而制備乙炔和合成氣的本發(fā)明設(shè)備10的流程圖。設(shè)備10包含反應(yīng)器12。反應(yīng)器12包含具有用于制備乙炔的爐室的燃燒器塊14(所述爐室沒(méi)有更詳細(xì)地顯示)。為通過(guò)部分氧化制備乙炔和合成氣，可將包含烴的料流和包含氧氣的料流供入反應(yīng)器12中。
反應(yīng)器12以及特別是燃燒器塊14借助管線16與壓縮機(jī)18連接。壓縮機(jī)18借助管線20與第一洗滌器22連接。第一洗滌器22可例如構(gòu)造成預(yù)洗滌器。第一洗滌器22借助管線24與第二洗滌器26連接。第二洗滌器26可例如構(gòu)造成主洗滌器。管線24從第一洗滌器22的頂端28延伸至第二洗滌器26的下部側(cè)端30。構(gòu)造第二洗滌器26使得主要包含氫氣和一氧化碳的所謂貧氣可在第二洗滌器26的頂端32除去或者離開(kāi)。第二洗滌器26借助管線34與第一汽提器36連接。
在所顯示實(shí)例中，第一汽提器36構(gòu)造成逆流汽提器。管線34從第二洗滌器26的下端38延伸至第一汽提器36的頂端40。構(gòu)造第一汽提器36使得乙炔可在第一汽提器36中分離出來(lái)。乙炔可例如作為側(cè)流在第一汽提器36的一側(cè)42取出。
第一汽提器36借助管線44與第一塔46連接。管線44從第一汽提器36的下端48延伸至第一塔46的頂端50。管線44例如在第一汽提器36的最低端離開(kāi)并導(dǎo)入第一塔46的頂端50的側(cè)進(jìn)料口。第一塔46還借助管線52與第一汽提器36連接。管線52從第一塔46的頂端50延伸至第一汽提器36的下端48。管線52例如在第一塔46的最高點(diǎn)離開(kāi)，并導(dǎo)入第一汽提器36的下端48的側(cè)進(jìn)料口。
第一塔46借助管線54與第二汽提器56連接。管線54從第一塔46的側(cè)取口58延伸至第二汽提器56的下端60。第二汽提器56進(jìn)一步具有頂端62。第一洗滌器22的下端64借助管線66與第三汽提器68連接。管線66從第一洗滌器22的下端64延伸至第三汽提器68的頂端70。例如，管線66在第一洗滌器22的最低點(diǎn)離開(kāi)。
設(shè)備72設(shè)置于第一塔46與第二汽提器56之間。設(shè)備72更確切地設(shè)置于第一塔46的側(cè)取口58附近。設(shè)備72構(gòu)造用于將稀釋氣體供入管線54中。稀釋氣體選自：H2、N2、CO2、NH3、貧氣和天然氣。第二汽提器56借助管線74與第二塔76連接。管線74從第二汽提器56的頂端62延伸至第二塔76的下端78。例如，管線74在第二汽提器56的最高點(diǎn)離開(kāi)并導(dǎo)入第二塔76的下端78的側(cè)進(jìn)料口。第二塔76借助管線80與混合冷凝器82連接。管線從第二塔76的頂端84延伸至混合冷凝器82的下端86。例如，管線80從第二塔76的最高點(diǎn)離開(kāi)并導(dǎo)入混合冷凝器82的下端86的側(cè)進(jìn)料口。構(gòu)造混合冷凝器82使得取代乙炔可在混合冷凝器82的頂端88除去。
本發(fā)明設(shè)備10的可能操作模式描述于下文中。將含烴料流和含氧料流供入反應(yīng)器12中。兩種料流在反應(yīng)器12中相互反應(yīng)。乙炔主要在反應(yīng)器12中的烴與氧氣的反應(yīng)中形成。然而，通過(guò)烴和氧氣的部分氧化不僅僅制備乙炔。乙炔形成的動(dòng)力學(xué)總是導(dǎo)致形成取代乙炔作為副產(chǎn)物。取代乙炔主要包括聯(lián)乙炔、甲基乙炔和乙烯基乙炔。更確切地講，因此制備至少包含乙炔和取代乙炔的組合物C1。由于取代乙炔非?？斓鼐酆?，必須盡可能快地將它們從工藝氣體或組合物C1中除去。除非另外所述，表述“取代乙炔”和“取代乙炔”在下文中同義地用于表示組合物C1包含至少一種取代乙炔。
