[发明专利]一种热等离子体反应器的连续清焦方法

说明书

本发明公开了一种热等离子体反应器的连续清焦方法，在裂解反应进行过程中，连续通入清焦气体，通过与结焦物发生反应完成清焦；所述的清焦气体为二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气。本清焦方法不会对裂解气流量和组成造成较大影响，可以连续进行，具有清焦时间短、清焦效率高的特点，而且更加安全、能耗更低，适合于不同类型的热等离子体反应器，且针对不同性质及不同含量的结焦物均具有显著的清除效果。

技术领域

本文涉及热等离子体高温下的反应工程领域，特别涉及一种热等离子体反应器的连续清焦方法。

背景技术

随着石油资源的逐渐耗竭和油价的不断上涨，人们纷纷将目光投向资源更加丰富的煤。乙炔作为可从煤中大量获取的基础化工原料，对石油及乙烯下游产品有很好的替代性。我国生产乙炔的方法有电石水解法和甲烷部分氧化法两种，前者生产流程长、CO₂排放量大、污染严重，后者则受限于国内有限的天然气资源。

热等离子体裂解煤制乙炔技术利用热等离子体高温(＞3000K)、高焓、富含活性粒子的特点，首先将煤粉通入热等离子体中，使其快速升温热解、释放出挥发分，并发生毫秒级裂解反应，裂解气淬冷后可得到乙炔为主要成分的裂解气。该技术用水量少、不额外产生CO₂、也无严峻的废水处理问题，是一种典型的清洁、高效煤转化过程，具有很好的发展前景。

目前对热等离子体裂解煤、烃类等富含碳氢化合物原料制乙炔的机理及工艺研究已基本成熟，美国、德国和中国还分别建立了1～5MW热等离子体裂解煤制乙炔中试装置，开展了大量的工程研究工作，证明了该技术的经济可行性。

但是在煤粉进入等离子体反应器内，在发生裂解反应过程中，反应器内壁不断有结焦物生成并逐渐变厚，造成反应器内壁的直径缩小，增加气体流动的阻力，极大地破坏系统运行的稳定性，严重影响着该技术的工业化。因此，如何彻底、高效的清焦成为产业化过程中急需解决的关键问题。

常用的清焦方法包括物理清焦和化学清焦。物理清焦法，如机械清焦或激波清焦，机械清焦法是采用刮削器清除结焦物，优点是不影响反应器的连续运行，缺点是刮削器易烧损，且对材料要求很高。

化学清焦法是向反应器中通入氧气或水(水蒸气)，直接与壁面的结焦物反应，达到快速清焦的目的。其中，氧气清焦法的反应器结构简单、容易实现，但若通入的氧气与氢气混合时操作不当，有爆炸的危险；水(水蒸气)清焦法效果虽好，但能耗较高，水蒸气冷凝还容易引起设备短路，存在安全隐患。

另外，由于煤、烃类等含碳氢化合物的裂解反应原料会与氧气或水(水蒸气)发生反应，影响清焦过程，故清焦时必须停止裂解反应，因此，现有的氧气清焦法和水(水蒸气)清焦法均为间歇式操作，这种裂解反应与清焦交替进行的方式不可避免的导致裂解气流量和组成发生巨大波动，影响后续的裂解气除尘和分离过程。

发明内容

本发明提供了一种新型的连续清焦方法，以二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气作为清焦气体，不会对裂解气流量和组成造成较大影响，具有清焦时间短、清焦效率高的特点，而且更加安全、能耗更低。

本发明公开了一种热等离子体反应器的连续清焦方法，在裂解反应进行过程中，连续通入清焦气体，通过与结焦物发生反应完成清焦；

所述的清焦气体为二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气。

本发明中，在热等离子体裂解反应的同时，向反应器中连续通入清焦气体，清焦气体在反应器的高温、高焓、富含活性粒子的等离子体环境中，与反应器内壁的结焦物接触并发生反应，从而将结焦物清除干净。