本发明涉及一种转换方法，更具体地说涉及一种用于生产例如乙炔的有用产品的气体转换反应器和气体转换方法。 众所周知，乙炔是通过用氧气将气态或气化的烃部分氧化而制得的，即先将反应物一同或分别预热，然后将反应混合物送入一个反应室，使该混合物反应，并且将反应气体马上进行冷却或急冷，以得到最大的乙炔产率。急冷通常是将水喷入反应产物中进行的。生产不饱和烃的设备及方法公开在GB P.No821856，834419和876261中。
本发明涉及一种改进的制备例如乙炔、乙烯及更高级烃的不饱和烃的方法，本方法可减少或去除先有技术所存在的问题。
因此，本发明一方面提供了一种制备不饱和烃的方法，在该方法中，（a）将预先混合的烃气体和含氧气体（两者的化学计量比应大于完全燃烧所需量）送入一个反应室，（b）该反应器应制成能使反应物和反应产物之间进行间接换热，（c）将烃气体和含氧气体点火并使其相互反应，（d）将反应产物进行急冷。
本发明另一方面提供了一种气体换化反应器，该反应器包括一个有一个进口区和一个出口区的反应室，该两区域的安排应能使进口区和出口之间进行间接换热，进口区有一个预混合的反应气体的进口，反应室有一个通往急冷区的出口。
出口区的横截面积最好应大于进口区的横截面积。例如，出口区进气端地横截面积初始时可以和进口区相同或相似，但然后横截面积随着其长度扩张。另一种方法是出口区可以为一段或若干段，各段的横截面积可以和进口区相等或大于进口区。使出口区的横截面积大于进口区的面积的其他实施方案也可由此很快地设想出。
在本发明的一个实施方案中，反应室有一个出口区和一个通向出口区的进口区，进口区是中心环隙或管，出口区是环形园筒或室，进口区与出口区有一个共同的壁以使间接换热得以进行。反应物气体通过进口区，然后折回进入出口区，反应在出口区发生。共用壁能使产物和反应物之间进行间接换热。
在本发明的另一个实施方案中，反应室可以采用进口区和出口区的相互连结在一起的平面排列，这样就保持了通过反应器的气体的轴向流动分布。该反应器的平面排布可方便地增加生产能力，并且可直接按比例扩大生产能力。
反应物和反应产物之间的间接换热使燃料富集度在燃烧极限之外的富燃料气体混合物能一起反应。
反应器可由各种能承受反应条件的材料制成。例如，燃烧器可由石英或金属和陶瓷材料如氧化锆、氧化铝、碳化硅来制成。
反应器可以只含有一个反应室，也可以含有多个反应室，反应室可以按一定的方式排布。
反应器可在低于常压、常压或增压下操作。可以设想，反应器的产品取决于反应器的条件，例如在升压下使甲烷部分燃烧时，乙烯产生的可能性要比乙炔大，且高级烃产生的可能性也会增加。
所用的饱和烃最好在常温下是气态，合适的饱和烃为甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。含氧气体最好为空气、富氧空气或纯氧。
反应物可以在进入反应室之前预热和/或预先混合，但是在本发明中，预热一般无必要，这是本发明的一个特征。本发明减少了预热烃和氧这种过程（这是一个很危险的过程）的必要性。
反应产物最好是当其从反应室出来时，将水喷入其中进行急冷，或者用任何能迅速除去热量并不使产物降解的合适方法进行急冷。其他急冷的方法包括气体迅速膨胀法，向反应产物中加入惰性气体如氮或氦的方法，或者通过使用活性的从C2-C4烃到汽油组分直至到重油来急冷。急冷的烃的部分裂解有助于提高目的产物乙炔或乙烯的产率。
出口气体的温度为1250℃左右，这比许多先有技术反应器的情况低很多（先有技术一般为1500℃）。这就避免了剧烈的急冷，同时提高了乙炔的产率。
氢气可以和反应物一起送入反应室，这可以增加乙炔的产率。其他气体如二氧化碳、水/水蒸气或者一氧化碳也可以和反应物一起加入。如需要，惰性气体如氮、氦也可加入。
由于反应器可以使反应物和产物进行换热，这样就既预热了进料（这是必须的），又降低了产物的排出温度。
