專利名稱：通過快速混合反應物而生產乙炔和合成氣的方法和設備的制作方法
通過快速混合反應物而生產乙炔和合成氣的方法和設備本發明涉及一種通過在具有帶通道的燃燒器的反應器中部分熱氧化而 制備乙炔和合成氣的改進方法，以及涉及進行本發明方法的設備。例如在德國專利875 198中提及了常用于BASF-Sachsse-Bartholom6 乙炔方法的混合器/燃燒器/燃燒空間/驟冷組合(在下文中提及該組合時筒 稱作"反應器")。在目前生產規模上使用的乙炔燃燒器的特征為其燃燒空間(反應器)的 圓柱狀幾何形狀。原料經由擴散器預混合并基本上不需返混地供入優選具 有六邊形排列的通道的燃燒器單元。在一個實施方案中，例如將127個內 徑為27mm的孔六邊形排列在直徑為約500mm的圓形基底橫截面上。其 中使形成乙炔的部分氧化反應的火焰穩定的下游燃燒空間同樣具有圓柱狀 橫截面且其外觀對應于短管(例如直徑為533mm，長度為400mm)的外觀。 經由法蘭將包括燃燒器單元和燃燒空間的整個燃燒器從頂部懸掛進入具有 較大橫截面的驟冷容器。在與燃燒空間水平的出口高度上，將驟冷噴嘴安 裝在一個或多個位于所述燃燒空間外圍的驟冷分配器環上，該驟冷噴嘴在 借助或不借助霧化介質的情況下使驟冷介質如水或油霧化并將所述驟冷介 質與離開燃燒空間的反應氣體的主要流動方向近似垂直地噴霧至該反應氣 體。該直接驟冷具有使反應料流非常快速地冷卻從而使隨后反應，即尤其 是^f吏所形成乙炔的降解凍結的功能。理想的是驟冷射流的范圍和分布應在 盡可能短的時間內達到盡可能均勻的溫度分布。因為在BASF-Sachsse-Bartholom6乙炔方法和類似的部分熱氧化中預 熱和預混合原料(烴或氧氣)，由于混合物有限的熱穩定性，包括對于時間 有限的熱穩定性，這導致預燃燒和再燃燒的危險。后果眾所周知，尤其是 在較高比例的反應起始組分如氫氣或液化氣(LPG)的情況下，可能導致具 有M危險的熄火和火焰活性。然而，其正好是這些起始組分所需的用途， 因為它們可允許產率和/或容量的增加。
在已知方法中，預混合原料在高溫下在較大體積的混合擴散器中進行。 由于反應起始組分，例如通過返混區和液體流動臨界點的具有大停留時間 分布的催化活性顆粒和表面如銹、焦炭等的比例增加，點燃混合物的誘導 時間可能過長，其結果是損害了方法的成本效率和有效性。此外，證明額 外？ 1入設備如點火噴嘴的可行性很小，這是因為由于由此產生的流體擾動 的結果，還應擔心的是點燃混合物的誘導時間將會過長。因此，本發明的目的為提供一種制備乙炔和合成氣的改進方法，其避 免了所述缺點且進一步允許較高的預熱溫度和使用較高壓力。該方法應能 夠容易且經濟地實現，且其還應僅用現有常規燃燒器進行。因此，發現了 一種通過在具有帶通道的燃燒器的反應器中部分熱氧化 而制備乙炔和合成氣的方法，其中僅在緊臨進入火焰反應區之前在燃燒器 通道中使待反應原料快速且完全混合，其中在通道內的混合區中建立超過 給定反應條件下的火焰傳播速度的平均流速。此外，發現了進行本發明方 法的設備。如果不像目前常用的那樣在大體積內(在混合擴散器內)以較低流速進 行原料的預混合，而是有利地將該預混合轉移至通常在任何情況下都存在 的大量燃燒器單元孔("通道")中，則才艮據本發明所述不希望的預燃燒和 再燃燒可避免。通道通常具有以局部限定方式穩定火焰的功能。借助本發 明的措施，混合被劃分為許多小的體積，且在通道中形成高速順流。在其 中存在的高速湍流中，混合可通過合適的混合幾何形狀容易且快速地建立，同時由于通道中遠比火焰速度高的流速，避免了火焰返回(strike-back)。