专利名称：烃的部分氧化生产乙炔的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过烃的部分氧化以生产乙炔的方法。已知(见ULLMANNS Encyk.der techn.Chemie第四版T，49～56页)，可生产乙炔的部分氧化法是通常先将氧气、气态烃或蒸汽态烃这些原材料分别预热;然后将其混合物引入反应室，令其在火焰中反应;和在由反应得的气体(离解气)混合物含有最大量乙炔的瞬间骤然冷却该气体。
离解气的这种骤然冷却(或急冷)一般是通过喷水来实现的(见法国专利第1，200，694号)，喷水之后上述气体被冷却到大约90℃。
虽然这种急冷法已在工业规模装置上用了许多年，但是它并不能完全令人满意。事实上，水在高温下易与所产气体发生反应，产生含碳和氢的产物，从而降低产品产率和增加分离费用。况且这种急冷方法实际上使得不可能从产物中回收热能，因而只好让大量的热能浪费掉。此外，在部分氧化时还会产炭黑(亦叫做乙炔黑，这是一种数量较大或较小的联产品)，这种急冷方法会润湿上述炭黑和使其大部分分散于水中，从而使它易于通过过滤器，带来相当大的困难。
面对着上述各种困难，也有人提出，用冷液态烃急冷所产气体，以至少回收部分热能以裂化上述烃。但是这种方法所具有的缺点是要把新的烃类加入所产气体中，从而可能大大增加乙炔的分离费用。提出的另一种方法是，用芳烃性油急冷所产气体。这种方法的致命缺点是费用高，因而危及它的工业规模的应用。
因此需要有一种这样的急冷系统它一方面有效地至少回收所产气体的部分能量，另一方面不要把新的烃加到所产气体中。
业已发现，上述的各种缺点是可以克服的。具体地说，是在不损害乙炔生产顺利进行的情况下，一方面从所产气体至少回收部分能量;另一方面使上述气体得到有效的急冷。
所以，本发明涉及一种生产乙炔的方法，即先在火焰反应中用氧气使气态烃或蒸汽态烃部分氧化;接着骤冷所产热气体，该方法的特征在于，通过喷入冷气实现骤冷。
火焰反应中所产热气体所具有的组成是不定的，取决于所用烃或烃混合物的准确性质。该气体含有乙炔、一氧化碳、氢气、水、二氧化碳、含一个或更多个三键的高级烃以及在火焰中未转化的烃。
它们在反应区的温度是非常高的，且随所用烃的性质和燃烧炉的操作条件(氧/烃之相对量、进料流速和进料流的预热温度)而变。
因此，例如当所用的烃为甲烷时，所产气体的温度可达到1，500℃。
骤冷或急冷应理解为是一种在至多几毫秒的时间内把上述气体的温度降低几百度的操作。
根据本发明，上述的急冷是通过喷入冷气来实现的。
冷气是一种温度低于待冷气体温度的气体或气体混合物。
就有效地实现本发明而言，冷气(或冷却用气)的温度是在25℃和300℃之间，不过也可选用较低或较高的温度。气体温度较好为50-250℃。
当然，在所涉及的高温下对所产气体呈惰性或低反应性的气体可作冷却用气，例如，氮气或氩气、一氧化碳或二氧化碳、水蒸汽、氢气或上述气体的混合物。此外，业已发现，还可用对乙炔本身具有低反应性的那些气体的混合物作冷却用气。根据本发明一特别有利的实施方案，所用的冷却用气是所产气体预冷过的部分。
所产气体的骤冷(急冷)就是使它们的温度降低几百度，最好是降低到低于或等于800℃。就有效地实现本发明而言，该温度宜低于或等于700℃。
但是，已发现，上述温度低于200℃是不可取的，即使当急冷用气是所产气体预冷过的部分时也是如此。事实上，与担心出现的事情相反，乙炔不会明显地转化或降解成炭黑和氢气或聚合。就有效地实现本发明而言，通过急冷冷却后的气体温度要高于或等于500℃。事实上，只有当根据本发明将所产气体骤冷到上述温度水平时，才可使至少部分回收所产气体所含能量成为可能。
根据本方法的一个有利实施方案，冷却用气的喷入是通过许多喷嘴来实现的。所述喷嘴的方向基本垂直于火焰的方向。冷却用气的喷嘴宜为扰动式的。
