HU217032B - Berendezés és eljárás korom előállítására - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya berendezés szén és hidrőgén főlyamatőselőállítására szénhidrőgéngáz, előnyösen metán hőbőntásával.Jellegzetessége, hőgy a hőbőntó reaktőr plazmafáklya (1), melynekműködtetéséhez előmelegített tápgázként szénhidrőgéngáz van adagőlva,és az említett előmelegített szénhidrőgéngáz és/vagy előmelegítetthidrőgén szőlgál plazmagázként, a keletkezett hidrőgén legalábbrészben vissza van vezetve és plazmagázként van használva, aplazmafáklyáhőz (1) a szén tűlajdőnságainak befőlyásőlására ésellenőrzésére, valamint szerkezetének és felületének módősításáraalkalmas, szabályőzható hőmérsékletű zónákkal rendelkező tővábbireaktőr (2) csatlakőzik, a reaktőr (2) leszállóágáhőz a tápgáz és aplazmagáz előmelegítésére is alkalmas, a reakciótermékek hőmérsékletétcsökkentő hűtő (3) csatlakőzik, a hűtő (3) vezetékét aszénkőmpőnensből a dűrva részecskéket leválasztó ciklőnból (4),tővábbá a kívánt részecskeméretű és szerkezetű szén kiszűrésérealkalmas egy vagy több főszűrőből (7) álló szeparátőregység követi, azegy vagy több főszűrőhöz (7) a leválasztőtt szén befőgadására alkalmasszűrősiló (8) tartőzik, tővábbá űgyancsak az egy vagy több főszűrőhöz(7) a hidrőgénkőmpőnenst példáűl ipari felhasználáshőz tővábbítóelvezetőcső (9), valamint adőtt esetben a hidrőgénkőmpőnens egy részéta plazmafáklyáhőz (1) visszajűttató recirkűlációs vezeték (11)kapcsőlódik. A találmány tárgyáhőz tartőzik tővábbá az eljárás az 1.és 2. igénypőntők szerinti berendezés működtetésére. Jellegzetessége,hőgy a plazmafáklyáhőz (1) plazmagázként hidrőgén és szénhidrőgéngázelegyét használják, a plazmagázként használt szénhidrőgéngázmennyiségét pedig a plazmafáklyáhőz (1) vezetett plazmagáz arányávalszabályőzzák. ŕ

Description

A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 217 032 Β nensből a durva részecskéket leválasztó ciklonból (4), továbbá a kívánt részecskeméretű és szerkezetű szén kiszűrésére alkalmas egy vagy több főszűrőből (7) álló szeparátoregység követi, az egy vagy több főszűrőhöz (7) a leválasztott szén befogadására alkalmas szűrősiló (8) tartozik, továbbá ugyancsak az egy vagy több főszűrőhöz (7) a hidrogénkomponenst például ipari felhasználáshoz továbbító elvezetőcső (9), valamint adott esetben a hidrogénkomponens egy részét a plazmafáklyához (1) visszajuttató recirkulációs vezeték (11) kapcsolódik.

A találmány tárgyához tartozik továbbá az eljárás az

1. és 2. igénypontok szerinti berendezés működtetésére. Jellegzetessége, hogy a plazmafáklyához (1) plazmagázként hidrogén és szénhidrogéngáz elegyét használják, a plazmagázként használt szénhidrogéngáz mennyiségét pedig a plazmafáklyához (1) vezetett plazmagáz arányával szabályozzák.

A találmány tárgya berendezés korom és hidrogén előállítására szénhidrogének hőbontásával, valamint eljárás a berendezés működtetésére.

Az EP 0315442, az EP 0392 121, az US 4213 939 és a GB 1 150 362 szabadalmi leírások szerint ismeretesek módszerek és berendezések korom előállítására szénhidrogének krakkolásos lebontásából származó szénhidrogén-frakció gáz és/vagy folyadék állapotban történő részleges elégetésével. A gázállapotú melléktermékek fő komponensei szén-oxidok.

A GB 1492 346 lajstromszámú szabadalmi leírásból pirolitikus eljárás ismeretes korom előállítására reakciókamrában, szénhidrogének termikus lebontásával. A gázállapotú fűtőközeg plazmaáramába vízgőzt vezetnek, így a szénhidrogének szénné és olyan gázállapotú melléktermékké bomlanak le, amelyek közül a hidrogén csak az egyik komponens.

