[发明专利]甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤化工深加工工艺技术领域，具体涉及一种工艺简便，以低热值燃气作为助燃气体，生产效率高的甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法。

背景技术

炭黑是一种重要的化工原料，作为橡胶工业补强填充剂、胶料的着色剂或调色剂，广泛应用于油墨、涂料、制革、化纤、冶金、电子、感光材料、黑色农膜和包装材料等诸多领域。现有技术生产炭黑工艺包括炉黑、槽黑、热解黑和灯烟黑等生产工艺。氢气不仅作为工业原料，更是一种洁净高效能源，广泛应用于航天、航空、电子行业、冶金、化工等领域。现有技术制氢的方法主要有电解水法、光解水法、碳及碳氢化合物重整制合成气法和催化裂解法等。随着天然气的大量开发利用，为生产炭黑和氢气提供了一种清洁生产原料。中国专利(ZL89104111)提供了一种以天然气为燃料，富氧气体做助燃剂的炭黑生产方法。该方法改善了炉温的稳定性，保证供热，但没有很好地解决炭黑的产率和品质的问题，而且不能同时生产高纯氢气。中国专利(ZL03152797.3)公开了一种富含甲烷气在高温炭体系中裂解重整制合成气的方法，甲烷在非完全气化的高温炭体系中(1150℃～1350℃)裂解重整制合成气CO和H₂；中国专利(ZL01118721.2)提供了一种微波激励甲烷转化制氢的工艺。这些方法存在耗能高、反应不彻底，而且排放大量的温室气体CO₂等问题，同时需要经过一氧化碳变换，二氧化碳脱除以及甲烷化等多个后续工序方能得到纯度较高的氢气，生产周期长，且不能同时生产出高品质炭黑。因此寻求一种以天然气为原料，低成本、高效率联产炭黑和高纯氢气的方法是生产实践中急需解决的问题。本发明人经过潜心研究，开发了一种甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，试验证明，应用效果良好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简便，以低热值燃气作为助燃气体，生产效率的甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法。

本发明的目的是这样实现的：以热值为1300-1500kcal/Nm³的低热值燃气为燃料，以含甲烷气体为原料，采取控量供氧助燃低热值燃气充分燃烧，反应炉蓄热并排除余气-甲烷裂解交替工作模式，营造甲烷无氧高温裂解反应环境，具体包括以下工序：

A、助燃气体调节：以含氧量25％-35％的富氧气体为助燃气体，经压力调节装置稳定压力后，输送给裂解反应炉；

B、反应炉蓄热、排除余气：按照低热值燃气燃烧的理论需氧量供给助燃气体，助燃气体与低热值燃气通入一台裂解反应炉燃烧段，在预混区实现充分混合并燃烧约10分钟，炉体温度达到1400℃-1500℃后，停止供给该裂解反应炉助燃气体和燃气，并排除燃烧余气；

C、甲烷裂解：原料甲烷气体通入达到反应温度的裂解反应炉反应段，发生裂解反应，产生含炭黑富氢气体和烟气，约10分钟后停止向裂解反应炉通入甲烷气体；交替重复B、C工序实现连续生产；

D、收集炭黑：来自裂解反应炉顶部的含炭黑富氢气体经过冷却装置降温后，导入炭黑收集装置中分离出富氢气体中的炭黑，炭黑经造粒、包装即为成品；

E、纯化制氢：分离炭黑后的富氢气体从制氢变压吸附塔的底部通入，经多种吸附剂选择吸附，除去氢气以外的其他气体，获得纯度大于99.9％的高纯氢气。

本发明采取控量供氧助燃低热值燃气充分燃烧，反应炉蓄热并排除余气-甲烷裂解交替工作模式，营造甲烷无氧高温裂解反应环境。本发明工艺简便，通过裂解反应炉的多级组联即可实现生产量的扩增和连续高效生产。本发明不仅能够充分利用低热值燃气资源，反应效率高，而且温室气体排放少，实现了低碳清洁循环生产，一套生产工艺实现了高品质炭黑和高纯氢气的联产。

附图说明

附图为本发明的工艺流程示意图。

图中：1-裂解反应炉，2-压力调节装置，3-冷却装置，4-炭黑收集装置，5-制氢变压吸附塔。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明的保护范围。

如图所示，本发明以热值为1300-1500kcal/Nm³的低热值燃气为燃料，以含甲烷气体为原料，采取控量供氧助燃低热值燃气充分燃烧，反应炉蓄热并排除余气-甲烷裂解交替工作模式，营造甲烷无氧高温裂解反应环境，具体包括以下工序：

A、助燃气体调节：以含氧量25％-35％的富氧气体为助燃气体，经压力调节装置2稳定压力后，输送给裂解反应炉1；