烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置及制备方法制造方法及图纸

提供了烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置，包括：第一反应室(13)和第二反应室(23)，两个反应室均设置有烧嘴、共用或分开的燃料气入口和氧气入口、预热列管，有气体分布器设置在两个反应室之间，两个反应室内的预热列管均与气体分布器连接；裂解原料气从位于第一反应室的裂解原料气入口(16)经气体分布器进入第一反应室的预热列管，在预热列管另一出口的燃料气和氧气燃烧热载体区域裂解，裂解后形成的裂解产物和未裂解原料气的混合气体经两个反应室之间的气体分布器进入第二反应室内的预热列管，在预热列管另一出口的燃料气和氧气燃烧热载体区域再次裂解，裂解产物经位于第二反应室内的反应产物出口(26)排出第二反应室。

Multistage Reaction Device and Preparation Method for Ethylene and/or Acetylene from Hydrocarbon

A multistage reactor for ethylene and/or acetylene production from hydrocarbons is provided, including the first reactor (13) and the second reactor (23). Both reactor chambers are equipped with burner, common or separate fuel gas inlet, oxygen inlet and preheater tube. A gas distributor is arranged between the two reactor chambers, and the preheater tubes in both reactor chambers are connected with the gas distributor. In the first reactor, the pyrolysis feed gas inlet (16) enters the preheated tube of the first reactor through a gas distributor, and the fuel gas and oxygen combustion heat carrier area at the other outlet of the preheated tube is cracked. The mixture of pyrolysis product and raw material gas formed after pyrolysis enters the preheated tube of the second reactor through a gas distributor between the two reactor chambers, and in the other part of the preheated tube. The heat carrier region of fuel gas and oxygen combustion at the first outlet is cracked again, and the cracked products are discharged from the second reaction chamber through the reaction product outlet (26) located in the second reaction chamber.

