本實用新型涉及一種烴部分氧化制乙炔和合成氣的設備。

背景技術(shù)：

乙炔是一種非常重要的基礎化工原料，廣泛應用于醋酸乙烯、1,4-丁二醇等的生產(chǎn)；合成氣則是生產(chǎn)甲醇、乙二醇及其下游產(chǎn)品的重要原料。天然氣制乙炔的主要生產(chǎn)方法有電弧法、部分氧化法、等離子法等，其中電弧法和等離子法因為電耗大、對設備要求較苛刻，至今難以推廣應用。部分氧化法具有能耗低、污染小等優(yōu)點，是西歐和北美國家生產(chǎn)乙炔的主要方法。在該工藝中，烴與氧氣分別預熱至300～650℃，超過650℃將顯著提高加熱設備的材質(zhì)要求，同時烴在650℃以上會裂解析碳。在氣體混合器內(nèi)充分混合后經(jīng)過擴散段進入乙炔反應爐燃燒室，經(jīng)過幾毫秒反應后噴水或油淬冷以終止反應而得到含乙炔的裂解氣，裂解氣經(jīng)過溶劑吸收和解析可得到乙炔和合成氣。

乙炔爐淬冷工業(yè)上采用水淬冷和油淬冷兩種工藝。水淬冷的優(yōu)點是淬冷效果好，可以迅速地將高溫反應氣體的溫度從1500℃左右降至80~90℃，從而保證了較高的乙炔收率，因此，水淬冷是使用最廣泛的淬冷方法。但噴水淬冷也存在著較多的問題，首先，因為炭黑水溫度只有80~90℃，炭黑水中蘊含的大量熱能因為熱品質(zhì)過低而難以使用，即使水淬冷后控制較高的溫度，因大量的熱在水的相變熱上，同樣是低品質(zhì)熱量，造成余熱大量浪費；其次，炭黑水在炭黑水槽和涼水塔等裝置區(qū)域有炭黑及芳烴物質(zhì)揮發(fā)出來，造成嚴重的空氣污染；因涼水塔是開放式冷卻，水蒸發(fā)損失高較大，造成緊缺的水資源浪費；開放的炭黑水冷卻方式造成環(huán)境污染。所以，水淬冷工藝存在反應熱量利用率低（效率約60％），能耗高，環(huán)境污染及水資源浪費嚴重等問題。

油淬冷工藝是利用油淬冷高溫反應氣，副產(chǎn)蒸汽或生產(chǎn)其他產(chǎn)物的工藝，能有效的回收天然氣部分氧化產(chǎn)生的高溫預熱，具有較好的經(jīng)濟效益與社會效益。德國BASF公司上世紀60年代開始一直采用油淬冷工藝，迄今為止，只有BASF公司在路德維希港（Ludwigshafen）實現(xiàn)了油淬冷工藝的工業(yè)化，利用渣油淬冷，副產(chǎn)輕質(zhì)芳烴BTX（苯-甲苯-二甲苯混合物，Benzene-Toluene-Xylene）。我國重慶市化工研究院上世紀90年代開發(fā)了天然氣乙炔噴油淬冷技術(shù)，建立了小試和中試裝置，利用凝析油淬冷副產(chǎn)乙烯，其工藝復雜，至今尚未實現(xiàn)工業(yè)化。油淬冷雖然可回收部分能量，但其裂化氣組分復雜，增加了分離工藝的復雜性。

在中國專利CN102329189A中公開了一種天然氣部分氧化過程的急冷和熱量回收的方法及裝置，該裝置包括混合器、燃燒室、高溫混合物導出裝置、換熱器、分離裝置，在所述分離裝置與所述燃燒室之間設置了淬冷支路。采用上述專利中的天然氣部分氧化過程的急冷和熱量回收裝置，在實際使用過程中，在分離過程中會消耗掉大量的能量，消耗的能量不少于收集的熱量，并且采用該專利收集的乙炔濃度低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種能耗低的、經(jīng)濟的烴部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣的設備。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是這樣實現(xiàn)的：一種烴部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣的設備，包括依次連接的混合器、反應室、冷卻室、冷卻設備和分離器，其特征在于：在所述冷卻設備與所述分離器之間設置有與所述反應室下部連接的淬冷氣的支路，在所述支路上設置有壓縮機。采用上述方式設置的烴部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣的設備，能夠節(jié)約能耗，經(jīng)濟性好。且采用該設備生產(chǎn)出來的乙炔濃度高。其中，所述壓縮機可以是螺桿、離心壓縮機，優(yōu)選螺桿壓縮機。

