【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天然气化工及能量利用和余热回收，尤其涉及一种天然气部分氧化制乙炔的装置与节能方法。
技术介绍
1、乙炔是一种非常重要的有机化工原料，广泛用于金属加工及乙烯和氯乙烯等化工产品的制备。天然气部分氧化制乙炔是目前乙炔主要的制备方法之一，也是适合我国国情的乙炔洁净生产技术。该工艺过程首先将预热后的天然气和氧气充分混合，部分天然气燃烧为余下天然气提供热量以进行裂解，裂解气通过急冷终止反应以获得低温裂解气，经后续分离等工序获得产品乙炔和合成气等。该工艺过程具有反应温度高、某些生成物易聚合、毫秒级反应和快速终止等特点。急冷是该工艺中重要的一环，不仅影响乙炔产品的收率与品质，其间的热量损耗也是制约工艺发展的重要问题之一。
2、传统工艺中，常采用水或油在燃烧室后的急冷室形成水幕或油幕对高温裂解气进行急冷。除此之外，也有许多其他高温裂解气急冷方法的专利技术。专利cn 1064947 c以水为急冷介质，使其在一封闭系统内再循环，避免了过程中急冷介质的消耗；专利us 3242225以芳烃油为急冷剂，裂解气最终降至200～300℃，将急冷剂的高温热量加热软水生产高温水蒸气，提高了余热利用率；专利cn 102329189 a以循环常温合成气为急冷介质，在不引入新杂质的情况下将裂解气由高温转为中温以终止反应，将剩余热量进行回收；专利cn108218653a以循环常温裂解气为急冷介质，将高温裂解气进行冷却并回收热量，一定程度上减少了分离及压缩工序的能量消耗。
3、以上装置与工艺虽然可以终止反应，但是传统工艺中高温裂解气从1
技术实现思路
1、为进一步解决上述问题，针对现有技术，本专利技术提供了一种天然气部分氧化制乙炔的装置与节能方法，采用四级冷却，三级能量回收利用，极大提高了热能利用率，同时减少了器壁清焦和设备投资费用，副产优质炭黑粉，具有良好的经济效益。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种天然气部分氧化制乙炔的装置，所述装置包括：混合室a、反应室b、裂解气急冷室c、原料气换热室d、除尘器e、废热锅炉f、水洗塔g、锅炉水加热器h、除炭器i、乙炔分离装置j、压缩机ak1、压缩机bk2、加热器al1、加热器bl2、烧嘴m。
4、优选地，所述混合室a、烧嘴m、反应室b、裂解气急冷室c和原料气换热室d依次连接，构成天然气部分氧化制乙炔反应器；原料气管线分别经过加热器连接混合室a入口；烧嘴m连接混合室a出口和反应室b入口；裂解气急冷室c位于反应室b下方；原料气换热室d固定于天然气部分氧化制乙炔反应器内部，位于裂解气急冷室c下方；所述原料气换热室d设有常温天然气3入口、常温氧气4入口、高温天然气5出口、高温氧气6出口，两个入口连接原料气管线，两个出口连接混合室a的入口；原料气换热室d底部连接混合气导出装置d6；混合气导出装置d6出口连接除尘器e的入口；除尘器e出口管线分为两条，一条出口管线连接废热锅炉f的混合气入口，另一条出口管线为炭黑粉13产品出口；废热锅炉f的混合气出口连接水洗塔g底部气相入口；给水15管线连接废热锅炉f进水口，换热后产生的蒸汽从废热锅炉f的高压蒸汽14出口排出；给水15管线连接水洗塔g顶部的冷却水入口，混合气与冷却水逆流接触；所述水洗塔g气相出口管线分为两条，一条气相出口管线经由压缩机ak1连接裂解气急冷室c的常温裂解混合气a9入口，另一条气相出口管线连接乙炔分离装置j入口；所述水洗塔g液相出口管线连接锅炉水加热器h产品入口管线；所述锅炉水加热器h产品出口连接除炭器i入口管线；给水15管线连接锅炉水加热器h进水口，换热后从高温热水16出口排出；所述除炭器i固相出口连接炭黑粉13出口管线，液相出口连接给水15管线；所述乙炔分离装置j出口管线分为两条，一条出口管线经由压缩机bk2连接裂解气急冷室c的常温合成气11入口，另一条为乙炔/合成气产品出口12。
