CN101838480B - 甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法 - Google Patents

甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101838480B
CN101838480B CN2010101601799A CN201010160179A CN101838480B CN 101838480 B CN101838480 B CN 101838480B CN 2010101601799 A CN2010101601799 A CN 2010101601799A CN 201010160179 A CN201010160179 A CN 201010160179A CN 101838480 B CN101838480 B CN 101838480B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
carbon black
methane
hydrogen
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2010101601799A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101838480A (zh
Inventor
兰明祥
罗国林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
QUJIN ZHONGYI FINECHEMICAL CO Ltd
Original Assignee
QUJIN ZHONGYI FINECHEMICAL CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by QUJIN ZHONGYI FINECHEMICAL CO Ltd filed Critical QUJIN ZHONGYI FINECHEMICAL CO Ltd
Priority to CN2010101601799A priority Critical patent/CN101838480B/zh
Publication of CN101838480A publication Critical patent/CN101838480A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101838480B publication Critical patent/CN101838480B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

本发明公开了一种甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，以热值为1300-1500kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，以含甲烷气体为原料，采取控量供氧助燃低热值燃气充分燃烧，反应炉蓄热并排除余气-甲烷裂解交替工作模式，营造甲烷无氧高温裂解反应环境，具体包括助燃气体调节，反应炉蓄热、排除余气，甲烷裂解，收集炭黑，纯化制氢工序。本发明工艺简便，通过裂解反应炉的多级组联即可实现生产量的扩增和连续高效生产。本发明不仅能够充分利用低热值燃气资源，反应效率高，而且温室气体排放少，实现了低碳清洁循环生产，一套生产工艺实现了高品质炭黑和高纯氢气的联产。

