CN104591950A - 一种碳质材料裂解制乙炔的方法和设备 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种碳质材料裂解制乙炔的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种碳质材料裂解制乙炔的方法和设备。

背景技术

现有的利用碳质材料（例如煤）裂解制乙炔的方法包括两种：

第一种，利用等离子体对碳质材料进行热解。在等离子体生产乙炔过程中，热解碳质材料例如烟煤所释放出的挥发份的反应在裂解产物生产中起着必要和重要的作用。由于煤及碳质材料经历与高温等离子体气体的极快的反应，碳质材料的传热和热解、均相固-气反应和均相气相反应都需要一定的时间，因此造成了在热等离子热解煤及碳质材料的过程中原料的脱挥发份反应并不完全。这就不可避免的使碳质材料变为裂解产物的转化非常有限。并且热等离子能量过于集中造成了原料与热等离子混合效率不高、原料原理热等离子体的最高温区域、反应器内部温度不均匀易结焦等问题。

第二种，将煤快速热解与等离子体热解结合的方法。CN1116384C公开了一种煤快速热解与等离子体热解制乙炔组合工艺，包括将煤进行热半焦循环快速热解，产生高温热解气；将高温热解气作为原料，进行等离子体热解，制备乙炔。这种方法存在热半焦循环快速热解过程中加热不均匀的问题，煤不能完全转化为热解气，反应器内部易结焦，从而使得乙炔的产率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提高乙炔产率的碳质材料裂解制乙炔的工艺。

为了实现本发明的目的，提供了一种碳质材料裂解制乙炔的方法，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。

优选地，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。

优选地，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0.1-5:5；温度为600-1000℃，时间为1-20分钟；微波吸收介质为半焦和/或焦炭。

优选地，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。

优选地，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。

热解气态产物

优选地，在步骤（2）中，热等离子体裂解的条件包括：温度为1200-5000℃，总体时间为0.1-10分钟。

优选地，所述碳质材料为煤、煤焦油、半焦、焦炭、沥青、石油焦、生物质中的一种或多种。

优选地，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。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10%-100%，优选为10%-60%。即，全部热等离子体工作气体的10-100体积%（优选10-60体积%）为热解气态产物。

另一方面，本发明提供了一种碳质材料裂解制乙炔的设备，该设备包括微波反应器和等离子体反应器，其中，

微波反应器包括微波反应器主体、微波反应器进料口、微波入口、固体产物出料口和气态产物出料口；

等离子体反应器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；

所述气态产物出料口与等离子体反应器进料口连通。

优选地，所述微波反应器进料口包括碳质材料进料口和微波吸收介质进料口，所述微波吸收介质进料口与所述固体产物出料口连通，以将热解固态产物作为微波吸收介质循环入微波反应器中。

优选地，所述微波反应器为流化床式微波反应器，微波反应器进料口包括碳质材料进料口和流化气体入口，流化气体入口位于微波反应器主体的底部，碳质材料进料口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与所述固体产物出料口连通，以将热解固态产物作为微波吸收介质循环入微波反应器中。

优选地，微波反应器包括多个微波入口，多个微波入口在微波反应器的反应区均匀分布。

优选地，等离子体反应器还包括微波入口，微波自所述微波入口进入并加热所述等离子反应器的反应区。

优选地，等离子体反应器进料口包括与所述气态产物出料口连通的等离子体裂解原料入口和等离子体工作气体入口，以将微波反应器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中。

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。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式的碳质材料裂解制乙炔的设备示意图。

图2是本发明另一种实施方式的碳质材料裂解制乙炔的设备示意图。

附图标记说明

10  微波反应器

11  微波吸收介质进料口  12  碳质材料进料口  13  混合器

14  碳质材料和微波吸收介质进料口  15  微波入口

16  固体产物出料口  17  气态产物出料口  18  流化气体进料口

20  等离子体反应器

21  等离子体裂解原料入口  22  等离子体工作气体入口

23  淬冷介质入口  24  出料口

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供的碳质材料裂解制乙炔的方法包括：

（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。

优选地，步骤（1）在流化床式微波反应器中进行。可以使用流化气体使碳质材料处于流化状态。流化气体的例子包括但不限于惰性气体、氢气、烷烃气体，可以选择其中的一种或多种使用。所述惰性气体的例子包括但不限于氩气、氮气、氦气，所述烷烃气体的例子包括但不限于甲烷、乙烷。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。