5、优选地，所述原料气换热室d内设有若干换热管d2，所述换热管d2内表面涂覆耐高温结焦抑制涂层；换热管d2的入口连接裂解气急冷室c出口，出口连接混合气导出装置d6；换热管d2内部流通的是高温裂解混合气8，外部流通的分别是常温天然气3和常温氧气4；所述原料气换热室d内部还设有若干折流板d3和挡板d4；所述原料气换热室d外部设有补偿圈d5。
6、优选地，所述反应室b中产生的高温裂解气7自裂解气急冷室c急冷后得到高温裂解混合气8，进入所述换热管d2的内部，在原料气换热室d的换热管d2内交换热量后由混合气导出装置d6导出；常温天然气3和常温氧气4的换热空间分别位于所述原料气换热室d内的两侧，所述常温天然气3和常温氧气4的入口位于原料气换热室d下部，二者的出口位于原料气换热室d的上部；常温天然气3和常温氧气4分别自入口进入后，在所述换热管d2外部流通交换热量；交换热量后的高温天然气5和高温氧气6分别经出口导出。
7、一种天然气部分氧化制乙炔的节能方法，优选地，所述天然气1和氧气2分别预热，在混合室a混合均匀，经由烧嘴m处点燃进入反应室b反应，产生高温裂解气7；以常温裂解混合气a9为急冷气对高温裂解气7进行急冷；以常温合成气11为保护气，在裂解气急冷室c内壁形成保护气幕；利用四级冷却方式对高温裂解气7进行冷却，得到常温裂解混合气b10，通过分离工序获得乙炔/合成气产品12，并对其间热量进行三级回收利用。
8、优选地，所述常温裂解混合气a9和常温合成气11均为天然气部分氧化制乙炔的生成物，由后续冷却分离得到，循环使用；所述常温裂解混合气a9喷出气速与高温裂解气7的线速度比为1～7，常温裂解混合气a9与高温裂解气7体积流量之比为1～5，在反应室b出口喷出，形成环形密封面，气流喷出方向与高温裂解气7流动方向成80°～165°夹角；所述常温合成气11喷出气速与高温裂解气7的线速度比为0.1～1.2，常温合成气11与高温裂解气7体积流量之比为0.1～2，气流喷出方向沿反应室b器壁向下与反应器中轴线成30°～90°夹角。
9、优选地，所述四级冷却方式包括：第一级冷却方式为常温裂解混合气a9急冷高温裂解气7至500～800℃；第二级冷却方式为常温天然气3和常温氧气4冷却高温裂解混合气8至300～650℃；第三级冷却方式为混合气与给水15换热至100～300℃；第四级冷却方式为通过水洗塔g将混合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种天然气部分氧化制乙炔的装置，其特征在于，所述天然气部分氧化制乙炔的装置包括：混合室(A)、反应室(B)、裂解气急冷室(C)、原料气换热室(D)、除尘器(E)、废热锅炉(F)、水洗塔(G)、锅炉水加热器(H)、除炭器(I)、乙炔分离装置(J)、压缩机a(K1)、压缩机b(K2)、加热器a(L1)、加热器b(L2)、烧嘴(M)；
2.根据权利要求1所述的一种天然气部分氧化制乙炔的装置，其特征在于，所述原料气换热室(D)内设有若干换热管(D2)，所述换热管(D2)内表面涂覆耐高温结焦抑制涂层；换热管(D2)的入口连接裂解气急冷室(C)出口，出口连接混合气导出装置(D6)；换热管(D2)内部流通的是高温裂解混合气(8)，外部流通的分别是常温天然气(3)和常温氧气(4)；所述原料气换热室(D)内部还设有若干折流板(D3)和挡板(D4)；所述原料气换热室(D)外部设有补偿圈(D5)。
3.根据权利要求2所述的一种天然气部分氧化制乙炔的装置，其特征在于，反应室(B)中产生的高温裂解气(7)自裂解气急冷室(C)急冷后得到高温裂解混合气(8)，进入所述换热管(D2)
4.一种天然气部分氧化制乙炔的节能方法，其特征在于，天然气(1)和氧气(2)分别预热，在混合室(A)混合均匀，经由烧嘴(M)处点燃进入反应室(B)反应，产生高温裂解气(7)；以常温裂解混合气a(9)为急冷气对高温裂解气(7)进行急冷；以常温合成气(11)为保护气，在裂解气急冷室(C)内壁形成保护气幕；利用四级冷却方式对高温裂解气(7)进行冷却，得到常温裂解混合气b(10)，通过分离工序获得乙炔/合成气产品(12)，并对其间热量进行三级回收利用。
