CZ286117B6 - Způsob pro rozklad uhlovodíků a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob spočívá v pyrolytickém rozkladu uhlovodíků, zejména metanu. Uhlovodíky jsou přiváděny chlazenou přívodní trubicí (1) a v prvé fázi v blízkosti plazmového hořáku (11) ohřáty. V další fázi jsou smíšeny s plazmovým plynem a ohřáty na rozkladnou teplotu, čímž vzniká volný vodík a dehydrogenovaný uhlíkatý materiál v podobě kapek. V další fázi se uhlíkatý materiál dále rozkládá za vzniku vodíku a sazí. V této fázi lze přídavkem suroviny reakční směs ochladit a zvýšit hustotu, velikost a množství produktu bez dalšího dodávání energie. Zařízení pozůstává z plazmového hořáku (11) reakční komory (12), kde plazmový hořák (11) je vybaven centrální přívodní trubicí (1) s řízenou teplotou pro přívod suroviny, přičemž zahrnuje nejméně tři elektrody (2, 3, 4) a je umístěn na konci reakční komory (12) a vnitřek reakční komory (12) je vyzděn uhlíkem, má vstupní otvory (8) ve svých postranních stěnách pro další přívod surovin, případně pro instalaci dalších plazmových hořáků (11) a konec reakčnŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu rozkladu uhlovodíků pro výrobu vodíku a sazí, podle kterého předehřáté uhlovodíky procházejí plazmovým hořákem pro pyrolytický rozklad v reakční oblasti. Vynález se dále týká zařízení pro provádění způsobu rozkladu uhlovodíků pro výrobu vodíku a sazí, zahrnujícího plazmový hořák a reakční komoru.

Dosavadní stav techniky

Podle tradičních způsobu výroby sazí se uhlovodíky spalují bez přívodu vzduchu. Docílená jakost závisí na přívodu vzduchu nebo kyslíku a na použití různého množství nadbytečného nebo podstechiometrického kyslíku. U známých způsobů se podstatné části uhlovodíků spotřebují na dodání dostatečné energie pro potřebný rozklad, čímž se získá poměrně malý výnos sazí. Kromě malého výnosu, spalovací proces způsobuje znečištění ovzduší tím, že se vyvíjí jak dioxidy uhlíku tak i oxidy dusíku. Spaliny z tohoto procesu mohou být použity jen jako topný plyn. Pro rozklad uhlovodíků byly též použity jiné pyrolytické způsoby, ve kterých byly využity plazmové hořáky, ale tyto způsoby nebylo možné použít pro plynulou výrobu z důvodu usazenin na elektrodách, což vedlo k zastavování procesu a drahému čisticímu postupu. Uhlík vytvořený pyrolýzou uhlovodíků může být rozdělen na dvě různé jakosti, tj. saze a koks (pyrolytický uhlík). Saze jsou lehké a měkké, o nízké hustotě a jsou vyvinuty v plynné fázi, zatímco koks je tvrdší a tvoří se na povrchu o relativně nízké teplotě, obvykle nižší než 1100°C. Z US 4 101639 je znám pyrolytický způsob výroby sazí, při kterém je vodní pára vstřikována do proudu plazmy radiálně a tangenciálně vzhledem ke stěnám reakční komory. Vodní pára zamezí vytváření pyrolytického uhlíku a grafitu v sazích. Tangenciální proud vodní páry bude chránit stěny reakční komory před vysokou teplotou proudu plazmy a bránit usazování kondenzovaného uhlíku na stěnách. Voda se však bude rozkládat a vytvářet na povrchu sazí skupiny obsahující kyslík, a to je považováno za nevýhodu pro většinu jakostí sazí. Nadto se bude voda rozkládat a vytvářet plyny, obsahující kyslík jako kysličníky uhlíku a dusíku, které budou znečišťovat plyny, uvolňované při procesu. Z DD 211457 je znám způsob a zařízení pro výrobu sazí a vodíku. Část vodíku je recyklována a využita jako plazmový plyn. Napájecí surovina ve formě kapalného nebo plynného uhlovodíku je přivedena radiálně přes trysky do jednoho konce reakční komory a přimíšena do proudu plazmy při teplotě mezi 3500 K a 4000 K. Reakční komora je vybavena temperovacími zónami, kde jsou produkty reakce prudce ochlazovány na teplotu kolem 1100 K. Temperovací zóny působí dodatečně jako tepelný výměník a jsou využívány k předehřátí jak plazmového plynu, tak napájecí suroviny. Nevýhoda tohoto způsobu a zařízení je ta, že stěny reakční komory jsou ochlazovány a tím vznikají velké teplotní gradienty v reakční komoře v oblasti, kde dochází k prudkému ochlazování a výsledkem budou nerovnoměrné podmínky procesu a kvality produktu. Nadto se usazeniny tvoří snadno na ochlazeném povrchu. Cílem tohoto vynálezu je poskytnout zlepšený způsob rozkladu uhlovodíků pyrolýzou bez přídavné energie a bez použití materiálů nebo plynů, které znečišťují rozkládané produkty. Další cíl vynálezu je poskytnout způsob, který může být provozován plynule bez zastavování pro čištění zařízení, přičemž by suroviny měly být přeměněny tak dokonale jak možno na žádaný produkt. Dalším cílem vynálezu je poskytnout způsob, u něhož jakost docílených produktů by měla být rozsáhle ovladatelná a kontrolovatelná. Poslední cíl vynálezu je poskytnout zařízení, kterým tento způsob může být provozován bez znečištění prostředí.