在步骤（1）中，微波加热的条件使得碳质材料中的挥发份脱出，得到热解气态产物。优选地微波加热的条件包括：微波吸收介质与碳质材料的重量比可以为0.1-5:5，优选为0.5-5:5；温度可以为600-1000℃，优选为650-900℃；时间可以为1-20分钟，优选为2-5分钟。对微波的波长和功率没有特别的限定，可以根据待热解的碳质材料的量进行选择，只要使加热温度达到上述温度范围即可。

微波吸收介质的作用是吸收微波，使碳质材料快速升温并发生热解。微波吸收介质可以为微波吸收能力优于所述碳质材料的物质，例如，可以为碱基介质、石墨介质、金属氧化物、半焦和焦炭中的一种或多种。微波吸收介质优选为半焦和/或焦炭。按照本发明的一个优选实施方式，将热解固态产物（主要是半焦和/或焦炭）作为微波吸收介质，从而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。

优选地，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。按照该优选实施方式，一方面热解气态产物可以作为热等离子体反应的反应原料和碳质材料的输送气体，另一方面，热解气态产物具有一定的温度，可在输送碳质材料的过程中对碳质材料进行一定的预热，提高热等离子裂解过程的热效率。优选地，不对热解气态产物进行任何降温、分离和/或净化处理即与碳质材料混合。进一步优选地，在对混合物进行热等离子体裂解的过程中，利用微波进行加热。按照该优选实施方式，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。

热解气态产物与新的碳质材料混合的比例可以为每升热解气态产物与0.05-5千克新的碳质材料混合，优选为每升热解气态产物与0.1-1千克新的碳质材料混合。

在步骤（2）中，可以将一部分热解气态产物用作热等离子体工作气体。在此过程中，先使用纯氩气、氦气、氮气等惰性气在等离子体发生器中产生电弧等离子体射流，待运行稳定后在氩气、氦气、氮气等惰性气体中混入热解气态产物继续产生电弧等离子体，这时即可使用热解气态产物代替氢气、甲烷、乙烷等可燃气体作为一部分等离子体工作气体；热解气态产物在可燃气体与惰性气体中所占的比例为10～100%（体积）。也可将热解气态产物与惰性气体混合后直接进入等离子体发生器中产生电弧等离子体，这时热解气态产物在可燃气体与惰性气体中所占的比例为10～60%（体积）。

热等离子体裂解的条件使得所述碳质材料的热解气态产物转化为乙炔，优选包括：温度可以为1200-5000℃，优选为1600-2500℃；时间可以为0.1-10分钟，优选为0.1-2分钟。

本发明的方法还可以包括在步骤（2）之后，用淬冷介质对反应产物进行淬冷，以防止乙炔分解。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。

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、沥青、石油焦、生物质等。

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，

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21连通。

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。

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匀，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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

下面通过实施例更详细地描述本发明。

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。

表1

表2

实施例1

该实施例利用如图1所示的设备，该设备包括微波反应器10和等离子体反应器20。微波反应器10包括微波反应器主体、碳质材料进料口12、微波吸收介质进料口11、混合器13、多个微波入口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、出料口22和淬冷介质入口23。所述气态产物出料口17与等离子体反应器进料口连通。

整个反应过程包括：

（1）用氩气将1千克煤通过碳质材料进料口12加入微波反应器主体，用氩气将1千克温度约为900℃的微波吸收介质（半焦）通过微波吸收介质进料口11加入到微波反应器主体，二者通过混合器13（螺杆混合器）混合均匀，进入微波反应器的反应区。反应区的反应条件是，温度为900℃，时间为3分钟。反应完毕后，固体产物通过固体产物出料口16排出，约30%重量的固体产物通过微波吸收介质进料口11加入到微波反应器主体中用作微波吸收介质；气态产物通过气态产物出料口17排出，并通过等离子体裂解原料入口21进入到等离子体反应器20。

（2）由等离子体工作气体入口22通入工作气体，等离子体工作气体为氩气和氢气的混合气体（70%Ar+30%H2，体积），等离子体工作气体用量为20L/min。在等离子体反应器20的反应区内，反应条件是，温度为2500℃，时间为0.1分钟。反应完毕后，通过淬冷介质入口23加入淬冷介质进行淬冷。

