專利名稱：一種含有氣固快分結(jié)構(gòu)的等離子體煤裂解過程后處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有氣固快分結(jié)構(gòu)的等離子體煤裂解過程后處理工藝，屬 于煤化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
乙炔是重要的基礎(chǔ)有機化工原料。生產(chǎn)乙炔的工業(yè)方法主要有電石法、甲 烷部分氧化法和甲烷電弧裂解法，其中電石法乙炔工藝成熟，工業(yè)生產(chǎn)中占絕 對比例，但是污染和能耗均相對較高。
等離子體裂解煤制乙炔是一條新的、有前景的煤直接化工轉(zhuǎn)化途徑，相關(guān)
研究始于20世紀(jì)60年代的英國Sheffield大學(xué)在高溫、高焓、高反應(yīng)活性的 電弧熱等離子體射流中，煤的揮發(fā)分甚至固定碳可直接轉(zhuǎn)化為乙炔。此后，大 量的研究集中在英國、美國、德國、印度、前蘇聯(lián)等國家。我國學(xué)者及工程技 術(shù)人員從90年代開始，在這一領(lǐng)域進行了大量的基礎(chǔ)研究和工程研究。由于我 國油氣資源相對匱乏，而煤資源豐富，因此等離子體裂解煤制乙炔過程作為一 種清潔且流程短的煤轉(zhuǎn)化過程，在煤的化工利用方面具有重要的潛在工業(yè)前景。 美國AVCO公司在1980年完成了 1 MW級工業(yè)裝置的試驗，等離子體炬輸 入功率為807 kW，使用水做急冷介質(zhì)，氣體分離前單位生產(chǎn)能耗為10.5kWh/kg 乙炔。德國Huels公司與Bergbau Forschung GmbH公司(德國采礦研究公司， 現(xiàn)名DMT)在80年代合作，建成并試驗了 1.25 MW的中試裝置，所取得的單 位生產(chǎn)能耗為14 16kWh/kg乙炔。2007年，我國新疆天業(yè)集團在2MW裝置平臺上進行的中試試驗，氣體分 離前乙炔能耗的最好指標(biāo)達(dá)到10.5kWh/kg乙炔，計及分離能耗4.0kWh/kg，低 于污染治理費用外的電石法生產(chǎn)乙炔的綜備能耗15.0kWh/kg乙炔。
在現(xiàn)有的工藝中，煤在等離子體中裂解后，產(chǎn)生的裂解產(chǎn)物中含有固體(未 裂解的煤或固體雜質(zhì))和氣體(裂解氣)，裂解產(chǎn)物直接進入急冷裝置進行急冷， 得到裂解氣中的乙炔。由于裂解產(chǎn)物中含有大量的固體，降低了冷卻效率，消 耗了大量的冷卻水。同時裂解產(chǎn)物中含有大量的高溫煤，具有很高的熱值，可 以再次進行反應(yīng)，提高產(chǎn)物附加值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的等離子體煤裂解反應(yīng)后處理工藝中加入氣固的 快速分離，將裂解產(chǎn)物中的固體和氣體分離，分別進行后處理，提高裂解氣產(chǎn) 品中的乙炔含量，提高煤的總體轉(zhuǎn)化率和過程的綜合價值。
所述含有氣固快分結(jié)構(gòu)的等離子體煤裂解過程后處理工藝包括如下具體步
驟
a) 等離子體煤裂解過程的反應(yīng)產(chǎn)物，在氣固混合物溫度為1200 1500K、速 度為150~200m/s時經(jīng)氣固快速分離裝置得到氣相中間產(chǎn)品和固相中間產(chǎn)品；
b) 氣相中間產(chǎn)品進入急冷裝置，用急冷介質(zhì)快速冷卻，降至室溫，從而得到 含C2H2、 CH4、 CO、 H2和C02的裂解氣；
c) 固體中間產(chǎn)品為反應(yīng)后的煤粉，在溫度為U00 1400K時進入另一反應(yīng) 器中，在室溫下與純水、水蒸氣接觸發(fā)生水煤氣反應(yīng)生成CO和H2，或在反應(yīng)
器中通入H2反應(yīng)得到甲垸；