將組合物C1經(jīng)由管線16供入壓縮機(jī)18中并在那里壓縮。然后將組合物C1經(jīng)由管線20供入第一洗滌器22。在第一洗滌器22中，將溶劑，例如N-甲基-2-吡咯烷酮加入組合物C1中。溶劑用作吸收劑。此處溶劑的量是小的，因?yàn)槿〈胰苍谖談┲芯哂斜纫胰埠玫枚嗟娜芙舛?。換言之，在它通入下文更詳細(xì)地描述的乙炔分離階段中以前將工藝氣體用少量溶劑預(yù)洗滌是足夠的。在第一洗滌器22中，使用溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮以分離出來(lái)所有芳族化合物以及C4和取代乙炔(乙烯基乙炔除外)。更確切地講，使用溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮將工藝氣體或組合物C1分離成三種料流。第一料流包含取代乙炔和芳族化合物，其為組合物C1的最可溶解組分。第二料流包含有價(jià)值產(chǎn)物乙炔，其具有比取代乙炔更差的溶解度，但具有比組合物C1的其余組分明顯更好的溶液性能。第三料流包含粗合成氣，其主要包含氫氣和一氧化碳。在第一洗滌器22中，使用溶劑以基本完全分離出來(lái)所有芳族化合物以及C4和取代乙炔(乙烯基乙炔除外)。
組合物C2通過(guò)在第一洗滌器22中的預(yù)洗滌而得到。組合物C2包含未分離出來(lái)的所有化合物。換言之，組合物C2基本不包含芳族化合物，基本不包含C4化合物且基本不包含取代乙炔(乙烯基乙炔除外)。組合物C2經(jīng)由管線24供入第二洗滌器26中。在第二洗滌器26中，將溶劑加入組合物C2中以得到組合物C3。此處，第二洗滌器26中溶劑的量與第一洗滌器22中溶劑的量相比明顯更大。較大量的溶劑溶解乙炔、其余取代乙炔和一些一氧化碳。構(gòu)造第二洗滌器26使得主要包含氫氣和一氧化碳的所謂貧氣在第二洗滌器26的頂端32離開(kāi)第二洗滌器26。因此，組合物C3包含溶解乙炔、其余取代乙炔和一些二氧化碳。
組合物C3經(jīng)由管線34供入第一汽提器36中。第一汽提器36構(gòu)造用于將組合物C3汽提以得到組合物C4和用于將乙炔分離出來(lái)。將組合物C3在第一汽提器36中汽提。由此得到包含取代乙炔、乙炔和溶劑的組合物C4。第一汽提器36在輕微高于環(huán)境壓力和溫度下操作。為具有最差的溶解度的氣體的二氧化碳由此在汽提器36的頂端40釋放。二氧化碳可再循環(huán)至壓縮機(jī)18的進(jìn)料側(cè)。乙炔例如作為側(cè)流在第一汽提器36的一側(cè)42取出。
組合物C4經(jīng)由管線44供入第一塔46中。將熱供入料流并在此處以一定方式提高壓力使得管線44中的組合物C4具有7.5巴至8.5巴的壓力和125℃至135℃的溫度。例如，管線44中的組合物C4具有8.0巴的壓力和130℃的溫度。第一塔46構(gòu)造用于將組合物C4在1.0巴至1.5巴的壓力下部分脫氣以得到組合物C5和第一量A1的溶劑。在第一塔46中，將組合物C4在1.0巴至1.5巴，例如1.35巴的壓力下部分脫氣。由此得到組合物C5、第一量A1的溶劑和組合物C10。將這樣形成的基本包含乙炔和乙烯基乙炔的組合物C10再次作為汽提氣體經(jīng)由管線52供入第一汽提器36中。管線52中的汽提氣體具有1.30巴至1.40巴的壓力和110℃至120℃的溫度。例如，管線52中的汽提氣體具有1.35巴的壓力和115℃的溫度。將第一塔46的底部產(chǎn)物借助蒸發(fā)器90加熱。操作蒸發(fā)器90使得在再進(jìn)入第一塔46時(shí)，底部產(chǎn)物具有1.2巴至1.5巴的壓力和165℃至180℃的溫度。例如，在再進(jìn)入第一塔46時(shí)，底部產(chǎn)物具有1.4巴的壓力和173℃的溫度。