[发明专利]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

权利要求书

1.一种多段等离子体裂解碳质材料反应器，包括：

反应管第一段，主要用于使碳质材料、载气和第一加热气体混合，以及热解碳质材料；

反应管第二段～第N段，主要用于使热解产生的挥发分发生气相反应，其中N为大于或等于2的整数；

至少一个位于反应管第一段侧面的碳质材料和载气入料的入口；

至少一个位于反应管第一段顶部的第一加热气体的入口；

至少一个分别位于反应管第二段～第N段侧面的第二～第N加热气体的入口，其中所述第二～第N加热气体为高温等离子体气体；

至少一个用于激冷或冻结反应产物的激冷介质的入口；

至少一个位于反应管最后一段底部或下部的激冷产物和气体的出口；

其中，碳质材料从反应管第一段的侧面进入反应管中，并向下流动，最后到达反应管最后一段的底部或下部，同时完成热解、气相反应和激冷过程。

2.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中所述反应管第一段的操作温度确保进入其中的碳质材料的温度达到650℃～1250℃，同时所述反应管第二段～第N段的操作温度确保在其中发生的气相反应温度达到1500℃～2900℃。

3.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中所述第一加热气体为氢气、氮气、甲烷、惰性气体和/或氢气、氮气、甲烷、和/或惰性气体的等离子体气体，同时第二～第N加热气体为氢气、氮气、甲烷和/或惰性气体的高温等离子体气体。

4.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中进入所述反应器中的激冷介质确保其中的反应产物在离开反应器前被激冷至低于527℃。

5.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中热解形成的挥发分在反应管第二段～第N段各段中发生的气相反应时间为0.4～4.0毫秒。

6.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中在所述反应器中发生的热解、气相反应和激冷的时间总和少于50毫秒。

7.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中所述激冷介质包括水、蒸汽、丙烷、芳香族化合物、惰性气体、任何类型的碳质材料和/或它们的混合物。

8.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中所述载气选自于氢气、甲烷、氮气、气态碳质材料、惰性气体和/或它们的混合物。

9.根据前述权利要求3，7，8任一项所述的多段等离子体反应器，其中所述惰性气体是氩气。

10.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中所述反应管的横截面为圆形、方形、椭圆形、多边形或任何其他规则形状。

11.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中所述反应管的第二段～第N段横截面的面积为反应管第一段横截面的面积的1～3倍。

12.根据权利要求1所述的多段等离子体反应器，其中所述碳质材料和载气的入口数量为2～100，所述第一加热气体的入口数量为1～12，所述第二～第N加热气体的入口数量为2～64，而所述激冷介质的入口数量为8～128。

13.根据前述权利要求1-8和10-12任一项所述的多段等离子体反应器，其中所述各入口在水平方向上被对称和/或相对地布置。

14.根据前述权利要求1-8和10-12任一项所述的多段等离子体反应器，其中所述碳质材料为固态、液态和/或气态材料。

15.根据前述权利要求1-8和10-12任一项所述的多段等离子体反应器，其中所述碳质材料进一步选自于煤、煤焦油、煤直接液化残渣、重质渣油、焦、石油焦、油砂、页岩油、碳质工业废料或尾料、生物质、合成塑料、合成聚合物、废轮胎、市政固体垃圾、沥青和/或它们的混合物。

16.根据前述权利要求1-8和10-12任一项所述的多段等离子体反应器，其中所述高温等离子体气体和氢气、氮气、甲烷、和/或惰性气体的等离子体气体由输入功率为10kW～20MW的等离子发生器产生。

17.根据前述权利要求1-8和10-12任一项所述的多段等离子体反应器，其中所述碳质材料和载气入料的入口、第二～第N加热气体的入口、和激冷介质的入口呈中心对称分布，在水平方向上形成范围为-60°至+60°的夹角。