混 合幾何形狀的設計可由了解本發明知識的本領域熟練技術人員容易地決 定。例如根據文丘里原理或靜態混合管的原理操作的混合噴嘴適合該目的。 在常規漲漠的乙炔燃燒器和乙炔反應器方法的情況下，預混合任務的劃分 也提供了容易的可轉移性和應用性。BASF-Sachsse-Bartholom6乙炔方法的燃燒器通常為具有多個同樣為 圓柱狀孔的水冷圓柱狀單元。由于由此形成的阻隔，支持了火焰的穩定， 從而在燃燒器盤上的燃燒空間中形成理想水平的火焰。以4吏得孔中流速高 于火焰返回速度但低于臨界的吹滅速度的方式對給定的燃燒器容量選擇孔的數目及其直徑和空間。根據本發明，僅在緊臨火焰反應區之前在通道中混合原料并且不像目前那樣在擴散器中進行。生產恥漠上使用的燃燒器的體積為約0.6m3,而 本發明混合元件的體積約小3個數量級。這使得可將混合元件中的停留時間減少至0.001-0.005s，而在經由單獨 的擴散器常規混合的情況下它們為O.l-OJs。因此可預混合其點火延遲時間 在毫秒范圍內的反應混合物。混合元件的特征在于在導致壓降最小化的情 況下基本上無返混且快速混合兩種原料。通過合適的設計，還可使用根據 靜態混合管原理吸入和混合兩種原料之一的進氣壓力。適合進行本發明方法的設備尤其可容易且有利地通過借助用于分開原 料進料的對接法蘭改型現有燃燒器而實現。這里，兩種原料之一經由目前 使用的預混合擴散器供入，而相應的另 一種原料經由單獨的混合元件上的 對接法蘭分配。如果兩種原料之一存在于升高的壓力下，則該物質的引入 可通過交叉射流進行。如果兩種原料基本具有相同的進氣壓力，則具有較 高進氣壓力的原料優選經由目前使用的預混合擴散器供入，以使混合管根 據靜態混合器的原理操作。混合管的功能這里通過現有燃燒器單元的通道 實現，這保持略微適應其功能。在兩種實施變型方案中，熄火、火焰活性 和相關的散發可通過措施避免，且存在使用或再循環粗合成氣、(粗)氬氣 或較高比例(>10體積％)乙烷、乙烯或液化氣(丙烷、丁烷等)，使預熱溫度 升高至大于600°C， 4a應器壓力升高至大于1.3巴的新可能性，而否則 的話這會導致預燃燒。因此可在現有方法中實現產率增加或產量增加。對 于使在以工業規才莫操作的所有乙炔方法中作為副產物和伴生產物(coupled product)得到的氫氣和含氫氣的粗合成氣再循環，與常用原料曱烷(來自天 然氣)相比，由于氫氣的活性較高，其中的優點為它們優選氧化。因此，在 部分氧化方法中，放熱氧化反應不指向不適合作為乙炔前體的氫氣，且形 成乙炔的碳源，即進料烴受到保護。導致乙炔形成的途徑傾向于具有熱解 特征且使用通過該原位熱釋放引發的進料烴的裂解反應。本發明設備例如通過參考附圖
更詳細解釋。附圖顯示了經由管(2)將一 種原料供入其中的燃燒器(l)。第二種原料經由借助對接法蘭插入的設備部 件(3)，經由管(4)輸入。兩種原料在緊臨進入燃燒室(7)之前，通過位于燃燒 器的通道(6)中的未詳細顯示的混合器(5)混合。本發明可應用至所有的部分氧化乙炔方法，但尤其應用至BASF乙炔 方法及其各種實施方案。還明顯有利的是與公開在專利申請DE 103 13 527 Al、 DE 103 13 528 Al和DE 103 13 529 Al中的方法組合，在此作為參考 引入。本發明明顯不同于例如^厶開在DE 20 52 543 C3中的其中在反應器、 燃燒室或燃燒空間以擴散火焰進行預混合的方法，在該方法中湍流擴散混 合工藝與燃燒反應同時且一起進行，尤其是因為本發明完全避免了那里所 述的乙炔產率移向較高比例乙烯的缺點。此外，應強調的是可借助簡單設 備改型現有裝置和方法，因此它們向本發明方法的轉變可認為是特別有利 的。