一种等离子体反应器、反应装置及等离子体裂解重油制乙炔的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种等离子体反应器、反应装置及等离子体裂解重油制乙炔的方法，其中，裂解重油制备乙炔的方法包括以下步骤：将等离子体反应器中的空气排空，接通脉冲电源，待放电稳定后，将重油和工作气体通入等离子体反应器进行裂解，裂解产物经冷却、分离得到乙炔；通过采用脉冲电源驱动放电产生等离子体，利用其上升沿、下降沿和窄脉宽使等离子体能够在ns‑μs量级的时间内将反应器腔体内等离子体区域的气体加热到2000℃以上，并且在短时间维持后，温度也会快速下降，防止因温度持续过高造成乙炔缩聚、焦炭产量大以及乙炔收率低的问题，同时，对等离子体反应器绝缘材料的耐热和绝缘性能要求也较低。

A plasma reactor, reaction device and method of acetylene production by plasma cracking heavy oil

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体反应器、反应装置及等离子体裂解重油制乙炔的方法
本专利技术涉及石油化工
，具体涉及一种等离子体反应器、反应装置及等离子体裂解重油制乙炔的方法。
技术介绍
重油是指原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，特点是分子量大，粘度高。在当今世界各国炼油工业面临着石油资源逐渐减少，原油性质日趋重劣质化的情况下，重油成为重要的战略替代能源，因此，如何实现重油的高效率转化利用成为石油化工行业的重要研究方向。目前，重油裂解制备烯烃成为石油化工行业实现重油的高效率转化利用的主要研究方向，重油裂解技术不仅可以获得更高的低碳烯烃选择性，而且提高了裂解产品分布的灵活性，是重油轻质化的有效手段。目前，现有的裂解重油制备乙炔大多采用等离子体技术，例如，中国专利文献CN106866334A公开了一种沥青质的热等离子体裂解处理方法，该方法具体包括如下步骤：a)将劣质重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质，通过雾化装置，喷入热等离子体反应器；b)在所述热等离子体反应器中，与氢热等离子体射流混合反应，反应获得裂解产物；c)所述裂解产物通过气固快分装置，获得固相产品和温度1600-2000K的气相产品；所述固相产品为固态碳材料；d)所述气相产品进入淬冷装置，获得到含有乙炔、氢气和甲烷的裂解气。但是，上述专利文献中公开的热等离子体属于直流、交流电源激励的热等离子体炬，而且裂解产物需要进入气固分离装置，所得气体进入淬冷装置进行冷却，存在温度持续过高，因此，会造成乙炔收率下降、焦炭产量高、能效利用效率低等问题。>
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中在采用热等离子体裂解重油制乙炔的过程中，采用直流或交流电源激励产生热等离子体，存在温度持续过高，导致乙炔收率下降、焦炭产量高、能效利用效率低等缺陷，从而提供一种等离子体反应器、反应装置及等离子体裂解重油制乙炔的方法，以提高乙炔收率和能量利用率，降低焦炭产量。为此，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供了一种等离子体裂解重油制乙炔的方法，包括以下步骤：将等离子体反应器中的空气排空，接通脉冲电源，待放电稳定后，将重油和工作气体通入等离子体反应器进行裂解，裂解产物经冷却、分离得到乙炔。所述脉冲电源的脉冲电压为5-50kV，频率为1-100kHz，脉冲电压的上升沿、下降沿、脉宽均为10-10000ns。其中，裂解得到的气态产物经分离得到乙炔和富氢气体，所述富氢气体循环回等离子体反应器替代部分工作气体；裂解得到的重油残渣经冷却后，流出等离子体反应器外。所述富氢气体是指氢气、甲烷、乙烷等气体。工作气体为氢气，所述工作气体的流速为10-1000ml/min，压力为0.1-1MPa。用辅助气体将等离子体反应器中的空气排空，所述辅助气体为氦气或者氩气；所述辅助气体的流速为10-1000ml/min，压力为0.1-1MPa。所述重油进入等离子体反应器内的流速为0.1-2g/min。对所述等离子体反应器的电极进行冷却处理。所述重油为常压渣油、减压渣油、裂化渣油、裂化柴油、催化柴油、脱沥青油、油页岩油或煤焦油中的至少一种。本专利技术还提供了一种等离子体反应器，包括：反应器腔体，由第一绝缘支撑板、绝缘侧壁和第二绝缘支撑板围合而成，所述第一绝缘支撑板上设置有进气口、进液口和高压电极，所述高压电极用于外接脉冲电源；低压电极，位于所述反应器腔体内，与所述高压电极相对设置，用于接地；冷却介质喷嘴，设置于所述绝缘侧壁上，且位于反应器腔体的下部；出气口，设置于所述绝缘侧壁上，且位于所述低压电极的上方；出液口，设置于所述第二绝缘支撑板上。所述反应区域是指高压电极与低压电极之间的区域。所述高压电极外部设置有第一冷却装置；所述低压电极外部设置有第二冷却装置。所述高压电极与低压电极之间的距离为0.5-50mm，避免两电极之间距离过小导致电源损坏或者距离过大导致不能放电。等离子体反应器的结构为针-板结构，针-针结构，板-板结构中的任意一种。所述等离子体反应器的结构为针-板结构，其中，所述低压电极为金属圆盘接地电极，所述高压电极为金属棒状或者针状；优选地，所述高压电极不少于一根，且成阵列或者圆簇形式。所述高压电极和/或所述低压电极的材料为钨、不锈钢或铜中的任意一种；和/或，所述等离子体反应器内放电的形式为火花放电或者滑动弧放电；和/或，所述绝缘侧壁的材料为玻璃、石英、聚四氟乙烯、陶瓷中的任意一种。本专利技术还提供了一种反应装置，包括上述的等离子体反应器。所述反应装置还包括：气体分离塔，所述气体分离塔的进口与所述等离子体反应器的出气口连通，所述气体分离塔上设置有富氢气体出口和乙炔出口；乙炔收集塔，与所述气体分离塔上的乙炔出口连通；重油收集塔，与所述等离子体反应器的出液口相连通。所述富氢气体出口与所述等离子体反应器的进气口连通。所述重油收集塔的出口通过液相泵与所述等离子体反应器的进液口连通。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的等离子体裂解重油制乙炔的方法，专利技术人经研究首次发现，通过采用脉冲电源驱动放电，利用其上升沿、下降沿和窄脉宽使等离子体能够在ns-μs量级的时间内将反应器腔体内气体加热到2000℃以上，并且在短时间维持后，温度也会快速下降，可有效防止因温度持续过高造成乙炔缩聚、焦炭产量大以及乙炔收率低的问题，同时，对等离子体反应器绝缘材料的耐热和绝缘性能要求也较低。2.本专利技术提供的等离子体裂解重油制乙炔的方法，通过分离得到乙炔和富氢气体，并将富氢气体循环利用替代部分工作气体，可降低成本，限制乙炔的进一步裂解，同时有助于提升乙炔收率和能量利用效率，降低或者避免可能发生的结焦或者积碳现象；并通过在等离子体反应器腔体内对反应后的重油残渣及生成的气体进行冷却，在减少冷却介质用量的同时，进一步防止因温度持续过高造成乙炔缩聚、焦炭产量大以及乙炔收率低的问题，同时还可以在反应器腔体内实现气液快速分离。3.本专利技术提供的等离子体裂解重油制乙炔的方法，通过控制重油样品进入等离子体反应器内的速率，可以提高乙炔的收率，降低乙炔缩聚和焦炭产量。4.本专利技术提供的等离子体反应器，专利技术人经研究首次发现，通过采用脉冲电源驱动放电，利用其上升沿、下降沿和窄脉宽使等离子体能够在ns-μs量级的时间内将反应器腔体内气体加热到2000℃以上，并且在短时间维持后，温度也会快速下降，可有效防止因温度持续过高造成乙炔缩聚、焦炭产量大以及乙炔收率低的问题，同时，对等离子体反应器绝缘材料的耐热和绝缘性能要求也较低。5.本专利技术提供的等离子体反应器，通过在反应器腔体内反应区域下方侧壁上设置冷却介质喷嘴，加快等离子体反应器内重油残渣及反应生成气体的冷却，进一步防止因温度持续过高造成乙炔缩聚、焦炭产量大以及乙炔收率低的问题，同时还可以在反应器腔体内实现气液快速分离。6.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体裂解重油制乙炔的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将等离子体反应器中的空气排空，接通脉冲电源，待放电稳定后，将重油和工作气体通入等离子体反应器进行裂解，裂解产物经冷却、分离得到乙炔。/n