Szénhidrogéngázokból korom előállítására is számos különböző berendezés és eljárás ismert a szakirodalomból. Ezen eljárások egyik csoportja szénhidrogének plazmafáklyával történő lebontása útján állít elő egy-egy korom- és hidrogéntartalmú frakciót. Az ez ideig használatos módszerek csak egy másik szénhidrogéngáz terméket, például acetilént szolgáltattak. Mind ez ideig nem fejlesztettek ki olyan berendezést, amely lehetővé tenné korom és hidrogén folyamatos előállítását. A korábbi berendezéseket rövid működési szakasz után le kell állítani a képződött lerakódások miatt, a fáklyákat és a reaktorokat tisztítani kell, mielőtt a berendezést újra lehetne működtetni. Ezek a hátrányok okozták a berendezések költséges üzemeltetését és a végtermékek drága voltát.

További hátránya az ismert berendezéseknek, hogy nem teszik lehetővé a nyert végtermékek teljes ellenőrzését, például a keletkezett koromét és a hidrogénét. Ha fizikai tulajdonságait tekintve állandó minőségű kormot lehet is előállítani, és az továbbfeldolgozásra alkalmas minőségű, a keletkezett hidrogén azonban nagyrészt elég.

A találmány célja olyan módszer kifejlesztése szénhidrogén és gázok korommá és hidrogénné történő hőbontására, amely folyamatos eljárásban működtethető, emellett az eljárás körülményeit előre be lehessen állítani, és előre meghatározott fizikai tulajdonságú korom terméket lehessen előállítani.

A kitűzött célnak megfelelően a találmány szerinti berendezés szén és hidrogén folyamatos előállítására szénhidrogéngáz, előnyösen metán hőbontásával - oly módon van kialakítva, hogy a hőbontó reaktor plazmafáklya, melynek működtetéséhez előmelegített tápgázként szénhidrogéngáz van adagolva, és az említett előmelegített szénhidrogéngáz és/vagy előmelegített hidrogén szolgál plazmagázként. A keletkezett hidrogén legalább részben vissza van vezetve és plazmagázként van használva. A plazmafáklyához a szén tulajdonságainak befolyásolására és ellenőrzésére, valamint szerkezetének és felületének módosítására alkalmas, szabályozható hőmérsékletű zónákkal rendelkező további reaktor csatlakozik. A reaktor leszállóágához a tápgáz és a plazmagáz előmelegítésére is alkalmas, a reakciótermékek hőmérsékletét csökkentő hűtő csatlakozik. A hűtő vezetékét a szénkomponensből a durva részecskéket leválasztó ciklonból, továbbá a kívánt részecskeméretű és szerkezetű szén kiszűrésére alkalmas egy vagy több főszűrőből álló szeparátoregység követi. Az egy vagy több főszűrőhöz a leválasztott szén befogadására alkalmas szűrősiló tartozik, továbbá ugyancsak az egy vagy több szűrőhöz a hidrogénkomponenst például ipari felhasználáshoz továbbító elvezetőcső, valamint adott esetben a hidrogénkomponens egy részét a plazmafáklyához visszajuttató recirkulációs vezeték kapcsolódik.

A találmány szerinti berendezés további ismérve lehet, hogy a tápgázt és a plazmagázt előmelegítő hűtő csőhűtő.

A találmánynak ugyancsak részét képező eljárás során a plazmafáklyához plazmagázként hidrogén és szénhidrogéngáz elegyét használjuk, a plazmagázként használt szénhidrogéngáz mennyiségét pedig a plazmafáklyához vezetett plazmagáz arányával szabályozzuk.

Az eljárás oly módon is kivitelezhető, hogy plazmagázként kizárólag a szeparátoregységből jövő lebontott gázt használjuk, a plazmafáklyához visszavezetett hidrogén mennyiségét pedig a plazmaívhez csatlakozó szelep segítségével szabályozzuk.

Az eljárás egyik előnyös kiviteli módja során a rendszert kizárólag a tápgázzal működtetjük.

