。淬冷介质包括气体、液体和固体材料，气体介质包括氩气、氦气、氮气、甲烷等 轻质气体；液体介质包括水、煤焦油、重油等，固体介质包括煤、半焦、焦炭、生物质等，优选 为水或煤焦油。淬冷介质的用量只要满足防止乙炔分解即可。
[0051] 本发明的方法可以用于各种碳质材料，优选地，所述碳质材料为煤、煤焦油、半焦、 焦炭、浙青、石油焦、生物质等。
[0052] 如图1所示，本发明提供的碳质材料裂解制乙炔的设备，该设备包括微波反应器 10和等离子体反应器20,其中，
[0053] 微波反应器10包括微波反应器主体、微波反应器进料口、微波入口 15、固体产物 出料口 16和气态产物出料口 17 ;
[0054] 等离子体反应器20包括等离子体反应器主体、等离子体反应器进料口和出料口 24 ；
[0055] 所述气态产物出料口17与等离子体反应器进料口21连通。
[0056] 微波反应器进料口可以包括碳质材料进料口 12和微波吸收介质进料口 11。碳质 材料进料口 12和微波吸收介质进料口 11可以均位于微波反应器主体的上部，用于分别将 碳质材料和用作微波吸收介质的焦/半焦输送到微波反应器10中。所述微波反应器10还 可以包括混合器13,混合器13位于碳质材料进料口 12和微波吸收介质进料口 11的下方， 用于将碳质材料和微波吸收介质混合均匀。混合器13优选为螺杆混合器，可以将碳质材料 和微波吸收介质在混合的同时向下输送。
[0057] 可替换地，微波反应器进料口可以包括碳质材料和微波吸收介质进料口 14。在这 种情况下，可以将碳质材料和微波吸收介质混合均勻，然后通过碳质材料和微波吸收介质 进料口 14加入到微波反应器中进行微波热解。
[0058] 微波入口 15靠近或位于微波反应器主体的反应区，用于将微波输入到微波反应 器的反应区，对碳质材料和微波吸收介质进行加热。微波反应器还可以包括微波源（图中未 示出），用于通过微波入口 15将微波施加到微波反应器的反应区。
[0059]优选地，微波反应器10包括多个微波入口 15,更优选地，多个微波入口 15在微波 反应器的反应区均匀分布。按照该优选实施方式，可以使微波加热更加均匀，有利于碳质材 料的快速彻底热解。
[0060] 优选地，固体产物出口 16与微波吸收介质进料口 11或碳质材料和微波吸收介质 进料口 13连通，用于将热解固态产物(主要是半焦和/或焦炭）作为微波吸收介质循环入 微波反应器10中。需要说明的是，在本实施例中仅需要将一部分热解固态产物作为微波吸 收介质循环回到微波热反应器10中，剩余部分则可在熄焦、钝化等处理后作为半焦产品贮 存。按照该优选实施方式，可以利用高温的热解固态产物对所述碳质材料进行预热，有利于 原料的回收利用并节约能源。
[0061] 等离子体反应器20包括等离子体反应器主体、等离子体反应器进料口和出料口 22。等离子体反应器进料口位于离子体反应器主体的上部，出料口 22位于离子体反应器主 体的下部，或者等离子体反应器进料口位于离子体反应器主体的下部，出料口 22位于离子 体反应器主体的上部。等离子体反应器进料口可以为多个，包括等离子体裂解原料入口 21 和等离子体工作气体入口 22。等离子体裂解的原料从等离子体裂解原料入口 21加入到等 离子体反应器主体中，等离子体工作气体从等离子体工作气体入口 22加入到等离子体反 应器主体中。任选地，来自微波反应器10的热解气态产物的部分作为原料经等离子体裂解 原料入口 21进入等离子体反应器主体中，部分热解气态产物作为工作气体经等离子体工 作气体入口 22进入等离子体反应器20。换言之，本发明一个实施例的热解气态产物可用作 裂解产乙炔的原料和产生高温等离子体的工作气体。
[0062] 在本发明的一个实施例中，在对混合物进行热等离子体裂解的过程中提供辅助加 热，优选利用微波进行加热。等离子体反应器20还包括微波入口 15。按照该优选实施方式， 可以在对热解气态产物与新的碳质材料的混合物进行热等离子体裂解的过程中，利用微波 进行加热，可以使热等离子体反应器内部的温度更为均匀，防止结焦并提高乙炔产率。微波 入口 15位于等离子体反应器20的反应区。微波入口 15优选为多个，更优选地，多个微波 入口在等离子体反应器的反应区均匀分布。
[0063] 优选地，等离子体反应器20还包括淬冷介质入口 23,用于将淬冷介质加入到等离 子体反应器中对反应产物进行淬冷，以防止乙炔分解。淬冷介质入口 23不在等离子体反应 器20的反应区。
[0064] 根据本发明的一个优选实施方式，如图2所示，所述微波反应器10为流化床式微 波反应器。微波反应器进料口可以包括碳质材料和微波吸收介质进料口 14和流化气体入 口 18,流化气体入口 18位于微波反应器主体的底部，碳质材料和微波吸收介质进料口 14位 于微波反应器主体的中上部。根据该优选实施方式，可以使碳质材料得到更均匀地加热，得 到更多的热解气态产物，从而进一步提高乙炔产率。
[0065] 下面通过实施例更详细地描述本发明。
[0066] 以下实施例和对比例使用的煤均为黑山煤，其工业分析和元素分析表示在下面表 1和表2中，其中工业分析和元素分析的基准均是空气干燥基。
