一种基于天然气的多联产系统技术方案

本发明专利技术涉及天然气技术领域，具体公开了一种基于天然气的多联产系统，包括依次连接的等离子体裂解反应器、急冷装置、换热器、袋滤器、吸收塔、第一水洗塔、解吸塔、第二水洗塔、膜分离器。本发明专利技术通过等离子体裂解反应器、膜分离器等多种设备的联用，将天然气经等离子体裂解、固气分离、膜分离等步骤获得高纯度的乙炔、氢气及石墨烯，能够实现天然气的高质量利用，同时简化了现有工艺流程、降低了生产过程安全隐患、减少了三废对环境的污染，解决了现有技术存在无法实现全流程工业化利用天然气生产乙炔和氢气并联产石墨烯的问题，具有显著的经济效益和推广应用价值。济效益和推广应用价值。济效益和推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于天然气的多联产系统


[0001]本专利技术属于天然气
，具体为一种基于天然气的多联产系统。

技术介绍

[0002]目前，石墨烯作为一种具有二维窝状晶格结构的材料，在力学、电学、光学等物理以及化学等方面都有着广泛的应用。乙炔作为一种重要的有机化工原料，在照明、焊接、化工生产等领域也有着广泛应用。因此，以上材料的生产技术的革新，对于化工领域有着重要影响。
[0003]在实际生产中，实现低成本制备高品质石墨烯是制约石墨烯大规模应用的因素之一。现有的石墨烯制备方法有机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化还原法、电弧法等。以上方法存在无法在保证产品质量的同时降低成本的问题。另外，制备乙炔的主要工艺有电石法、天然气部分氧化法、电弧法以及等离子体裂解法。国内以电石法为主，存在能耗大、水消耗大、污染大等环境污染问题。现有技术中虽然也有利用等离子体裂解天然气制乙炔、石墨烯的技术，但是上述中的现有技术方案存在以下缺陷：大多是在实验中利用等离子体裂解天然气制乙炔或石墨烯，无法实现全流程工业化生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种基于天然气的多联产系统，以解决上述
技术介绍
中提出的现有技术存在无法实现全流程工业化利用天然气生产乙炔和氢气并联产石墨烯的问题。
[0005]本专利技术实施例是这样实现的，一种基于天然气的多联产系统，包括用于将输入的天然气进行高温裂解以生成裂解产物的等离子体裂解反应器，所述基于天然气的多联产系统还包括：
[0006]急冷装置，用于与所述等离子体裂解反应器的出口连通，以将生成的裂解产物进行冷却；以及
[0007]依次连接的换热器、袋滤器、吸收塔、第一水洗塔、解吸塔、第二水洗塔、膜分离器；
[0008]其中，所述裂解产物是至少包含有氢气、乙炔及石墨烯的固气混合物；所述袋滤器用于将裂解产物进行固气分离，以分离并收集石墨烯；所述膜分离器用于将固气分离后的裂解产物进行膜分离以获得氢气。
[0009]优选的，所述第一水洗塔塔顶出口与膜分离器入口连通，所述第二水洗塔塔顶出口与乙炔储罐连通，所述吸收塔塔顶出口与第一水洗塔底部连通，所述解吸塔塔顶出口与第二水洗塔底部连通；其中，所述第一水洗塔用于洗涤氢气，所述第二水洗塔用于洗涤乙炔；其中，吸收塔塔顶出口氢气、甲烷等气体在第一水洗塔中与水流逆向流通，第一水洗塔塔顶出口与膜分离器连通。
[0010]优选的，所述吸收塔塔底出口与解吸塔塔底入口连通，所述解吸塔塔底出口与吸收塔塔顶入口连通。
[0011]优选的，所述膜分离器包括第一出口和第二出口，其中，第一出口分别与等离子体裂解反应器和用于储存氢气产品的氢气储罐连通，第二出口与等离子体裂解反应器连通。
[0012]优选的，所述急冷装置出口的裂解产物与等离子体裂解反应器入口气体通过换热器换热。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]与现有技术相比，本专利技术实施例提供的基于天然气的多联产系统，包括依次连接的等离子体裂解反应器、急冷装置、换热器、袋滤器、吸收塔、第一水洗塔、解吸塔、第二水洗塔、膜分离器，该系统通过等离子体裂解反应器、膜分离器等多种设备的联用，将天然气经等离子体裂解、固气分离、膜分离等步骤获得高纯度的乙炔、氢气及石墨烯，能够实现全流程工业化利用天然气低成本生产高质量石墨烯和乙炔，解决了现有技术存在无法实现全流程工业化利用天然气生产乙炔和氢气并联产石墨烯的问题，从而提高了系统的实用性。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例。