d) 固體中間產(chǎn)品在上述步驟c)反應(yīng)過程中所得熱能為等離子體發(fā)生器提供 部分電能。所述急冷介質(zhì)為化學(xué)冷卻物質(zhì)或物理冷卻物質(zhì)。 所述反應(yīng)器為流化床、固定床或移動床。
所述化學(xué)冷卻物質(zhì)為水蒸氣、氫氣及C5以下氣態(tài)烷烴的單一或其混合氣體; 所述物理冷卻物質(zhì)為純水、氣相冷凝水或循環(huán)水。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點 (1 )本發(fā)明所述工藝中避免了對氣固混合物的同時冷卻，僅需要對氣體(含 少量固體)進行急冷，提高冷卻效率；
(2) 本發(fā)明所述的工藝中使用快速分離裝置，避免裂解產(chǎn)物中的乙炔發(fā)生 分解反應(yīng)；
(3) 本發(fā)明所述的工藝中利用分離后得到的固體(含在等離子體條件下反
應(yīng)后的高溫煤)進行再利用，提高產(chǎn)品附加值，提高過程綜合價值。


圖1為一種含有氣固快分結(jié)構(gòu)的等離子體煤裂解過程后處理工藝流程示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，等離子體煤裂解產(chǎn)物通入快速分離裝置中，分離的氣體進入
急冷裝置，快速冷卻，得到含有C2H2、 CH4、 CO、 H2和C02的裂解氣。分離的
固體在反應(yīng)器中與水反應(yīng)發(fā)生水煤氣反應(yīng)，或與氫氣反應(yīng)發(fā)生加氫裂解。 以下結(jié)合實例和附圖對本發(fā)明進行進一步說明。 實施例1
等離子體炬采用氫氣作為工作氣體，輸入功率為3.8 4.2MW，氫氣流量為 100 110 kg/h，氫等離子體的平均溫度超過3000K，中心區(qū)域溫度為5000 ~6000K。裂解產(chǎn)物溫度為1200 1500K，速度為150 200m/s，裂解產(chǎn)物進入快速分離裝置(己有技術(shù)中專利CN1267564公開的氣固分離裝置)，氣體停留時間 為80ms，固相停留時間為分離效率75%。氣體出口分離的氣體即氣相中間產(chǎn)品 進入急冷裝置，用循環(huán)水進行快速冷卻，降至室溫(從而終止產(chǎn)物的熱分解， 提高裂解氣中乙炔含量，避免高溫下乙炔發(fā)生分解反應(yīng))，得到體積含量為10% 的乙炔氣體混合物(含C2H2、 CH4、 CO、 H2和C02的裂解氣)?？焖俜蛛x裝置 固體出口的固體即固體中間產(chǎn)品(反應(yīng)后的煤粉)，溫度在1100 1400K，進入 流化床，通入水蒸氣，發(fā)生煤氣化反應(yīng)，生成CO和H2 (可以作為發(fā)電所需的 燃燒氣體，補償?shù)入x子體耗能)。乙炔體積含量10%，高于現(xiàn)有工藝的7 8%。 冷卻水用量降低50%。 實施例2
等離子體炬采用氫氣作為工作氣體，輸入功率為3.8 4.2MW，氫氣流量為 100 110 kg/h，氫等離子體的平均溫度超過3000K，中心區(qū)域溫度為5000 6000K。裂解產(chǎn)物溫度為1200 1500K，速度為150 200m/s，裂解產(chǎn)物進入快 速分離裝置(己有技術(shù)中專利CN1267564公開的氣固分離裝置)，氣體停留時間 為80ms，固相停留時間為分離效率75%。氣體出口分離的氣體即氣相中間產(chǎn)品 進入急冷裝置，用循環(huán)水進行快速冷卻，降至室溫(從而終止產(chǎn)物的熱分解， 提高裂解氣中乙炔含量，避免高溫下乙炔發(fā)生分解反應(yīng))，得到體積含量為10% 的乙炔氣體混合物(含C2H2、 CH4、 CO、 H2和C02的裂解氣)?？焖俜蛛x裝置 固體出口的固體即固體中間產(chǎn)品(反應(yīng)后的煤粉)，溫度在1100 1400K，進入 流化床中，通入氫氣，發(fā)生煤裂解，生成CH4 (可以作為發(fā)電所需的燃燒氣體， 補償?shù)入x子體耗能)。乙炔體積含量10%，高于現(xiàn)有工藝的7 8%。冷卻水用量 降低50%。