当然，象喷嘴的数目、喷嘴与燃烧炉中火焰或火焰区的相对距离、喷嘴在一个或更多个平面上的分布和相对于火焰方向的切面取向，都在很大程度上取决于所用燃烧炉的具体几何形状和操作参数。专业领域的技术人员能确定出最佳的喷嘴分布和喷嘴数目。
根据一特别有利的方案，本发明方法还包括把急冷得的气体送入一换热区，在此进行再冷却;如果需要，可把经此冷却后的气体的一部分在急冷步骤喷到火焰反应所得气体中，剩下的部分进行已知的处理，以回收其中的乙炔。
已发现，在反应过程中产生的乙炔黑在急冷区出口的温度下或在换热区出口的温度下仍然是完全干燥的和粉状的。因此通过一般的气/固分离方法便可从气流中容易地将它分离出来。
换热区(可由一个或更多个热水器组成)可使含在被引入该区的气体中的能量至少部分地用于发生蒸汽。所进入气体所具有的温度宜为高于或等于500℃和低于或等于700℃。换热区出口的气体温度宜在200℃和250℃之间。
然后，可将上述出口气体的一部分喷到急冷区，剩下的部分进行已知的处理，以回收其中的乙炔。由于上述的处理实际上是已知的，为不使本说明书冗长，这里就不对这些处理作更详细的说明了。
然后，可用水对换热区出口的气体进行洗涤，以使所夹带的大部分炭黑从气体中除去。
这种操作还可进一步降低温度。可将由此冷却后的气体的一部分喷到火焰反应所得气体的急冷区。然后对剩下的部分进行已知的各种处理，以回收其中的乙炔。
洗涤区出口的气体温度宜在50℃和100℃之间。
在需要时，在一个或更多个急冷区可使用两部分冷却气作急冷用气，一部分源自换热区出口，另一部分源自洗涤区出口。这些变型和组合对本专业领域的技术人员是显而易见的。
就有效地实现本方法来说，喷到急冷区的冷气部分是经受已知的各种处理以回收其中乙炔的气体部分的0.5～10倍。
兹用下面的实施例对本发明进行说明。
操作方法所用的反应器大致如所附的简图所示。它由NS30型耐热不锈钢制成。它有分别用于供给预热了的甲烷和氧气的总进料管(1)和(2)。这些气体至少部分是在顶上有喷嘴(4)的混合区(3)中混合的。喷嘴是向火焰供料用的，它的直径小于1.8毫米。火焰区限制在氧化锆室(5)(直径＝5毫米，长度＝8毫米)内。喷嘴(6)(直径0.5毫米的孔3个，钻在不锈钢壁中)使急冷用气能够进入。3个急冷用气的进料口(7)是独立的，而且各自被水冷式环形换热器(未示出)控制在恒温。
急冷面下游5毫米，有一穿过直径3.3毫米孔的不锈钢小球(未示出)，以限定急冷体积(8)为0.55立方厘米。
然后，气体进入水冷式环形换热器(9)(内径＝3毫米，长度＝200毫米)。
在换热器的出口，含在气体中的水被冷凝，在此采取供气体色谱分析用的气样。
整个系统都在大气压下操作。所有进料流率都是用已校准的质量流率调节器控制和测量的。在下文中，所给出的流率均为在常温和常压条件(大气压，0℃)下的升/时。
各试验中的O2/CH4之摩尔比均接近于0.6。
预热温度为500℃。
用气体色谱仪连续分析出口气体。
离开火焰的气体混合物在用冷气急冷之前的温度(TF)和通过与冷却用气混合急冷后的温度(Tm)是用热型和微热型测量仪测定的，其值随所有的试验参数而变。
实施例1 用氮气急冷向火焰供给氧气(89升/时)和甲烷(149升/时)两者的混合物(238升/时)。
急冷用气为氮气，其流率为550升/时。
急冷室出口温度Tm为700℃，急冷所得气体在水被冷凝出和分出后，含有1.25%的乙炔(包括氮气在内的摩尔组成)。
实施例2 用氮气和乙炔的混合物急冷向燃烧炉供给与上实施例相同的混合物。
急冷用气是预先混合好的乙炔(流率为86升/时)和氮(流率为462升/时)两者的混合物。
急冷出口温度Tm为700℃;所得气体在水被冷凝出和分出之后，含有12.02%的乙炔。
上述二实施例的对比结果表明，随急冷用气中氮气一道进入的乙炔，在它通过急冷室期间仅有大约1.9%发生了降解。
实施例3以343升/时的总流率向燃烧室供给比例与上实施例相同的甲烷与氧气两者的混合物。
用气体流率为226升/时的单一氮气和含28.5%乙炔的氮气先后实行急冷。
