[发明专利]一种碳氢化合物裂解制备碳纤维的反应系统及其处理方法和用途

权利要求书

1.一种碳氢化合物裂解制备碳纤维的反应系统，其特征在于，所述反应系统包括至少3个串联的二维固定床反应器(1)，每个二维固定床反应器(1)的物料入口设有入口三通转向阀(2)，每个二维固定床反应器(1)的物料出口设有出口三通转向阀(3)和截止阀(4)，反应系统的反应物料入口管路通过入口三通转向阀(2)与二维固定床反应器(1)的入口相连，反应系统的反应物料出口管路通过出口三通转向阀(3)与二维固定床反应器(1)的出口相连，所述二维固定床反应器(1)中至少有一个二维固定床反应器(1)为备用反应器(1-1)；

所述二维固定床反应器(1)为长方体结构，其内部设有至少2层催化剂床层，每层催化剂床层上放置催化剂样品槽(5)；

所述每层催化剂床层上的催化剂样品槽(5)间隔设置；

所述催化剂样品槽(5)中铺设积碳催化剂，所述积碳催化剂的铺设厚度为1mm～10mm；

所述二维固定床反应器(1)的宽度b和厚度d的比值为(10～20):1，所述二维固定床反应器(1)的长度a和宽度b的比值为(1～10):1。

2.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述二维固定床反应器(1)为外热式二维固定床反应器。

3.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述二维固定床反应器(1)的宽度b和厚度d的比值为(12～16):1。

4.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述二维固定床反应器(1)的长度a和宽度b的比值为(1～5):1。

5.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述每层催化剂床层上催化剂样品槽(5)的个数为2个～5个。

6.根据权利要求5所述的反应系统，其特征在于，所述每层催化剂床层上催化剂样品槽(5)的个数为2个～3个。

7.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述催化剂样品槽(5)的长度m和宽度n的比值为(5～20):1。

8.根据权利要求1任一项所述的反应系统，其特征在于，所述二维固定床反应器(1)相对的两面上设有伴生气燃烧供热单元(6)。

9.根据权利要求8所述的反应系统，其特征在于，所述相对的两面为二维固定床反应器(1)的长度a和宽度b组成的两个平面。

10.根据权利要求1-9任一项所述的反应系统的处理方法，其特征在于，所述处理方法为：

(a)以碳氢化合物作为原料气，原料气通入除备用反应器(1-1)外的依次串联的二维固定床反应器(1)中与催化剂接触进行碳氢化合物裂解反应；

(b)当所述串联的二维固定床反应器(1)中的其中一个二维固定床反应器(1)中的催化剂完全失去活性后进行切换，用备用反应器(1-1)替换所述催化剂完全失去活性的二维固定床反应器(1)，继续进行碳氢化合物裂解反应；

(c)收集所述催化剂完全失去活性的二维固定床反应器(1)中反应得到的碳纤维产物，填装新的催化剂后作为反应系统的备用反应器继续使用；

重复上述步骤(a)～步骤(c)，连续生产碳纤维产物。

11.根据权利要求10所述的处理方法，其特征在于，步骤(a)中所述原料气在反应器中的流速为1cm/min～10cm/min。

12.根据权利要求10所述的处理方法，其特征在于，所述二维固定床反应器(1)中的催化剂为铁系、钴系或镍系中任意一种碳氢化合物裂解粉末催化剂。

13.根据权利要求12所述的处理方法，其特征在于，所述二维固定床反应器(1)中的催化剂为纳米Fe₂O₃催化剂，氧化钴催化剂或氧化镍催化剂中任意一种或至少两种的组合。