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1、10申请公布号CN104056829A43申请公布日20140924CN104056829A21申请号201410241773922申请日20140530B08B9/0820060171申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号72发明人任其龙苏宝根闻光东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74专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224代理人胡红娟54发明名称一种热等离子体反应器的连续清焦方法57摘要本发明公开了一种热等离子体反应器的连续清焦方法，在裂解反应进行过程中，连续通入清焦气体，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。
2、化碳与氢气的混合气。本清焦方法不会对裂解气流量和组成造成较大影响，可以连续进行，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，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。51INTCL权利要求书1页说明书4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页10申请公布号CN104056829ACN104056829A1/1页21一种热等离子体反应器的连续清焦方法，其特征在于，在裂解反应进行过程中，连续通入清焦气体，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。
3、连续清焦方法，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20VOL。3根据权利要求2所述的连续清焦方法，其特征在于，所述的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。4根据权利要求1所述的连续清焦方法，其特征在于，所述裂解反应的工作气体为氢气、氩气、氮气中的至少一种。5根据权利要求1所述的连续清焦方法，其特征在于，所述二氧化碳的含量为通入反应器内总气体含量的0130VOL。6根据权利要求5所述的连续清焦方法，其特征在于，所述二氧化碳的含量为通入反应器内总气体含量的0510VOL。7根据权利要求1所述。
4、的连续清焦方法，其特征在于，所述的清焦气体沿反应器内壁通入。8根据权利要求7所述的连续清焦方法，其特征在于，所述的清焦气体沿反应器内壁以轴向或切向通入。权利要求书CN104056829A1/4页3一种热等离子体反应器的连续清焦方法技术领域0001本文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连续清焦方法。背景技术0002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、CO2排放量大、污染严重，后者则受。
5、限于国内有限的天然气资源。0003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CO2、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，具有很好的发展前景。0004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15MW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。0005但是在煤粉进入等离子体反应器内。
6、，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。0006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。0007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。
7、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。0008另外，由于煤、烃类等含碳氢化合物的裂解反应原料会与氧气或水水蒸气发生反应，影响清焦过程，故清焦时必须停止裂解反应，因此，现有的氧气清焦法和水水蒸气清焦法均为间歇式操作，这种裂解反应与清焦交替进行的方式不可避免的导致裂解气流量和组成发生巨大波动，影响后续的裂解气除尘和分离过程。发明内容0009本发明提供了一种新型的连续清焦方法，以二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气作为清焦气体，不会对裂解气流量和组成造成较大影响，具有清焦时间短、清焦效率高的特说明书CN104056829A2/4页4点，而且更加安全、能耗更低。0010。
8、本发明公开了一种热等离子体反应器的连续清焦方法，在裂解反应进行过程中，连续通入清焦气体，通过与结焦物发生反应完成清焦；0011所述的清焦气体为二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气。0012本发明中，在热等离子体裂解反应的同时，向反应器中连续通入清焦气体，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。0013当清焦气体为二氧化碳时，CO2可在高温下与碳反应生成CO，该反应在碳表面分两步进行，第一步CO2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CO，第二步氧化复合物分解并从碳表面脱附生成另一分子CO，结焦物的。
9、主要成分是碳，因此在热等离子体高温状态下，通过CO2与碳的两步反应可以达到清焦的目的；0014当清焦气体为二氧化碳与氢气的混合气时，部分CO2按上述机理与结焦物发生反应从而清除结焦物，此外，CO2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。0015作为优选，混合气中二氧化碳的含量为20VOL。0016所述的二氧化碳与氢气在热等离子体反应器外预混合；0017或者是，将二氧化碳与氢。
