由在等离子反应器中热解烃生产碳黑和氢气的方法及装置制造方法及图纸

在通过用反应室中的等离子炬（３）热解烃生产碳黑和氢气的方法中，调节反应室（１）的压力、氢气等离子气和烃的进料速率和在反应室（１）中喷射喷嘴（２）的角度以便在反应室的中心区域以一定的位置形成反应区（５），其确定了用于分解烃为氢气和碳黑的反应焓，以得到所要求的碳的质量，焓值被调节在１－５０ｋＷ／ＮＭ↑［３］／ｈ的范围内，反应区域中的温度保持在１０００－４０００℃。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于烃类高温分解成碳和氢气的方法和装置。现有技术中存在许多用于烃类高温分解成碳和氢气的方法以及系统，因而可生产许多不同质量和密度的碳。在这方面，本申请人已开发了各种方法，列为本文参考文献的为，例如，申请人的挪威专利申请No.914904和No.921359。这些申请涉及用于连续生产碳黑形式的碳和氢气的方法和系列。大多数现有的已知技术不得不描述为非连续方法，其中，装置仅可在短时间内操作，或其中，由所形成的碳生产其他演变的产物。此外，没有进行完全的分解，因而最终的产物是不纯的碳和氢气。在连续过程中，传统的生产碳黑的方法是通过输入空气燃烧烃类进行的。所获得的质量与方法有关，在方法中，被输入空气或氧气，不管以过量或不足的方式使用氧气。这些方法是低效率的，因为将要被转化的大部分烃类用作过程的能源，因而，得到低的利用系数。此外，由于燃烧过程不完全，进一步降低了产率，于是，导致产生了碳和氮的氧化物。来自该过程的废气除了用作为燃料气体外不能用于任何其他用途，因而释放了污染环境的气体。就烃原料的利用系数而言，热解已被证实有效得多并且利用等离子炬(plasmatorches)已进行了许多实验。然而，如上所述，由于沉积在电极上和反应室中从而导致过程停止，热解不能以任何连续生产方式进行。因此，对于本申请人的上述专利申请中所描述的这些方法，还没有研制出连续热解生产碳黑的方法。然而，在烃类的高温裂解过程中，所生产的碳的质量将取决于操作系数。所生产的碳原则上属于两种主要种类中的一种，即或者是碳黑或者是碳黑和也称之为高温热解碳的焦。碳黑是低密度物质，在气相中在高于700℃，通常高于1100℃的温度下形成。因此，人们要求能够控制该生产过程以便获得具有预定质量的碳黑，即，一种以该方式可控制的方法，即，通过该方法，可根据需要生产不同质量的碳黑。因此，本专利技术的一个目的是提供一种方法和系统，它们能移实现边种控制的方法。或者是通过系统的设计和它的操作以获得特定的质量，或能够以这样的方式调节系统，以便使系统可从生产一种质量转变成生产另一种质量。本专利技术的另一个目的能够生产一种最终产品，其在整个生产过程中保持稳定和均匀的质量，因而避免了生产具有不同物理性质的碳黑。这些目的通过以权利要求书中存在的特征为特点的方法和系统达到的。为了使本专利技术能够得到令人满意的结果，重要的是它也应当能以能源的经济使用和差不多连续地进行。应注意应确保操作条件和系统的设计是这样的状态，以致在反应器和下游的设备中没有出现所产生的物质的阻塞的沉积。同时，重要的是在反应器室内保持限定的温度梯度以可能使产物获得最均匀质量。业已发现本专利技术，采用相互之间的和在限定范围内的操作条件的精确控制，能够以这样的方式控制方法，使得所得到的产物能够预先确定而同时使产物质量保持在均匀的程度。同时，就能源而言，该方法能够经济地进行操作。通过本专利技术可达到了这样的目的，即，生产方法可以在正常原料，如甲烷的情况下，以简单的方式在发生分解的实际反应区域中通过调节反应条件来控制。这不是在本专利技术所述的设备的反应室中的一般条件，而是在实际反应区域中的一般条件，在实际反应区域中，很难测量所存在的条件。然而，如果研究了反应区域中全部的能量的相互关系和能量消耗，人们将发现，分解过程的关健因素是能量的供给和使用，即在该区载中存在的焓状态。本专利技术人认识到这样的事实，并进一步认识到，通过简单的方式和根据对影响该区域中焓值的这些因素所作的计算能够调节和调整分解过程，以得到所需的产物。我们进一步发现，为得到连续过程，该焓值必须在本专利权利要求书所述的范围内。此外，必需在生产碳黑所必须的温度范围内。根据本专利技术，存在三个能用于控制这些焓值条件的主要方式，即，温度、反应室中的压力和导入原料气体或烃进料的角度。该认识是出乎意料的，但其基于这样一种事实，即反应区域根据这些条件，尤其是根据烃物流的进料角度将位于不同的位置。