Podstata vynálezu

Nevýhody dosavadního stavu techniky podstatnou měrou odstraňuje a cíl vynálezu splňuje způsob rozkladu uhlovodíků pro výrobu vodíku a sazí, podle kterého předehřáté uhlovodíky procházejí plazmovým hořákem pro pyrolytický rozklad v reakční oblasti, přičemž se teplota uhlovodíků v přívodní trubici plazmového hořáku podle vynálezu upravuje na výstupní teplotu nižší než 1000 °C, po výstupu z přívodní trubice se uhlovodíky přivádí do středové oblasti plamene plazmového hořáku pro rovnoměrný ohřev, přičemž před plazmovým plamenem se nachází oblast pro odhořívání plazmového plynu a za plazmovým plamenem v oblasti se uhlovodíky směšují s plazmovým plynem za zvýšení jejich teploty nad 1600 °C, rozkládají se na plynné látky obsahující volný vodík a na dehydrogenovaný uhlíkatý materiál ve tvaru kapek, který se pro dokončení rozkladu na saze a vodík vede alespoň do jedné další reakční oblasti s teplotou mezi 1200 ° - 1600 °C, přičemž teplota reakční oblasti se řídí změnou rychlosti přívodu uhlovodíků a plazmového plynu a/nebo změnou tlaku v reakční oblasti a/nebo změnou energetického výkonu plazmového hořáku a do reakční směsi se přidávají látky pro ochlazení směsi a pro zvětšení velikosti, hustoty a množství vyvinutých částic. Podle výhodného provedení se teplota uhlovodíků v přívodní trubici plazmového hořáku může upravovat na výstupní teplotu mezi 650 ⁰ - 700 °C. S výhodou se vznikající plynné látky mohou v zahřátém stavu dopravovat zpět do plazmového hořáku pro zvýšení jeho energetického výkonu. Zařízení pro rozklad uhlovodíků pro výrobu vodíku a sazí podle uvedeného způsobu zahrnuje plazmový hořák a reakční komoru, přičemž plazmový hořák uspořádaný podle vynálezu na vstupu reakční komory zahrnuje teplotně řízenou přívodní trubici pro přívod uhlovodíků a alespoň tři elektrody, přičemž vnitřní povrch stěn reakční komory, opatřených vstupními otvory je alespoň zčásti opatřen grafitem a dno reakční komory protilehlé plazmovému hořáku je opatřeno výstupem pro odvod konečných produktů a/nebo recirkulaci vyvinutých plynných látek do plazmového hořáku. Podle uvedeného způsobu rozkladu uhlovodíků na výrobu vodíku a sazí prochází předehřátá surovina plazmovým hořákem, přičemž plazmový plyn je recyklovaný vodík, což způsobuje pyrolytický rozklad surovin. V plazmovém hořáku probíhá reakce v reakční oblasti, přičemž surovina, přednostně metan, je přiváděna přes plazmový hořák do přívodní trubice se řízenou teplotou tak, že má teplotu nižší než 1000 °C, přednostně mezi 400 °C a600°C při výstupu z přívodní trubice. Surovina je nejprve přibližně rovnoměrně ohřátá v oblasti bezprostřední blízkosti plazmového plamene, přičemž je přiváděna centrálně vůči plamenu plazmového hořáku. V oblasti bezprostředně za plazmovým plamenem nastává směšování uhlovodíkového materiálu a plazmového plynu, kterým je přednostně vodík, a který je přednostně recyklován. Teplota se zvyšuje nad 1600 °C, což je rozkladná teplota pro surovinu. V této oblasti se vytváří volný vodík a dehydrogenovaný uhlíkatý materiál ve tvaru kapek. Materiál takto vytvořený je postoupen do jednoho nebo více následných stadií, kde je teplota udržována mezi 1200 °C a 1600 °C, a kde dochází ke konečnému a úplnému rozkladu uhlovodíků