5.根据权利要求4所述的天然气部分氧化制乙炔的节能方法，其特征在于，所述常温裂解混合气a(9)和常温合成气(11)均为天然气部分氧化制乙炔的生成物，由后续冷却分离得到，循环使用；所述常温裂解混合气a(9)喷出气速与高温裂解气(7)的线速度比为1～7，常温裂解混合气a(9)与高温裂解气(7)体积流量之比为1～5，在反应室(B)出口喷出，形成环形密封面，气流喷出方向与高温裂解气(7)流动方向成80°～165°夹角；所述常温合成气(11)喷出气速与高温裂解气(7)的线速度比为0.1～1.2，常温合成气(11)与高温裂解气(7)体积流量之比为0.1～2，气流喷出方向沿反应室(B)器壁向下与反应器中轴线成30°～90°夹角。
6.根据权利要求4所述的天然气部分氧化制乙炔的节能方法，其特征在于，所述四级冷却方式包括：1)常温裂解混合气a(9)急冷高温裂解气(7)至500～800℃；2)常温天然气(3)和常温氧气(4)冷却高温裂解混合气(8)至300～650℃；3)混合气与给水(15)换热至100～300℃；4)通过水洗塔(G)将混合气冷却至20～80℃。
7.根据权利要求4所述的天然气部分氧化制乙炔的节能方法，其特征在于，所述热量三级回收利用包括：1)常温天然气(3)和常温氧气(4)与高温裂解混合气(8)进行气气换热至所需预热温度，送往混合室(A)；2)除尘后的混合气与给水(15)换热产生高压蒸汽(14)；3)通过水洗塔(G)洗出的高温炭黑水通过锅炉水加热器(H)与给水(15)换热获得高温热水(16)。
...【技术特征摘要】
1.一种天然气部分氧化制乙炔的装置，其特征在于，所述天然气部分氧化制乙炔的装置包括：混合室(a)、反应室(b)、裂解气急冷室(c)、原料气换热室(d)、除尘器(e)、废热锅炉(f)、水洗塔(g)、锅炉水加热器(h)、除炭器(i)、乙炔分离装置(j)、压缩机a(k1)、压缩机b(k2)、加热器a(l1)、加热器b(l2)、烧嘴(m)；
2.根据权利要求1所述的一种天然气部分氧化制乙炔的装置，其特征在于，所述原料气换热室(d)内设有若干换热管(d2)，所述换热管(d2)内表面涂覆耐高温结焦抑制涂层；换热管(d2)的入口连接裂解气急冷室(c)出口，出口连接混合气导出装置(d6)；换热管(d2)内部流通的是高温裂解混合气(8)，外部流通的分别是常温天然气(3)和常温氧气(4)；所述原料气换热室(d)内部还设有若干折流板(d3)和挡板(d4)；所述原料气换热室(d)外部设有补偿圈(d5)。
3.根据权利要求2所述的一种天然气部分氧化制乙炔的装置，其特征在于，反应室(b)中产生的高温裂解气(7)自裂解气急冷室(c)急冷后得到高温裂解混合气(8)，进入所述换热管(d2)的内部，在原料气换热室(d)的换热管(d2)内交换热量后由混合气导出装置(d6)导出；常温天然气(3)和常温氧气(4)的换热空间分别位于所述原料气换热室(d)内的两侧，所述常温天然气(3)和常温氧气(4)的入口位于原料气换热室(d)下部，二者的出口位于原料气换热室(d)的上部；常温天然气(3)和常温氧气(4)分别自入口进入后，在所述换热管(d2)外部流通交换热量；交换热量后的高温天然气(5)和高温氧气(6)分别经出口导出。
4.一种天然气部分氧化制乙炔的节能方法，其特征在于，天然气(1)和氧气(2)分别预热，在混合室(a)混合均匀，经由烧嘴(m)处点燃进入反应室(b)反应，产生高温裂解气(7)；以常温裂...
【专利技术属性】
技术研发人员：于婉秋，董宏光，叶昊天，王安然，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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