10、气分别通入热等离子体反应器后在反应器中混合。0018所述热等离子体裂解反应采用的热等离子体由工作气体经电弧放电产生的，其温度一般在2,000K以上，最高可以高于10,000K。作为优选，所述工作气体为氢气、氩气、氮气中的至少一种。0019当选择二氧化碳与氢气的混合气作为清焦气体，同时选择的工作气体为氢气或含有氢气的混合气体时，该工作气体中的氢气可以直接代替清焦气体中的氢气，因此，只需向反应器中通入二氧化碳即可。0020为了不影响裂解反应的连续进行，作为优选，所述二氧化碳的含量为通入反应器内总气体含量的0130VOL；进一步优选为0510VOL。所述的通入反应器内总气体含量包括通入的工作气体和通。
11、入的清焦气体的总含量。通过改变通入CO2的量，可以调节清焦反应的速率，在上述优选的含量时，既能够满足对清焦的要求，又不至于对裂解反应产生太大的影响。0021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发明的清焦方法进行清除。因此，本发明的清焦方法具有广泛的适用性。0022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。002。
12、3本发明中清焦气体沿反应器内壁通入，一方面，CO2或CO2与H2生成的H2O等离子体主要存在于反应器壁的附近，对裂解反应的影响较小；另一方面，更利于结焦物的清除。说明书CN104056829A3/4页50024通入的方式有两种，一种是沿反应器内壁以轴向通入反应器中，另一种是沿反应器内壁以切向通入反应器中。优选清焦气体以切向通入反应器，由于离心力的作用而使清焦气体紧贴反应器的内壁，可以进一步减小清焦气体对裂解反应的影响。0025与现有技术相比，本发明的优点在于00261连续操作不必中断裂解反应即可实现反应器清焦，裂解气组成和流量波动小，有利于后续的气体分离；00272经济性好CO2来源广泛、价格。
13、低廉，CO2清焦过程能耗低，大大降低了清焦过程的成本；00283安全性高CO2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；00294绿色环保采用CO2清焦可以降低碳排放量，清焦的产物为CO和H2，不会产生二次污染；00305适应性广CO2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0031实施例10032采用电弧法裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以甲烷为裂解原料。在裂解反应进行的同时，将CO2贴着反应器内壁以切向连续通入反应器中，进行清焦反应。CO2的通入量为总气体量的05VOL，裂解反应进行2HR后打开反应器，反应。
14、器内没有结焦物残留。0033实施例20034采用射流法裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以甲烷为裂解原料。在裂解反应进行的同时，将CO2贴着反应器内壁以轴向连续通入反应器中，进行清焦反应。CO2的通入量为总气体量的05VOL，裂解反应进行2HR后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。0035实施例30036采用电弧法裂解反应器，以H2和AR混合气H2含量为70VOL放电产生热等离子体，以甲烷为裂解原料。在裂解反应进行的同时，将CO2贴着反应器内壁以切向连续通入反应器中，进行清焦反应。CO2的通入量为总气体量的10VOL，裂解反应进行2HR后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。0037实施例4。
15、0038采用电弧法裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以甲烷为裂解原料。在裂解反应进行的同时，将CO2和氢气的混合气CO2含量为50VOL贴着反应器内壁以切向连续通入反应器中，进行清焦反应。CO2的通入量为总气体量的05VOL，裂解反应进行2HR后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。0039实施例50040采用电弧法裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以煤为裂解原料。在裂解反应进行的同时，将CO2贴着反应器内壁以轴向连续通入反应器中，进行清焦反应。CO2的通入量为总气体量的50VOL，裂解反应进行2HR后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。0041实施例60042采用电弧法裂解反应器，以H。
16、2放电产生热等离子体，以生物质为裂解原料。在裂解说明书CN104056829A4/4页6反应进行的同时，将CO2贴着反应器内壁以轴向连续通入反应器中，进行清焦反应。CO2的通入量为总气体量的30VOL，裂解反应进行2HR后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。0043实施例70044采用电弧法裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以正己烷为裂解原料。在裂解反应进行的同时，将CO2贴着反应器内壁以轴向连续通入反应器中，进行清焦反应。CO2的通入量为总气体量的10VOL，裂解反应进行2HR后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。0045实施例80046采用电弧法裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以甲苯为裂解原料。在裂解反应进行的同时，将CO2贴着反应器内壁以轴向连续通入反应器中，进行清焦反应。CO2的通入量为总气体量的100VOL，裂解反应进行2HR后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。0047实施例90048采用电弧法裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以重油为裂解原料。在裂解反应进行的同时，将CO2贴着反应器内壁以轴向连续通入反应器中，进行清焦反应。CO2的通入量为总气体量的60VOL，裂解反应进行2HR后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。说明书CN104056829A。