天然气乙炔法生产聚氯乙烯

天然气乙炔法生产聚氯乙烯

天然气是以甲烷为主要成分的气体，一般组成（体积%）如下： 组分 CH4 C2H6 C3H8 含量 96 0.94 0.16 备注 组分 C4H10 CO2 H2S 含量 0.05 400mg/m3 20mg/m3 备注 标 标 将天然气裂解所得含乙炔的裂解气进行提浓，得到高纯度乙炔，将此乙炔与氯化氢合成生产氯乙烯。

中国重庆化工研究院，50年代起就从事天然气裂解制乙炔的研究。天然气部分氧化裂解制乙炔，在裂解炉的最新结构-----旋焰炉方面取得了可喜的成果，建了中试装置。

此外还有若裂解法（入蓄热炉裂解法）和电弧法三种。其经济技术指标比较表：

比较内容 原料种类 原料用量 氧气 电能消耗kwh/t 蒸汽消耗 裂解气中乙炔浓度（体积）/% 副产物 基建投资 操作难易 电弧法 甲烷或其他烃类 较少 不用 11500-12000 较少 13-16 炭黑、氢、乙烯 较高 蓄热法 甲烷或其他烃类 较多 不用 1500 较多 9.8 氢 中等 部分氧化法 甲烷 较多 用 1500-200 较少 7-8.5 一氧化碳、氢 较低 较简单 反应设备寿命短，复杂，要自动控制 要经常更换 一、 天然气氧化裂解制乙炔

天然气裂解制乙炔由如下工序组成：甲烷氧化裂解；裂解气压缩；乙炔回收（提浓）；溶剂回收；废物脱除和焚烧；循环水冷却系统。各主要工序之间的关系如图所示。

裂解气 —→ 裂解气压缩 ↑ ∣ 乙炔尾气（H2、CO、CH4）） ∣ ∣ ∣——————————→甲醇装置 ∣ ∣ ∣

∣ ∣ ∣ ∣—— 高级炔同系物—→ 3（5）-甲基吡唑 ∣ ∣ ∣ ∣ （丁二炔、甲基乙炔、丙二炔 ∣ ↓ ∣ ∣ 乙烯基乙炔等） 天然气———↓ ∣ 乙炔回收（提浓）—————————→ 氯乙烯装置 甲烷氧化裂解 ↑ ∣ 氧气————↑ ∣ ∣ ∣———————————→溶剂处理 ∣ ∣ ∣

∣ ——— 溶剂（N-甲基吡咯烷酮 ————↓ ↓ 炭黑 —→炭黑分离与焚烧 图 天然气部分裂解生产乙炔工艺示意图

二、过程的化学反应机理

甲烷按如下热分解反应生成乙炔 1400—1500 C

2CH4 ——————→ C2H2 + 3H2 —401.7kj （1）

0

此反应所需要的热量又部分甲烷直接氧化来提供

CH4 +2O2——→ CO2 + H2O + 545.6kj （2） 反应式（1）、（2）即构成甲烷氧化裂解过程。与此同时还发生如下几种反应：

甲烷不完全氧化反应：

CH4 +1/2O2——→ CO + H2 + 23.4kj （3） 一氧化碳变换反应：

CO + H2O ——→ CO2 + H2 + 34.6kj （4）

乙炔分解反应：

C2H2 ——→2C + H2 —Q （5） 除了上述生成裂化气主要成分H2、CO、CH4、CO2和炭黑的那些反应外，尚有一些转化速率低的其他反应发生，其生成的副产物有：乙烯、丙炔、丙二烯、丁二炔、乙烯基乙炔、1，3-丁二烯、环戊二烯、乙烯基联乙炔、三联乙炔、二乙烯基乙炔、苯和萘等。

在上述条件下，乙炔产率取决于乙炔生成反应式（1）和分解反应式（5）之间的反应速率差异。

在连续负荷下，这些反应速率的比例可通过改变过程温度来调节。

三、生产工艺过程及工艺流程 （一）甲烷裂解工段

1、氧气预热 从空分装置来的、压力为1.5MPa的氧气，在氧气预热器中预热到650 0C。预热氧所需的热量，由安装在此预热器底部的燃烧器燃烧天然气来供给。燃烧天然气用空气。

2、天然气预热 来自总管的天然气，在天然气预热器中预热到650 0C，预热所需的热量，由安装在此预热器底部的燃烧器燃烧天然气来供给。燃烧天然气用空气。预热器出口的天然气压力0.35-0.5MPa。

3、甲烷氧化裂解 天然气氧化裂解在裂解炉内进行，裂解炉是天然气部分氧化裂解制乙炔工艺的心脏；它由混合室、燃烧器、反应室、骤冷装置和壳体构成。

（1）在混合室中，氧气和天然气快速混合。

（2）出混合室的天然气和氧的混合气，经燃烧器进入反应室，混合气在燃烧器出口处着火。天然气燃烧，使反应室的温度达到

1400-1500 0C。

（3）反应室出口紧接骤冷装置。在这里，由喷嘴将循环冷却水喷入裂解气流中，使裂解气冷却，各项反应终止。

（4）骤冷的循环冷却水带走了大部分炭黑，从裂解炉底部排出送往含炭黑水总管。

温度为850C的裂解气，从裂解炉侧部接管送往含炭黑水总管。 4、裂解气的洗涤 在洗涤塔内，裂解气经喷嘴喷入的循环冷却水多次洗涤，洗涤了裂解气中的部分炭黑，并将裂解气进一步冷却。

出洗涤塔底部的含炭黑冷却水送往含炭黑水总管。被洗涤、冷却的裂解气从侧部接管送往电滤器。

5、裂解气电沉积除炭黑 裂解气通过电滤器电晕电极与沉淀电极之间形成的电场，在电场的作用下，炭黑粒子移向沉淀电极并沉积在沉淀电极上。在这里，炭黑被彻底清除。清除了炭黑的裂解气又返回洗涤塔上段，然后送往裂解气总管。电滤器电极定期用循环冷却水清洗，含炭黑的清洗水，从电滤器底部排出送往含炭黑水总管。

6、裂解气组成（体积）% 组分 C2H2 含量 7.80 备注 （M-C3H4、P-C3H4、组分 CH4 CO 含量 4.90 25.71 备注 高级炔 0.38 C4H6、C4H4、C4H2） CO2 H2 O2 3.35 55.30 0.40 C6H6 C2H4 0.16 0.30