Description

甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法
技术领域
本发明属于煤化工深加工工艺技术领域，具体涉及一种工艺简便，以低热值燃气作为助燃气体，生产效率高的甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法。 
背景技术
炭黑是一种重要的化工原料，作为橡胶工业补强填充剂、胶料的着色剂或调色剂，广泛应用于油墨、涂料、制革、化纤、冶金、电子、感光材料、黑色农膜和包装材料等诸多领域。现有技术生产炭黑工艺包括炉黑、槽黑、热解黑和灯烟黑等生产工艺。氢气不仅作为工业原料，更是一种洁净高效能源，广泛应用于航天、航空、电子行业、冶金、化工等领域。现有技术制氢的方法主要有电解水法、光解水法、碳及碳氢化合物重整制合成气法和催化裂解法等。随着天然气的大量开发利用，为生产炭黑和氢气提供了一种清洁生产原料。中国专利(ZL89104111)提供了一种以天然气为燃料，富氧气体做助燃剂的炭黑生产方法。该方法改善了炉温的稳定性，保证供热，但没有很好地解决炭黑的产率和品质的问题，而且不能同时生产高纯氢气。中国专利(ZL03152797.3)公开了一种富含甲烷气在高温炭体系中裂解重整制合成气的方法，甲烷在非完全气化的高温炭体系中(1150℃～1350℃)裂解重整制合成气CO和H2；中国专利(ZL01118721.2)提供了一种微波激励甲烷转化制氢的工艺。这些方法存在耗能高、反应不彻底，而且排放大量的温室气体CO2等问题，同时需要经过一氧化碳变换，二氧化碳脱除以及甲烷化等多个后续工序方能得到纯度较高的氢气，生产周期长，且不能同时生产出高品质炭黑。因此寻求一种以天然气为原料，低成本、高效率联产炭黑和高纯氢气的方法是生产实践中急需解决的问题。本发明人经过潜心研究，开发了一种甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，试验证明，应用效果良好。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简便，以低热值燃料作为助燃气体，生产效率的甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法。 
本发明的目的是这样实现的：以热值为1300-1500kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，以含甲烷气体为原料，采取控量供氧助燃低热值燃气充分燃烧，反应炉蓄热并排除余气-甲烷裂解交替工作模式，营造甲烷无氧高温裂解反应环境，具体包括以下工序： 
A、助燃气体调节：以含氧量25％-35％的富氧气体为助燃气体，经压力调节装置稳定压力后，输送给裂解反应炉； 
B、反应炉蓄热、排除余气：按照低热值燃气燃烧的理论需氧量供给助燃气体，助燃气体与低热值燃气通入一台裂解反应炉燃烧段，在预混区实现充分混合并燃烧10分钟，炉体温度达到1400℃-1500℃后，停止供给该裂解反应炉助燃气体和燃气，并排除燃烧余气； 
C、甲烷裂解：原料甲烷气体通入达到反应温度的裂解反应炉反应段，发生裂解反应，生成含炭黑富氢气体和烟气，10分钟后停止向裂解反应炉通入甲烷气体；交替重复B、C工序实现连续生产； 
D、收集炭黑：来自裂解反应炉顶部的含炭黑富氢气体经过冷却装置降温后，导入炭黑收集装置中分离出富氢气体中的炭黑，炭黑经造粒、包装即为成品； 
E、纯化制氢：分离碳黑后的富氢气体从制氢变压吸附塔的底部通入，经多种吸附剂选择吸附，除去氢气以外的其他气体，获得纯度大于99.9％的高纯氢气。 
本发明采取控量供氧助燃低热值燃气充分燃烧，反应炉蓄热并排除余气-甲烷裂解交替工作模式，营造甲烷无氧高温裂解反应环境，本发明工艺简便，通过裂解反应炉的多级组联即可实现生产量的扩增和连续高效生产。本发明不仅能够充分利用低热值燃气资源，反应效率高，而且温室气体排放少，实现了低碳清洁循环生产，一套生产工艺实现了高品质碳黑和高纯氢气的联产。 
附图说明
附图为本发明的工艺流程示意图。 
图中：1-裂解反应炉，2-压力调节装置，3-冷却装置，4-炭黑收集装置，5-制氢变压吸附塔。 
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明的保护范围。 
如图所示，本发明以热值为1300-1500kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，以含甲烷气体为原料，采取控量供氧助燃低热值燃气充分燃烧，反应炉蓄热并排除余气-甲烷裂解交替工作模式，营造甲烷无氧高温裂解反应环境，具体包括以下工序： 
A、助燃气体调节：以含氧量25％-35％的富氧气体为助燃气体，经压力调节装置2稳定压力后，输送给裂解反应炉1； 