【技术特征摘要】
1.一种等离子体裂解重油制乙炔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将等离子体反应器中的空气排空，接通脉冲电源，待放电稳定后，将重油和工作气体通入等离子体反应器进行裂解，裂解产物经冷却、分离得到乙炔。


2.根据权利要求1所述的等离子体裂解重油制乙炔的方法，其特征在于，所述脉冲电源的脉冲电压为5-50kV，频率为1-100kHz，脉冲电压的上升沿、下降沿、脉宽均为10-10000ns。


3.根据权利要求1或2所述的等离子体裂解重油制乙炔的方法，其特征在于，裂解得到的气态产物经分离得到乙炔和富氢气体，所述富氢气体循环回等离子体反应器替代部分工作气体；裂解得到的重油残渣经冷却后，流出等离子体反应器外。


4.根据权利要求1或2所述的等离子体裂解重油制乙炔的方法，其特征在于，工作气体为氢气，所述工作气体的流速为10-1000ml/min，压力为0.1-1MPa。


5.根据权利要求1或2所述的等离子体裂解重油制乙炔的方法，其特征在于，用辅助气体将等离子体反应器中的空气排空，所述辅助气体为氦气或者氩气；所述辅助气体的流速为10-1000ml/min，压力为0.1-1MPa。


6.根据权利要求1或2所述的等离子体裂解重油制乙炔的方法，其特征在于，所述重油进入等离子体反应器内的流速为0.1-2g/min。


7.根据权利要求1或2所述的等离子体裂解重油制乙炔的方法，其特征在于，对所述等离子体反应器的电极进行冷却处理。


8.根据权利要求1-7任一项所述的等离子体裂解重油制乙炔的方法，其特征在于，所述重油为常压渣油、减压渣油、裂化渣油、裂化柴油、催化柴油、脱沥青油、油页岩油或煤焦油中的至少一种。


9.一种等离子体反应器，其特征在于，包括：
反应器腔体，由第一绝缘支撑板、绝缘侧壁和第二绝缘支撑板围合而成，所述第一绝缘支撑板上设置有进气口、进液口和高压电极，所述高压电极用于外接脉冲电源；
低压电极，位于所述反应器腔体内，与所述高压电极相对设置，用于接地...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，邵涛，孙昊，范喆，高远，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11