获得乙炔、氢气、甲烷、一氧化碳和其它少量小分子碳氢化合物。乙炔收率为10%（乙炔收率=乙炔质量除以煤质量*100%）。

对比例1

用氩气将1千克煤加入等离子体反应器中进行等离子体加热裂解，反应条件是，温度为2500℃，时间为0.5分钟。反应完毕后，加入淬冷介质进行淬冷。

获得乙炔、氢气、甲烷、一氧化碳和其它少量小分子碳氢化合物。乙炔收率为8%（乙炔收率=乙炔质量除以煤质量*100%）。

对比例2

参照CN1116384C公开的方法，该对比例通过以下过程利用煤制备乙炔。

（1）用氩气将1千克煤加入加热反应器中，利用半焦燃烧产生的热量进行加热，反应条件是，温度为800℃，时间为30分钟。反应完毕后，气态产物全部作为等离子体裂解原料加入到等离子体反应器。

（2）等离子体工作气体为氩气和氢气的混合气体（70%Ar+30%H2，体积）,等离子体工作气体用量为20L/min。在等离子体反应器中的反应条件是，温度为2500℃，时间为0.1分钟。反应完毕后，加入淬冷介质进行淬冷。

获得乙炔、氢气、甲烷、一氧化碳和其它少量小分子碳氢化合物。乙炔收率为9%（乙炔收率=乙炔质量除以煤质量*100%）。

实施例2

该实施例利用如图1所示的设备，该设备包括微波反应器10和等离子体反应器20。微波反应器10包括微波反应器主体、碳质材料进料口12、微波吸收介质进料口11、混合器13、多个微波入口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、出料口22、微波入口15和淬冷介质入口23。所述气态产物出料口17与等离子体反应器进料口连通。

整个反应过程包括：

（1）用氩气将1千克煤通过碳质材料进料口12加入微波反应器主体，用氩气将1千克微波吸收介质半焦通过微波吸收介质进料口11加入到微波反应器主体，二者通过混合器13（螺杆混合器）混合均匀，进入微波反应器的反应区。反应区的反应条件是，温度为900℃，时间为3分钟。反应完毕后，固体产物通过固体产物出料口16排出，并通过微波吸收介质进料口12加入到微波反应器主体中用作微波吸收介质；气态产物通过气态产物出料口17排出。

（2）将所述气态产物与1千克煤混合，通过等离子体反应器进料口21进入到等离子体反应器20。等离子体工作气体为氩气和氢气的混合气体（70%Ar+30%H2，体积），等离子体工作气体用量为20L/min。在等离子体反应器20的反应区内，利用等离子体和微波进行加热，反应条件是，温度为2500℃，时间为0.2分钟。反应完毕后，通过淬冷介质入口23加入淬冷介质进行淬冷。

获得乙炔、氢气、甲烷、一氧化碳和其它少量小分子碳氢化合物。乙炔收率为15%（乙炔收率=乙炔质量除以煤质量*100%）。

实施例3

该实施例利用如图1所示的设备，该设备包括微波反应器10和等离子体反应器20。微波反应器10包括微波反应器主体、碳质材料进料口12、微波吸收介质进料口11、混合器13、多个微波入口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、出料口22、微波入口15和淬冷介质入口23。所述气态产物出料口17与等离子体反应器进料口连通。

整个反应过程包括：

（1）用氩气将4千克煤通过碳质材料进料口12加入微波反应器主体，用氩气将4千克微波吸收介质半焦通过微波吸收介质进料口11加入到微波反应器主体，二者通过混合器13（螺杆混合器）混合均匀，进入微波反应器的反应区。反应区的反应条件是，温度为900℃，时间为3分钟。反应完毕后，固体产物通过固体产物出料口16排出，并通过微波吸收介质进料口12加入到微波反应器主体中用作微波吸收介质；气态产物通过气态产物出料口17排出。

（2）将所述气态产物的40%与1千克煤混合，通过等离子体反应器进料口21进入到等离子体反应器20，将所述气态产物的60%与热等离子工作气体通过等离子体工作气体入口22进入等离子体反应器20。等离子体工作气体为氩气和热解气态产物的混合气体（40%Ar+60%热解气态产物，体积），等离子体工作气体用量为20L/min。在等离子体反应器20的反应区内，利用等离子体和微波进行加热，反应条件是，温度为2500℃，时间为0.2分钟。反应完毕后，通过淬冷介质入口23加入淬冷介质进行淬冷。

获得乙炔、氢气、甲烷、一氧化碳和其它少量小分子碳氢化合物。乙炔收率为17%（乙炔收率=乙炔质量除以煤质量*100%）。

实施例4

该实施例使用与实施例3中完全相同的设备。

整个反应过程包括：

（1）用氩气将1千克煤通过碳质材料进料口12加入微波反应器主体，用氩气将1千克微波吸收介质半焦通过微波吸收介质进料口11加入到微波反应器主体，二者通过混合器13（螺杆混合器）混合均匀，进入微波反应器的反应区。反应区的反应条件是，温度为900℃，时间为3分钟。反应完毕后，固体产物通过固体产物出料口16排出，并通过微波吸收介质进料口12加入到微波反应器主体中用作微波吸收介质；气态产物通过气态产物出料口17排出。

