專(zhuān)利名稱(chēng)：增加氫等離子體炬穩(wěn)定性和功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)化工與等離子科學(xué)領(lǐng)域。具體涉及甲烷等氣態(tài)烴類(lèi)化合物在等離子體裂解煤制乙炔中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
乙炔是重要的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，素有“有機(jī)合成之母”的稱(chēng)號(hào)。乙炔不僅用來(lái)生產(chǎn)聚氯乙烯、丙烯腈、氯丁橡膠、聚乙烯醇等化學(xué)品，還可以用于焊接與切割，在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。乙炔的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法有電石法、天然氣部分氧化法、石油裂解法等。電石法以煤為原料制焦炭，煅燒石灰石生產(chǎn)氧化鈣，在電石爐中以焦炭與氧化鈣為原料生產(chǎn)電石，電石與水反應(yīng)生成乙炔。該工藝方法的缺點(diǎn)是能耗高，產(chǎn)生“三廢”多，嚴(yán)重污染環(huán)境，工藝路線(xiàn)長(zhǎng)不利于連續(xù)化生產(chǎn)。天然氣部分氧化法天然氣部分氧化法工藝技術(shù)復(fù)雜、成本高，而且生產(chǎn)乙炔需要聯(lián)產(chǎn)甲醇，因此在遠(yuǎn)離天然氣資源和甲醇市場(chǎng)的地方，很難建設(shè)該裝置。石油裂解法石油裂解制乙炔較電石法經(jīng)濟(jì)，但我國(guó)是石油資源缺乏而煤炭資源豐富的國(guó)家，且石油價(jià)格受?chē)?guó)際形勢(shì)影響波動(dòng)很大，不利于長(zhǎng)遠(yuǎn)生產(chǎn)。
而煤與乙炔的氫碳比(H/C)很接近，故以煤為原料在等離子體氛圍下直接生產(chǎn)乙炔是合理的工藝路線(xiàn)。在等離子體炬中直接裂解煤制乙炔，可以從根本上解決電石法制乙炔的“三廢”污染問(wèn)題。我國(guó)是煤炭資源豐富而石油資源短缺的國(guó)家，因此開(kāi)發(fā)等離子體裂解煤制乙炔的技術(shù)對(duì)我國(guó)煤化工的發(fā)展有重要的意義。
目前等離子體裂解煤制乙炔的實(shí)驗(yàn)裝置所用的氣體主要有氮?dú)?、氬氣、氫氣等。?dāng)用氮?dú)鈺r(shí)，氮?dú)馀c含豐富碳、氫、氧等元素的煤粉在電弧或等離子體炬產(chǎn)生的高溫等離子體氛圍下反應(yīng)，將生成劇毒氰化氫、一氧化碳與其他氮氧化合物，這將增加等離子體法制乙炔的后處理的難度，因此限制了氮等離子體炬在裂解煤制乙炔的應(yīng)用。使用氬氣為保護(hù)氣裂解煤制乙炔成本高，不利于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。利用氫氣裂解煤制乙炔時(shí)，由于氫等離子體是高焓且導(dǎo)熱性高的等離子體形成的電弧具有不穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致等離子體炬不能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，致使無(wú)法大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)乙炔發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述等離子體裂解煤制乙炔工藝的不足之處。本發(fā)明提供了一項(xiàng)增加氫等離子體炬穩(wěn)定性和功率的方法，是一種等離子體裂解煤制乙炔的新工藝方法，利用甲烷等氣態(tài)烴類(lèi)化合物保護(hù)等離子炬及反應(yīng)器，從而高效率運(yùn)用等離子體裂解煤制乙炔。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下增加氫等離子體炬穩(wěn)定性和功率的方法，其特征在于在氫等離子體炬工作狀態(tài)下，從氫等離子體炬位于正負(fù)電極之間的氣體噴嘴中連續(xù)穩(wěn)定的噴入氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物到等離子體炬中，氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物在電弧的作用下電離形成粒度很細(xì)的碳黑，生成的碳黑貼附在等離子體炬的內(nèi)表面電極上，在等離子炬內(nèi)表面電極形成保護(hù)層，氣態(tài)烴類(lèi)化合物或氣態(tài)烴類(lèi)混合物沿等離子體炬內(nèi)表面形成環(huán)柱狀氣旋，兩者使高焓且導(dǎo)熱性高的氫等離子穩(wěn)定的從等離子炬中進(jìn)入到反應(yīng)器中。
