[发明专利]一种将含甲烷的气态烃部分氧化生成乙炔和合成气的系统及方法

说明书

一种将含甲烷的气态烃部分氧化生成乙炔和合成气的系统及方法。本发明涉及一种将气态烃部分氧化生成乙炔和合成气的系统以及方法，所述系统包括顺序相连的燃烧室、热量及固态产物回收装置、气态产物收集装置；气态烃入口和氧气入口分别与设置于所述燃烧室顶端的燃烧喷嘴相连；所述燃烧喷嘴中的气态烃流道和氧气流道均与垂直线呈锐角且内部均设置旋流片，气态烃和氧气以旋流方式向下进入燃烧室的同时均匀混合。本发明提供的系统以及方法可以使高温产物出燃烧室后经冷却终止反应，回收剩余热量加以利用，有效提高热量利用率气态烃和氧气加热后通过烧嘴喷入燃烧室内，在混合的同时发生反应，避免早期着火、烧毁设备的问题，具有预防混合区内早期着火、热量回收综合利用率高等特点，适于规模化工业化生产。

技术领域

本发明涉及乙炔和合成气的生产领域，尤其涉及一种含甲烷的气态烃部分氧化生成乙炔和合成气的系统以及方法。

背景技术

天然气、页岩气、煤层气、油田气、炼厂气、焦炉气、热解气等气态烃以甲烷为主要成分，是重要的基础能源和化工原料。通过烃的部分氧化生产乙炔和合成气是众所周知的，世界各地大量采用天然气部分氧化生成乙炔和合成气。

天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水汽，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。

乙炔是一种重要的基础有机化工原料，生产方法较多，主要有电石乙炔法、烃类裂解法、煤制乙炔等方法。最早常用电石法生产，但此法电耗能耗高，污染环境。天然气非催化部分氧化技术不采用催化剂，技术路线简单，原料易得，易于自动化生产，副产尾气可用于生产合成氨或甲醇，能综合利用天然气，可长期稳定运行，副产炭黑用途广泛，是现代国民经济中不可缺少的重要化工原料，可用于橡胶、塑料、涂料、油墨、军工、通讯、电子、电信、家用电器、电缆、光缆、高能电池、静电复印、感光材料、印染、造纸及冶金等多种领域。

甲烷和低级烷烃在常温下是稳定的，乙炔则是不稳定的，但甲烷的生成自由能随温度的升高而逐渐增大，乙炔则逐渐下降，直至1500K以上，乙炔的生成自由能才小于甲烷的生成自由能，故甲烷裂解生成乙炔的首要条件是反应温度应高于1500K。部分氧化法就是利用一部分原料烃与氧气反应放出发热量来满足生成乙炔所需要的高温和高热能，使烃类分解生成乙炔，同时生成大量的合成气。该法是利用燃烧和裂解在乙炔炉的同一空间和同一时间内进行的，这主要是基于烃类氧化反应的速度远比烃类裂解反应的速度快，因而可以使氧化燃烧与热裂解的过程在同一空间内完成。氧化裂解过程的主要反应是氧化反应、裂解反应和水煤气反应，此外还有乙炔的分解反应和聚合反应等。

发明内容

本发明的目的是提供一种含甲烷的气态烃部分氧化生成乙炔和合成气的方法及系统，具有预防混合区内早期着火、热量回收综合利用率高等特点。

具体而言，提供了一种含甲烷的气态烃部分氧化生成乙炔和合成气的系统。

所述系统具体包括顺序相连的燃烧室、热量及固态产物回收装置、气态产物收集装置；气态烃入口和氧气入口分别与设置于所述燃烧室顶端的燃烧喷嘴相连。

所述燃烧喷嘴设置于燃烧室顶端，所述燃烧喷嘴中包含气态烃流道和氧气流道，气态烃和氧气分别经过各自对应的流道进入燃烧室。所述气态烃流道和氧气流道均与垂直线呈锐角，优选与向下的垂直线呈45～60度角，且所述气态烃流道和氧气流道内部均设置旋流片，以确保气态烃和氧气以旋流的方式向下进入燃烧室的同时实现均匀混合。

本发明提供的系统中，所述加热后的气态烃与氧气分别经过燃烧喷嘴中的气态烃流道和氧气流道，以一定的角度进入燃烧室内的瞬间实现混合，混合的同时进行部分氧化反应，无需考虑早期着火、烧毁设备的问题；所述气态烃与氧气通过烧嘴以一定角度(锐角)喷入燃烧室内，气态烃和氧气混合气的气流以旋流的方式进入燃烧室的瞬间即可完成混合过程，无需单独设置混合区与燃烧区。所述烧嘴置于燃烧室顶端，集点火烧嘴、工艺烧嘴于一体，通过点火烧嘴引燃工艺烧嘴，点火烧嘴通过电子打火点着。