[go: up one dir, main page]

CN104056829B - 一种热等离子体反应器的连续清焦方法 - Google Patents

一种热等离子体反应器的连续清焦方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104056829B
CN104056829B CN201410241773.9A CN201410241773A CN104056829B CN 104056829 B CN104056829 B CN 104056829B CN 201410241773 A CN201410241773 A CN 201410241773A CN 104056829 B CN104056829 B CN 104056829B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reactor
coke
gas
cleaning
carbon dioxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410241773.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104056829A (zh
Inventor
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
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201410241773.9A priority Critical patent/CN104056829B/zh
Publication of CN104056829A publication Critical patent/CN104056829A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104056829B publication Critical patent/CN104056829B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto
    • B08B9/08—Cleaning containers, e.g. tanks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

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。

Description

一种热等离子体反应器的连续清焦方法
技术领域
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
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，后者则受限于国内有限的天然气资源。
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。
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1～5MW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。
但是在煤粉进入等离子体反应器内，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。
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。
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。
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
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、清焦效率高的特点，而且更加安全、能耗更低。
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化碳与氢气的混合气。
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。
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；
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。
作为优选，混合气中二氧化碳的含量为≥20vol％。
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。
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。
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。
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0.1～30vol％；进一步优选为0.5～10vol％。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。
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。
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。
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。
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。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)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；
2)经济性好：CO2来源广泛、价格低廉，CO2清焦过程能耗低，大大降低了清焦过程的成本；
3)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；
4)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；
5)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
实施例1
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0.5vol％，裂解反应进行2hr后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。
实施例2
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0.5vol％，裂解反应进行2hr后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。
实施例3
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1.0vol％，裂解反应进行2hr后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。
实施例4
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0.5vol％，裂解反应进行2hr后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。
实施例5
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5.0vol％，裂解反应进行2hr后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。
实施例6
采用电弧法裂解反应器，以H2放电产生热等离子体，以生物质为裂解原料。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3.0vol％，裂解反应进行2hr后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。
实施例7
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1.0vol％，裂解反应进行2hr后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。
实施例8
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10.0vol％，裂解反应进行2hr后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。
实施例9
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6.0vol％，裂解反应进行2hr后打开反应器，反应器内没有结焦物残留。

Claims (2)

1.一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；所述混合气中二氧化碳的含量≥20vol％；
所述二氧化碳的含量为通入反应器内总气体含量的0.5～10vol％；所述通入反应器内总气体含量包括通入的工作气体和通入的清焦气体的总含量，所述工作气体为氢气、氩气、氮气中的至少一种；
所述的清焦气体沿反应器内壁以切向通入。
2.根据权利要求1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。
CN201410241773.9A 2014-05-30 2014-05-30 一种热等离子体反应器的连续清焦方法 Active CN104056829B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410241773.9A CN104056829B (zh) 2014-05-30 2014-05-30 一种热等离子体反应器的连续清焦方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410241773.9A CN104056829B (zh) 2014-05-30 2014-05-30 一种热等离子体反应器的连续清焦方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104056829A CN104056829A (zh) 2014-09-24
CN104056829B true CN104056829B (zh) 2018-09-21

Family

ID=51544926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410241773.9A Active CN104056829B (zh) 2014-05-30 2014-05-30 一种热等离子体反应器的连续清焦方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104056829B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12544731B2 (en) 2019-11-14 2026-02-10 Xinjiang Yuehetai Chemical Technology Co., Ltd. Coal to acetylene plasma reactor having coking inhibition and online decoking functions

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105562406A (zh) * 2014-10-14 2016-05-11 洛阳瑞昌石油化工设备有限公司 一种金属腔体内壁除焦方法
CN105749838B (zh) * 2014-12-19 2020-08-21 国家能源投资集团有限责任公司 热等离子体反应器及其除焦方法
US20250025852A1 (en) 2021-12-20 2025-01-23 China Petroleum & Chemical Corporation Gliding arc plasma reactor, and method for converting methane by means of plasma