A találmány szerinti berendezéssel továbbfeldolgozásra is alkalmas korom ésszerű és folyamatos előállítása válik lehetővé, amelynek során kívánt részecskeméretű és szerkezetű korom keletkezik, amely további feldolgozásra kiválóan alkalmas. Továbbá nagyon ésszerű és gazdaságos működtetés valósítható meg, mivel a keletkezett hidrogén egy részét visszavezetjük a plazma2

HU 217 032 Β fáklyába, és plazmagázként hasznosítjuk. Továbbá a hidrogént a szénhidrogénekkel együtt használjuk a plazmafáklyában és a tápgázban, így csökkentjük az elektróda fogyását, és további védelmet is elérünk. A berendezésben a nemkívánatos méretű részecskéket és a durva frakciókat kiszűrjük, így egyenletes, meghatározott minőségű végterméket nyerünk. Ez annak a ténynek a következménye, hogy a reaktorban a keverékek és a melegítőzónák szabályozásával a keletkező korom a kívánt szerkezetűvé tehető. A berendezésben alkalmazott körfolyamat segítségével és a visszavezetett hidrogénnek a kiindulási anyagként alkalmazott természetes gázzal vagy metánnal történő együttes felhasználásával a szénhidrogének kellően szennyezésmentes lebontása érhető el. így elkerülhetőek a dugulások és a reaktor szennyeződése, ezért folyamatos gyártás valósítható meg.

A találmányt kiviteli példa segítségével vázlatos rajzon illusztráljuk, amely egyben a találmány szerinti berendezés egyszerűsített folyamatábráját mutatja.

A mellékelt rajzon felvázolt berendezés bemutatja azokat a fő jellemzőket, amelyek jelentőséggel bírnak a jelen találmány szempontjából.

1. ábra: Berendezés korom előállítására

A berendezés fő része az 1 plazmafáklya és a hozzá csatlakozó 2 reaktor. Az 1 plazmafáklyát plazmagáz működteti. A plazmagáz lehet a 11 recirkulációs vezetéken visszavezetett hidrogén vagy aló tárolótartályból szénhidrogéngáz, például metán, vagy közvetlen a 17 gázvezetékből érkező tápgáz. Védőgázt bevezető szerelvényként például egy 15 argonbevezető és egy 14 nitrogénbevezető csatlakoztatható a tápgázvezetékbe, például all recirkulációs vezetékhez.

Az 1 plazmafáklyában a szénhidrogéngáz lebomlik, a metán esetében koromra és hidrogénre, mely a 2 reaktorban tovább feldolgozódik, annak érdekében, hogy a kinyert korom a kívánt fizikai tulajdonságú legyen. Ez a reaktorban a zónák hőmérsékletének szabályozásával, más szóval a 18 csőcsonkokon át érkező metán, illetőleg az egyéb adalékanyagoknak a reaktorkamrába történő bejuttatásával csatlakozó csővezetékeken érhető el. A 2 reaktor szerkezete és adatai a jelen bejelentő 921 360 lajstromszámú norvég és a PCT /N092/00196 lajstromszámú szabadalmi leírásában találhatók meg. Az előállított korom a reaktorból a hidrogénnel együtt távozik. Az előre meghatározott fizikai tulajdonságú korom a hűtőn át szeparátorberendezésbe jut, amely például a ciklon lehet. Itt a durva szénrészecskéket, amennyiben a további folyamatban nemkívánatosak, leválasztjuk. A 3 hűtőben a hőmérséklet a reaktorból kimeneti hőmérsékletre csökken, például 800-1600 °C-ról 50-60 °C-ra. A termékáramból eltávolított hő hőcserélőben, energiatakarékosán felmelegítheti a tápgázt és a plazmagázt. A plazmafáklya kimenő hőmérséklete a reaktorban 3000-8000 °C között lehet.

A szénrészecskéknek a 4 ciklonban történt leválasztása után a durva részecskéket az 5 salaksilóban összegyűjtjük. Később a salak eltávolítható, és a különleges minőségben előállított koromnál kevésbé kritikus minőséget igénylő célokra felhasználható. A hidrogént és a kormot a 6 csövön át a 7 főszűrőhöz vezetjük, amely kiszűri a további komponenseket. A reaktorszakaszban kinyert, a kívánt, meghatározott szemcseméret-tartományban levő, speciális kormot a további járulékos szűrés feladatát is ellátó 8 szűrősilóban gyűjtjük össze. A különleges korom a 8 szűrősilóból eltávolítható és tovább felhasználható. A maradék hidrogén a szűrőkből visszanyerhető és a csövön jövő hidrogénnel egyesíthető. A hidrogén a 9 elvezetőcsövön át is eljuttatható ipari folyamathoz, vagy tárolható is későbbi felhasználásra, alkalmazható továbbá energiahordozóként, sőt energiaforrásként is, akár ebben a folyamatban, és a kívánatosnak tartott mennyisége a 11 recirkulációs vezeték útján visszavezethető a plazmafáklyához, és ott plazmagázként hasznosítható.

