一种热等离子体反应器的清焦方法技术

本发明专利技术公开了一种热等离子体反应器的清焦方法，裂解反应结束后，通入清焦气体，通过与结焦物发生反应完成清焦；所述的清焦气体为二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气。本发明专利技术所述的清焦方法具有经济性好、安全性高、绿色环保且适应性广的特点，所述的清焦方法适合于不同类型的热等离子体反应器，且针对不同性质及不同含量的结焦物均具有显著的清除效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热等离子体高温下的反应工程领域，特别涉及一种热等离子体反应器 的清焦方法。
技术介绍
随着石油资源的逐渐耗竭和油价的不断上涨，人们纷纷将目光投向资源更加丰富 的煤。乙炔作为可从煤中大量获取的基础化工原料，对石油及乙烯下游产品有很好的替代 性。我国生产乙炔的方法有电石水解法和甲烷部分氧化法两种，前者生产流程长、C0 2排放 量大、污染严重，后者则受限于国内有限的天然气资源。 热等离子体裂解煤制乙炔技术利用热等离子体高温（> 3000K)、高焓、富含活性 粒子的特点，首先将煤粉通入热等离子体中，使其快速升温热解、释放出挥发分，并发生毫 秒级裂解反应，裂解气淬冷后可得到乙炔为主要成分的裂解气。该技术用水量少、不额外产 生C0 2、也无严峻的废水处理问题，是一种典型的清洁、高效煤转化过程，具有很好的发展前 旦 -5^ 〇 目前对热等离子体裂解煤、烃类等富含碳氢化合物原料制乙炔的机理及工艺研究 已基本成熟，美国、德国和中国还分别建立了 1?5MW热等离子体裂解煤制乙炔中试装置， 开展了大量的工程研究工作，证明了该技术的经济可行性。 但是在煤粉进入等离子体反应器内，在发生裂解反应过程中，反应器内壁不断有 结焦物生成并逐渐变厚，造成反应器内壁的直径缩小，增加气体流动的阻力，极大地破坏系 统运行的稳定性，严重影响着该技术的工业化。因此，如何彻底、高效的清焦成为产业化过 程中急需解决的关键问题。 常用的清焦方法包括物理清焦和化学清焦。物理清焦法，如机械清焦或激波清焦， 机械清焦法是采用刮削器清除结焦物，优点是不影响反应器的连续运行，缺点是刮削器易 烧损，且对材料要求很高。化学清焦法是向反应器中通入氧气或水（水蒸气），直接与壁面 的结焦物反应，达到快速清焦的目的。其中，氧气清焦法的反应器结构简单、容易实现，但若 通入的氧气与氢气混合时操作不当，有爆炸的危险；水（水蒸气）清焦法效果虽好，但能耗 较高，水蒸气冷凝还容易引起设备短路，存在安全隐患。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型的化学清焦方法，以二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气 作为清焦气体，具有清焦时间短、清焦效率高的特点，而且更加安全、能耗更低。 本专利技术公开了，裂解反应结束后，通入清焦气 体，通过与结焦物发生反应完成清焦；所述的清焦气体为二氧化碳或二氧化碳与氢气的混 合气。 本专利技术中，当热等离子体裂解反应结束时，停止向反应器中通入裂解反应的原料， 而是向反应器中通入清焦气体，清焦气体在反应器的高温、高焓、富含活性粒子的等离子体 环境中，与反应器内壁的结焦物接触并发生反应，从而将结焦物清除干净。 当清焦气体为二氧化碳时，co2可在高温下与碳反应生成C0,该反应在碳表面分两 步进行，第一步：co 2分子接近碳表面，其中一个氧在碳表面生成氧化复合物并解离出一分 子C0,第二步：氧化复合物分解并从碳表面脱附生成另一分子C0,结焦物的主要成分是碳， 因此在热等离子体高温状态下，通过co 2与碳的两步反应可以达到清焦的目的； 当清焦气体为二氧化碳与氢气的混合气时，部分C02按上述机理与结焦物发生反 应从而清除结焦物，此外，C0 2还与H2在热等离子体高温下发生逆水汽变换反应，反应生成 的水蒸汽等离子体可以与结焦物发生快速反应，起到清焦的作用。因此，以二氧化碳与氢气 的混合气作为清焦气体时，两种清焦作用同时发生，起到协同作用，提高了清焦速率及清焦 效果。因此，优选清焦气体为二氧化碳与氢气的混合气。 通过改变混合气中C02与H2的比例，可以调节清焦反应的速率，作为优选，混合气 中二氧化碳的含量> 5vol %，进一步优选，混合气中二氧化碳的含量为20?80vol %，优选 范围内，清焦速率最快且清焦效果最好。 作为优选，所述的清焦气体在裂解反应结束的同时通入反应器中，一方面避免裂 解原料与清焦气体反应造成不必要的原料消耗，另一方面减少非裂解反应占用的时间、降 低过程能耗。 