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2615198B1 (fr) * 1987-05-13 1991-01-11 Inst Francais Du Petrole Procede et dispositif de decokage hydraulique de coke de petrole
FR2622596B1 (fr) * 1987-10-29 1991-06-21 Inst Francais Du Petrole Procede et dispositif de decokage
DE102006046880A1 (de) * 2006-10-04 2008-04-10 Carbotech Ac Gmbh Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle mit hoher katalytischer Aktivität
CN101314737A (zh) * 2007-05-28 2008-12-03 侯长连 高效煤炭气化炉
US7819343B2 (en) * 2007-12-31 2010-10-26 Ruhrpumpen Gmbh Decoking tool
CN101538482B (zh) * 2009-04-01 2012-11-07 陕西煤业化工集团(上海)胜帮化工技术有限公司 一种中低温煤焦油深加工方法
CN102268289B (zh) * 2010-06-02 2013-10-02 中国石油化工集团公司 一种含酸原料油的延迟焦化方法
CN102786990B (zh) * 2012-08-15 2014-02-12 太原理工大学 一种生物质与煤流化床共气化的方法
CN103230799B (zh) * 2013-04-08 2016-06-08 中国科学院广州能源研究所 一种用于逆水煤气变换反应的Cu-Zn基催化剂、其制备方法和应用
CN103275757B (zh) * 2013-05-23 2015-10-07 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 一种煤化工产业中油气耦合多联产的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12544731B2 (en) 2019-11-14 2026-02-10 Xinjiang Yuehetai Chemical Technology Co., Ltd. Coal to acetylene plasma reactor having coking inhibition and online decoking functions

Also Published As

Publication number Publication date
CN104056829A (zh) 2014-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102341485B (zh) 用于生物质的热化学转化的方法和系统
CN103666580B (zh) 一种耦合式生物质加压热解工艺及系统
CN102965131B (zh) 一种高挥发性年轻煤种的高效、清洁利用工艺
CN101747922A (zh) 一种以富含甲烷混合气为反应气氛提高流化床煤热解焦油产率的方法
CN102949972B (zh) 多段等离子体裂解碳质材料反应器及用其生产乙炔的方法
CN101550056A (zh) 一种热等离子体煤裂解-气化耦联工艺及反应装置
KR101234317B1 (ko) 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙의 제조 방법
CN104056829B (zh) 一种热等离子体反应器的连续清焦方法
CN101550055B (zh) 一种含有气固快分结构的等离子体煤裂解过程后处理工艺
CN105129800B (zh) 一种氧/煤喷吹制备电石及乙烯的工艺和系统
CN103084129B (zh) 多段等离子体裂解碳质材料反应器及用其生产乙炔的方法
CN204529700U (zh) 一种利用粉煤制取乙烯的系统
CN1974732A (zh) 气化煤气和热解煤气共制合成气工艺
CN104056828A (zh) 一种热等离子体反应器的清焦方法
CN101921163B (zh) 脱除等离子体裂解天然气制乙炔中炭黑及高聚物的方法
CN102068953B (zh) 应用于等离子体煤裂解过程的毫秒级快速冷却装置
CN100445244C (zh) 防止等离子体煤裂解制乙炔反应器通道结焦的方法及结构
CN105623688A (zh) 热载气提升快速反应的粉煤热解方法
CN106673950A (zh) 一种乙炔的制备方法
CN116426308B (zh) 一种废塑料生产乙烯装置蒸汽裂解原料油和纳米炭材料的方法及装置系统
KR101419856B1 (ko) 탄화수소의 연속적인 촉매 분해 방법 및 장치
KR20140071033A (ko) 탄화수소의 연속적인 촉매 분해 방법 및 장치
CN110835554B (zh) 一种电石渣催化烟煤水蒸气气化的方法
CN107827690A (zh) 一种煤气化制备乙炔的系统及方法
CN115246628A (zh) 用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant