能源化工—第17章天然气制乙炔及其下游产品.pptVIP

1. 乙炔的性质和用途 纯乙炔在常温常压下为无色而略有酯香味的气体，但用电石生产的乙炔因含有硫化氢及磷化氢等杂质而有臭味。乙炔的化学性质非常活泼。 用途： “有机化学之母”。最重要的化工原料，几乎所有的有机化工产品都可以溯源到乙炔。产生高温火焰氧焊氧割、制乙炔炭黑等。 17.2 天然气制乙炔生产工艺 目前工业上生产乙炔的方法有烃类裂解法和电石法.此外乙烯装置也可副产少量乙炔早期还开发了电弧法等以烃类为原料制乙炔的方法。电石乙炔的生产成本是天然气乙炔部分氧化法的1.74倍。 天然气部分氧化法制乙炔可副产大量合成气，能够用以生产甲醇或合成氨。 烃类裂解法以天然气中的甲烷以及其他烃类为原料，其主导方法为天然气部分氧化法，这是当前工业上生产乙炔最经济合理的路线。 除此之外，使用天然气为原料生产乙炔的方法还有高温裂解的乌尔夫（wulff）法及电弧法等。 17.2.1 天然气部分氧化法制乙炔工艺 天然气部分氧化法制乙炔的典型工艺是BASF工艺。 （1）BASF法工艺原理及流程 2CH4＝C2H2＋3H2-381kJ/mol CH4＋O2＝CO＋H2O＋H2＋278kJ/mol CO＋H2O＝CO2＋H2＋41.9kJ/mol C2H2＝2C＋H2－227kJ/mol 除以上反应外，还有乙炔聚合生成高级炔烃、烯烃及芳烃等的反应。 所以，部分氧化炉出口气除含有目的产品乙炔外，还有CO，H2，CO2，水蒸气、未反应的CH4及O2等组分，还有一定量的炭黑。 2）工艺流程 BASF法工艺流程包括原料预热、反比炉、骤冷 （防止乙炔的进一步分解）、分离炭黑及乙炔提浓等工序。 流程分两部分：稀乙炔制备、稀乙炔提浓。 工艺流程如图 (1) 稀乙炔的制备 过程：天然气和氧气分别预热至650?C,然后按O2/CH2=0.5?0.6的比例在混合器内混合，经旋焰导嘴进入反应区，在高温下进行部分氧化和热解反应。 反应后气体经淬冷至90?C.由于热解过程中有炭黑生成，需经沉降、淋洗、电除尘等操作才能制得稀乙炔气。 4）乙炔提浓 稀乙炔气中含有一定量的炭黑，在提浓前需将其除去，通常使用过滤器将炭黑含量降至3mg/m3以下。 N-甲基吡咯烷酮（NMP）及二甲基甲酰胺（DMF）是常用的乙炔提浓溶剂，也有工艺使用低温液氯作乙炔溶剂。天然气乙炔常使用NMP作为提浓溶剂。 乙炔提浓主要用N－甲基吡咯烷酮为乙炔吸收剂进行吸收富集。 过程：稀乙炔与回收气、返回气混合后经压缩到1.2MPa进预吸收塔以除去少量水、萘及高级炔烃；然后进入主吸收塔在20?35?C下用N－甲基吡咯烷酮吸收乙炔。尾气CO和H2含量很高，可作合成气。 主、预吸收塔出富液必须循环使用：经换热、节流后进预解吸塔?主吸收塔尾气反吹?上部回收气送压缩机?塔下部在80%真空度下解吸高级炔烃?贫液循环。 主吸收塔出富液循环过程： 节流后进入逆流解吸塔?二解塔部分乙炔气反吹 ? 回收气返回压缩机?中部出浓乙炔气。 逆流解吸塔富液预热后送入二解塔进行乙炔二次解吸 ?吸收液进真空解吸塔在116?C将残余气体解吸 ?贫液返回主吸收塔 ?尾气处理后放空。 17.2.2 天然气制乙炔的其他方法 （1）乌尔夫（Wulff）法 此工艺先以燃料和空气完全燃烧将热量积蓄于炉内耐火材料中，然后通入原料在常压及1200～1500℃的条件下，裂解成乙炔及乙烯等。 可使用的原料有包括天然气在内的各种烃类，当以丙烷为原料时，乙炔与乙烯的比例在35:1～1:3.5间，单程通过时总的乙炔及乙烯产率达到51～59％。 此工艺使用DMF为提浓溶剂。 （2）电弧法 电弧法是在电炉内的两电极间通入高电压（7kV）、强电流（1150A）形成电弧，电弧产生的高温K可使甲烷及其他烃类裂解生成乙炔，气流在电弧区的停留时间仅为0.002s。 裂解气以烃类急冷而可出附加的裂解得到乙烯等，经后续的分离系统而得乙炔等各种产品。 电弧法的优点是烃类的转化较部分氧化法更加快速而完全，可使用各种原料且开停车方便，缺点是电耗高达10kW·h/kg以上，且电极寿命短，特采用双炉操作。 （3）等离子体转化工艺 等离子体是物质存在的第四种状态，它是气体分子受热、受激放电而离解和电离产生的电子、离于、原子、分子及自由基等高化学活性物质组成的集合体，具正负电荷总量相等。等离子体可分为高温等离子体、热等离子体和低温等离子体。低温等离子体以其非平衡性、低能耗及低温下的