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1、1,天然气制乙炔,Chemical engineering of natural gas,2,天然气的组成,天然气的组成与分类主要成份：烷烃 CH4,C2H6次要成份：非烃气体CO2，H2S，H2，He微量成份：烯烃、环烷烃、芳香烃有害成份：硫化氢等。,3,4,5,6,天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。依天然气蕴藏状态，又分为构造性天然气、水溶性天然气、煤矿天然气等三种
2、。而构造性天然气又可分为伴随原油出产的湿性天然气、不含液体成份的干性天然气。,7,脱硫的方法：,目前，国内外已见的天然气脱硫方法名目繁多，不下数十种。如果脱硫剂的状态来分，则天然气脱硫法可以分为干法和湿法两大类。干法采用固体型的脱硫吸附剂这类固体物质包括天然泡沸石、分子筛和海绵状氧化铁等。,8,醇胺法脱硫的基本原理,乙醇胺是无色的液体，常压下沸点为170，比重为1.019g/cm，它是一种有机碱溶液，它的碱性与氨相似，是氨的衍生物。乙醇胺结构始终至少有一个氨基，这个氨基提供了在水中的碱度，促使对于酸性气体硫化氢、二氧化碳有很高的吸收能力。乙醇胺的结构式中还有一个羟基，这个羟基的作用可以降低化合
3、物的蒸汽压，减少气相中乙醇胺的损失，并且增加了在水中的溶解度，使乙醇胺可以按任意比与水互溶。乙醇胺吸收硫化氢、二氧化碳，生成硫化物、酸式硫化物、碳酸盐、酸式碳酸盐，其反应式如下：,9,10,11,1、乙炔性质 乙炔在常温常压下为无色、可燃性气体。乙炔本身无毒，具有麻醉性，在高浓度时会引起窒息。比空气轻，极易燃烧和爆炸，在空气中爆炸极限2.3%72.3%（vol）。易溶于酒精、丙酮、苯、乙醚等，微溶于水。在高压下乙炔很不稳定，火花、热力、磨擦均能引起乙炔的爆炸性分解而产生氢和碳。与汞、银、铜等化合生成爆炸性化合物，能与氟、氯发生爆炸性反应。在乙炔的发生和管道中的乙炔的压力保持在1atm的表压以下
4、。乙炔溶解在丙酮等溶剂及多孔物中才能安全运输和贮存；装入钢瓶内应存放在阴凉通风干燥之处，库温不宜超过30。,12,13,乙炔的生产原料主要为电石和天然气,乙炔的生产原料主要为电石和天然气。电石法：仍在工业上普遍应用的乙炔合成方法，但工业发达国家乙炔生产的原料已转移到廉价的天然气和液态烃。天然气制乙炔：比电石法制乙炔更加经济、更加环保，已成为工业发达国家生产乙炔的主导方法。,14,天然气制乙炔基本原理,烃裂解制乙烯时，如温度过高，乙烯就会进一步脱氢转化为乙炔，但乙炔在热力学上很不稳定，易分解为碳和氢。,甲烷裂解为乙炔时，也经过中间产物乙烯，但因很快进行脱氢，故其总反应式可写为：,15,甲烷部分氧
5、化法,天然气部分氧化热解制乙炔的工艺包括两个部分，一是稀乙炔制备，另一个是乙炔的提浓。工艺流程如下图所示。,16,预热塔,反应器,炭黑沉降器,淋洗冷却塔,电除尘器,稀乙炔气柜,压缩机,顶吸收塔,顶解吸塔,主吸塔,逆流解吸塔,真空解吸塔,二解塔,17,部分氧化法的不足之处,1）部分氧化法是通过甲烷部分燃烧作为热源来裂解甲烷，因此形成的高温环境温度受限，而且单吨产品消耗的天然气量过大；,2）部分氧化法必须建立空分装置以供给氧气，因有氧气参加反应，使生产运行处于不安全范围内，因而须增设复杂的防爆设备。,氧的存在还使裂解气中有氧化物存在，增加了分离和提浓工艺段的设备投资；,3）裂化气组成比较复杂，C2
6、H2为8.54%、CO为25.65%、CO2为3.32%、CH4为5.68%和H2为55%。,这给分离提浓工艺的消耗及人员配置等诸方面都带来了麻烦，从而增加了运行成本。,18,电弧法电弧法制乙炔是利用气体电弧放电产生的高温对天然气进行热裂解制得乙炔的。,电弧法制乙炔工艺流程示意图,1电弧炉；2炭黑沉降器；3旋风分离器；4泡沫洗涤塔；5湿式电滤器；6碱洗塔；7油洗塔；8气柜；9解吸塔；10加热器；11冷却器 12贮槽；13 泵,19,电弧裂解炉结构：,以天然气或C1C4烃为原料，同时作为放电气体沿切线方向进入既是反应器又是电弧发生器的中空柱形区，形成旋涡运动，然后通过外加电能产生电弧。天然气在电
7、弧高温区内被裂解形成含乙炔的裂解气，然后沿中心管出来急冷。,20,电弧法的优缺点,电弧法要求天然气中的CH4的含量要较高。以甲烷的量为92.3%的天然气使用电弧法裂解所得裂解气制的烃类体积分数（%）如下表所示。CH4 C2H2 C2H4 C2H6 C3H4 C3H6 C3H8 C4H6 丁二烯 乙烯基乙炔 16.3 14.5 0.90 0.04 0.40 0.02 0.03 0.02 0.01 0.10,21,优点,迅速地作用在反应物上，烃转化为乙炔比部分氧化法明显高很多；做到了原料的循环利用，提高了原料利用率，并提高了乙炔产率。,缺点,对操作变化很敏感，当操作不当会导致大量的副产物形成，因此
8、不能很好地控制甲烷的裂解程度，因而尽管已经工业化，但并未得到广泛使用。,22,部分氧化法 天然气生产乙炔中应用最多的方法，但成本较高，还必须建立空分装置以供给氧气。由于有氧气参加反应，使生产运行处于不安全范围内，因而必须增设复杂的防爆设备。氧的存在使裂解气中有氧化物存在，在分离和提浓时费用提高，成本,23,电弧法：利用电弧所产生的高温来使天然气裂解成乙炔的，裂化气中残余甲烷相对较多。优点是能量能迅速的作用在反应物上，烃转化为乙炔比蓄热炉法或部分燃烧法明显高很多。缺点是它对操作变化很敏感，当操作不当时会导致大量的副产物形成。,24,乙炔尾气的应用,（1）尾气组成 尾气中CO和H2的含量达到90%以上；H2/CO比约2.11；(H2-CO2)/(CO+CO2)1.75（2）应用 合成甲醇、二甲醚以及合成油的良好原料。,
