[发明专利]用等离子体裂解煤碳氢混合物作为淬冷剂的工艺

说明书

技术领域

本发明属于煤化工领域，涉及一种用等离子体裂解煤碳氢混合物作为淬冷剂的工艺，尤其是一种利用甲烷、乙烯、乙烷等混合烃及少量氢气、一氧化碳、氩气等混合物作为淬冷剂的工艺。

背景技术

近20年来，国内外科学家就对利用氢气等离子体制乙炔技术在实验室规模上进行了大量基础研究工作，取得了丰富的研究成果，等离子体裂解煤制乙炔及其它烃类的科学性得到了验证。通过等离子炬产生温度为3000-30000K的等离子体，煤粉与等离子体充分混合后，发生毫秒级反应，在特定温度范围内裂解出以乙炔为主的多种气态烃，为了避免乙炔发生快速分解，得到较高的乙炔收率，需快速冷却到200℃-300℃。但是这种通过高温裂解或者热分解产生的乙炔和气体碳氢化合物为了得到稳定的收率，必须及时的、迅速的进行冷却，避免这些乙炔在高温中分解。已有的裂解气淬冷技术，创新点大多围绕喷嘴、喷头的形式作为研究方向，都是采用物理方式强制雾化效果、提高冷却速率，以达到快速冷却的目的。目前从国外至国内的各种类型的实验装置来看，等离子体裂解煤装置采用的淬冷方法都是以水、蒸汽、丙烷、细煤粉等单一介质为原料，造成煤裂解生成物产率偏低，产出量不稳定，热能综合利用不充分的弊端，虽然等离子裂解煤试验已经历经多年的验证，但所有研究重点都基本围绕等离子体与煤的作用机理上，关于淬冷方式、方法没有投入过多的研究力量，以前的等离子裂解煤反应都局限在几个小时之内，所以在工业化连续运行过程中关于煤裂解后产物淬冷方式、方法、效果的研究都不存在，更不能解决在工业化生产中是否经济的问题。目前，国内等离子裂解煤装置常用的淬冷介质是工艺水、蒸汽或者工艺水与蒸汽组合的形式，采用的淬冷装备大多是雾化喷嘴，仅从水的雾化效果去考虑，如何保证裂解气与雾化水充分接触，确保某些成分在淬冷过程中组成不会发生变化。国外的AVCO、Dupont等公司淬冷介质采用过单介质烃，希望利用余热促使烃分解，以此来增加乙炔或者其它产品烃的收率。以此来改善反应过程中的C∶H体系比，增加乙炔的收率。对于水或蒸汽淬冷而言，因为等离子裂解混合气流速、流量都非常大，即使雾化效果非常好，也很难与气体充分接触，冷却速率也达不到要求，在冷却过程乙炔大量分解不可避免。对于煤粉或单介质烃淬冷而言，少量使用将达不到淬冷效果，过量使用的话，投入与产出不成正比会造成经济性较差。然而无论是哪种淬冷介质，不能仅从冷却效果去抑制分解，还应该从系统本身去综合考虑。

发明内容

本发明目的在于提供抑制等离子体裂解煤裂解气在反应系统内部发生热分解、改善反应体系内部碳氢比的淬冷方法，采用甲烷、乙烯、乙烷、一氧化碳、氢气等碳氢混合气体和油类物质混合物作为淬冷剂，增大传热速率，利用余热促使烃类物质转化为乙炔，进一步提高乙炔气收率。

一种用等离子体裂解煤碳氢混合物作为淬冷剂的工艺，包括如下次序的步骤：以氢气作等离子体载体，将煤粉送入等离子反应器中，在反应器内完成反应后进入淬冷器用淬冷剂将反应物分梯度淬冷，后进入预除尘装置进行气固预分离，固体部分排除系统；气体部分进入精除尘装置脱除细颗粒粉尘，再用冷却装置将洁净的混合气体冷却至常温，由增压风机送至压缩机进行压缩，继而进入乙炔吸收塔和变压吸附塔进行提浓和吸附，提浓后的乙炔送往后续产品加工工段，提出乙炔后的混合气体再通过吸附塔提取氢气，提取出来的氢气一部分返回等离子炬再循环利用，另外一部分氢气送往氢产品消耗工段；通过变压吸附塔吸附后剩余的裂解气尾气，再经压缩机压缩后进入混合分配器与柴油充分混合，经计量调节后作为第一梯度淬冷剂进入淬冷器，软水或蒸汽或两者混合物作为第二梯度淬冷剂再次进行冷却。

上述的一种用等离子体裂解煤碳氢混合物作为淬冷剂的工艺，其淬冷剂组成成分包含甲烷、乙烯、乙烷、氢气、一氧化碳和氩气等碳氢混合气体。

上述的一种用等离子体裂解煤碳氢混合物作为淬冷剂的工艺，其第一梯度淬冷装有焓探头测量仪，测量仪测量混合气的焓值，温度，气体组分，根据焓探头测定出来的淬冷温度和组分，调节尾气进气的流量，使淬冷后的气体保持合适的温度梯度。

上述的一种用等离子体裂解煤碳氢混合物作为淬冷剂的工艺，其第一梯度淬冷后的气体温度为200℃-300℃，第二梯度淬冷后的气体温度为80℃--100℃。

上述的一种用等离子体裂解煤碳氢混合物作为淬冷剂的工艺，其第一梯度淬冷剂设置喷入口4-10个，第二梯度淬冷剂设置喷入口20-100个，且均匀分布。