將這樣形成的基本包含乙炔和乙烯基乙炔的氣體再次作為汽提氣體經(jīng)由管線52供入第一汽提器36中。管線52中的汽提氣體具有1.30巴至1.40巴的壓力和110℃至120℃的溫度。例如，管線52中的汽提氣體具有1.35巴的壓力和115℃的溫度。由此將汽提氣體在管線52中通過(guò)熱交換器92冷卻。在熱交換器92的下游，汽提氣體具有1.0巴至1.50巴的壓力和35℃至45℃的溫度。例如，在熱交換器92的下游，汽提氣體具有1.33巴的壓力和40℃的溫度。在這種情況下，可從熱交換器92中除去的混合冷凝物具有40℃的溫度。
組合物C5包含乙烯基乙炔、甲基乙炔、過(guò)量工藝水和其余溶劑。將組合物C5作為氣體側(cè)流從第一塔46中取出。溶劑的水含量通過(guò)第一塔46中蒸發(fā)器輸出監(jiān)控。脫氣在第一塔46的底部結(jié)束，并且將第一量A1的溶劑再次經(jīng)由管線94供入第二洗滌器26中，借助所述管線94，將第一塔46與第二洗滌器26連接。作為選擇或者另外，可將第一量A1的溶劑經(jīng)由沒(méi)有更詳細(xì)地顯示的管線供入第一洗滌器22中。
組合物C5經(jīng)由管線54供入第二汽提器56中。第一塔46以上述方式操作。通過(guò)該方式，在側(cè)取口58離開(kāi)第一塔46的組合物C5具有1.0巴至1.5巴的壓力和140℃至150℃的溫度。例如，在側(cè)取口58離開(kāi)第一塔46的組合物C5具有1.375巴的壓力和147℃的溫度。在第二汽提器56中，將組合物C5供入下文仍更詳細(xì)地描述的組合物C9中以得到第二量A2的溶劑和組合物C6?？蓪⒌诙緼2的溶劑再次經(jīng)由管線96供入第二洗滌器26中，借助所述管線96，將第二汽提器56與第二洗滌器26連接。作為選擇或者另外，可將第二量A2的溶劑經(jīng)由沒(méi)有更詳細(xì)地顯示的管線供入第一洗滌器22中。第三汽提器68構(gòu)造用于將溶劑從第一洗滌器22中汽提出來(lái)以得到組合物C9。在第三汽提器68中，將來(lái)自第一洗滌器22的少量溶劑用粗合成氣汽提以除去溶解的乙炔并使蒸氣料流經(jīng)由管線98再循環(huán)至壓縮機(jī)18的進(jìn)料側(cè)。由此得到組合物C9。第三汽提器68借助管線100與第二汽提器56連接。將組合物C9在其頂端62經(jīng)由管線100供入第二汽提器56中。此處操作第三汽提器68使得管線100中的組合物C9具有1.0巴至1.3巴的壓力和40℃至55℃的溫度。例如，管線100中的組合物C9具有1.22巴的壓力和47.5℃的溫度。在第二汽提器56中，來(lái)自第一塔46的組合物C5的氣體脫除料流與組合物C9的溶劑逆流流動(dòng)。此時(shí)，應(yīng)當(dāng)提到在第一汽提器36中形成的蒸氣料流也可經(jīng)由管線98再循環(huán)至壓縮機(jī)18的進(jìn)料側(cè)。
設(shè)置于第一塔46的側(cè)取口58附近，用于將稀釋氣體加入組合物C5中的設(shè)備72將供入管線54中的稀釋氣體加入組合物C5中。稀釋氣體選自：H2、N2、CO2、NH3、貧氣和天然氣。例如，天然氣作為稀釋氣體并且以對(duì)應(yīng)于安全要求的體積流供入。第二汽提器56構(gòu)造用于將組合物C5在1.0巴至1.4巴，例如1.22巴的壓力下脫氣。優(yōu)選，第二汽提器56中的壓力稍微低于第一塔46中的壓力，其可借助供入的稀釋氣體的量控制。將第二汽提器56中的底部產(chǎn)物借助蒸發(fā)器102加熱。操作蒸發(fā)器102使得在再進(jìn)入第二汽提器56中時(shí)，底部產(chǎn)物具有1.20巴至1.30巴的壓力和155℃至170℃的溫度。例如，在再進(jìn)入第二汽提器56中時(shí)，底部產(chǎn)物具有1.25巴的壓力和163℃的溫度。這也適用于管線96中的第二量A2的溶劑。根據(jù)該程序得到組合物C6。形成第二汽提器56的蒸氣的組合物C6包含乙烯基乙炔、甲基乙炔、過(guò)量工藝水和其余溶劑。