B、反应炉蓄热、排除余气：按照低热值燃气燃烧的理论需氧量供给助燃气体，助燃气体与低热值燃气通入一台裂解反应炉1燃烧段，在预混区实现充分混合并燃烧约10分钟，炉体温度达到1400℃-1500℃后，停止供给该裂解反应炉1助燃气体和燃气，并排除燃烧余气； 
C、甲烷裂解：原料甲烷气体通入达到反应温度的裂解反应炉1反应段，发生裂解反应，产生含炭黑富氢气体和烟气，约10分钟后停止向裂解反应炉1通入甲烷气体；交替重复B、C工序实现连续生产； 
D、收集炭黑：来自裂解反应炉1顶部的含炭黑富氢气体经过冷却装置3降温后，导入炭黑收集装置4中分离出富氢气体中的炭黑，炭黑经造粒、包装即为成品； 
E、纯化制氢：分离炭黑后的富氢气体从制氢变压吸附塔5的底部通入，经多种吸附剂选择吸附，除去氢气以外的其他气体，获得纯度大于99.9％的高纯氢气。 
所述的裂解反应炉1为双炉交替工作方式，即在B工序中可依次预热另一台裂解反应炉1；在C工序中可依次向另一台裂解反应炉1反应段通入预热的甲烷气体。 
所述的裂解反应炉1为双炉交替并且多级组联工作方式。 
所述的裂解反应炉1为蓄热式反应炉。 
所述的D工序的冷却装置3采用气冷却、油冷却或水冷却方式中的一种。 
所述的D工序的炭黑收集装置4为旋风分离器或布袋除尘器中的一种或两者组合。 
本发明的工作原理： 
采取反应炉蓄热并排除余气-裂解反应交替工作模式。按燃气燃烧理论需氧量控氧助燃低热值燃气充分燃烧，大量消耗氧气，蓄热式反应炉蓄积热量以获得甲烷裂解所需的温度；蓄热达到反应温度后排除产生的余气，以营造无氧反应环境，从而提高炭黑产率和品质。可采用双炉或双炉多级组联工作方式，可实现了生产量的扩增和高效连续生产。 
实施例1 
含氧量25％的富氧气体经压力调节装置2调压后，与热值1300kcal/Nm3的燃气按1∶4的体积比通入裂解反应炉1燃烧段，燃烧约10分钟，使裂解反应炉1温度达到1400C°，停止通入燃气和助燃气体，并排除燃烧余气；含甲烷80％的甲烷气体通入经过预热的裂解反应炉1反应区发生裂解反应，生成含炭黑富氢气体，约10分钟后停止通入甲烷气体；两台裂解反应炉1交替工作，连续生产；含炭黑富氢气体进入油冷却方式的冷却装置3，通过热交换降温后，送入炭黑收集装置4分离出炭黑，炭黑经造粒后即为成品包装待售；分离出的富氢气体(组成为H285％、CO 3％、CO2 1％、CH4 5％、N2 4％，其它2％)从底部进入正处于吸附工况的制氢变压吸附塔5中，经多种吸附剂依次选择吸附后，除去氢以外几乎所有的其他气体，获得纯度为99.91％的高纯氢气。 
本实施例条件下，1000Nm3的80％甲烷气体可制得炭黑380kg，高纯氢1220Nm3。 
实施例2 
含氧量35％的富氧气体经压力调节装置2调压后，与热值1400kcal/Nm3的燃气按1∶3的体积比通入裂解反应炉1燃烧段，燃烧约10分钟，使裂解反应炉1温度达到1450C°，停止通入燃气和助燃气体，并排除燃烧余气；含甲烷95％的甲烷气体通入经过预热的裂解反应炉1反应区发生裂解反应，生成含炭黑富氢气体；约10分钟后停止通入甲烷气体；两台裂解反应炉1交替工作，连续生产；含炭黑富氢气体进入水冷却方式的冷却装置3，通过热交换降温后，送入炭黑收集装置4分离出炭黑，炭黑经造粒后即为成品包装待售；分离出的富氢气体(组成为H291％，CO 2％，CO2 1％，CH4 2％，N2 3％，其它1％)从底部进入正处于吸附工况的制氢变压吸附塔5中，经多种吸附剂依次选择吸附后，除去氢以外几乎所有的其他气体，获得纯度为99.94％的高纯氢气。 
本实施例条件下，1000Nm3的95％甲烷气体可制得炭黑470kg，高纯氢气1650Nm3。 
实施例3 
含氧量30％的富氧气体经压力调节装置2调压后，与热值1500kcal/Nm3的燃气按1∶3的体积比通入裂解反应炉1燃烧段，燃烧约10分钟，使裂解反应炉1温度达到1500C°，停止通入燃气和助燃气体，并排除燃烧余气；含甲烷99％的甲烷气体通入经过预热的裂解反应炉1反应区发生裂解反应，生成含炭黑富氢气体，约10分钟后停止通入甲烷气体；两台裂解反应炉1交替工作，连续生产；含炭黑富氢气体进入气冷却方式的冷却装置3，通过热交换降温后，送入炭黑收集装置4分离出炭黑，炭黑经造粒后即为成品包装待售；分离出的富氢气体(组成为H292％，CO 2％，CO2 1％，CH4 2％，N2 2％，其它1％)从底部进入正处于吸附工况的制氢变压吸附塔5中，经多种吸附剂依次选择吸附后，除去氢以外几乎所有的其他气体，获得纯度为99.93％的高纯氢气。 
本实施例条件下，1000Nm3的99％甲烷气体可制得炭黑485kg，高纯氢气1730Nm3。 
本发明的特点： 
1、以价格低廉的低热值燃气作为甲烷裂解生产的燃料，大大降低了生产成本； 
2、控量供氧助燃，反应炉预热和裂解交替工作模式，营造了无氧裂解反应环境，提高了炭黑的产出率和品质； 
3、双炉或双炉多级组联工作方式，可实现了产量扩增和高效连续生产 
4、一套生产工艺联产高品质炭黑和高纯氢气两种高附加值产品，提高了生产效率和经济效益。 