在上述两种情况下，急冷区出口气体混合物的温度均接近于1.030℃。
急冷后混合物乙炔含量的对比结果表明，试验第二阶段所引入的急冷用气中的乙炔有16.8%降解。
实施例4向火焰供给已预热到500℃的氧气(127升/时)和甲烷(213升/时)两者的混合物。
急冷用气为氮气，其总流率为608升/时。
急冷室内的温度Tm为700℃。
所得气体的组成(在水被冷凝出后，不包括氮气)如下CO26.2%C2H40.8%C2H23.8%H241.4%CH424.2%CO 23.6%实施例5象在实施例4中那样，向火焰供给氧气和甲烷的混合物，氧和甲烷两者的流率分别为127和213升/时。
急冷用气是气体混合物，其组成如下C2H210.35%H242.34%CO 47.29%急冷用气的流率为608升/时。
急冷混合物的温度接近于700℃，其组成(不包括水)如下CO22.30%C2H40.38%C2H27.80%H243.13%CH49.79%CO 36.69%
试验4和5的对比结果是，对试验5来说，引入急冷用气中的乙炔仅有3%发生了降解。
权利要求
1.一种生产乙炔的方法，先在火焰反应中用氧气使气态烃或蒸汽态烃部分氧化，接着骤冷所产热气体；该方法的特征在于，通过喷入冷气实现骤冷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冷气是所产气体预冷过的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所产气体的骤冷是使其温度低于或等于800℃，最好是低于或等于700℃。
4.根据以上权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所产气体的骤冷是使其温度高于或等于200℃，最好是高于或等于500℃。
5.根据以上权利要求任一项所述的方法，其特征在于，冷却用气的喷入是用许多喷嘴来实现的，所述喷嘴的方向基本上垂直于火焰的方向。
6.根据以上权利要求任一项所述的方法，其特征在于，冷却用气的喷嘴是扰动式的。
7.根据以上权利要求任一项所述的方法，其特征在于，冷却用气的温度是在25℃和300℃之间，最好是在50℃和250℃之间。
8.根据权利要求2～7任一项所述的方法，其特征在于还包括把急冷得的气体送入一换热区，在此进行再冷却;如果需要，可把经此冷却后的气体的一部分喷到火焰反应所得气体的急冷区，剩下的部分进行已知的处理，以回收其中的乙炔。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，离开换热区的气体的温度是在200℃和250℃之间。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，离开换热区的气体被水洗，以使其进一步冷却，将由此冷却后的气体的一部分喷到火焰反应所得气体的急冷区，然后对剩下的部分进行已知的各种处理，以回收其中的乙炔。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，水洗后的气体温度是在50℃和100℃之间。
12.根据权利要求2～11任一项所述的方法，其特征在于，喷到急冷区的冷气部分是经受已知的各种处理以回收其中乙炔的气体部分的0.5-10倍。
全文摘要
本发明涉及一种通过烃的部分氧化以生产乙炔的方法。具体地说，本发明涉及先在火焰反应中用氧气使气态烃或蒸汽烃部分氧化，接着骤冷所产热气体以生产乙炔的方法。该方法的特征在于，通过喷入冷气实现骤合。在一个特别有利的实施方案中，冷气是所产气体预冷过的一部分。
文档编号C07C2/78GK1052298SQ9010958
公开日1991年6月19日 申请日期1990年11月30日 优先权日1989年12月6日
发明者吉伦倪尔·克劳德, 里德·结克, 微廉姆思·结克 申请人:罗纳·布朗克化学公司