組合物C6經(jīng)由管線74供入第二塔76中。通過(guò)上文關(guān)于第二汽提器56所述的操作模式，管線74中的組合物C6具有1.0巴至1.4巴的壓力和120℃至130℃的溫度。例如，管線74中的組合物C6具有1.22巴的壓力和125℃的溫度。第二塔76構(gòu)造用于將水加入組合物C6中以得到包含第三量A3的溶劑和水的組合物C7并得到包含取代乙炔的組合物C8。換言之，將仍包含或保留在組合物C6中的溶劑用少許水反洗滌。供入第二塔76中的水可以以2,000kg/h至2,400kg/h，例如2,200kg/h的流速供入。這樣形成的水/溶劑混合物可再次在管線44中供入主溶劑料流中。操作第二塔76使得水/溶劑混合物可在下端78除去且具有100℃至110℃，例如104℃的溫度。
組合物C8經(jīng)由管線80供入混合冷凝器82中。操作第二塔76使得管線80中的組合物C8具有1.0巴至1.3巴的壓力和90℃至110℃的溫度。例如，管線80中的組合物C8具有1.18巴的壓力和100℃的溫度。混合冷凝器82構(gòu)造用于將水加入組合物C8中以得到包含取代乙炔的組合物C11。在混合冷凝器82中，將水加入組合物C8中以得到包含取代乙炔的組合物C11。供入混合冷凝器82中的水具有40℃至60℃，例如50℃的溫度。由此將氣體組合物C8在混合冷凝器82中通過(guò)與水直接接觸而冷卻以將多數(shù)水蒸氣冷凝出來(lái)。在這種情況下，可在下端86除去的水具有約60℃，特別是40℃至80℃，優(yōu)選60℃至70℃的溫度，并且借助熱交換器104冷卻并再次以上述溫度供入混合冷凝器82中?？扇芜x將水供入該循環(huán)中或者從該循環(huán)中除去。取代乙炔在混合冷凝器82的頂端88除去。在所述操作模式中，在混合冷凝器82的頂端88除去的取代乙炔具有1.0巴至1.3巴的壓力和45℃至65℃的溫度。例如，在混合冷凝器82的頂端88除去的取代乙炔具有1.15巴的壓力和50℃至60℃的溫度。
通過(guò)關(guān)于設(shè)備10所述在正常壓力下的操作模式，用于壓縮組合物C10的常規(guī)真空機(jī)器和用于壓縮組合物C11的氣體機(jī)器和冷卻設(shè)備變成多余的。而是，產(chǎn)生在正常壓力或輕微過(guò)多壓力下更安全且較便宜的操作模式。因此，萘的臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)移至混合冷凝器82中。因此，建立混合冷凝器82中的溫度使得防止萘沉淀。底部溫度確立為例如60℃至70℃，因此避免萘的沉淀。在混合冷凝器82的下游，與露點(diǎn)的距離可通過(guò)用例如天然氣或貧氣稀釋而提高，使得可避免在通向火炬的路上冷凝。
附圖標(biāo)記列表
10 設(shè)備
12 反應(yīng)器
14 燃燒器塊
16 管線
18 壓縮機(jī)
20 管線
22 第一洗滌器
24 管線
26 第二洗滌器
28 頂端
30 下部側(cè)端
32 頂端
34 管線
36 第一汽提器
38 下端
40 頂端
42 側(cè)
44 管線
46 第一塔
48 下端
50 頂端
52 管線
54 管線
56 第二汽提器
58 側(cè)取口
60 下端
62 頂端
64 下端
66 管線
68 第三汽提器
70 頂端
72 用于供入稀釋氣體的設(shè)備
74 管線
76 第二塔
78 下端
80 管線
82 混合冷凝器
84 頂端
86 下端
88 頂端
90 蒸發(fā)器
92 熱交換器
94 管線
96 管線
98 管線
100 管線
102 蒸發(fā)器
104 熱交換器