所述的氣態(tài)烴類(lèi)化合物是甲烷或乙烷或其它烴類(lèi)化合物，其混合物是甲烷、乙烷的混合物，或甲烷、乙烷、其它烴類(lèi)化合物的任意混合物，所述的氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物的噴入體積量保持為占?xì)涞入x子體炬的內(nèi)各種氣體體積總量的2-10％。
所述的氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物的噴入體積量保持為占?xì)涞入x子體炬的內(nèi)各種氣體體積總量的2-7％。
噴入甲烷等氣體有效的保護(hù)了氫等離子體電弧在等離子炬中穩(wěn)定形成，使等離子炬穩(wěn)定輸出功率，從而使等離子體炬長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的運(yùn)行，將煤粉穩(wěn)定輸送到等離子體炬產(chǎn)生的高溫氫等離子中與之反應(yīng)生成乙炔，為工業(yè)化生產(chǎn)乙炔創(chuàng)造了條件。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1從正負(fù)電極的氣體噴嘴中將含量不同的甲烷氣輸送到等離子炬中，在1800K至2000K裂解煤制乙炔。當(dāng)?shù)入x子炬中甲烷氣的含量占2％體積時(shí)(其余為氮、氬、氫氣)，生成的乙炔濃度為9.7％，等離子體炬功率為1.1MW。當(dāng)甲烷氣的含量為4％體積時(shí)，生成的乙炔濃度為12.5％，等離子體炬功率為1.3MW。當(dāng)甲烷氣的含量為7％體積時(shí)，生成的乙炔濃度為14.6％，等離子體炬功率為1.6MW。
實(shí)施例2將含量不同的甲烷、乙烷混合氣(各占一半體積)輸送到等離子炬中，在1800K至2000K裂解煤制乙炔。當(dāng)混合氣的含量為2％體積時(shí)(其余為氮、氬、氫氣)，生成的乙炔濃度為8.6％，等離子體炬功率為1.08MW。當(dāng)混合氣的含量為4％體積時(shí)，生成的乙炔濃度為10.5％，等離子體炬功率為1.2MW。當(dāng)甲烷氣的含量為7％體積時(shí)，生成的乙炔濃度為12.3％，等離子體炬功率為1.45MW。
權(quán)利要求
1.增加氫等離子體炬穩(wěn)定性和功率的方法，其特征在于在氫等離子體炬工作狀態(tài)下，從氫等離子體炬位子正負(fù)電極之間的氣體噴嘴中連續(xù)穩(wěn)定的噴入氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物到等離子體炬中，氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物在電弧的作用下電離形成粒度很細(xì)的碳黑，生成的碳黑貼附在等離子體炬的內(nèi)表面電極上，在等離子炬內(nèi)表面電極形成保護(hù)層，氣態(tài)烴類(lèi)化合物或氣態(tài)烴類(lèi)混合物沿等離子體炬內(nèi)表面形成環(huán)柱狀氣旋，兩者使高焓且導(dǎo)熱性高的氫等離子穩(wěn)定的從等離子炬中進(jìn)入到反應(yīng)器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的氣態(tài)烴類(lèi)化合物是甲烷或乙烷或其它烴類(lèi)化合物，其混合物是甲烷、乙烷的混合物，或甲烷、乙烷、其它烴類(lèi)化合物的任意混合物，所述的氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物的噴入體積量保持為占?xì)涞入x子體炬的內(nèi)各種氣體體積總量的2-10％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物的噴入體積量保持為占?xì)涞入x子體炬的內(nèi)各種氣體體積總量的2-7％。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種增加氫等離子體炬穩(wěn)定性和功率的方法，其特征在于在氫等離子體炬工作狀態(tài)下，從氫等離子體炬位于正負(fù)電極之間的氣體嘖嘴中連續(xù)穩(wěn)定的噴入氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物到等離子體炬中，氣態(tài)烴類(lèi)化合物或其混合物在電弧的作用下電離形成粒度很細(xì)的碳黑，生成的碳黑貼附在等離子體炬的內(nèi)表面電極上，在等離子炬內(nèi)表面電極形成保護(hù)層，氣態(tài)烴類(lèi)化合物或氣態(tài)烴類(lèi)混合物沿等離子體炬內(nèi)表面形成環(huán)柱狀氣旋，兩者使高焓且導(dǎo)熱性高的氫等離子穩(wěn)定的從等離子炬中進(jìn)入到反應(yīng)器中。
文檔編號(hào)C07C11/24GK1807371SQ200610038150
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月26日
發(fā)明者方世東, 熊新陽(yáng), 孟月東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所