[发明专利]一种天然气制备高浓度乙炔和氢气的工艺

说明书

本发明提供一种天然气制备高浓度乙炔和氢气的工艺，属于乙炔制备技术领域。包括：1)将氢气通入等离子体裂解反应器，形成高温环境，然后通入甲烷气，经过高温裂解和急速冷却后得到乙炔以及副产物；2)将产物气体依次通过旋风分离器、布袋除尘器，洗涤塔和电除尘器脱去炭黑；3)脱去炭黑的气体进入脱重塔，经脱重塔吸收后的气体进入吸收塔，溶剂进入解吸塔；4)经吸收塔吸收后的不凝气经过膜分离获得高纯度的氢气，吸收了乙炔气体的溶剂进入产品塔解吸，产品塔的塔中上部取出乙炔气体产品，塔顶气体循环回吸收塔。本发明工艺过程简洁、流程短、安全可靠、无环境污染、能耗低，可以直接应用于工业化生产。

技术领域

本发明属于乙炔制备技术领域，具体为一种天然气制备高浓度乙炔和氢气的工艺。

背景技术

乙炔是有机化学工业的重要原料，广泛应用于生产1，4-丁二醇、氯乙烯、乙炔黑、氯丁橡胶、丁二醇、丁炔二醇、四氢呋喃和环辛四烯等化学品。

乙炔的生产工艺，有电石法、天然气部分氧化法、电弧法和等离子体裂解法。电石法是合成乙炔最早的方法，同时也是技术成熟度最高的方法。该方法需要建造庞大的电石炉，能耗大，水消耗大，污染大，每生产1t乙炔，需要消耗30～60t水，产生2.6t电石废渣，电石废渣难以处理，给企业所在地的环境造成巨大的环保压力。目前，在发达国家电石法乙炔技术早就被天然气部分氧化制乙炔技术所取代。但是国内95％以上的乙炔产能还是来自于电石法，只有少量采用的是天然气氧化法。

天然气部分氧化法在环保上优于电石法，但是也有自身的缺点。天然气部分氧化法有氧气参与反应，产生的裂解气中会有大量的CO和H₂，需要配套建设甲醇合成装置，增加了工艺流程。由于氧气的存在，必须增加防爆设备，提高了分离提纯的费用，增加了成本。

等离子体裂解天然气制乙炔法具有投资小，生产成本低，原料利用率高，裂化气体容易分离，工艺流程简单，生产安全可靠，无环境污染等特点，在技术、经济诸方面都优于现有的电石法、天然气电弧裂解法和部分氧化法。天然气部分氧化法每生产1t乙炔需要消耗6000m³天然气，而等离子体裂解法只需要约2000m³天然气，原料利用率更高。在国外，美国和德国都曾经做过等离子体裂解制乙炔的研究，德国ISP公司建成了一套3000t/a的天然气等离子体制乙炔的工业化装置。国内中科院成都有机所、四川大学、清华大学、中科院金属所也曾做过等离子体裂解制乙炔装置与工艺的研究工作，但是国内还没有一套全流程的能实现工业化的装置。

发明内容

本发明的目的在于提出一种由天然气制高纯度乙炔和氢气的工艺，本发明工艺比传统的电石法制乙炔更环保，并区别于以煤作原料制乙炔的工艺。本发明工艺流程简洁、流程短，采用现有的常规设备即可实现，可以实现工业化生产。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种天然气制备高浓度乙炔和氢气的工艺，所述工艺如下：

1)将氢气通入等离子体裂解反应器，形成高温环境，然后通入甲烷气，经过高温裂解和急速冷却后得到乙炔以及副产物；

2)将产物气体依次通过旋风分离器、布袋除尘器，洗涤塔和电除尘器脱去炭黑；

3)脱去炭黑的气体进入脱重塔，经脱重塔吸收后的气体进入吸收塔，溶剂进入解吸塔；

4)经吸收塔吸收后的不凝气经过膜分离获得高纯度的氢气，吸收了乙炔气体的溶剂进入产品塔解吸，产品塔的塔中上部取出乙炔气体产品，塔顶气体循环回吸收塔。

旋风分离器利用气体和炭黑固体密度不同的原理实现气固分离，能除去约一半的炭黑，然后再经过布袋除尘器，除去较细的颗粒。此时的气体中炭黑较少，颗粒也很小，通过电除尘和水洗的方式，几乎能除去全部炭黑。先脱除炭黑的目的是为了防止炭黑在后段提浓工序中进入溶剂中，污染溶剂，增加溶剂消耗，所以必须提前脱除。