天然气制乙炔工艺

【科研与生产】

天然气制乙炔工艺

杨朝富,卢玉中

Ξ(明达实业(重庆)有限公司,重庆404001)

[关键词]天然气;乙炔;工艺

[摘　要]介绍了天然气制乙炔装置(生产能力为3万t/a)的单元工艺组成及各单元工艺原理。

[中图分类号]TQ325.3 [文献标识码]B [文章编号]1009-7937(2005)12-0007-06

用天然气生产乙炔在技术上是有保证的,经济上也是可行的。在国外,天然气制乙炔已有相当大的规模,而我国仅有一家企业。2004年5月国家发改委编制的《三峡库区经济和社会发展规划》对库区的经济发展提出了明确、具体的目标,要大力发展盐气化工,适度发展天然气化工,三峡库区天然气化工迎来了发展的新机遇。现将从乌克兰国立化工研究院引进的

(天然气部分氧化法制乙炔工艺流程简图见图1)。

乌克兰国立化工研究院的3万t/a天然气制乙炔装置由下列单元工艺组成:

(1)甲烷氧化裂解(部分氧化);

(2)裂解气压缩;

(3)乙炔提浓;

(4)溶剂回收;

(5)3(5)-甲基吡咯唑生产;

(6)废物脱除和焚烧;

(7)气柜;

(8)循环冷却水系统。

现介绍(1)、(2)、(3)、(4)、(6)单元工艺。

1　甲烷的氧化裂解

生产能力为3万t/a乙炔装置的氧化裂解单元由4套相似的、生产能力为7500t/a的独立氧化裂解装置组成,每套氧化裂解装置由下列部分组成。

1.1　氧气预热炉(器)

压力为1.5MPa的氧气经过过滤器除去杂质后送往氧气预热炉预热到650℃,氧气预热炉底部安装有燃烧器,燃烧天然气来提供预热氧气所需的热量,通过自动遥控装置调节天然气(供给燃烧器)的流量来控制氧气预热炉出口氧气的温度。1.2　天然气预热炉(器)

压力0.35～0.50MPa天然气通过过滤器除去杂质后进入天然气预热器预热至650℃,天然气预热炉底部安装有燃烧器以燃烧天然气来提供预热天然气所需的热量,通过自动遥控装置调节天然气(供给燃烧器)的流量来控制预热炉出口天然气的温度。

天然气和氧气经预热后送往乙炔炉,用流量控制器控制天然气的流量,通过比例调节器来调节氧气的流量,从而确保送往乙炔炉的氧气和天然气比例为设定的流量比[(0.5～0.6)∶1]。

1.3　乙炔炉(反应器)

乙炔炉由混合室、燃烧器、反应室冷却装置和壳体构成,预热后的氧气和天然气在混合室快速混合后,经由燃烧器进入反应室,混合气在燃烧器出口处燃烧;另外,还要向乙炔炉燃烧器提供部分氧气(以使天然气-氧气混合气燃烧稳定),此氧气经由燃烧器喷嘴送入反应室,流量控制器控制燃烧用氧气的流量恒定。天然气在反应室中于1500℃下进行氧化和热分解反应,其反应式如下:

2CH4C2H2+3H2,(1)

CH4+2O2CO2+2H2O,(2)

CH4+0.5O2CO+2H2,(3)

CO+H2O CO2+H2,(4)

C2H22C+H2。(5)

除此之外,还发生部分副反应,生成高级炔(丁二炔、甲基乙炔、乙烯基乙炔、苯、萘等)。乙炔的产率取决于乙炔生成反应(1)和分解反应(5)的反应速率的差,在正常反应条件下,这些反应速率的比例可通过改变反应温度来调节。

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第12期2005年12月

聚氯乙烯

Polyvinyl Chloride

No.12

Dec.,2005

Ξ[收稿日期]2005-01-13

[作者简介]杨朝富(1968—),男,工程师,1992年毕业于四川工业学院,现就职于明达实业(重庆)有限公司。

图1　天燃气部分氧化法制乙炔工艺流程简图

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科研与生产 聚氯乙烯 2005年

在正常操作时,反应室底部会有部分炭黑沉积,需定期清除。从冷却装置排出的含炭黑水在乙炔炉底部排出,送往含炭黑水总管。

乙炔炉配有连锁保护系统,用于正常操作条件被破坏时切断向乙炔炉供氧并向混合室供N2。乙炔炉正常操作时要检测压差、温度和混合室的压力。

温度为85℃的裂解气由乙炔炉侧部接管引出送往洗涤塔冷却,并除去部分炭黑。

1.4　洗涤塔

洗涤塔为上下两段泡罩塔,从乙炔炉送来的裂解气与来自循环冷却系统的冷却水在塔中逆流接触,将裂解气冷却到35℃,除去部分炭黑后送入裂解气总管。送往洗涤塔的冷却水流量采用遥控装置控制,并根据洗涤塔出口处裂解气的温度来调节。