Biztonság okáért a rendszert a 10 lángnyalábhoz csatlakoztatjuk, ahol a gáz eléghet. így a berendezésben kivitelezett folyamat egyik végterméke az aktuális folyamat működtetője is lesz. Ez a csökkentett energiafelhasználás előnyét kínálja. Ugyanakkor a teljesen tiszta, szennyezésmentes gáz plazmagázként használható, így a fáklyában is csak minimális szennyezést okoz. A kezdeti időszakban szükséges lehet a fáklyához külön járulékos hidrogént is betáplálni a 13 hídrogénbevezető útján. A járulékos hidrogénbetáplálással mintegy „vezérelni” lehet a reaktor és a fáklya működését, és így a rendszer bizonyos mértékig önszabályozó lesz. Normál működés során a rendszer plazmagáz tekintetében teljesen önellátó.

A berendezés fenti bemutatásában csak a fő részeket ismertettük, és teljesen nyilvánvaló, hogy a találmány oltalmi körén belül sok kiviteli mód lehetséges.

A találmány szerinti berendezéssel az a további előny is elérhető, hogy a keletkezett korom más elemekkel nem szennyeződik, mivel csak azokkal érintkezik, amelyek a tápgázban is jelen vannak, vagy amelyek hozzáadása kívánatos, és amelyek ezért a reaktorban hozzáadhatóak.

A találmány egy előnyös megvalósításánál a plazmagázként használt hidrogéngáz kiegészíthető szénhidrogéngázzal, amely előnyös hatású lehet az elektródák elégése vagy elhasználódása tekintetében, amelyek ezért kevésbé gyorsan fogynak el. A plazmafáklyához alkalmazott hidrogén ellenőrzése a plazmaívhez csatlakozó kontrollszelep alkalmazásával megoldható.

Claims (3)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Berendezés szén és hidrogén folyamatos előállítására szénhidrogéngáz, előnyösen metán hőbontásával, azzal jellemezve, hogy a hőbontó reaktor plazmafáklya (1), melynek működtetéséhez előmelegített tápgázként szénhidrogéngáz van adagolva, és az említett előmelegített szénhidrogéngáz és/vagy előmelegített hidrogén szolgál plazmagázként, a keletkezett hidrogén legalább részben vissza van vezetve és plazmagázként van használva, a plazmafáklyához (1) a szén tulajdonságainak befolyásolására és ellenőrzésére, valamint szerkezetének és felületének módosítására al3

   HU 217 032 Β kalmas, szabályozható hőmérsékletű zónákkal rendelkező további reaktor (2) csatlakozik, a reaktor (2) leszállóágához a tápgáz és a plazmagáz előmelegítésére is alkalmas, a reakciótermékek hőmérsékletét csökkentő hűtő (3) csatlakozik, a hűtő (3) vezetékét a szénkomponensből a durva részecskéket leválasztó ciklonból (4), továbbá a kívánt részecskeméretű és szerkezetű szén kiszűrésére alkalmas egy vagy több főszűrőből (7) álló szeparátoregység követi, az egy vagy több főszűrőhöz (7) a leválasztott szén befogadására alkalmas szűrősiló (8) tartozik, továbbá ugyancsak az egy vagy több főszűrőhöz (7) a hidrogénkomponenst ipari felhasználáshoz továbbító elvezetőcső (9), valamint adott esetben a hidrogénkomponens egy részét a plazmafáklyához (1) visszajuttató recirkulációs vezeték (11) kapcsolódik.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a tápgázt és a plazmagázt előmelegítő hűtő (3) csőhűtő.
3. 3. Eljárás az 1. és 2. igénypontok szerinti berende5 zés működtetésére, azzal jellemezve, hogy a plazmafáklyához (1) plazmagázként hidrogén és szénhidrogéngáz elegyét használjuk, a plazmagázként használt szénhidrogéngáz mennyiségét pedig a plazmafáklyához (1) vezetett plazmagáz arányával szabályozzuk.

   10 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy plazmagázként kizárólag a szeparátoregységből jövő lebontott gázt használjuk, a plazmafáklyához (1) visszavezetett hidrogén mennyiségét pedig a plazmaívhez csatlakozó szelep segítségével szabályozzuk.

   15 5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rendszert kizárólag a tápgázzal működtetjük.