Claims (6)

1.一种甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，其特征是：以热值为1300-1500kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，以含甲烷气体为原料，采取控量供氧助燃低热值燃气充分燃烧，反应炉蓄热并排除余气-甲烷裂解交替工作模式，营造甲烷无氧高温裂解反应环境，具体包括以下工序：
A、助燃气体调节：以含氧量25％-35％的富氧气体为助燃气体，经压力调节装置(2)稳定压力后，输送给裂解反应炉(1)；
B、反应炉蓄热、排除余气：按照低热值燃气燃烧的理论需氧量供给助燃气体，助燃气体与低热值燃气通入一台裂解反应炉(1)燃烧段，在预混区实现充分混合并燃烧10分钟，炉体温度达到1400℃-1500℃后，停止供给该裂解反应炉(1)助燃气体和燃气，并排除燃烧余气；
C、甲烷裂解：原料甲烷气体通入达到反应温度的裂解反应炉(1)反应段，发生裂解反应，产生含炭黑富氢气体和烟气，10分钟后停止向裂解反应炉(1)通入甲烷气体；交替重复B、C工序实现连续生产；
D、收集炭黑：来自裂解反应炉(1)顶部的含炭黑富氢气体经过冷却装置(3)降温后，导入炭黑收集装置(4)中分离出富氢气体中的炭黑，炭黑经造粒、包装即为成品；
E、纯化制氢：分离碳黑后的富氢气体从制氢变压吸附塔(5)的底部通入，经多种吸附剂选择吸附，除去氢气以外的其他气体，获得纯度大于99.9％的高纯氢气。
2.如权利要求1所述的甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，其特征是：所述的裂解反应炉(1)为双炉交替工作方式，即在B工序中依次预热另一台裂解反应炉(1)；在C工序中依次向另一台裂解反应炉(1)反应段通入预热的甲烷气体。
3.如权利要求1或2所述的甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，其特征是：所述的裂解反应炉(1)为双炉交替并且多级组联工作方式。
4.如权利要求1或2所述的甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，其特征是：所述的裂解反应炉(1)为蓄热式反应炉。 
5.如权利要求1所述的甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，其特征是：所述的D工序的冷却装置(3)采用气冷却、油冷却或水冷却方式中的一种。
6.如权利要求1所述的甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，其特征是：所述的D工序的炭黑收集装置(4)为旋风分离器或布袋除尘器中的一种或两者组合。 
CN2010101601799A 2010-04-30 2010-04-30 甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法 Active CN101838480B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101601799A CN101838480B (zh) 2010-04-30 2010-04-30 甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101601799A CN101838480B (zh) 2010-04-30 2010-04-30 甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101838480A CN101838480A (zh) 2010-09-22
CN101838480B true CN101838480B (zh) 2012-08-29

Family

ID=42742164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010101601799A Active CN101838480B (zh) 2010-04-30 2010-04-30 甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101838480B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022115740A1 (en) * 2020-11-30 2022-06-02 Coriolis Technology Partners Llc Controlled production of hydrogen and carbon black

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102964883A (zh) * 2012-12-13 2013-03-13 新疆雅克拉炭黑有限责任公司 富氢气气体助产的热裂法炭黑生产工艺
CN102964884B (zh) * 2012-12-13 2014-07-09 新疆雅克拉炭黑有限责任公司 尾气联产热裂法炭黑制备工艺
CN110105794A (zh) * 2019-06-19 2019-08-09 焦作市和兴化学工业有限公司 一种高纯乙炔炭黑的生产方法、生产设备及生产系统
RU2760381C1 (ru) * 2021-06-09 2021-11-24 Юрий Фёдорович Юрченко Способ пиролитического разложения газообразных углеводородов и устройство для его осуществления
CN113304719A (zh) * 2021-06-10 2021-08-27 芶富均 一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排碳机构
CN114053970B (zh) * 2021-11-22 2023-09-26 天津闪速炼铁技术有限公司 一种甲烷裂解炉