[0016]图1为本专利技术一实施例提供的基于天然气的多联产系统的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术另一实施例提供的基于天然气的多联产系统的结构示意图。
[0018]图3为本专利技术另一实施例提供的流程示意图。
[0019]图中：1
‑
等离子体裂解反应器；2
‑
急冷装置；3
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换热器；4
‑
袋滤器；5
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吸收塔；6
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第一水洗塔；7
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第一输送泵；8
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解吸塔；9
‑
第二水洗塔；10
‑
第二输送泵；11
‑
膜分离器；12
‑
天然气储罐；13
‑
石墨烯储罐；14
‑
乙炔储罐；15
‑
氢气储罐。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]在本专利技术的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。以上这些指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多
个”的含义是两个或两个以上。
[0022]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0023]首先需要说明的是，石墨烯和乙炔都是化工中十分重要的原料。在实际生产中，实现低成本制备高品质石墨烯是制约石墨烯大规模应用的因素之一。现有的石墨烯制备方法有机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化还原法、电弧法等。在以上方法中，机械剥离法、气相沉积法、外延生长法生产出的石墨烯品质高，但由于产率低、成本高限制了其大规模应用；氧化还原法能够大规模制备石墨烯，但其在氧化和还原过程中造成缺陷，导致石墨烯品质较低。因此，设计一种低成本制备高品质石墨烯的技术，是实现工业化生产的亟需解决的问题。另外，制备乙炔的主要工艺有电石法、天然气部分氧化法、电弧法以及等离子体裂解法。国内以电石法为主，国外以天然气部分氧化法为主。电石法制乙炔技术成熟，但能耗大、水消耗大、污染大，还会产生废渣污染环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于天然气的多联产系统，主要包括用于将输入的天然气进行高温裂解以生成裂解产物的等离子体裂解反应器(1)，其特征在于，所述基于天然气的多联产系统还包括：急冷装置(2)，用于与所述等离子体裂解反应器(1)的出口连通，以将生成的裂解产物进行冷却；以及依次连接的换热器(3)、袋滤器(4)、吸收塔(5)、第一水洗塔(6)、解吸塔(8)、第二水洗塔(9)、膜分离器(11)；其中，所述裂解产物是至少包含有氢气、乙炔及石墨烯的固气混合物；所述袋滤器(4)用于将裂解产物进行固气分离，以分离并收集石墨烯；所述膜分离器(11)用于将固气分离后的裂解产物进行膜分离以获得氢气。2.根据权利要求1所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述冷却是将生成的裂解产物进行冷却至550℃以下。3.根据权利要求2所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述第一水洗塔(6)塔顶出口与膜分离器(11)入口连通，所述第二水洗塔(9)塔顶出口与乙炔储罐(14)连通，所述吸收塔(5)塔顶出口与第一水洗塔(6)底部连通，所述解吸塔(8)塔顶出口与第二水洗塔(9)底部连通；其中，所述第一水洗塔(6)用于洗涤氢气，所述第二水洗塔(9)用于洗涤乙炔。4.根据权利要求3所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述吸收塔(5)塔底出口与解吸塔(8)塔底入口连通，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仙辉，胡浩鑫，夏维东，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：