[0067]表1
【主权项】
1. 一种碳质材料裂解制乙炔的方法，其特征在于，该方法包括： (1) 在微波吸收介质存在下，利用微波对所述碳质材料进行加热，得到热解固态产物和 热解气态产物； (2) 对热解气态产物进行热等离子体裂解，得到乙炔。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1)在流化床式微波反应器中进行，所述碳 质材料处于流化状态。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤（1)中，微波加热的条件包括：微波吸 收介质与碳质材料的重量比为〇. 1-5:5 ;温度为600-1000°C，时间为1-20分钟；微波吸收 介质为半焦和/或焦炭。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（2)中，将热解气态产物与新的碳质材料 混合，然后对混合物进行热等离子体裂解。
5. 根据权利要求1或4所述的方法，其中，在进行热等离子体裂解的过程中提供辅助加 热，优选利用微波进行加热。
6. 根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，在步骤（2)中，热等离子体裂解的 条件包括：温度为1200-5000°C，总体时间为0. 1-10分钟。
7. 根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，在步骤（2)中，将一部分热解气态 产物用作热等离子体工作气体。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述热解气态产物占所述热等离子体工作气体 的体积比的1〇%-1〇〇%,优选为10%-60%。
9. 根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其中，所述碳质材料为煤、煤焦油、浙青、 石油焦、半焦、焦炭、生物质中的一种或多种。
10. -种碳质材料裂解制乙炔的设备，其特征在于，该设备包括微波反应器（10)和等 离子体反应器（20)，其中， 微波反应器（10)包括微波反应器主体、微波反应器进料口、微波入口（ 15)、固体产物 出料口（16)和气态产物出料口（17); 等离子体反应器（20)包括等离子体反应器主体、等离子体反应器进料口和出料口 (24)； 所述气态产物出料口（17)与等离子体反应器进料口连通。
11. 根据权利要求10所述的设备，其中，所述微波反应器进料口包括碳质材料进料口 (12)和微波吸收介质进料口（ 11 )，所述微波吸收介质进料口（ 11)与所述固体产物出料口 (16)连通，以将热解固态产物作为微波吸收介质循环入微波反应器（10)中。
12. 根据权利要求10所述的设备，其中，所述微波反应器（10)为流化床式微波反应器， 微波反应器进料口包括碳质材料和微波吸收介质进料口（ 14)和流化气体入口（ 18)，流化 气体入口（18)位于微波反应器主体的底部，碳质材料和微波吸收介质进料口（14)位于微 波反应器主体的中上部，所述碳质材料和微波吸收介质进料口（ 14)与所述固体产物出料口 (16)连通，以将热解固态产物作为微波吸收介质循环入微波反应器（10)中。
13. 根据权利要求10-12中任意一项所述的设备，其中，微波反应器（10)包括多个微波 入口（15)，多个微波入口（15)在微波反应器的反应区均匀分布。
14. 根据权利要求10-12中任意一项所述的设备，其中，等离子体反应器（20)还包括微 波入口（ 15)，微波自所述微波入口（ 15)进入并加热所述等离子反应器（20)的反应区。
15.根据权利要求10-12中任意一项所述的设备，其中，等离子体反应器进料口包括 与所述气态产物出料口（17)连通的等离子体裂解原料入口（21)和等离子体工作气体入口 (22)，以将微波反应器（10)中的气态产物的一部分作为等离子体裂解原料，另一部分作为 等离子体工作气体引入等离子体反应器（20)中。
【专利摘要】本发明公开了一种碳质材料裂解制乙炔的方法和设备。该方法包括：（1）在微波吸收介质存在下，利用微波对所述碳质材料进行加热，得到热解固态产物和热解气态产物；（2）对热解气态产物进行热等离子体裂解，得到乙炔。根据本发明提供的方法，先利用微波对碳质材料进行加热，可以均匀地加热，使碳质材料充分热解，尽可能多地获得热解气态产物；然后利用等离子体的高温、高焓及高反应活性条件，在极短的时间内高效率地实现热解气态产物向乙炔的转化，从而有效地提高乙炔收率。
【IPC分类】C07C1-00, C07C11-24
【公开号】CN104591950
【申请号】CN201310534545
【发明人】李轩, 郭屹, 韩建涛, 吴昌宁
【申请人】神华集团有限责任公司, 北京低碳清洁能源研究所
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年11月1日