合適的原料原則上為常用于制備乙炔和/或合成氣的所有的烴，例如曱 烷、在所選預熱溫度下以氣體形式存在的高級的飽和或不飽和烴和生物燃料。本發明的方法原理還可用于具有所述優點的制備乙炔和合成氣的其它 方法。本發明方法允許以高產率經濟地制備乙炔和合成氣。預混合兩種反應 物的時間明顯減少，從而可在混合空間中不發生預燃燒的情況下實現高預 熱溫度或原料壓力和較高比例的反應起始組分，其結果是進一步增加了方 法的有效性。本發明方法的額外優點為在擴散器區域不再禁止安裝流體擾動部件， 其在常規燃燒器的情況下對混合和將混合物供入燃燒器單元有影響，因為 在本發明方法中，在分開渦流區域中氣體的局部停留時間增加不再導致預 燃燒。因此，現在可有利地實現例如向才艮據DE 103 13 528A1的燃燒器類 型提供內件如目前在乙炔燃燒器中不常用的點火噴嘴，或者火焰監控系統， 測量探頭或冷卻水供水器。還有利的是該方法還可通過以經濟的方式和很 小的工藝努力簡單轉換而在現有燃燒器中實現。 實施例 1. 在常規的每天25公噸的乙炔燃燒器的操作中，使用天然氣獲得通常包 含8.5體積％乙炔的產物氣體組合物。2. 在另一實驗中，根據本發明，使除了天然氣外還包含6體積％乙烷的 進料氣體反應。結果是，乙炔在裂解氣體中的濃度可增加至9體積％。3. 如果乙烷含量增加至大于20體積％，則由于點火延遲時間顯著縮短而 大大增加預燃燒和相關的火焰活性，從而不再能夠經濟地操作常規設備。 借助本發明方法，可避免這些再燃燒，且在裂解氣體中的乙炔濃度可增加 至大于9.5。/。乙炔，這意味著產率的進一步增加。
權利要求
1.一種通過在具有帶通道的燃燒器的反應器中部分熱氧化而制備乙炔和合成氣的方法，其中僅在緊臨進入火焰反應區之前在燃燒器通道中使待反應原料快速且完全混合，其中在所述通道內的混合區中建立超過給定反應條件下的火焰傳播速度的平均流速。
2. 根據權利要求l的方法，其中將一個或多個點燃所述燃燒器中的主 反應的點火噴嘴引入擴散器中，該擴散器在所述燃燒器的上游并且通過該 擴散器將一種原料供入所述燃燒器中。
3. 根據權利要求1或2的方法，其中將離開所述反應器的副產物料流， 尤其是氫氣再循環至所述反應器并與所用烴在ii^所述燃燒器之前混合。
4. 根據權利要求3的方法，其中將所述再循環副產物料流與所用烴和 氧氣在進入所迷燃燒器之前混合。
5. 根據權利要求1-4中任一項的方法，其中將天然氣之外的烴混合物 以超過10體積％,尤其是超過20體積％的比例與天然氣在所述燃燒器之 前，優選在用于預熱原料的預熱器之前混合。
6. 根據權利要求l-5中任一項的方法，其中使用天然氣之外的烴混合 物如乙烷、乙烯、液化氣和其它在所用預熱溫度下為氣體的高級飽和或不 飽和烴代替天然氣。
7. —種進行根據權利要求l-6中任一項的方法的設備，其包括用于制 備乙炔的常規燃燒器，該燃燒器借助對接法蘭補充有允許原料在燃燒器通 道中混合的混合裝置。
8. 根據權利要求7的設備，其中反應空間向驟冷區域的過渡呈環形縫 隙形式。
全文摘要
本發明涉及一種通過在具有帶通道的燃燒器的反應器中部分熱氧化而制備乙炔和合成氣的方法。根據該方法，僅在緊臨進入火焰反應區之前在燃燒器通道中使待反應原料快速且完全混合。在通道內的混合區中建立超過給定反應條件下的火焰傳播速度的平均流速。
文檔編號C07C2/78GK101163654SQ200680013736
公開日2008年4月16日 申請日期2006年4月21日 優先權日2005年4月23日
發明者A·霍夫曼, B·巴滕巴赫, F·克萊內耶格爾, K·R·埃爾哈特 申請人:巴斯福股份公司