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4393034A (en) * 1980-10-22 1983-07-12 Ashland Oil, Inc. Energy efficient process for the production of carbon black
CN1159465A (zh) * 1995-07-27 1997-09-17 三菱化学株式会社 炭黑的生产方法
JP2000355662A (ja) * 1999-06-15 2000-12-26 Tokai Carbon Co Ltd カーボンブラックの製造方法
CN1398780A (zh) * 2002-08-06 2003-02-26 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种裂解烃类生产碳黑和氢气的方法和装置
EP1078020B1 (en) * 1998-05-08 2003-11-12 Carbontech Holding AS Process for producing carbonaceous solid materials and hydrogen-rich gases
CN1552680A (zh) * 2003-12-18 2004-12-08 四川大学 热等离子体裂解含甲烷气体制乙炔方法
KR20050046358A (ko) * 2003-11-14 2005-05-18 한국가스공사 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 이용한 카본블랙 및수소의 제조공정
CN1944238A (zh) * 2006-10-16 2007-04-11 鲍涛 微波介导的制取高纯度氢气和碳黑的工艺
CN101089124A (zh) * 2006-06-15 2007-12-19 任丽娟 废旧轮胎的裂解方法及其设备
CN101270234A (zh) * 2008-04-25 2008-09-24 青州市博奥炭黑有限责任公司 一种软质炭黑的制造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4393034A (en) * 1980-10-22 1983-07-12 Ashland Oil, Inc. Energy efficient process for the production of carbon black
CN1159465A (zh) * 1995-07-27 1997-09-17 三菱化学株式会社 炭黑的生产方法
EP1078020B1 (en) * 1998-05-08 2003-11-12 Carbontech Holding AS Process for producing carbonaceous solid materials and hydrogen-rich gases
JP2000355662A (ja) * 1999-06-15 2000-12-26 Tokai Carbon Co Ltd カーボンブラックの製造方法
CN1398780A (zh) * 2002-08-06 2003-02-26 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种裂解烃类生产碳黑和氢气的方法和装置
KR20050046358A (ko) * 2003-11-14 2005-05-18 한국가스공사 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 이용한 카본블랙 및수소의 제조공정
CN1552680A (zh) * 2003-12-18 2004-12-08 四川大学 热等离子体裂解含甲烷气体制乙炔方法
CN101089124A (zh) * 2006-06-15 2007-12-19 任丽娟 废旧轮胎的裂解方法及其设备
CN1944238A (zh) * 2006-10-16 2007-04-11 鲍涛 微波介导的制取高纯度氢气和碳黑的工艺
CN101270234A (zh) * 2008-04-25 2008-09-24 青州市博奥炭黑有限责任公司 一种软质炭黑的制造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022115740A1 (en) * 2020-11-30 2022-06-02 Coriolis Technology Partners Llc Controlled production of hydrogen and carbon black

Also Published As

Publication number Publication date
CN101838480A (zh) 2010-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101838480B (zh) 甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法
CN102424359B (zh) 一种三段式生物质热解-气化-催化重整制取合成气的方法
CN103146432B (zh) 一种生物质热解气化与焦油催化裂解的装置与方法
CN102965131B (zh) 一种高挥发性年轻煤种的高效、清洁利用工艺
CN101973523B (zh) 一种以沼气为原料制备氢气的方法
CN100595128C (zh) 一种生物质分步式富氧气化制备合成气的方法和装置
CN101245264A (zh) 单床自热式热解气化燃烧反应器及热解气化燃烧方法
CN102191089A (zh) 两段式高温预热蒸汽生物质气化炉
CN101831205B (zh) 炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法
CN102200277A (zh) 一种使用固体燃料化学链燃烧的方法及其装置
CN102530859A (zh) 一种外热型微波等离子气化炉及合成气生产方法
CN102796561A (zh) 生物质燃料二氧化碳循环无氧气化方法及设备
CN102226107A (zh) 二段式生物质高温气化制备合成气工艺及设备
CN201241071Y (zh) 单床自热式热解气化燃烧反应器
CN201694984U (zh) 联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置
CN101250419A (zh) 一种煤气内热低温干馏方法
CN204727845U (zh) 一种多功能分段式生物质热解装置
CN102964884B (zh) 尾气联产热裂法炭黑制备工艺
CN101787313A (zh) 高浓度一氧化碳烟气制取人造天然气的方法
CN103060003A (zh) 一种基于钙基吸收剂制取氢气并分离co2的方法和装置
CN201354358Y (zh) 生物质无压力气化锅炉
CN101302139B (zh) 一种利用煤层气制备甲醇的方法
CN103382402A (zh) 生物质气化热解反应系统及方法
CN105861069A (zh) 固体燃料双流化床部分气化分级转化装置及方法
CN102732317A (zh) 一种生物质制备合成气的工艺流程

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant