[发明专利]制备乙炔和合成气的方法和装置

说明书

发明描述

本申请通过引用并入于2010年11月11日提交的美国临时申请61/412,415。

本发明涉及一种通过在反应器中部分氧化烃而制备乙炔和合成气的改进方法，其中将含烃料流和含氧料流供入所述反应器中；还涉及一种用于实施本发明方法的装置。

部分氧化烃的高温反应通常在由混合单元、燃烧器和骤冷单元构成的反应器系统中进行。

在高温范围内实施该部分氧化的一个实例是通过部分氧化烃而制备乙炔和合成气。这描述于例如DE875198、DE1051845、DE1057094和DE4422815中。

这些文献阐述了通常用于BASF-Sachsse-Bartholomé乙炔法中的混合器/燃烧器区段/燃烧空间/骤冷组合，在下文中，当指该组合时，简称为“反应器”。

在该方法中，将原料如天然气和氧气分开加热通常至高达600°C。在混合区中，使反应物强力混合，并在流经燃烧器区段之后进行放热反应。在这些情况下，燃烧器区段由特定数目的平行通道构成，其中可燃性氧气/天然气混合物的流速高于火焰速率(反应速率、转化速率)以防止火焰侵入混合空间。对金属燃烧器区段进行冷却以经受热应力。根据在混合空间中的停留时间，由于所述混合物的有限热稳定性，产生过早引燃和再次引燃的风险。此处，术语“引燃延迟时间”或“引发时间”用于指可燃混合物不经历任何显著内部热变化的时间。引发时间取决于所用的烃类型、混合状态、压力和温度。其决定了反应物在混合空间内的最大停留时间。反应物如烃、液化气或石油醚(由于合成方法中的提高的产率和/或能力，其使用特别合乎需要)的特征在于相对高的反应性，且因此具有短引发时间。

用于目前生产规模的乙炔燃烧器的特征在于其在燃烧空间中具有圆柱形几何形状。燃烧器区段优选具有六角形设置的通道孔。例如，在一个实施方案中，在直径约500mm的圆形基底横截面上以六角形设置有127个内径为27mm的孔。所用的通道直径通常为约19-27mm直径。其中使形成乙炔的部分氧化反应的火焰稳定的下游燃烧空间同样具有圆柱形横截面，水冷却且就外观而言对应于短管(例如直径为180-533mm且长度为380-450mm)。在燃烧空间侧上的燃烧器区段表面的高度处，将所谓的辅助氧气供入反应空间中。这保证了火焰稳定并因此保证火焰根部的限定距离和因此通过骤冷单元保证反应开始与反应终止的限定距离。由燃烧器区段和燃烧空间构成的整个燃烧器借助法兰悬挂于具有相对大横截面的骤冷容器的顶部。在燃烧空间的排出面高度处，在其圆周外侧将骤冷喷嘴安装在一个或多个骤冷分布器环中，所述环借助或不借助雾化介质将骤冷介质(例如水或油)雾化，并注入以与主流动方向近似呈直角地离开燃烧空间的反应气体中。该直接骤冷的任务是极其快速地将反应流冷却至约100°C(水骤冷)和200°C(油骤冷)，从而冻结进一步的反应，尤其是所形成的乙炔的分解。骤冷射流的范围和分布理想地使得在最短时间内实现基本均匀的热分布。

用于目前生产规模的乙炔燃烧器的特征在于燃烧空间的圆柱形几何形状。借助扩散器将原料预混并经由呈六角形设置的通道孔供入燃烧器区段中以避免反混。在已知方法中，将原料在具有相对大容积和高预热温度的混合扩散器中预混。

所述工业方法不仅形成乙炔，而且必不可少地形成氢气、一氧化碳和烟灰。在火焰前段形成的烟灰颗粒可作为核粘合至所述燃烧空间侧壁(燃烧空间内壁)，其然后导致焦炭层的生长、沉积和烧结(anbacken)，这对所述方法的效率产生不利影响。

在用油和水骤冷的现有生产方法中，这些沉积物通过在燃烧空间内壁区域中借助推料单元(stocherreinrichtung)机械清洁而定期清除。为此，必须对推料单元进行复杂控制(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，第A1卷，第97-144页)，此外，该机制的具体使用时间受到燃烧空间中的热应力的限制。

不乏避免在燃烧空间内壁上的焦炭层焙烧的缺点的尝试。例如，DE2307300的教导公开了在最高温度和骤冷位置之间的区域中向反应器中注入气态物质(权利要求1)。这旨在导致使所添加的气体与自由基发生反应，从而旨在减少焦炭的形成(说明书第8页第2段)。

DE3904330A1描述了一种通过热分解乙炔而制备乙炔黑的方法。在该方法(其明显不同于制备乙炔的方法(例如不存在部分氧化))中提及任选引入惰性气流。