na saze a vodík. Další suroviny, způsobující rychlé ochlazení a reakci, s již vytvořenými sazemi, jsou přidávány do této oblasti, čímž dochází ke zvětšení velikosti částic, jejich hustoty a vyvinutému množství bez dalšího přívodu energie. Vytvořené produkty se vypustí a oddělí a horké plyny mohou být dopraveny zpětným potrubím do plazmového hořáku za účelem dalšího zvýšení energetického výnosu. Tím, že teploty v reakční oblasti jsou řízeny nastavením rychlosti přívodu reagující složky a plazmového plynu a/nebo regulací přísunu energie do plazmového hořáku a/nebo nastavením tlaku v reakční oblasti, je umožněno řízení jakosti vytvořených sazí pro docílení žádané jakosti. Vynález je určen zejména pro výrobu vodíku a sazí, přičemž jakost a stupeň hustoty složky sazí by měly být ovladatelné dle potřeby. Bylo shledáno, že když je přidáván další surový materiál do jedné nebo více zón v reakční komoře, je možné dosáhnout prudkého ochlazení dehydrogenovaného uhlíkatého materiálu ve formě kapek nebo formě kapalné a navíc je udržen řízený růst nebo zvětšování velikosti částic a hustoty vyrobených sazí. Navíc je reakční komora vybavena zvláštními plazmovými hořáky, které mohou přidat více energie produktu, takže může být proces opakován dokud není dosažena požadovaná velikost a hustota částic sazí. Navíc bylo zjištěno, že když je napájecí surovina zavedena centrálně do plazmového hořáku, takže plazmový hořák obklopuje reagující složku, je zajištěno, že reagující složka udržuje stálou

-2CZ 286117 B6 teplotu a jsou udrženy rovnoměrné podmínky rozkladu, mající za následek rovnoměrnou kvalitu produktu. Dále to znamená, že reagující složka zůstane centrálně v reakční komoře během této fáze reakce, kdy je největší riziko vytváření usazeniny na stěně, čímž se problém výrazně zmenšuje. Bylo rovněž zjištěno, že je důležité, aby teplota napájecí suroviny nebyla příliš vysoká, když opouští přívodní trubici. Přesahuje-li teplota napájecí suroviny hodnotu přibližně 650 °C až 700 °C rozklad začne příliš brzy a přívodní trubice se může zanést koksem. Přívodní trubice je proto běžně teplotně regulována. Podle vynálezu jsou suroviny, tj. uhlovodíky, přiváděny do plazmového hořáku, v jehož aktivní zóně jsou vytvořeny alespoň dvě reakční zóny a proces je rozdělen do několika stadií. Způsob podle vynálezu je tedy reakční proces rozdělený do stadií, ve kterých parametry jednotlivých zón budou schopny ovlivnit jakost produktů. V prvé reakční zóně procesu bude provozován pyrolytický rozklad a budou hlavně vytvořeny částice uhlíku a v plynné fázi budou makromolekuly kondenzovat do kapek, které hydrogenují jako tuhý uhlík. Tím se docílí první rozklad, ve kterém jsou zajímavé dva hlavní materiály, tj. vodík a saze. Počet primárních částic uhlíku a jejich velikost může být regulována pomocí teploty a tlaku v této reakční zóně. Toho se docílí řízením množství uhlovodíku přiváděného ve vztahu k přívodu energie vyzařované horákem, nebo řízením doby pobytu částic první reakční zóně. Jakost uhlíkatého produktu, jakož i jeho vlastnosti, budou určeny dalším postupem reakčními zónami. Jemné dispergované částice se obdrží, když produkty z první reakční zóny jsou vystaveny rychlému ochlazení v další reakční zóně. Přísada dalších