能源化工—天然气制乙炔及其下游产品分析学习教案.ppt

能源化工—天然气制乙炔及其下游(xiàyóu)产品分析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(yǎnggē)、制乙炔炭黑等。乙炔的下游(xiàyóu)产品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(kāifā)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。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(fǎnyìng)外，还有乙炔聚合生成高级炔烃、烯烃及芳烃等的反应(fǎnyìng)。
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(fǎnyìng)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(fēnlí)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(shēnɡchénɡ)，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(hányǒu)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(shǐyòng)：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(zhōnꞬbù)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。
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(yǐxī)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(yǐxī)的比例在35:1～1:3.5间，单程通过时总的乙炔及乙烯(yǐxī)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(cǎiyòng)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(chǎnshēng)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、低能耗及低温下的高反应活性而被用于有机合成反应。
甲烷虽然很稳定，但使用等离子体也可将