一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法与流程

本发明涉及乙炔生产，具体涉及一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法。

背景技术：

1、乙炔是一种重要的化工原料，利用乙炔合成高附加值化学品，并替代传统石油合成路线对我国具有重要的意义。结合乙炔和一氧化碳的羰基化反应是乙炔转化的重要反应之一。通过乙炔羰基化可以得到丙烯酸(酯)，丁二酸(酯)，丁烯二酸(酯)等高价值精细化工产品。

2、传统的乙炔来源有电石法和天然气部分氧化法。国外目前已经基本舍弃高污染、高能耗的电石法制乙炔。天然气部分氧化法对设备和控制要求极高，且天然气消耗和碳排放极大。

3、热等离子体是一种优秀的高能反应介质，其特点在于高温、高焓值、反应速度极快。目前利用热等离子体裂解甲烷或煤制备乙炔已经达到中试阶段，其主要工艺步骤和传统的天然气部分氧化法类似，包括原料反应-急冷-气体吸收分离。专利(cn1235846c)报道了一种利用热等离子体裂解甲烷生产乙炔和炭黑的方法，该方法利用气体膨胀实现反应尾气的急冷，并通过改变反应停留时间调控乙炔和炭黑的选择性，然而以乙炔为主产物时积碳选择性仍然较高。专利(cn1844066a)则报道了一种利用针状放电实现甲烷偶联制备乙炔的方法，但是该反应器结构复杂且热效率低，难以放大。甲烷裂解制备乙炔是一个高温，快速的反应。为了最大化乙炔的收率必须在很短的时间内对气体急冷，以停止乙炔的进一步分解积碳。急冷带来能量损失很难避免。

4、综上所述，利用热等离子体制备乙炔的工业化面临着反应过程中提高热效率，积碳结焦，和下游工艺匹配的问题。而改善能量效率、抑制积碳的关键在于开发新型等离子体甲烷反应体系。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，解决现有技术中利用热等离子体制备乙炔的工业化反应过程中热效率低，积碳结焦，和下游工艺匹配的技术问题。

2、本发明公开了一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，包括以下步骤：将工作气体1通入热等离子体反应装置的放电模块的，工作气体2、工作气体3分别流入热等离子体反应装置的两个反应模块，反应模块1和反应模块2，发生耦合反应，得到一氧化碳，乙炔和氢气的混合气体；

3、所述工作气体2和工作气3均为低碳烃类气体和二氧化碳的混合气体；

4、所述混合气体中低碳烃类气体和二氧化碳的整体体积比大于1。

5、进一步的，所述混合气体中低碳烃类气体和二氧化碳的体积比为1.5-2。

6、进一步的，所述热等离子体通过热等离子体反应装置的放电模块实现，等离子体类型为直流电弧等离子体，其电压范围为55-1200v，电流范围为50-1000a。

7、进一步的，所述的直流电弧等离子体，放电模块的工作气体1为ar、he、n2、ch4、co2、co的一种或两种与h2的组合，其中h2的体积分数为5％～85％，优选为5％～35％。

8、进一步的，所述的直流电弧等离子体，其放电模块材质为铜、铁、锆、钨、石墨中的一种或两种以上的组合。

9、进一步的，所述的直流电弧等离子体，其放电电极为铜、钨、锆中的一种或两种以上的组合。

10、进一步的，所述直流电弧等离子体，其反应模块材料为不锈钢、铁、锆、钨、石墨、铜、合金中的一种或两种。

11、进一步的，所述低碳烃类气体包括甲烷或c2～c5烃类。

12、进一步的，所述工作气体1、工作气体2和工作气体3的体积流量比为1/0.5～5/0～3.5，优选为1/1.5～3.5/0.5～2.0；反应压力为0.1mpa～0.5mpa，优选为0.1mpa～0.3mpa。

13、进一步的，气体在反应器中的停留时间为1－12ms。

14、进一步的，反应时所述等离子体反应器中氧体积含量小于0.2％。

15、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

16、1.本发明提供一种利用热等离子体将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法。本发明实现了二氧化碳还原和甲烷裂解偶联反应的耦合，充分利用甲烷裂解制备乙炔时多余的热量。相比传统水急冷，本发明使得回收尾气热量成为可能，进一步提高能量利用率。同时，含氧组分的引入可以在不显著降低乙炔收率的同时抑制积碳。

17、2.本发明甲烷的转化率可达90％；二氧化碳转化率为99％；一氧化碳选择性为大于60％，乙炔选择性大于30％；尾气中一氧化碳和乙炔比例在1.5-3.5。反应得到的尾气可以直接用作下游乙炔羰基合成的原料气，无需或仅需简单的分离过程除去微量高级烃类和少量积碳即可，简化整体分离流程、重复性好、操作安全可靠等特点，有着广阔的工业应用前景。

技术特征：

1.一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：包括以下步骤：将工作气体1通入热等离子体反应装置的放电模块的，工作气体2、工作气体3分别流入热等离子体反应装置的两个反应模块，反应模块1和反应模块2，发生耦合反应，得到一氧化碳，乙炔和氢气的混合气体；

2.根据权利要求1所述的一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：所述热等离子体供热通过等离子体发生模块实现，等离子体类型为直流电弧等离子体，其电压范围为55-1200v，电流范围为50-1000a。

3.根据权利要求2所述的一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：所述的直流电弧等离子体，其工作气体1为ar、he、ch4、co2、co、h2中的一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求2所述的一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：所述的直流电弧等离子体，其放电模块材质为铜、铁、锆、钨、石墨中的一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求2所述的一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：所述的直流电弧等离子体，其放电电极为铜、钨、石墨中的一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求2所述的一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：所述直流电弧等离子体，其反应模块材料为不锈钢、铁、锆、钨、石墨、铜、合金中的一种或两种。

7.根据权利要求1所述的一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：所述低碳烃类气体包括甲烷或c2～c5烃类。

8.根据权利要求1所述的一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：所述混合气体中低碳烃类气体和二氧化碳的体积比为1.5-2。

9.根据权利要求1所述的一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：所述工作气体1、工作气体2和工作气体3的体积流量比为1/0.5～5/0～3.5，优选为1/1.5～3.5/0.5～2.0；反应压力为0.1mpa～0.5mpa，优选为0.1mpa～0.3mpa。

10.根据权利要求1所述的一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，其特征在于：所述反应气在反应器中的停留时间为1-12ms。

技术总结本发明涉及乙炔生产技术领域，具体涉及一种将甲烷和二氧化碳一步转化为乙炔羰基化反应原料气的方法，包括以下步骤：将工作气体1通入热等离子体反应装置的放电模块的，工作气体2、工作气体3分别流入热等离子体反应装置的两个反应模块，反应模块1和反应模块2，发生耦合反应，得到一氧化碳，乙炔和氢气的混合气体；工作气体2和工作气3均为低碳烃类气体和二氧化碳的混合气体；所述混合气体中低碳烃类气体和二氧化碳的整体体积比大于1。本发明甲烷的转化率可达90％；二氧化碳转化率为99％；一氧化碳选择性为大于60％，乙炔选择性大于30％；尾气中一氧化碳和乙炔比例在1.5‑3.5。技术研发人员：王佳杰,杜佳奇,王小莉,毛震波,李军,康仲良,赵安民,陈鹏,李克兵,王光永受保护的技术使用者：西南化工研究设计院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2