uhlovodíků v sekundárním přívodním toku v druhé reakční zóně vede k růstu částic vytvořených v první zóně. Tímto způsobem se obdrží produkt s většími částicemi, o vyšší hustotě a s menším povrchem. Množství přísady uhlovodíků v kterékoliv následné reakční zóně určí velikost částic uhlíku. Největší částice budou vyžadovat přídavnou energii, která se může získat přívodem C-H-O sloučenin do jejich reakčních zón. Alternativně se může přídavná energie přivést pomocí plazmových hořáků umístěných v těchto zónách. Tyto alternativy a přivedení přídavné energie poskytují způsob řízení jakosti výrobku. Bylo zjištěno, že způsob podle vynálezu umožňuje skoro 100% výnos uhlíku a vodíku a žádný z produktů reakčního procesu nebude znečištěn. Navíc, tento způsob umožňuje řízení jakosti získaných sazí z hlediska žádané velikosti, povrchu, hustoty a kyselosti bez ovlivnění čistoty produktů rozkladu, přičemž daný způsob potřebuje velmi málo energie v porovnání s dříve používanými způsoby. Je to díky skutečnosti, že nyní je možné využít exotermického rozkladu energie, např. pro rozložení přídavné suroviny. Pro způsob dle vynálezu byl zvolen jako surovina metan, ale bude bezpochyby také možné použít i jiné formy uhlovodíků a zemní plyn nebo jejich složky, umožňujíce tak použít způsob podle vynálezu v podstatě pro uhlovodíky. Předpokládá se, že reakční cesta pro výrobu sazí je založena na tom, že uhlovodíky vyrobené pyrolýzou jsou nejprve převedeny na acetylén (etylén) a následně aromatická jádra polymerují a tvoří makromolekuly, tj. velké molekuly o vysoké molekulové hmotnosti. Tyto makromolekuly se stanou přesycenými, čímž kondenzují v kapky kapaliny, které dále pyrolyzují molekulu uhlíku. Když se jednou již vytvořily kapky kapaliny, nebude možné docílit přesycení. To je způsobeno skutečností, že vytvořené makromolekuly budou adsorbovány na těchto již vytvořených kapkách nebo granulích. Tato adsorpce nastane rychleji než tvorba makromolekul. V důsledku toho je dán počet vytvořených elementárních částic aje závislý jen na tlaku, na teplotě a na reagující složce. To tvoří základ pro řízení jakosti vytvořeného produktu. Jestliže se zavedou např. uhlovodíky do oblasti, kde se vytvořily kapky kapaliny, žádné nové částice se nevytvoří, ale stávající se budou zvětšovat. Zde přidané uhlovodíky vytvoří makromolekuly, které se připojí na již vytvořené částice. Fyzikální vlastnosti vytvořeného uhlíku se budou měnit podle teploty. Při vyšších teplotách, vytvořené saze budou vzdušnější. Rovněž tlakové poměry budou podstatné v této souvislosti. Jakost úzce souvisí stím, se kterými molekulami jsou makromolekuly sloučeny a jak jsou spojeny. Zařízení pro využívání metody dle vynálezu v zásadě pozůstává z hlavního plazmového hořáku, jehož aktivní oblast leží v reakční komoře, která může být vybavena zařízeními pro řízení tlaku a teploty a případně i dalším hořákem. Komora je vybavena výpustí plynu, z níž vede přípojka do výměníku tepla s vratným potrubím do plazmového hořáku pro recirkulaci tepelné energie.

-3CZ 286117 B6

Objasnění výkresu

Způsob rozkladu uhlovodíků pro výrobu vodíku a sazí a zařízení pro provádění tohoto způsobu jsou objasněny na výkrese, na němž značí obr. 1 schéma způsobu a zařízení podle vynálezu.

