专利名称：增加氢等离子体炬稳定性和功率的方法
技术领域：
本发明属于化学化工与等离子科学领域。具体涉及甲烷等气态烃类化合物在等离子体裂解煤制乙炔中的应用。
背景技术：
乙炔是重要的基础有机化工原料，素有“有机合成之母”的称号。乙炔不仅用来生产聚氯乙烯、丙烯腈、氯丁橡胶、聚乙烯醇等化学品，还可以用于焊接与切割，在工业领域有广泛的应用。乙炔的传统生产方法有电石法、天然气部分氧化法、石油裂解法等。电石法以煤为原料制焦炭，煅烧石灰石生产氧化钙，在电石炉中以焦炭与氧化钙为原料生产电石，电石与水反应生成乙炔。该工艺方法的缺点是能耗高，产生“三废”多，严重污染环境，工艺路线长不利于连续化生产。天然气部分氧化法天然气部分氧化法工艺技术复杂、成本高，而且生产乙炔需要联产甲醇，因此在远离天然气资源和甲醇市场的地方，很难建设该装置。石油裂解法石油裂解制乙炔较电石法经济，但我国是石油资源缺乏而煤炭资源丰富的国家，且石油价格受国际形势影响波动很大，不利于长远生产。
而煤与乙炔的氢碳比(H/C)很接近，故以煤为原料在等离子体氛围下直接生产乙炔是合理的工艺路线。在等离子体炬中直接裂解煤制乙炔，可以从根本上解决电石法制乙炔的“三废”污染问题。我国是煤炭资源丰富而石油资源短缺的国家，因此开发等离子体裂解煤制乙炔的技术对我国煤化工的发展有重要的意义。
目前等离子体裂解煤制乙炔的实验装置所用的气体主要有氮气、氩气、氢气等。当用氮气时，氮气与含丰富碳、氢、氧等元素的煤粉在电弧或等离子体炬产生的高温等离子体氛围下反应，将生成剧毒氰化氢、一氧化碳与其他氮氧化合物，这将增加等离子体法制乙炔的后处理的难度，因此限制了氮等离子体炬在裂解煤制乙炔的应用。使用氩气为保护气裂解煤制乙炔成本高，不利于大规模的工业化生产。利用氢气裂解煤制乙炔时，由于氢等离子体是高焓且导热性高的等离子体形成的电弧具有不稳定性，从而导致等离子体炬不能长时间稳定工作，致使无法大规模的工业化生产乙炔发明内容针对上述等离子体裂解煤制乙炔工艺的不足之处。本发明提供了一项增加氢等离子体炬稳定性和功率的方法，是一种等离子体裂解煤制乙炔的新工艺方法，利用甲烷等气态烃类化合物保护等离子炬及反应器，从而高效率运用等离子体裂解煤制乙炔。
本发明的技术方案如下增加氢等离子体炬稳定性和功率的方法，其特征在于在氢等离子体炬工作状态下，从氢等离子体炬位于正负电极之间的气体喷嘴中连续稳定的喷入气态烃类化合物或其混合物到等离子体炬中，气态烃类化合物或其混合物在电弧的作用下电离形成粒度很细的碳黑，生成的碳黑贴附在等离子体炬的内表面电极上，在等离子炬内表面电极形成保护层，气态烃类化合物或气态烃类混合物沿等离子体炬内表面形成环柱状气旋，两者使高焓且导热性高的氢等离子稳定的从等离子炬中进入到反应器中。
所述的气态烃类化合物是甲烷或乙烷或其它烃类化合物，其混合物是甲烷、乙烷的混合物，或甲烷、乙烷、其它烃类化合物的任意混合物，所述的气态烃类化合物或其混合物的喷入体积量保持为占氢等离子体炬的内各种气体体积总量的2-10％。
所述的气态烃类化合物或其混合物的喷入体积量保持为占氢等离子体炬的内各种气体体积总量的2-7％。
喷入甲烷等气体有效的保护了氢等离子体电弧在等离子炬中稳定形成，使等离子炬稳定输出功率，从而使等离子体炬长时间稳定的运行，将煤粉稳定输送到等离子体炬产生的高温氢等离子中与之反应生成乙炔，为工业化生产乙炔创造了条件。
具体实施例方式
实施例1从正负电极的气体喷嘴中将含量不同的甲烷气输送到等离子炬中，在1800K至2000K裂解煤制乙炔。当等离子炬中甲烷气的含量占2％体积时(其余为氮、氩、氢气)，生成的乙炔浓度为9.7％，等离子体炬功率为1.1MW。当甲烷气的含量为4％体积时，生成的乙炔浓度为12.5％，等离子体炬功率为1.3MW。当甲烷气的含量为7％体积时，生成的乙炔浓度为14.6％，等离子体炬功率为1.6MW。
实施例2将含量不同的甲烷、乙烷混合气(各占一半体积)输送到等离子炬中，在1800K至2000K裂解煤制乙炔。当混合气的含量为2％体积时(其余为氮、氩、氢气)，生成的乙炔浓度为8.6％，等离子体炬功率为1.08MW。当混合气的含量为4％体积时，生成的乙炔浓度为10.5％，等离子体炬功率为1.2MW。当甲烷气的含量为7％体积时，生成的乙炔浓度为12.3％，等离子体炬功率为1.45MW。
权利要求
1.增加氢等离子体炬稳定性和功率的方法，其特征在于在氢等离子体炬工作状态下，从氢等离子体炬位子正负电极之间的气体喷嘴中连续稳定的喷入气态烃类化合物或其混合物到等离子体炬中，气态烃类化合物或其混合物在电弧的作用下电离形成粒度很细的碳黑，生成的碳黑贴附在等离子体炬的内表面电极上，在等离子炬内表面电极形成保护层，气态烃类化合物或气态烃类混合物沿等离子体炬内表面形成环柱状气旋，两者使高焓且导热性高的氢等离子稳定的从等离子炬中进入到反应器中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的气态烃类化合物是甲烷或乙烷或其它烃类化合物，其混合物是甲烷、乙烷的混合物，或甲烷、乙烷、其它烃类化合物的任意混合物，所述的气态烃类化合物或其混合物的喷入体积量保持为占氢等离子体炬的内各种气体体积总量的2-10％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的气态烃类化合物或其混合物的喷入体积量保持为占氢等离子体炬的内各种气体体积总量的2-7％。
全文摘要
本发明公开了一种增加氢等离子体炬稳定性和功率的方法，其特征在于在氢等离子体炬工作状态下，从氢等离子体炬位于正负电极之间的气体啧嘴中连续稳定的喷入气态烃类化合物或其混合物到等离子体炬中，气态烃类化合物或其混合物在电弧的作用下电离形成粒度很细的碳黑，生成的碳黑贴附在等离子体炬的内表面电极上，在等离子炬内表面电极形成保护层，气态烃类化合物或气态烃类混合物沿等离子体炬内表面形成环柱状气旋，两者使高焓且导热性高的氢等离子稳定的从等离子炬中进入到反应器中。
文档编号C07C11/24GK1807371SQ200610038150
公开日2006年7月26日 申请日期2006年1月26日 优先权日2006年1月26日
发明者方世东, 熊新阳, 孟月东 申请人:中国科学院等离子体物理研究所