本专利技术的清焦过程与裂解反应交替进行，为了尽量降低清焦过程对裂解反应和后 续气体分离过程的影响，一般将清焦气体与结焦物反应清焦的时间控制在1?30s，最佳时 间为1?l〇s。 所述热等离子体裂解反应采用的热等离子体可以是由氢气、氩气或氮气中的至少 一种在等离子体发生器中进行电弧放电产生的，其温度一般在2, 000K以上，最高可以高于 10, 000K。 所述热等离子体裂解反应的原料包括煤、气态或液态的烃类、生物质，以及其它富 含碳氢化合物的物质。虽然不同原料的元素组成有较大差异，导致其产生的结焦物的含量 差异很大、性质上也有所差别，但这些结焦物均可用本专利技术的清焦方法进行清除。因此，本 专利技术的清焦方法具有广泛的适用性。 所述的裂解反应器包括电弧法裂解反应器和射流法裂解反应器两种类型。电弧法 裂解反应器的原料一般从电弧上游通入反应器中，射流法裂解反应器的原料从等离子体射 流侧面通入反应器中。 当采用电弧法裂解反应器时，清焦气体通入反应器的方式有两种：一种是清焦气 体从电弧上游通入反应器，另一种是清焦气体从电弧下游的等离子体射流侧面通入反应 器； 当采用射流法裂解反应器时，清焦气体从等离子体射流侧面通入反应器。 当清焦气体为二氧化碳与氢气的混合气时，二氧化碳与氢气在热等离子体反应器 外预混合； 或者是，将二氧化碳与氢气分别通入热等离子体反应器后在反应器中混合。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于： 1)经济性好：C02来源广泛、价格低廉，C02清焦过程能耗低，大大降低了清焦过程 的成本； 2)安全性高：C02化学性质稳定，不燃烧也无爆炸性危险，也不会引起设备短路； 3)绿色环保：采用0)2清焦可以降低碳排放量，清焦的产物为0)和!1 2，不会产生二 次污染； 4)适应性广：C02清焦适合于不同类型的热等离子体反应器，且针对不同性质及不 同含量的结焦物均具有显著的清除效果。 【具体实施方式】 实施例1 采用电弧法等离子体裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以煤粉为裂解原料。 裂解反应进行3min后停止进煤和氢气，同时从电弧的上游通入C0 2进行清焦。清焦反应进 行20s后，打开反应器观察，发现结焦物仍有少量残留。装配好反应器，继续通入C02进行 清焦反应，5s打开反应器观察，发现结焦物已经被清除干净。 实施例2 采用电弧法等离子体裂解反应器，以H2和Ar混合气（Ar含量为30vol % )放电产 生热等离子体，以煤粉为裂解原料。裂解反应进行3min后停止进煤和氢气，同时从电弧上 游通入C02进行清焦。清焦反应进行30s后，打开反应器观察，发现结焦物已经被清除干净。 实施例3 采用电弧法等离子体裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以煤粉为裂解原料。 裂解反应进行5min后停止进煤，同时从电弧上游通入C0 2进行清焦，C02与H2在反应器内形 成混合气（C02含量为50v 〇l% )。清焦反应进行10s后，打开反应器观察，发现结焦物已经 被清除干净。 实施例4 采用电弧法等离子体裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以丙烷为裂解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热等离子体反应器的清焦方法，其特征在于，裂解反应结束后，通入清焦气体，通过与结焦物发生反应完成清焦；所述的清焦气体为二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气。

【技术特征摘要】
1. 一种热等离子体反应器的清焦方法，其特征在于，裂解反应结束后，通入清焦气体， 通过与结焦物发生反应完成清焦； 所述的清焦气体为二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气。2. 根据权利要求1所述的清焦方法，其特征在于，所述的清焦气体为二氧化碳与氢气 的混合气，混合气中二氧化碳的含量> 5vol %。3. 根据权利要求2所述的清焦方法，其特征在于，所述混合气中二氧化碳的含量为 20 ?80vol%。4. 根据权利要求2或3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻光东，苏宝根，任其龙，邢华斌，鲍宗必，张治国，杨启炜，陈丰秋，何潮洪，陈新志，吴忠标，荣冈，陈隆道，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33