这种变化可通过调节喷射喷嘴的角度很简单地得到，但是，这种变化也可以通过改变进料速率来改变或除此之外。这些反应系数可以用来对照。在此基础上可画出一组系数，其将提供精确规定的最终产品的质量，从而也确定了过程的效率。因此，提供了一种用在热解反应器中控制生产预定值的碳黑的简单方法。根据本专利技术，反应区域中的焓应在1至50KW/NM3/h，优选2至20kw/Nm3/h之间，同时，温度应在1000-4000℃，优选1600-3000℃之间。用于实施该方法的装置包括上述本申请人的以前的申请中本来已知的许多部件，因而通常将包括一根伸入反应室中的吹管(torch)，在反应室的四壁中有若干用于供人额外的气体，如产物气体的输入口，在反应室的另一端有用于所形成的产物的出口，该出口连接冷却系统。根据本专利技术，用于输入额外的烃气体和/或等离子气体的喷咀被安装成可调节角度，在燃烧室周围分别呈不同的角度。在最简单的方式中，这种系统可被设计成仅有一组固定的喷嘴，其被调节用于一种特定的生产过程。用于调节焓值所要求的那些参数因而可简单地通过这样一个系统控制。现在，本专利技术通过具体实例和所附的附图更详细地详述，附图包括附附图说明图1本专利技术装置的设计原理;附图2A、2B示意性地说明本装置的反应区域的效果的两张草图;附图3A、3B说明本专利技术的一个具体实例的示意性的侧视图和剖面图，和附图4-6用于调节可获得提所要求的碳黑质量的参数的模拟曲线的例子。附图1是完全示意性地说明本专利技术的基本原理。烃的高温分解在反应室1中进行，反应室通常为延伸的管形，但这里仅仅是示意性地表示。以垂直方式构造的吹管3伸入燃烧室中，用例如氢气作为等离子气体进行操作。在燃烧室1的另一端，有一个用于所形成的产物的出口4。参考号数2表示如何在反应器中设置用于烃的进料孔，在园周上进料孔的数量和所处多少高度由所要求的产物质量确定。为了减少在反应器侧壁上孔的数量而同时避免在水平平面上过大的浓度梯度，侧孔应/可以能够以相对于水平面的不同角度旋转。在这种类型的反应室中，进行两顶实验，其中烃气体通过与反应室的中心轴呈一定角度的进料孔输入反应室和反应区域5，输入角度分别为45°和60°。术语中心轴指的是由通过反应室的主要物流方向确定的轴。得到的产物被冷却和分离。所生产的碳黑被收集在过滤器中，而气体混合物在烧掉的前作出分析。通过若干方法(包括测量BET表面积)仔细分析碳黑，结果列于如下表中实验1,45°实验2,60°高离子气体,NM3/h BET,m2/g BET,M2/g6454112564718505624-50上述变化是仅仅改变等离子气体速率和原料输入反应器的角度而获得的。该变化被认为由于实际形成碳黑的温度差异而造成的。这指的是在反应器中间的实际反应区域5内的温度，而不是反应器壁或出口温度。事实上，所得的结果表明，仅仅通过改变原料的输入角度，就能得到产物质量的大的变化。该表进一步说明，在等离子气体的量改变时，所测量的产物表面积达到最佳值。这是由于如下事实，即在主要反应区域中温度通过一最佳值，即使焓也如此，因而，在等离子气体的量增加，等离子气体的温度稳定下降，这种现象的原因是已经反应的并且相对冷的物料的物流的再次循环。附图2a和2b说明，在主反应区域5中的温度如何通过这种最佳值。在附图2a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在分解反应器中通过用等离子炬（ｐｌａｓｍａ ｔｏｒｃｈ）热解烃类生产碳黑和氢气的控制方法，其中等离子炬优选用氢气作为等离子气体操作，其中烃通过等离子炬中的一个喷射喷咀和反应室中的若干喷射喷咀输入，其特征在于调节反应室中的压力、氢气等离子气的进料速率和反应室中喷射喷咀的角度以使在反应室的中心区域中在某一位置形成一个反应区域，其中用于烃分解成氢气和碳黑的反应焓具有所要求的预定的值，以得到所要求的碳质量，焓值被调节在１－５０ＫＷ／ＮＭ↑［３］／ｈ的范围内，优选２－２０ＫＷ／ＮＭ↑［３］／ｈ，因而反应区域的温度保持在１０００－４０００℃，优选１６００－３０００℃之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S林努，J胡格达尔，K霍斯，
申请(专利权)人：克瓦纳尔技术研究公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]