RU2409611C1 - Способ пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2409611C1 RU2409611C1 RU2009118423/04A RU2009118423A RU2409611C1 RU 2409611 C1 RU2409611 C1 RU 2409611C1 RU 2009118423/04 A RU2009118423/04 A RU 2009118423/04A RU 2009118423 A RU2009118423 A RU 2009118423A RU 2409611 C1 RU2409611 C1 RU 2409611C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pyrolysis
- plasma
- hydrocarbons
- ejector
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к плазмохимическому пиролизу углеводородного сырья и получению продуктов реакции. Изобретение касается устройства для пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур, ацетилена и водорода, содержащего плазмохимический реактор с плазмотроном, охладитель, сепаратор, линии продуктов реакции, линию подачи пиролизуемого газа, при этом в линию подачи пиролизуемого газа установлен эжектор, вход всасывающей полости которого соединен с емкостью «летучего» катализатора, а выход эжектора соединен с входной полостью плазмотрона. Также изобретение касается способа пиролиза углеводородов. Технический результат - улучшение технологий осуществления плазмохимических реакций углеводородов, повышение эффективности процесса и расширение номенклатуры получаемых продуктов реакции. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к плазмохимическому пиролизу углеводородного сырья и получению продуктов реакции.
Одной из проблем улучшения технологий плазмохимических реакций углеводородов является повышение эффективности процесса и расширение номенклатуры получаемых продуктов реакции.
Известен способ плазмохимического пиролиза углеводородного сырья посредством смешения сырья с теплоносителем, нагретым в электрической дуге, и устройство для его реализации (см. В.Н.Антонов и др. «Производство ацетилена», стр.131-151, М.: Химия, 1970).
Известен способ плазмохимического пиролиза углеводородов, характеризующийся тем, что в плазмообразующий газ вводят водяной пар (см. патент РФ №2078117, кл. C10G 15/12, публ. 27.04.1997).
Недостатком известных технических решений является низкая эффективность процесса, в результате которого получается только один продукт - ацетилен. Все остальные побочные результаты реакции не выделяются в отдельные продуктовые компоненты.
Известен способ плазмохимического пиролиза углеводородов, в результате которого получают ацетилен и водород, и устройство для его реализации (см. патент РФ №2202593, МПК C10G 15/12, публ. 20.04.2003 - прототип).
Недостатками данного технического решения также являются низкая эффективность процесса и узкая номенклатура получаемых продуктов реакции.
Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и расширение номенклатуры продуктов за счет получения углеродных наноструктур, организация непрерывного процесса разложения природного газа (метана) путем подключения предлагаемого устройства к стационарной коммуникации подачи газа.
Предлагаемое техническое решение реализуется в устройстве для пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур, ацетилена и водорода, содержащем плазмохимический реактор с плазмотроном, охладитель, сепаратор, линии продуктов реакции, линию подачи пиролизуемого газа, в котором согласно изобретению в линию подачи пиролизуемого газа установлен эжектор, вход всасывающей полости которого соединен с емкостью «летучего» катализатора, а выход эжектора соединен с входной полостью плазмотрона.
В предлагаемом устройстве осуществляется способ пиролиза углеводородов, основанный на нагреве углеводородных газов в водородной электроплазменной дуге плазмотрона, с последующим разложением в плазмохимическом реакторе и охлаждением продуктов реакции, где согласно изобретению в катодно-анодную область плазмотрона эжектируют «летучий» катализатор, например раствор ферроцена в ксилоле, причем в качестве рабочего газа эжектора используют пиролизуемый газ.
Данная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что благодаря наличию управляемого количества «летучего» катализатора в катодно-анодной области плазмотрона, на выходе установки, кроме ацетилена и водорода образуется такой продукт, как наноструктурированные углеродные частицы (нанотрубки, нановолокна и т.д.).
В качестве пиролизуемых газов в предлагаемом устройстве могут использоваться газы, являющиеся членами гомологического ряда алканов (метан, этан, пропан и т.д.). «Летучим» катализатором могут являться растворы: ферроцена в ксилоле, ферроцена в бензоле, азотнокислого железа (III) в этаноле и др.
Центральным узлом предлагаемого устройства является плазмохимический реактор с плазмотроном, где происходит процесс получения веществ с помощью химических превращений (пиролиз) при температурах до 2000°С и избыточных давлениях около 0,1-0,5 кгс/см2. Нагрев углеводородных газов осуществляется «холодной» плазмой с температурой до 10000°С. Источником электрической плазмы служит двухструйный плазмотрон, в котором в качестве плазмообразующего газа используется водород или водородосодержащие газы пиролиза.