（2）将所述气态产物的90%与1千克煤混合，通过等离子体反应器进料口21进入到等离子体反应器20，将所述气态产物的10%与热等离子工作气体通过等离子体工作气体入口22进入等离子体反应器20。等离子体工作气体为氩气和热解气态产物的混合气体（90%Ar+10%热解气态产物，体积），等离子体工作气体用量为20L/min。在等离子体反应器20的反应区内，利用等离子体和微波进行加热，反应条件是，温度为2500℃，时间为0.2分钟。反应完毕后，通过淬冷介质入口23加入淬冷介质进行淬冷。

获得乙炔、氢气、甲烷、一氧化碳和其它少量小分子碳氢化合物。乙炔收率为15.5%（乙炔收率=乙炔质量除以煤质量*100%）。

实施例5

该实施例使用与实施例3中完全相同的设备。

整个反应过程包括：

（1）用氩气将1千克煤通过碳质材料进料口12加入微波反应器主体，用氩气将1千克微波吸收介质半焦通过微波吸收介质进料口11加入到微波反应器主体，二者通过混合器13（螺杆混合器）混合均匀，进入微波反应器的反应区。反应区的反应条件是，温度为900℃，时间为3分钟。反应完毕后，固体产物通过固体产物出料口16排出，并通过微波吸收介质进料口12加入到微波反应器主体中用作微波吸收介质；气态产物通过气态产物出料口17排出。

（2）将所述气态产物的10%与1千克煤混合，通过等离子体反应器进料口21进入到等离子体反应器20，将所述气态产物的90%与热等离子工作气体通过等离子体工作气体入口22进入等离子体反应器20。等离子体工作气体为100%热解气态产物，等离子体工作气体用量为18L/min。在等离子体反应器20的反应区内，利用等离子体和微波进行加热，反应条件是，温度为2500℃，时间为0.2分钟。反应完毕后，通过淬冷介质入口23加入淬冷介质进行淬冷。

获得乙炔、氢气、甲烷、一氧化碳和其它少量小分子碳氢化合物。乙炔收率为16.5%（乙炔收率=乙炔质量除以煤质量*100%）。

实施例6

该实施例利用如图2所示的设备，该设备包括微波反应器10和等离子体反应器20。微波反应器10为流化床式微波反应器，包括微波反应器主体、碳质材料和微波吸收介质进料口14、流化气体进料口18、多个微波入口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、出料口24和淬冷介质入口23。所述气态产物出料口17与等离子体反应器进料口连通。

整个反应过程包括：

（1）用氩气将2千克煤和0.5千克微波吸收介质半焦的混合物通过碳质材料和微波吸收介质进料口14加入微波反应器主体，将流化气体氩气从流化气体进料口18加入微波反应器主体。反应区的反应条件是，温度为600℃，时间为10分钟。反应完毕后，固体产物通过固体产物出料口16排出，并通过微波吸收介质进料口14加入到微波反应器主体中用作微波吸收介质；气态产物通过气态产物出料口17排出，并通过等离子体反应器进料口21进入到等离子体反应器。

（2）由等离子体工作气体入口22通入工作气体（70%Ar+30%H2，体积），等离子体工作气体用量为20L/min。在等离子体反应器20的反应区内，反应条件是，温度为2500℃，时间为0.1分钟。反应完毕后，通过淬冷介质入口23加入淬冷介质进行淬冷。

获得乙炔、氢气、甲烷、一氧化碳和其它少量小分子碳氢化合物。乙炔收率为12%（乙炔收率=乙炔质量除以煤质量*100%）。

上述实施例和对比实施例结果表明：通过将微波加热和等离子体裂解有机地结合起来、在等离子体裂解过程中将热裂解气体与新的碳质材料混合、和在微波加热过程中使物料处于流化状态能够显著提高乙炔收率，而通过将一部分热裂解气体作为等离子体裂解工作气体，不但能够大幅提高乙炔收率还能够节省作为等离子体工作气体使用的氩气和氢气，利于降低成本和能耗。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (15)

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0.1-5:5；温度为600-1000℃，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℃，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10%-100%，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、沥青、石油焦、半焦、焦炭、生物质中的一种或多种。

10.一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。