為了進一步提高冷卻效果，在所述支路的與所述反應室下部連接的一端設置有多條噴管，所述噴管的噴口與所述反應室的下端側(cè)壁連接且與所述反應室腔體相通。

為了進一步提高冷卻效果節(jié)省冷卻時間，所述噴管的噴口呈圓形、橢圓形、矩形、三角形等，優(yōu)選橢圓形。

為了進一步提高冷卻效果，所述噴口的長軸與所述反應室的中軸線具有45-90°的夾角B。

為了進一步提高冷卻效果，所述反應室的橫截面為六邊形、八邊形、十二變形、圓形或橢圓形等，優(yōu)選橢圓形。

為了進一步節(jié)省冷卻時間，所述噴管為4-16根且沿所述反應室外周壁設置。

優(yōu)選的，所述噴管為6根且沿所述反應室外周壁均勻設置。

為了進一步提高冷卻效果，所述噴管的中軸線與所述反應室的中軸線具有100-165°的夾角A。

優(yōu)選的，所述噴管的中軸線與所述反應室的中軸線具有145°的夾角A。

為了進一步節(jié)省能耗，所述冷卻設備包括與所述冷卻室連接的一級換熱器、與所述一級換熱器連接的二級換熱器以及與所述二級換熱器連接的冷卻塔。

采用本實用新型的烴部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣的淬冷設備，具有以下有益效果：

1.節(jié)能效果好，經(jīng)濟性好。每噸乙炔可副產(chǎn)高壓蒸汽8-9噸，大大降低乙炔生產(chǎn)成本，經(jīng)濟效益顯著。

2.反應熱量有效利用，并獲取了高品質(zhì)的副產(chǎn)干碳黑產(chǎn)品，炭黑去除率在99%以上。

3.體系不引入新的雜質(zhì)，淬冷過程乙炔損失小，乙炔濃度與水淬冷相當，對后續(xù)分離提純無影響。

4.冷卻效果好，工藝技術(shù)環(huán)境友好。氣淬冷不產(chǎn)生水淬冷技術(shù)需要大量的含有機揮發(fā)物組分炭黑水，大大減少揮發(fā)分VOC排放。

5.減少系統(tǒng)中生成聚合物，確保系統(tǒng)長周期運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中烴部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣的設備流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例中噴管與反應室的連接示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中噴管管口與反應室中軸線的位置布置示意圖。

具體實施方式

下面將通過附圖中所示的實施例來介紹本實用新型，但本實用新型并不局限于所介紹的實施方式，任何在本實施例基本精神上的改進或替代，仍屬于本實用新型權(quán)利要求所要求保護的范圍：

實施例：如圖1-3所示，一種烴部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣的設備，包括依次連接的混合器3、反應室5、冷卻室16、冷卻設備和分離器17，在所述冷卻設備與所述分離器17之間設置有與所述反應室5下部連接的淬冷氣的支路，在所述支路上設置有壓縮機12。其中，所述壓縮機可以為螺桿或離心壓縮機，本實施例中采用離心壓縮機。

其中，在所述支路的與所述反應室5下部連接的一端設置有多條噴管6，所述噴管6的噴口62與所述反應室5的下端側(cè)壁連接且與所述反應室5腔體相通。并且所述噴管6的噴口62呈橢圓形，所述噴口62的長軸63與所述反應室5的中軸線31具有45-90°的夾角A61。該夾角A61可以選擇單不限于45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°。

另外，所述噴管6為4-16根且沿所述反應室外周壁設置。所述噴管6可以選擇單4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或16根。

為了進一步提高冷卻效果，所述噴管6的中軸線與所述反應室的中軸線具有100-165°的夾角B64。所述夾角B64可以選擇單不限于：100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°、135°、140°、145°、150°、155°、160°或165°。而且，所述反應室5的橫截面為圓形、橢圓形，多邊形等，在本實施例中，所述反應室5的橫截面為橢圓形。

而且，所述冷卻設備包括與所述冷卻室16連接的一級換熱器、與所述一級換熱器連接的二級換熱器以及與所述二級換熱器連接的冷卻塔11。在本實施例中，所述一級換熱器為廢熱鍋爐8、所述二級換熱器為鍋爐水加熱器10，在所述一級換熱器與所述二級換熱器之間還設置有除塵器9，所述除塵器9用于去除裂解氣里面的炭黑。