Příklad uskutečnění vynálezu

Pro osvětlení způsobu rozkladu uhlovodíků pro výrobu vodíku a sazí a jeho jednotlivých fází je na obr. 1 nakresleno zařízení, které slouží jen pro objasnění principu konstrukce. Pro osoby znalé oboru však příkladné provedení poskytne vodítko pro konstrukci zařízení podle vynálezu. Ve znázorněném příkladu je vybraná surovina pro užití uhlovodík, příkladně metan, který se v současné době jeví jako nejvýhodnější. Zařízení podle obr. 1 proto v principu pozůstává ze dvou hlavních komponentů, jmenovitě plazmového hořáku 11 a reakční komory 12. Je zřejmé, že tato reakční komora 12 může být též rozdělena do několika sekcí, je-li to považováno za účelné. Na konci reakční komory 12 vzdálenějším od plazmového hořáku 11 je výstupní zařízení 13 pro produkty reakce. Plazmový hořák 11 je popsán detailněji v přihlašovatelově současné norské přihlášce vynálezu NO 914907 a proto jeho konstrukce zde není detailněji popsána. Rovněž bude možné použít plazmové hořáky jiné konstrukce. Metan je přiváděn do reakční komory 12 přívodní trubicí 1. Přívodní trubice 1 je chlazena kapalinou a opatřena vnější tepelně izolující vrstvou a je umístěna souose ve vnitřní elektrodě 2 v trubicovém plazmovém hořáku 11. Přívodní trubice 1 je pohyblivá v axiálním směru pro nastavení polohy trysky vůči plazmové zóně. Podstatné je, aby metan, zavedený přívodní trubicí 1, měl při výstupu z trysky nízkou teplotu. Jestli-že teplota metanu bude překračovat hodnotu přibližně 650 °C až 700 °C, začne rozklad příliš brzy. To je nežádoucí, protože produkty rozkladu se mohou tvořit již uvnitř přívodní trubice 1, dříve než metan dosáhne plazmový plamen, což vede ke srážení těchto produktů ve formě koksu na stěnách přívodní trubice 1 a na elektrodách plazmového hořáku. Je proto podstatné, aby produkt napájený do přívodní trubice 1 byl správně chlazen za účelem předcházení tomuto druhu usazování. Plazmový hořák pozůstává z trubicových elektrod 2, 3 a 4, které jsou v zásadě koaxiální, přičemž vnitřní elektroda 2 je napájena elektrickým stejnosměrným napětím o jedné polaritě a vnější dvě elektrody jsou připojeny na opačnou polaritu. Každá z elektrod může být nastavena nezávisle na sobě v axiálním směru. Všechny elektrody jsou zhotoveny z grafitu a mohou být nahrazeny během odtavování, takže proces zůstane nepřetržitý. S výhodou jsou elektrody vyrobeny z grafitu, což je uhlík. Elektrody neznečišťují proces, ale naopak jsou nedílnou částí procesu a jejich erodovaná část je v procesu přeměněna stejným způsobem jako reagující složky. Elektrody mohou být též zhotoveny z uhlíku vytvořeného procesem, který je zvlášť prost znečišťujících materiálů, což činí proces soběstačným. Ve vyzdívce reaktoru v oblasti, ve které hoří oblouk plazmového hořáku, je vložena budicí cívka 5, připojená na samostatný zdroj elektrické energie, což umožňuje nastavení intenzity magnetického pole v oblasti, ve které hoří oblouk. Tímto způsobem lze regulovat rychlost rotace oblouku a současně i dobu, po kterou je oblouk prodloužen podélným směrem, tj. od hoření mezi dvěma vnitřními elektrodami do hoření mezi krajní vnitřní a krajní vnější elektrodou. Použitý plazmový plyn je vodík, který lze vyvinout v tomto procesu. Plazmový hořák 11 s přívodní trubicí 1 pro uhlovodíky, z nichž metan je uveden jako příklad, je umístěn na vstupu do reakční komory 12, jejíž vnitřní stěny jsou z grafitu. Jelikož plazmový hořák 11 a přívodní trubice 1 se mohou posouvat v axiálním směru, lze regulovat objem reaktoru a tím i dobu působení a teplotu. Aktivní oblast pro tento proces je označena jako zóna J. V této první reakční zóně je určen počet kapek kapaliny. Teplota může být rovněž regulována pomocí poměru energie dodané do plazmového hořáku k množství metanu. Do oblasti I je zaveden nesmíšený metan při tak nízké teplotě, že zde ve skutečnosti nedochází k žádné reakci. Teplota je nižší, než 1000 °C. Při vysokých napájecích rychlostech by část metanu mohla projít bez přeměny do druhé reakční zóny, která je označena jako zóna 2 reakční komory B. Metan sice začíná reagovat při teplotě přibližně 700 °C, ale při teplotách pod 1000 °C je rychlost reakce tak pomalá, že podstatná část složek v oblasti I nebude reagovat. V hraniční oblasti mezi oblastí I a oblastí lije

