一种基于天然气的多联产系统

本发明属于天然气，具体为一种基于天然气的多联产系统。

背景技术：

1、目前，石墨烯作为一种具有二维窝状晶格结构的材料，在力学、电学、光学等物理以及化学等方面都有着广泛的应用。乙炔作为一种重要的有机化工原料，在照明、焊接、化工生产等领域也有着广泛应用。因此，以上材料的生产技术的革新，对于化工领域有着重要影响。

2、在实际生产中，实现低成本制备高品质石墨烯是制约石墨烯大规模应用的因素之一。现有的石墨烯制备方法有机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化还原法、电弧法等。以上方法存在无法在保证产品质量的同时降低成本的问题。另外，制备乙炔的主要工艺有电石法、天然气部分氧化法、电弧法以及等离子体裂解法。国内以电石法为主，存在能耗大、水消耗大、污染大等环境污染问题。现有技术中虽然也有利用等离子体裂解天然气制乙炔、石墨烯的技术，但是上述中的现有技术方案存在以下缺陷：大多是在实验中利用等离子体裂解天然气制乙炔或石墨烯，无法实现全流程工业化生产。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种基于天然气的多联产系统，以解决上述背景技术中提出的现有技术存在无法实现全流程工业化利用天然气生产乙炔和氢气并联产石墨烯的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种基于天然气的多联产系统，包括用于将输入的天然气进行高温裂解以生成裂解产物的等离子体裂解反应器，所述基于天然气的多联产系统还包括：

3、急冷装置，用于与所述等离子体裂解反应器的出口连通，以将生成的裂解产物进行冷却；以及

4、依次连接的换热器、袋滤器、吸收塔、第一水洗塔、解吸塔、第二水洗塔、膜分离器；

5、其中，所述裂解产物是至少包含有氢气、乙炔及石墨烯的固气混合物；所述袋滤器用于将裂解产物进行固气分离，以分离并收集石墨烯；所述膜分离器用于将固气分离后的裂解产物进行膜分离以获得氢气。

6、优选的，所述第一水洗塔塔顶出口与膜分离器入口连通，所述第二水洗塔塔顶出口与乙炔储罐连通，所述吸收塔塔顶出口与第一水洗塔底部连通，所述解吸塔塔顶出口与第二水洗塔底部连通；其中，所述第一水洗塔用于洗涤氢气，所述第二水洗塔用于洗涤乙炔；其中，吸收塔塔顶出口氢气、甲烷等气体在第一水洗塔中与水流逆向流通，第一水洗塔塔顶出口与膜分离器连通。

7、优选的，所述吸收塔塔底出口与解吸塔塔底入口连通，所述解吸塔塔底出口与吸收塔塔顶入口连通。

8、优选的，所述膜分离器包括第一出口和第二出口，其中，第一出口分别与等离子体裂解反应器和用于储存氢气产品的氢气储罐连通，第二出口与等离子体裂解反应器连通。

9、优选的，所述急冷装置出口的裂解产物与等离子体裂解反应器入口气体通过换热器换热。

10、本发明的有益效果是：

11、与现有技术相比，本发明实施例提供的基于天然气的多联产系统，包括依次连接的等离子体裂解反应器、急冷装置、换热器、袋滤器、吸收塔、第一水洗塔、解吸塔、第二水洗塔、膜分离器，该系统通过等离子体裂解反应器、膜分离器等多种设备的联用，将天然气经等离子体裂解、固气分离、膜分离等步骤获得高纯度的乙炔、氢气及石墨烯，能够实现全流程工业化利用天然气低成本生产高质量石墨烯和乙炔，解决了现有技术存在无法实现全流程工业化利用天然气生产乙炔和氢气并联产石墨烯的问题，从而提高了系统的实用性。

技术特征：

1.一种基于天然气的多联产系统，主要包括用于将输入的天然气进行高温裂解以生成裂解产物的等离子体裂解反应器(1)，其特征在于，所述基于天然气的多联产系统还包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述冷却是将生成的裂解产物进行冷却至550℃以下。

3.根据权利要求2所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述第一水洗塔(6)塔顶出口与膜分离器(11)入口连通，所述第二水洗塔(9)塔顶出口与乙炔储罐(14)连通，所述吸收塔(5)塔顶出口与第一水洗塔(6)底部连通，所述解吸塔(8)塔顶出口与第二水洗塔(9)底部连通；其中，所述第一水洗塔(6)用于洗涤氢气，所述第二水洗塔(9)用于洗涤乙炔。

4.根据权利要求3所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述吸收塔(5)塔底出口与解吸塔(8)塔底入口连通，所述解吸塔(8)塔底出口与吸收塔(5)塔顶入口连通。

5.根据权利要求4所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述膜分离器(11)包括第一出口和第二出口，其中，第一出口分别与等离子体裂解反应器(1)和用于储存氢气产品的氢气储罐(15)连通，第二出口与等离子体裂解反应器(1)连通。

6.根据权利要求5所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述急冷装置(2)出口的裂解产物与等离子体裂解反应器(1)入口气体通过换热器(3)换热。

7.根据权利要求6所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述袋滤器(4)与吸收塔(5)下部入口连通。

8.根据权利要求7所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述吸收塔(5)塔顶出口与第一水洗塔(6)塔底入口连通，第一水洗塔(6)塔底出口通过用于溶剂循环的第一输送泵(7)与解吸塔(8)塔底出口连通。

9.根据权利要求8所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述解吸塔(8)塔顶出口与第二水洗塔(9)塔底入口连通，第二水洗塔(9)塔底出口通过用于溶剂循环的第二输送泵(10)与吸收塔(5)塔顶入口连通。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种基于天然气的多联产系统，其特征在于，所述基于天然气的多联产系统还包括与袋滤器(4)下端出口连接的石墨烯储罐(13)。

技术总结
本发明涉及天然气技术领域，具体公开了一种基于天然气的多联产系统，包括依次连接的等离子体裂解反应器、急冷装置、换热器、袋滤器、吸收塔、第一水洗塔、解吸塔、第二水洗塔、膜分离器。本发明通过等离子体裂解反应器、膜分离器等多种设备的联用，将天然气经等离子体裂解、固气分离、膜分离等步骤获得高纯度的乙炔、氢气及石墨烯，能够实现天然气的高质量利用，同时简化了现有工艺流程、降低了生产过程安全隐患、减少了三废对环境的污染，解决了现有技术存在无法实现全流程工业化利用天然气生产乙炔和氢气并联产石墨烯的问题，具有显著的经济效益和推广应用价值。

技术研发人员：陈仙辉,胡浩鑫,夏维东
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13