【技术实现步骤摘要】
烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置及制备方法
本专利技术总体地属于乙烯和/或乙炔制备
，具体地涉及烃裂解制备乙烯和/或乙炔的多级反应装置及利用该装置制备乙烯和/或乙炔的方法。
技术介绍
乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，在国民经济中占有非常重要的地位，主要用于生产聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯等，目前工业上主要通过石脑油、乙烷等的水蒸气裂解制备乙烯；乙炔是另一种非常重要的基础化工原料，其下游产品主要有氯乙烯、醋酸乙烯、1,4-丁二烯等，目前我国主要采用电石法生产乙炔，国外天然气丰富地区主要采用天然气部分氧化的方法生产。水蒸气裂解法是采用烃类与水的混合物在高温下热裂解制备乙烯，该工艺优点是收率高，缺点是能耗高，反应器结构复杂；电石法是利用电石(碳化钙CaC2)遇水生成乙炔(C2H2)来制备乙炔，该法的优点是产品纯度高，操作简便，缺点是能耗高且污染大。水蒸气裂解制乙烯采用管式裂解炉反应器，管式炉虽有不同类型，但从结构上看，都是有炉管、管架、燃烧器、炉墙和炉架等组成，主要有对流段和辐射段两部分组成。管式炉反应器的放大采用反应管个数增多的方法放大，造成反应器结构复杂。具体反应器结构可参见王松汉等主编的《乙烯装置技术与运行》。天然气部分氧化制乙炔反应器主要分为混合器、燃烧喷嘴、反应室，反应器的放大是通过喷嘴数量的增多实现的，具体反应器结构可参见BASF公司的Peter等人为Ullmann工业化学品百科全书编写的Acetylene词条(DOI:10.1002/14356007.a01_097.pub4)。目前关于采用燃料气燃料作为热载体直接与烃类混合进行裂解的专利有一些报道。CN01145130.0专利技术了一种将超音速热载体与烃类混合迅速后裂解制乙烯的装置；美国专利US2941021采用反应物料旋转喷入的方法，在热载体与反应物料混合的过程中加入搅拌作用，达到加强混合的目的；美国专利US4256565，采用在燃料喷嘴附近将需要裂解的烃类喷入的方式达到燃烧产生的热载体与烃类快速混合的目的。这些专利都将热载体与烃类一步直接混合，导致原料烃气体的裂解率不高，产率收率较低。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提供一种从低碳烷烃生产乙烯和/或乙炔的多级反应装置，该反应装置具有两个独立的热载体区域，使原料气在第一个热载体区域进行第一次裂解后的裂解产物和未裂解的原料气的混合气进入第二个热载体区域进行再次裂解，能实现原料气体在其中两次裂解反应，显著提高乙烯和/或乙炔收率、且该装置具有结构简单，不需要放大效应设置，热载体与反应物料混合均匀，乙烯和/或乙炔收率和选择性高等优点。根据本专利技术的一个方案，提供了一种烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置，它包括第一反应室、第二反应室和布置于第一反应室和第二反应室之间的第一气体分布器；第一反应室和第二反应室壁上均设置有烧嘴、共用或分开的燃料气入口和氧气入口，第一反应室壁上还设有裂解原料气入口以供裂解原料气进入第一反应室，第一反应室供裂解原料气在其中发生裂解反应，第二反应室供未反应的裂解原料气在其中发生裂解反应；第一气体分布器具有连通裂解原料气入口和第一反应室的第一通路，用于使裂解原料气在第一反应室截面上进行均布，以及具有连通第一反应室和第二反应室的第二通路，用于将含有未反应的裂解原料气的混合气体通入第二反应室，进一步发生裂解反应；所述第二反应室壁上设置有反应产物出口，用于将裂解产物排出第二反应室。本专利技术的烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置包括通过第一气体分布器的第二通路相连通的两个反应室，两个反应室均设置有烧嘴、共用或分开的燃料气入口和氧气入口，两个反应室分别通入燃料气和氧气，点燃烧嘴后均可形成各自独立的热载体区域，热载体区域温度高达2200℃～2800℃，以供原料烃气体或经过一次裂解后形成的包括裂解产物和未裂解产物的混合气体进行裂解。裂解原料气从裂解原料气入口进入，经第一气体分布器的第一通路进入第一反应室，在第一反应室中的热载体区域高温热裂解，形成部分裂解产物(乙烯和/或乙炔)与未裂解原料气的混合气，混合气体在第一反应室弥散，经气体分布器上的第二通路进入第二反应室，在第二反应室中的热载体区域再次热裂解，然后经第二反应室壁上的反应产物出口排出反应室。可以看出，本专利技术通过第一气体分布器实现了原料裂解原料气进入第一反应室的热载体区域进行裂解，然后继续进入第二反应室的热载体区域进行再次裂解，即通过个反应室设计实现了高温热载体分步与烃类混合进行裂解，通过热载体分步加入，降低了反应发生的平均温度(热载体一步加入的单反应室装置中，裂解原料气在1100℃～1400℃范围内进行裂解反应；而本专利技术的热载体分步加入的多级反应室装置中，裂解原料气在900℃～1200℃范围内进行裂解反应)，减少了副产物的生产，提高了目标产物的选择性，明显提高产物的收率。进一步的，作为示例，上述第一通路为第一气体分布器上的多个第一通孔，所述第二通路为第一气体分布器上的多个第二通孔；所述第一通孔连接所述裂解原料气入口和第一反应室，以使裂解原料气进入裂解原料气入口后经第一通孔进入第一反应室；所述第二通孔连接第一反应室和第二反应室，以使裂解原料气在第一反应室裂解后形成的混合气体经第二通孔进入第二反应室。将第一通路和第二通路设计为多个通孔，可以使经过第一通路的裂解原料气、经过第二通路的未裂解原料气和裂解产物通过各自独立的多个通孔进入第一反应室和第二反应室，以此使气体被分散或均布，能在各自的反应室内的热载体区域形成多个反应点，避免裂解反应区域过于集中，反应过程不够充分。更进一步的，作为示例，上述烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置还包括：设置在第一气体分布器和第二反应室之间的联通列管、集气室隔板和第二气体分布器，其中在所述集气室隔板与第二气体分布器之间形成集气室；所述联通列管一端连接第一气体分布器的第二通孔，另一端连接集气室隔板上的通孔，由此连通第一反应室和集气室；以及所述第二气体分布器有通孔连通集气室和第二反应室，从而含有未反应裂解原料气的混合气体依次经联通列管和集气室隔板的通孔进入集气室，然后从集气室经第二气体分布器上的通孔进入第二反应室。作为上述第一反应室内裂解后混合气体经第一气体分布器的第二通孔直接进入第二反应室的替代方案，上述联通列管、集气室隔板和第二气体分布器可以在第一分布器和第二反应室之间形成了一个集气装置，即依次连接的联通列管、集气室隔板和第二气体分布器，联通列管的另一端连接第一气体分布器第二通孔的气体出口，这样，从第一气体分布器第二通孔的气体出口出来的裂解混合气体经联通列管和集气室隔板，进入集气室隔板和第二气体分布器之间形成的集气室，在集气室聚集后再经第二气体分布器的通孔进入第二反应室。设计集气装置的好处在于可以使在第一反应室裂解后形成的裂解混合气体在集气室富集，然后再经第二分布器进入第二反应室进行第二次裂解，如此，可以待集气室富集足量的裂解混合气体后再使其进入第二反应室，从而减少第二反应室里燃料气和氧气的燃烧时间，节约能源。进一步的，第一气体分布器上第一通孔的气体出口上连接有第一预热列管，所述预热列管为多个两端开口的中空管，中空管一端开口连接气体出口，另一端开口处于第一反应室内燃料气和氧气的燃烧区域，用于将经第一气体分布器均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置，其特征在于，它包括第一反应室(13)、第二反应室(23)和布置于第一反应室和第二反应室之间的第一气体分布器(15)；第一反应室(13)和第二反应室(23)壁上均设置有烧嘴、共用或分开的燃料气入口和氧气入口，第一反应室(13)壁上还设有裂解原料气入口(16)以供裂解原料气进入第一反应室(13)，第一反应室(13)供裂解原料气在其中发生裂解反应，第二反应室(23)供未反应的裂解原料气在其中发生裂解反应；第一气体分布器(15)具有连通裂解原料气入口(16)和第一反应室(13)的第一通路，用于对裂解原料气在第一反应室截面上进行均布；还具有连通第一反应室(13)和第二反应室(23)的第二通路，用于将含有未反应的裂解原料气的混合气体通入第二反应室(23)，进一步发生裂解反应；所述第二反应室(23)壁上设置有反应产物出口(26)，用于将裂解产物排出第二反应室(23)。