-4CZ 286117 B6 teplota mezi 1000 °C a 1200 °C. Okolo oblasti I leží oblast II pro odhořívání plazmového plynu v procesu, který probíhá při extrémně vysokých teplotách. V této oblasti nedochází k žádným reakcím. Vně plazmové oblasti lije oblast III, ve které dochází ke smíšení metanu a plazmového plynu. Jak bylo již zmíněno dříve, teplota plazmového plynu je extrémně vysoká, ale teplota směsi je potlačena silným endotermickým vývinem acetylénu (etylénu). Teplota je zde mezi 1200 °C a2000°C. Nejnižší teploty se vyskytují ve střední části reaktoru, nejdále od plazmového hořáku. Mezi stěnou reaktoru a oblastí III je možná tvorba kapek kapaliny, které se tvoří srážením na stěnách dříve, než jsou zcela dehydrogenovány. Tyto kapky mohou způsobit vytváření vrstvy nárůstu na reaktoru, která se nesnadno odstraňuje. Tok produktu nebo přívodní tok ze zóny 1, která zahrnuje oblasti I až III, určuje počet částic uhlíku, závisející na teplotě a tlaku v této části a vzdušný tok částic uhlíku je postupuje přímo do další zóny 2 pouzdra reaktoru, kde dochází k další reakci. Na výkrese jsou tyto reakční oblasti označeny jako oblasti IV. V oblasti IV reagují poslední zbytky acetylénu (etylénu) a tvoří se saze a vodík. Teplota je zde mezi 1200 °C a 1600 °C. Do této oblasti je možné přidat další množství suroviny, zejména metanu, za účelem ochlazení produktu směsi prudkým ochlazením metanem. Tento metan ochladí produkt a sám reaguje se sazemi a vodíkem. Vycházeje z toho, že určitý počet částic sazí již existuje, bude se uhlíkatý materiál, vyvinutý v této části reaktoru, ukládat na již stávající částice. Tím se tyto částice zvětšují, což vede ke kompaktnějšímu produktu. Přidáním více energie do produktu prostřednictvím média obsahujícího kyslík nebo prostřednictvím dalších hořáků v zóně 2, se může proces popsaný pro oblast IV opakovat až do docílení žádané velikosti a hustoty produktu. Tato oblast tedy může být opakována s dalšími následnými oblastmi, případně v nových částech reakční komory B. Přívodní trubice 1 pro další množství metanu a kyslík obsahující médium je zavedena do zóny 2. Navíc má tato zóna možnost zapojení dalších plazmových hořáků detailněji nevyobrazených. Část objemu reaktoru ležící vně těchto oblastí bude normálně tvořit mrtvý objem. Tento mrtvý objem snižuje usazování tuhých materiálů na stěnách reaktoru a je proto žádoucí. Mezi oblastmi III a IV bude nízká axiální rychlost proudění, která může vést k nánosu uhlíkatého materiálu v této oblasti. V této oblasti se vytvoří téměř podlaha v reaktoru. Usazený materiál bude mít malou mechanickou pevnost a bude snadno odstranitelný mechanickými prostředky. Vysoká rychlost proudění v reaktoru bude též působit proti takovým tendencím. Speciální konstrukce reaktoru napomáhá snížit tento typ znečištění tím, že působí na vytvořené kapalné částice, které se tak dehydrogenují dříve, než narazí na stěnu a vytvoří na ní vrstvu nánosu, která je tvrdá. Za účelem zabránění nežádoucího usazování, vedoucího k opětnému znečištění a zastavení reaktoru, je tento vybaven vnitřním mechanickým škrabacím zařízením, které pravidelně seškrábe stěny reaktoru. Mechanický škrabák může být též vybaven kanály