文档介绍：------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————天然气等离子体法制乙炔_ 张祥富第4期张祥富等: 天然气等离子体法制乙炔 39 天然气等离子体法制乙炔张祥富曾达权( 中国科学院成都有机化学研究所 610041) 技术开发摘要: 论述了天然气制乙炔的发展概况, 并从技术经济角度比较了 3 种乙炔生产方法, 其中天然气等离子体法在有效利用与节约能源、生产成本、安全性和环保等方面均优于部分氧化法和电石法, 是一种很有前途的新方法。关键词: 天然气; 等离子体; 乙炔 0 引言天然气是当今世界三大支柱能源(煤、石油、天然气) 之一, 随着石油的不断开采, 人们预计到下个世纪石油危机将至。世界天然气的探明储量在不断增长, 按现在的开采速度可供 200 年以上。因而今后天然气的能源地位将会得到进一步提高。我国的天然气储量也在不断增长, 而石油储量将越来越少。发展天然气化工前景光明。目前, 除利用天然气制合成氨、甲醇和乙炔外, 其他能形成大规模生产的工业产品尚不多, 主要是因经济性尚不能与石油化工相比。因此进一步改进工艺技术, 从而改善其经济性, 将是今后相当一段时间内的奋斗目标。------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————乙炔是有机化工的重要基本原料。本世纪 70 年代以来, 石油化工的不断发展, 大量提供了较廉价的乙烯和丙烯, 在不少领域中, 乙炔被乙烯和丙烯所取代。然而, 由于各国资源条件和经济发展的状况不同, 以及由乙炔加工的某些产品仍具有过程简单、收率高、投资省等特点, 因此, 乙炔在有机化工中仍占一席之地。以天然气为原料生产乙炔的方法很多, 但工业化的却仅有部分氧化法、电弧法和等离子体法。对部分氧化法的研究我国始于本装置, 经十多年的引进消化研究, 现已有国产化装置( 万 t/a) 投入运行( 但需进口部分设备和仪表)[1] 。为合理利用我国天然气资源, 探索先进的乙炔生产路线, 中科院成都有机化学研究所自60 年代即开展了天然气等离子体法制乙炔的研究, 经过多年工作, 在小试探索和原油裂解制乙炔、乙烯扩大试验基础上,开展 150kWh 级裂解天然气制乙炔的研究[3] 。[2] 1 方法原理与特点等离子体是物质的第四态。它是由带负电的粒子( 如电子) 、带正电的粒子( 如离子) 和中性粒子( 如原子) 等组成。其总体保持电中性,并具有导电性。通常称的等离子体是部分或全部电离的气体。在等离子体内, 粒子除作热运动外, 还要产生等离子体振荡。当有磁场存在时,其运动还将受到磁场的影响和支配。因而, 等离子体与普通气体有显著的区别。等离子体一般采用温度或热平衡状态划分。当粒子温度在 105 ~ ------------------------------------------------------------------------------------------------ —————————————————————————————————————— 108K 时, 属高温等离子体; 粒子温度小于 10K 时属低温等离子体。其各种粒子处于热平衡( 或局域热平衡) 状态的称为热等离子体, 如电弧等离子体。该 5 天然气化工 401998 年第 23 卷并处于局域热平衡状态, 同时还具有能量集中和高速运动的特点[4] 。电弧法天然气制乙炔是利用电弧所产生的高温来使天然气裂解成乙炔的。它没有成流气, 也就没有更高温度的等离子射流, 电能利用率低于等离子体法, 所以裂化气中残余甲烷相对较多。从热力学角度考虑, 高温下甲烷的碳氢体系, 其反应产物完全由反应温度决定。其产率随温度的升高而降低, 当体系温度超过 1500K 时, 发生强吸热反应[5]: 2C+H2WC2H2- 炔分解的速度快, 故需采用极短的停留时间(10-3s) 和有效的急冷措施, 使生成的裂解气迅速冷却, 防止乙炔分解。电弧等离子体的温度可达 5000 ~ 50000K, 足以提供裂解甲烷所需的高温。当直流电在一对电极间形成稳定的电弧时, 让等离子体成流气( 以下简称成流气) 通过它, 成流气被部分电离, 经气体、器壁和电磁压缩后, 形成一股温度很高的等离子射流, 利用这股高温射流裂解天然气。用氢作成