[發明專利]多段等離子體裂解碳質材料反應器及用其生產乙炔的方法

有效

• 申請號: 201110249329.8
• 申請日: 2011-08-26
• 公開（公告）號: CN102949972A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 程易;郭屹;顏彬航;吳昌寧;李軒
• 申請（專利權）人: 北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: B01J19/08
• 分類號: B01J19/08;C07C11/24;C07C4/04;C07C1/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 張秋林;林柏楠

1.一種多段等離子體裂解碳質材料反應器，包括：

反應管第一段，主要用于使碳質材料、載氣和第一加熱氣體混合，以及熱解碳質材料；

反應管第二段～第N段，主要用于使熱解產生的揮發分發生氣相反應，其中N為大于或等于2的整數；

至少一個位于反應管第一段頂部的碳質材料和載氣入料的入口；

至少一個位于反應管第一段側面的第一加熱氣體的入口；

至少一個分別位于反應管第二段～第N段側面的第二～第N加熱氣體的入口，其中所述第二～第N加熱氣體為高溫等離子體氣體；

至少一個用于激冷或凍結反應產物的激冷介質的入口；

至少一個位于反應管最后一段底部或下部的激冷產物和氣體的出口；

其中，碳質材料從反應管第一段的頂部向下流動，最后到達反應管最后一段的底部或下部，同時完成熱解、氣相反應和激冷過程。

2.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中所述反應管第一段的操作溫度確保進入其中的碳質材料的溫度達到650℃～1250℃，同時所述反應管第二段～第N段的操作溫度確保在其中發生的氣相反應溫度達到1500℃～2900℃。

3.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中所述第一加熱氣體為氫氣、氮氣、甲烷、惰性氣體和/或氫氣、氮氣、甲烷、和/或惰性氣體的等離子體氣體，同時第二～第N加熱氣體為氫氣、氮氣、甲烷和/或惰性氣體的高溫等離子體氣體。

4.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中進入所述反應器中的激冷介質確保其中的反應產物在離開反應器前被激冷至低于527℃。

5.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中熱解形成的揮發分在反應管第二段～第N段中發生的氣相反應時間為0.4～4.0毫秒。

6.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中在所述反應器中發生的熱解、氣相反應和激冷的時間總和少于50毫秒。

7.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中所述激冷介質包括水、蒸汽、丙烷、芳香族化合物、惰性氣體、任何類型的碳質材料和/或它們的混合物。

8.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中所述載氣選自于氫氣、甲烷、氮氣、氣態碳質材料、惰性氣體和/或它們的混合物。

9.根據前述權利要求3，7，8任一項所述的多段等離子體反應器，其中所述惰性氣體是氬氣。

10.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中所述反應管的橫截面為圓形、方形、橢圓形、多邊形或任何其他規則形狀。

11.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中所述反應管的第二段～第N段橫截面的面積為反應管第一段橫截面的面積的1～3倍。

12.根據權利要求1所述的多段等離子體反應器，其中所述碳質材料和載氣的入口數量為1～100，所述第一～第N加熱氣體的入口數量為2～32，而所述激冷介質的入口數量為8～100。

13.根據前述權利要求1-8和10-12任一項所述的多段等離子體反應器，其中所述各入口在水平方向上被對稱和/或相對地布置。

14.根據前述權利要求1-8和10-12任一項所述的多段等離子體反應器，其中所述碳質材料為固態、液態和/或氣態材料。

15.根據前述權利要求1-8和10-12任一項所述的多段等離子體反應器，其中所述碳質材料進一步選自于煤、煤焦油、煤直接液化殘渣、重質渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質工業廢料或尾料、生物質、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政固體垃圾、瀝青和/或它們的混合物。

16.根據前述權利要求1-8和10-12任一項所述的多段等離子體反應器，其中所述高溫等離子體氣體和氫氣、氮氣、甲烷、和/或惰性氣體的等離子體氣體由輸入功率為10kW～20MW的等離子發生器產生。

17.根據前述權利要求1-8和10-12任一項所述的多段等離子體反應器，其中所述第一～第N加熱氣體的入口和激冷介質的入口在水平方向上形成范圍為-45°至+45°的角度。