pro vnitřní vymývání reaktorových stěn vhodným oxidačním médiem. Za účelem dalšího zlepšení energetického výnosu docíleného tímto způsobem může být metan ohříván pomocí výměníku tepla 17 získávajícího teplo z toku produktu reakční komory 12, procházejícího jako plynný vodík spojovacím vedením 15, kterým je plynný vodík přiváděn do výměníku 17 a dále k výstupu 18. Uhlovodíkový plyn, dále označovaný jako HC plyn, vstupuje v chladném stavu do ohřívané části výměníku tepla 17 vstupním vedením 19 a vystupuje z této části výstupním vedením 14 jako ohřátý HC plyn s teplotou menší, než 700 °C. Ohřátím na skoro 700 °C je metan ohřát pro napájení do přívodní trubice 1 nebo do zóny 2 prostřednictvím vstupních otvorů 8. Mezi výstupem 16 reakční komory 12 a výměníkem tepla 17 je uspořádáno spojovací vedení 15. Ve shora uvedeném jediném příkladu jsou popsány způsob podle vynálezu a principiální prvky zařízení podle vynálezu. Jak již bylo zmíněno dříve, existuje mnoho možností vynálezu, přičemž bude též záležet na surovinách přiváděných do procesu. Tyto jsou všeobecně popsány jako uhlovodíky, zejména metan. Alternativou by také mohly být např. třísky a hobliny z dřevozpracujícího průmyslu a celulóza, jiných petrochemické výrobky a zemní plyn všeobecně. Ve spojitosti s tímto vynálezem je pro realizaci tohoto způsobu též důležité, aby nebyl nepříznivě ovlivněn takovými faktory, jako např. znečištěním zařízení.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob rozkladu uhlovodíků pro výrobu vodíku a sazí, podle kterého předehřáté uhlovodíky procházejí plazmovým hořákem pro pyrolytický rozklad v reakční oblasti, vyznačující se tím, že teplota uhlovodíků se v přívodní trubici (1) plazmového hořáku (11) upravuje na výstupní teplotu nižší než 1000 °C, po výstupu z přívodní trubice (1) se uhlovodíky přivádí do středové oblasti (I) plamene plazmového hořáku (11) pro rovnoměrný ohřev, přičemž před plazmovým plamenem se nachází oblast (II) pro odhořívání plazmového plynu a za plazmovým plamenem v oblasti (III) se uhlovodíky směšují s plazmovým plynem za zvýšení jejich teploty nad 1600 °C, rozkládají se na plynné látky obsahující volný vodík a na dehydrogenovaný uhlíkatý materiál ve tvaru kapek, který se pro dokončení rozkladu na saze a vodík vede alespoň do jedné další reakční oblasti (IV) s teplotou mezi 1200°- 1600 °C, přičemž teplota reakční oblasti (IV) se řídí změnou rychlosti přívodu uhlovodíků a plazmového plynu a/nebo změnou tlaku v reakční oblasti a/nebo změnou energetického výkonu plazmového hořáku a do reakční směsi se přidávají látky pro ochlazení směsi a pro zvětšení velikosti, hustoty a množství vyvinutých částic.
2. 2. Způsob rozkladu uhlovodíků pro výrobu vodíku a sazí podle nároku 1, vyznačující se t í m , že teplota uhlovodíků se v přívodní trubici (1) plazmového hořáku (11) upravuje na výstupní teplotu mezi 650 ° - 700 °C.
3. 3. Způsob rozkladu uhlovodíků pro výrobu vodíku a sazí podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vznikající plynné látky se v zahřátém stavu dopravují zpět do plazmového hořáku pro zvýšení jeho energetického výkonu.
4. 4. Zařízení pro výrobu uhlovodíků a sazí způsobem podle nároku 1, zahrnující plazmový hořák a reakční komoru, vyznačující se tím, že plazmový hořák (11) uspořádaný na vstupu reakční komory (12) zahrnuje teplotně řízenou přívodní trubici (1) pro přívod uhlovodíků a alespoň tři elektrody (2, 3, 4), přičemž vnitřní povrch stěn reakční komory (12), opatřených vstupními otvory (8) je alespoň zčásti opatřen grafitem a dno reakční komory (12) protilehlé plazmovému hořáku (11) je opatřeno výstupem (16) pro odvod konečných produktů a/nebo recirkulaci vyvinutých plynných látek do plazmového hořáku (11).

   1 výkres