【技术特征摘要】
1.一种烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置，其特征在于，它包括第一反应室(13)、第二反应室(23)和布置于第一反应室和第二反应室之间的第一气体分布器(15)；第一反应室(13)和第二反应室(23)壁上均设置有烧嘴、共用或分开的燃料气入口和氧气入口，第一反应室(13)壁上还设有裂解原料气入口(16)以供裂解原料气进入第一反应室(13)，第一反应室(13)供裂解原料气在其中发生裂解反应，第二反应室(23)供未反应的裂解原料气在其中发生裂解反应；第一气体分布器(15)具有连通裂解原料气入口(16)和第一反应室(13)的第一通路，用于对裂解原料气在第一反应室截面上进行均布；还具有连通第一反应室(13)和第二反应室(23)的第二通路，用于将含有未反应的裂解原料气的混合气体通入第二反应室(23)，进一步发生裂解反应；所述第二反应室(23)壁上设置有反应产物出口(26)，用于将裂解产物排出第二反应室(23)。2.根据权利要求1的烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置，其特征在于，所述第一通路为第一气体分布器(15)上的多个第一通孔(150)，所述第二通路为第一气体分布器(15)上的多个第二通孔(151)；所述第一通孔(150)连接裂解原料气入口(16)和第一反应室(13)，以使裂解原料气进入裂解原料气入口(16)后经第一通孔(150)进入第一反应室(13)；所述第二通孔(151)连接第一反应室(13)和第二反应室(23)，以使裂解原料气在第一反应室(13)裂解后形成的混合气体经第二通孔(151)进入第二反应室(23)。3.如权利要求2所述的烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置，其特征在于，还包括：设置在第一气体分布器(15)和第二反应室(23)之间的联通列管(17)、集气室隔板(18)和第二气体分布器(25)，其中在所述集气室隔板(18)与第二气体分布器(25)之间形成集气室；所述联通列管(17)一端连接第一气体分布器(15)的第二通孔(151)，另一端连接集气室隔板(18)上的通孔，由此连通第一反应室(13)和集气室；所述第二气体分布器(25)有通孔(251)连通集气室和第二反应室(23)，从而含有未反应裂解原料气的混合气体依次经联通列管(17)和集气室隔板(18)的通孔进入集气室，然后从集气室经第二气体分布器(25)上的通孔(251)进入第二反应室(23)。4.如权利要求2或3所述的烃制乙烯和/或乙炔的多级反应装置，其特征在于，第一气体分布器(15)上第一通孔(150)的气体出口上连接有第一预热列管(14)，所述第一预热列管(14)为多个两端开口的中空管，中空管一端开口连接气体出口，另一端开口处于第一反应室(13)内燃料气和氧气的燃烧区域，用于将经第一气体分布器(15)均布的裂解原料气在其内预热后送入燃料气和氧气燃烧区域，其中在裂解反应进行时，反应产物弥漫于中空管周围，从而对中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁峰，罗佳佳，王金福，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11