[发明专利]使用等离子体技术制备乙炔的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用等离子体技术制备(特别是气相制备)乙炔的方法和装置。

背景技术

人们已经知道通过使用电弧合成的方法制备乙炔(乙炔，C₂H₂)。对于此，经由电弧，通过碳电极，在氢气氛中产生热等离子体。

这种方法的缺点是通常小于10％的低效率，该方法的选择性低并且热损耗高。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺点并且提供使C₂H₂的制备最优化的使用等离子体技术制备乙炔的方法和装置。

该目的是通过其中将含有至少一种烃的气体通入等离子体源的非热等离子体中的方法来实现的。

非热或非平衡等离子体中的等离子体催化的优点是提高了效率，选择性高，并且热损耗低。

所述装置包括在等离子体室(反应室)中用于产生非热或非平衡等离子体的等离子体源，特别是由电磁场激发的等离子体源，优选为由微波激发的等离子体，在所述等离子体室(反应室)中存在有含有至少一种烃的气体，所述气体由进料管线连续地补充。所述等离子体源本身可以在这里实现为共振单模或多模等离子体源或者非共振等离子体源。

在一个优选实施方式中，所述装置在产品侧(乙炔的出口)上具有分离单元(例如，特别是钯管)，在所述分离单元处，将氢气与乙炔分离。

此外，当将已经以这种方式分离的氢气全部或部分地引导回到反应室中时，这是有利的。因此，进一步优选的实施方式，除了所述分离单元以外，还具有使所分离的氢气返回到所述反应室中的再循环(Rückführung)。

这样，所述装置为所述工艺之一自身供给全部或至少部分的氢。

然而，当工艺开始时，通常需要更高比例的氢气或另外的工艺气体以防止碳沉积。

因此，所述装置优选应当总是具有用于向所述反应室供给工艺气体的进料部(Zuführung)。

所述含烃气体包含用于制备C₂H₂的基本原子，碳和氢。

优选地，该气体包含甲烷。在一个优选的实施方式中，所述含烃气体是天然气或沼气，这是因为很容易得到和比较便宜。

在一个优选的实施方式中，除了含烃气体以外，还加入工艺气体。优选的工艺气体包含选自氢、氩、氮、氦和氖的元素。特别优选地，所述工艺气体包含氢和/或氩。氢的优点在于抑制了烟灰的形成。

氩的优点在于，维持等离子体所需要的激发能(优选微波)小于，例如，用氢所需的激发能。通过这些或进一步的气体的混合物，可以调节能量消耗或激发能级。

在一个优选的实施方式中，所述工艺气体包括卤素，特别是氟或氯。因为在工艺过程中，会出现更多饱和和不饱和的烃，所以可以卤化所述烃，特别是氟化或氯化它们。

此外，通过工艺气体加入氢，尤其是在含烃气体中使用甲烷的情况下，具有如下优点：纯甲烷尤其会导致在转化中形成碳粒子，通过加入工艺气体阻止了这一现象。这允许最优化的连续操作。

根据气体中所用的烃，在反应过程中自动形成一定量的氢，因此，在这种情况下，不一定必须在工艺气体中添加它，或者仅需要少量额外量。如果在工艺过程中形成氢，则通常仅在产品侧上将它与乙炔分离。因此，当将从反应室中流出的气体的氢气部分与残余气体和乙炔分离，然后进料回到反应室中时是有利的。

为了防止碳的沉积，当以大于20/1、特别是大于40/1、优选大于60/1的H/C比使过量的氢在反应室中占优势时是有利的。

该比例也取决于所使用的烃。当测量该工艺的效率时，该比例的上限可以容易地设置。在氢的比例过高时，效率降低。

过量的氢可以用在该工艺的进一步过程中以部分或完全氢化，特别是在使用工业用热或等离子体热的等离子体余辉中。这优选是通过将催化剂(优选铂或镍)引入到反应室中而进行的，或者(尤其是在其他的压力下)进行后续的氢化反应。当需要这种情况时，甚至或类似地可以在进一步的等离子体催化反应室中进行所述氢化。

通过用于等离子体的特殊条件，能够实现在90％以上范围内的甲烷向乙炔的转化率。

在一个优选的实施方式中，使含烃气体(KG)(特别是CH₄)和工艺气体(P)(特别是H₂)以1:5至1:20的比例(KG:P)进料到反应室中。因此，在使用CH₄和氢气的情况下，H/C比为14/1至44/1。