СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА Российский патент 1994 года по МПК C07C11/24 C10G15/12 

Изобретение относится к получению ацетилена и других непредельных углеводородов.

Известно, что при гидрогенизации углей при низких скоростях нагрева частиц топлива 2-50^оС/с возможно получение устойчивых соединений: окиси и двуокиси углерода, водорода, метана, жидких смол. При увеличении скорости нагрева частиц топлива до 10⁴-10^7оС/c (условия теплового удара) заметно увеличивается содержание непредельных углеводородов (ацетилена, окиси углерода), в то время, как концентрация метана значительно снижается, а жидкие смолы отсутствуют.

При разложении углей в электрической дуге и в реакторах дуговых плазмотронов в среде водорода выход ацетилена увеличивается до 20-30 об. % . Наибольшая концентрация ацетилена, равная 11,5 об. % , достигается при давлении в системе до 1,0 МПа, температура 4000К и массовом отношении реагентов (0,5-0,75): 1. Но большего выхода ацетилена при взаимодействии водяного пара или продуктов или диссоциации с углеродом твердого топлива в равновесных условиях достичь не удается [1] .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к данному изобретению является способ получения ацетилена пиролизом твердого сырья в струе плазмы. В качестве сырья использованы измельченные бурый уголь (озокерит), горная смола, асфальт или битум. Процесс ведут в атмосфере водорода. Выход продукта составляет 18,3 об. % ацетилен, 13,5 об. % этилен, 7,2 об. % метан, около 2 об. % угарный газ, остальное водород [2] .

Недостаток такого способа заключается в невысоком выходе целевого продукта - ацетилена.

Целью изобретения является повышение выхода ацетилена.

Поставленная цель достигается тем, что при способе получения ацетилена путем пиролиза измельченного твердого сырья в струе плазмы сырье предварительно смешивают с водяным паром и процесс ведут в пульсирующей в течение 0,001-0,009 с струе плазмы. В качестве сырья целесообразнее использовать органические отходы.

Способ получения ацетилена из угля или органических отходов в электродуговом плазмотроне осуществляется следующим образом.

Создают магнитное поле между электродами плазмотрона. Затем создают высоковольтный электроразряд, который инициирует находящееся между электродами воздушное пространство в плазму. Устойчивое горение плазмы в течение 0,001. . . 0,009 с обеспечивается электроэнергией, подводимой с помощью электродов. Существующее между электродами магнитное поле вытолкнет образовавшуюся плазму в реакторную камеру, в которую одновременно подают смесь распыленного твердого топлива с водяным паром или смесь тонкоизмельченных частиц органических отходов с водяным паром. После чего струю плазмы прерывают через 0,001. . . 0,009 с путем отключения подвода электроэнергии к электродам плазмотрона. Затем вновь включают электрическую схему плазмотрона для создания магнитного поля и электроразряда между электродами, образуя между ними струю плазмы, в которую подают очередную порцию распыленного топлива или измельченных органических отходов. Образующиеся сгустки плазмы из разорванной ее струи направляют вдоль оси реакторной камеры и закалочной камеры. В этих сгустках плазмы в процессе ее прохождения протекают химические реакции с образованием из твердого топлива или органических отходов ацетилена, синтез-газа, состоящего из окиси углерода, двуокиси углерода, метана, окиси азота и остатков твердого вещества в виде сажи. Они проходят закалочную камеру, в которой сажа осаждается на фильтре-сетке, а газы проходят в накопитель и разделяются в нем на ацетилен и синтез-газ.

Прерывание струи плазмы обеспечивает образование дискретных сгустков ее, в которых в полной мере протекают плазмохимические реакции практически со 100% использованием введенного в плазму реагента, повышающие выход ацетилена до более 30 об. % .

П р и м е р 1. Описанным способом формировали импульсную плазму после 0,001 с его горения. В сгустки плазмы подавали реагент в количестве 3,0 кг. В процессе плазмохимического пиролиза образовалось 20 об. % ацетилена, остальное синтез-газ и сажа Производительность по ацетилену около 600 г/см (см. таблицу).

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, но импульс формировали после 0,005 с горения плазмы. Выход ацетилена - 31 об. % , производительность - 930 г/см (см. таблицу).

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1, но импульс - после 0,009 с горения плазмы. Выход ацетилена 26 об. % , производительность 800 г/с (см. таблицу).

П р и м е р 4 (контрольный). Аналогично примеру 1, но импульс - через 0,01 с. Практически импульсную плазму получить не удалось, т. к. источник питания - переменный ток частотой 50 Гц.

П р и м е р 5 (контрольный). Аналогично примеру 1, но импульс - через 0,0001 с. Плазма не образовывалась из-за низкого напряжения при указанной длительности импульса.

Таким образом импульсная плазма, сформированная путем разрыва ее струи после 0,001. . . 0,009 с горения работает стабильно, но максимальный выход ацетилена из измельченных органических отходов - 31 об. % при производительности 930 г/с получается при длительности импульса - 0,005 с, в пределах от 0,0035 до 0,0070 с мощность в импульсе плазмы 12 кВА. (56) Зельдович Я. Б. , Рейзер Ю. П. Физика ударных волн и температурных гидродинамических явлений. М. : Наука, 1966, с. 84-91.

Сущность изобретения: ацетилен получают пиролизом измельченного твердого сырья, смешанного предварительно с водным паром, в пульсирующей в течение 0,001 - 0,009 с струе плазмы. В качестве сырья используют органические отходы. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА путем пиролиза измельченного твердого сырья в струе плазмы, сформированной электродуговым плазматроном, отличающийся тем, что сырье предварительно смешивают с водяным паром и процесс ведут в пульсирующей в течение 0,001 - 0,009 с струе плазмы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сырья используют органические отходы.