在生產(chǎn)過程中，將氧氣1與烴2通過加熱器預熱到300-650℃，氧氣1與烴2的體積比控制在0.4-0.7之間，操作壓力為0.1-0.4Mpa，預熱后的高溫烴和氧氣通入到所述混合器3內(nèi)快速混合均勻，然后通入到所述反應室5中，通過反應室5內(nèi)的多孔燒嘴板4對混合氣體進行燃燒反應，燒嘴板4設有輔助氧氣，穩(wěn)定火焰，火焰溫度達到1300-1500℃，具體溫度由氧烴比決定。反應時間經(jīng)過數(shù)毫秒，在反應室5下部通過所述噴管6向燃燒反應后生成的高溫裂解氣進行淬冷，淬冷后的裂解氣7溫度為400-800℃然后將其通入到冷卻室16。冷卻室16內(nèi)的裂解氣7通過所述廢熱鍋爐8降到300-400℃，并且消耗的熱量用于廢熱鍋爐8生產(chǎn)過熱蒸汽15，從所述廢熱鍋爐8出來的裂解氣在通過所述除塵器9去除裂解氣內(nèi)的炭黑，形成副產(chǎn)品。去除炭黑后的裂解氣在通過所述鍋爐水加熱器10加熱鍋爐水14，使得裂解氣溫度降到80-200℃，并且消耗的熱量用于生產(chǎn)高溫鍋爐水，所述高溫鍋爐水通入到所述廢熱鍋爐8用于生產(chǎn)過熱蒸汽15。從所述鍋爐水加熱器10內(nèi)出來的裂解氣通過所述冷卻塔11降到20-80℃，得到常溫裂解氣13。從所述冷卻塔11出來的常溫裂解氣13一部分通過所述淬冷支路壓縮后對所述高溫裂解氣進行淬冷，另一部分通過所述分離器17分離出乙炔和合成氣。

在本實施例中，采用天然氣與氧氣生產(chǎn)乙炔和合成氣，首先，將天然氣與氧氣通過加熱器預熱到 650℃，氧氣與天然氣的體積比控制在0.55，混合器3的操作壓力為0.1Mpa，反應室5的橫截面采用橢圓，淬冷氣壓力為0.2Mpa，采用四根噴管6，所述噴管6與所述反應室5的中軸線51形成145°的夾角A61，使得淬冷氣與高溫裂解氣呈145°逆向噴入，且所述淬冷氣與所述高溫裂解氣的氣速比為2.5，淬冷后裂解氣7溫度為600℃，通過兩級換熱器后溫度為90℃。得到的裂化氣乙炔濃度為8%（mol），乙炔爐熱量利用率提高15%。

在另一實施例中，采用天然氣與氧氣生產(chǎn)乙炔和合成氣，首先，將天然氣與氧氣通過加熱器預熱到 650℃，氧氣與天然氣的體積比控制在0.55，混合器3的操作壓力為0.1Mpa，反應室4的橫截面采用圓形，淬冷氣壓力為0.2Mpa，采用四根噴管5，所述噴管5與所述反應室5的中軸線51形成120°的夾角A61，使得淬冷氣與高溫裂解氣呈120°逆向噴入，且所述淬冷氣與所述高溫裂解氣的氣速比為2.5，淬冷后裂解氣7溫度為600℃，通過兩級換熱器后溫度為90℃。得到的裂化氣乙炔濃度為7.8%（mol），乙炔爐熱量利用率提高15%。

在另一實施例中，采用天然氣與氧氣生產(chǎn)乙炔和合成氣，首先，將天然氣與氧氣通過加熱器預熱到 650℃，氧氣與天然氣的體積比控制在0.54，混合器3的操作壓力為0.3Mpa，反應室5的橫截面采用六邊形，淬冷氣壓力為0.3Mpa，采用四根噴管，所述噴管6與所述反應室5的中軸線51形成145°的夾角A61，使得淬冷氣與高溫裂解氣呈145°逆向噴入，且所述淬冷氣與所述高溫裂解氣的氣速比為2.5，淬冷后裂解氣7溫度為600℃，通過兩級換熱器后溫度為120℃。得到的裂化氣乙炔濃度為7.9%（mol），乙炔爐熱量利用率提高14.8%。

在另一實施例中，采用天然氣與氧氣生產(chǎn)乙炔和合成氣，首先，將天然氣與氧氣通過加熱器預熱到 650℃，氧氣與天然氣的體積比控制在0.55，混合器3的操作壓力為0.1Mpa，反應室5的橫截面采用八邊形，淬冷氣壓力為0.2Mpa，采用六根噴管6，所述噴管6與所述反應室5的中軸線51形成145°的夾角A61，使得淬冷氣與高溫裂解氣呈145°逆向噴入，且所述淬冷氣與所述高溫裂解氣的氣速比為2.5，淬冷后裂解氣7溫度為600℃，通過兩級換熱器后溫度為90℃。得到的裂化氣乙炔濃度為7.9%（mol），乙炔爐熱量利用率提高15%。

在另一實施例中，采用天然氣（其中乙烷20%（mol））與氧氣生產(chǎn)乙炔和合成氣，首先，將天然氣與氧氣通過加熱器預熱到 580℃，氧氣與天然氣的體積比控制在0.65，混合器3的操作壓力為0.1Mpa，反應室5的橫截面采用十二邊形，淬冷氣壓力為0.2Mpa，采用四根噴管6，所述噴管6與所述反應室5的中軸線51形成135°的夾角A61，使得淬冷氣與高溫裂解氣呈135°逆向噴入，且所述淬冷氣與所述高溫裂解氣的氣速比為2.3，淬冷后裂解氣7溫度為600℃，通過兩級換熱器后溫度為90℃。得到的裂化氣乙炔濃度為9.6%（mol），乙炔爐熱量利用率提高14.5%。