洗涤塔后面的裂解气总管设有一条将裂解气送往火炬系统的管线,在装置开车和停车置换或裂解装置保护系统动作时使用。

在洗涤塔后面的裂解气总管上还安装有水封,一旦裂解气总管压力超过水封的设定压力值,裂解气即排放到火炬系统(火炬为长明火炬)。

洗涤塔底部的含炭黑水送往炭黑水总管。

1.5　除尘器(电滤器)

电除尘器采用湿法板式电滤器,设计电压7.8×104V,实际电压(4～6)×104V,电流200mA。裂解气在洗涤塔下段冷却至60℃后,由洗涤塔送往电除尘器,在电除尘器电晕电极与沉淀电极之间形成的电场作用下,裂解气中的炭黑粒子移向沉淀电极并沉淀在沉淀电极上。裂解气通过电除尘器除去精细炭黑后返回洗涤塔上段,从洗涤塔上段顶部进入裂解气总管,再进入裂解气压缩单元。

电除尘器电极定期用来自循环冷却水系统的水进行清洗,清洗时停止向电极供电,并停止向该电除尘器供裂解气,从电除尘器底部排出的含炭黑水进入炭黑水总管。

在电除尘器的裂解气入口管线、洗涤塔顶至裂解气总管的裂解气管线和洗涤塔至火炬系统的裂解气排放管线上均安装有遥控切断阀,用于遥控电除尘器开、停车。

电除尘器还设有连锁保护系统,用于在出现故障时自动切断电除尘器的裂解气供应和电极电的供应。

氧化裂解单元设有:①一个乙炔炉燃烧器和乙炔炉壳体冷却用冷凝液的封闭循环系统,该封闭循环系统由泵、冷凝液、贮罐和冷却器组成。在停、开泵时,用1台N2充压的贮罐供应乙炔炉冷却所需的水。②一个液压传动清除炭黑的液压供应系统,该系统由泵和贮罐组成,用1台N2充压的贮罐向液压传动系统供水。③一个具有一定容积的N2气柜,确保氧化裂解单元停开车时供应N2。④一个用于燃烧裂解气的火炬系统(此火炬为长明火炬)。

2　裂解气压缩单元

裂解气压缩单元由2台螺杆压缩机(1台备用)(因裂解气中含有微量高级炔,压缩过程因分压、温度升高会发生自聚,产生部分聚合物,而且裂解气中还含有微量炭黑,故选用螺杆压缩机)、洗涤塔和气柜组成。

裂解单元洗涤塔来的裂解气、一段解析塔来的循环气以及当裂解气不足时一部分来自乙炔吸收塔的合成气通过螺杆压缩机升压至1.1MPa后进入洗涤塔,与冷却水逆流接触冷却后(压力0.9MPa),送往提浓单元。

螺杆压缩机出口管线的压力由乙炔提浓单元中乙炔吸收塔出口处的合成气压力控制器设定。

螺杆压缩机入口前的裂解气管路中设有一裂解气气柜,以便持续保持裂解气在管线内的压力,并控制裂解气产气量的波动和装置运行期间消耗的波动。3　乙炔提浓单元

裂解气中的乙炔体积分数为8%左右,在压缩机入口裂解气和循环气的混合气中乙炔体积分数为10%左右。在提浓单元,根据含碳量不同的炔烃在溶剂中溶解度不同以及压力、温度不同该物质在溶剂中溶解度不同的原理,用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作溶剂,可通过吸收和解析等回收裂解气和循环气中的乙炔。

在提浓单元,混合气被分离成3种馏分:

(1)合成气(在NMP中,溶解度比乙炔低的气体,如H2、CO等混合气);

(2)乙炔(产品);

(3)高级炔及其同系物的混合物。

提浓单元为单系列工艺系统,其组成如下(生产能力为3万t/a乙炔装置)。

3.1　丁二炔吸收塔———吸收高级炔、部分乙炔

由于吸收、解析操作具有汽液比小的特点,一般的板式塔较难操作,效率也较低,故丁二炔吸收塔选用填料塔。从压缩单元来的裂解气和循环气的混合气与从塔顶流下的溶剂NMP逆流接触,丁二炔和其他高级炔类按其在N-甲基吡咯烷酮中的溶解度及分压的不同,在此塔中被吸收,同时,也有部分乙炔被吸收。脱除了丁二炔及高级炔的混合气送往乙炔吸收塔。吸收了丁二炔及高级炔的溶剂借压缩单

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