實施例3等離子體炬采用氫氣作為工作氣體，輸入功率為3.8 4.2MW，氫氣流量為 100 110kg/h，氫等離子體的平均溫度超過3000K，中心區(qū)域溫度為5000 6000K。裂解產(chǎn)物溫度為1200 1500K，速度為150~200m/s，裂解產(chǎn)物進入快 速分離裝置(己有技術(shù)中專利CN1267564公開的氣固分離裝置)，氣體停留時間 為80ms，固相停留時間為分離效率75%。氣體出口分離的氣體即氣相中間產(chǎn)品 進入急冷裝置，用丙烷進行快速冷卻，降至室溫(從而終止產(chǎn)物的熱分解，提 高裂解氣中乙炔含量，避免高溫下乙炔發(fā)生分解反應(yīng))，得到乙炔體積含量為6% 和乙烯體積含量為9%氣體混合物(含C2H2、 CH4、 CO、 H2和C02的裂解氣)。 快速分離裝置固體出口的固體即固體中間產(chǎn)品(反應(yīng)后的煤粉)，溫度在 1100 1400K，進入流化床中，通入水蒸氣，發(fā)生煤氣化反應(yīng)，生成CO和H權(quán)利要求
1、一種含有氣固快分結(jié)構(gòu)的等離子體煤裂解過程后處理工藝，其特征在于，所述工藝包括如下具體步驟a)等離子體煤裂解過程的反應(yīng)產(chǎn)物，在氣固混合物溫度為1200～1500K、速度為150～200m/s時經(jīng)氣固快速分離裝置得到氣相中間產(chǎn)品和固相中間產(chǎn)品；b)氣相中間產(chǎn)品進入急冷裝置，用急冷介質(zhì)快速冷卻，降至室溫，從而得到含C2H2、CH4、CO、H2和CO2的裂解氣；c)固體中間產(chǎn)品為反應(yīng)后的煤粉，在溫度為1100～1400K時進入另一反應(yīng)器中，在室溫下與純水、水蒸氣接觸發(fā)生水煤氣反應(yīng)生成CO和H2，或在反應(yīng)器中通入H2反應(yīng)得到甲烷；d)固體中間產(chǎn)品在上述步驟c)反應(yīng)過程中所得熱能為等離子體發(fā)生器提供部分電能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理工藝，其特征在于，所述急冷介質(zhì)為化學(xué)冷 卻物質(zhì)或物理冷卻物質(zhì)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理工藝，其特征在于，所述反應(yīng)器為流化床、 固定床或移動床。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理工藝，其特征在于，所述化學(xué)冷卻物質(zhì)為水 蒸氣、氫氣及Cs以下氣態(tài)烷烴的單一或其混合氣體；所述物理冷卻物質(zhì)為純水、 氣相冷凝水或循環(huán)水。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于煤化工技術(shù)領(lǐng)域一種含有氣固快分結(jié)構(gòu)的等離子體煤裂解過程后處理工藝，該工藝包括a)等離子體煤裂解過程的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)氣固快速分離裝置得到氣相中間產(chǎn)品和固相中間產(chǎn)品；b)氣相中間產(chǎn)品進入急冷裝置，得到含乙炔的裂解氣；c)固體中間產(chǎn)品進入另一反應(yīng)器，與水或氫氣發(fā)生進一步的反應(yīng)；d)固體中間產(chǎn)品反應(yīng)過程中所得熱能為等離子體發(fā)生器提供部分電能。該發(fā)明可以提高裂解氣產(chǎn)品中的乙炔含量，提高煤的總體轉(zhuǎn)化率和過程的綜合價值，適用于高溫、高流速氣固混合物的后處理過程。
文檔編號B01D45/00GK101550055SQ20091008370
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者玥 雙, 吳昌寧, 易 程, 莉 章, 涌 金, 顏彬航 申請人:清華大學(xué)