下面参考附图1～5对本发明进行说明。
图1是本发明生产不饱和烃的反应器的纵截面图，该反应器有一个横截面积大于进口区的分梯级的出口区。图2是沿图1中的Ⅱ-Ⅱ线的反应器的横截面图。
图3表示了本发明生产不饱和烃的一种反应器的纵截面图，该反应器具有逐渐扩大的，横截面积比进口区大的出口区。图4是沿Ⅳ-Ⅳ线的横截面图。
图5是本发明的反应器的平面形式的一部分的示意图，表示出了三个反应室。
在图1中，该反应器包括进口区10，反应室11和出口区12。反应室11为一园筒形，有一个反应物进口13和产物出口14。该室有三个环形空间（10，12，16）和它们之间的环形壁（17，18，19）。进口区为内环隙10，并和进料口13相联，同时还与外环隙12相联。外环隙12的出气端有一个的横截面积大于入口区的阶梯式出口区21。内环隙和外环隙在从进口起最远的园筒的端部相联，这样安排可以使进口气体在反应室内走一条曲折道路，并使其在到达外环隙反应区之前被预热。环状的壁之间有很多突出物，这些突出物有时是有用的，它们可有助于稳定反应。
进口在进入区10的上游，并采用支管进口的形式。出口14从外环隙接受反应产物，由于产物在此向环境放出大量热，所以发生急冷，而且可以在此取样。反应室可有安放热偶的中心管。
在该反应器中，预先混合的甲烷和氧通过与内环隙（进口区10）相联的进口13进入反应室11。反应物气体流经进口区和出口区，从外环隙16出来进入反应室11上面的空间。然后将反应物气体用合适的方法点火，并通过控制燃料气/氧的比例和流量使火变小，直至使火处于阶梯出口区的出口附近。在最佳操作下，可以使火焰小至仅仅处于反应室的顶部。然后由于热量转移到冷进料中，所以不用进一步调节，火焰就会进入出口换热区。随后将气体进料的化学计量比调至所需的燃料富集度。如果需要，预混气体可以进行预热。反应室的结构、流量、温度等的选定应使反应区扩展到反应室的中心环隙。反应产物从外环隙出来进入出口区。出口气体的温度约为1250℃。反应物在反应室中的停留时间取决于温度分布，短停留时间（约小于20～40毫秒）对C2的生成是有利的。
图3和图4表示了反应器的另一种设计，该反应器有横截面扩展的出口区。在图3中，反应器包括进口区30，反应室31和出口区32。反应室31是园筒形，有进料口33和出料口34。该室有3个环形空间30，32，36并具有内壁37，38，39。进口区处于内环隙30中，并与进口30和外环隙32相联。在外环隙的出气端有横截面积大于进口区的扩大出口区41。内外环隙在离进料口最远的园筒的顶端与外环隙相联。这种排布可以使进料气体在反应室中走一条曲折的线路，并且使其在到达外环隙反应区之前就被预热。在环形壁中间有许多突出物，它们有时是有用的，可有助于反应的稳定。
进口在进口区30的上游，并采取支管进口的形式。出口34接受从外环隙来的反应产物，并且在此由于反应产物向环境放出大量的热，所以发生急冷，而且可以在此取样。反应室可以具有一个中心管以安放热偶。该反应器的操作方式与上述的阶梯式出口区反应器相类似。
表1和表3列出了用本发明的反应器得出的结果。表1列出了在图1及图3表示的反应器及在进口区和出口区有基本相同横截面积的反应器中甲烷部分燃烧的结果。表2列出了乙烷在出口区和进口区有基本相同的横截面积的反应器中部分燃烧的结果。
表中结果表明，在阶梯式反应器，即出口区的横截面积大于进口区横截面积的反应器中，乙炔的产率高。氢气共进料的使用在产率没有相对改变的情况下，减小了转化率及提高了对高级烃的选择性。表2表明乙烷部分燃烧的主要产品是乙烯及合成气。
表5表示了平面排列式反应器的一部分。该图表示出了三个并列的反应室单元，这些反应室单元由相互咬合长槽50，51组成，槽50，51相互咬合形成进口区52和出口区53。每个反应室单元的反应产物从出口区出来，在反应室上部混在一起进行急冷。