Принципиальная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1, где:
1 - плазмохимический реактор;
2 - плазмотрон;
3 - эжектор;
4 - линии подачи пиролизуемого газа;
5 - емкость с «летучим» катализатором;
6 - линия продуктов реакции;
7 - устройство выделения углеродных наноструктур;
8 - охладитель;
9 - сепаратор;
10 - агрегаты управления, датчики;
11 - линия подачи «летучего» катализатора;
12 - линия наддува пирогазом;
13 - линия возврата части газов пиролиза;
14 - линия соединения с атмосферным давлением;
15 - линии подачи водорода из накопительной емкости;
16 - линия выхода готового продукта в виде углеродных наноструктур;
17 - линия подачи пирогаза во вход охладителя и далее в сепаратор;
18 - линия отвода части пирогаза в качестве получаемого продукта на дальнейшее разделение, очистку, накопление и подачу потребителю.
Устройство для пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур состоит из плазмохимического реактора 1 с двухструйным плазмотроном 2, входная полость которого соединена с выходом эжектора 3, установленного в линию подачи пиролизуемого газа 4, причем вход всасывающей полости эжектора 3 соединен с емкостью «летучего» катализатора 5.
Выход плазмохимического реактора 1 соединен линией продуктов реакции 6 со входом устройства выделения углеродных наноструктур 7, в котором имеется линия выхода готового продукта 16 в виде углеродных наноструктур - «Выход 1». Выход пирогаза из устройства 7 соединен линией подачи пирогаза 17 со входом охладителя 8 и далее с сепаратором 9. Выход сепаратора 9 имеет линию отвода части пирогаза 18 в качестве получаемого продукта на дальнейшее разделение, очистку, накопление и подачу потребителю («Выход 2») и соединен линией возврата части пирогаза 13 со входной линией подачи водорода 15 в плазмохимический реактор 1 вместо водорода для плазмообразования.
Все технологически важные линии снабжены агрегатами управления и датчиками 10.
Подготовка устройства к работе заключается в установлении необходимых давлений, расходов компонентов и подачи напряжения на электроды плазмотрона 2 для разложения пиролизуемого газа за счет нагрева в «холодной» электроплазменной дуге.
По линии подачи пиролизуемого газа 4 углеводородное сырье поступает в катодно-анодную область плазмотрона 2. Являясь рабочим газом эжектора 3, пиролизуемый газ подается в плазмохимический реактор 1 вместе с «летучим» катализатором, который засасывается эжектором 3 из емкости 5. Емкость 5 с «летучим» катализатором оснащена линией наддува пирогазом 12 и линией соединения с атмосферным давлением 14 для исключения разрежения во внутренней полости. Наличие «летучего» катализатора в области электрической дуги плазмотрона 2 изменяет ход пиролиза в плазмохимическом реакторе 1 таким образом, что наряду с основными составляющими реакции (ацетилен и водород) получается углерод, но не в виде аморфной сажи, а в виде наноструктурированных углеродных частиц (нанотрубок, нановолокон и т.п.).
Часть водородосодержащего пирогаза, получаемого в результате пиролиза углеводородного сырья, используется для поддержания реакции в качестве плазмообразующего газа путем подачи части газов пиролиза по линии возврата 13 на вход плазмотрона после прекращения подачи водорода по линиям 15.
Предлагаемое устройство было испытано в 2008 году. Результаты предварительных испытаний представлены в таблице 1.
Состав пирогаза определялся в газоаналитическом комплексе СГК-81.
Микрофотография углеродных наноструктур представлена на фиг.2.
| Таблица 1 Результаты предварительных испытаний предлагаемого |
||
| устройства | ||
| № п/п | Наименование параметра | Среднее значение параметра |
| 1 | Расход газообразного водорода на входе (при запуске) | 100 нм3/ч |
| 2 | Избыточное давление газообразного водорода на входе (при запуске) | 6 кгс/см2 |
| 3 | Температура газообразного водорода на входе (при запуске) | 20°С |
| 4 | Расход природного газа на входе | 120 нм3/ч |
| 5 | Избыточное давление природного газа на входе | 3 кгс/см2 |
| 6 | Температура природного газа на входе | 20°С |
| 7 | Расход «летучего» катализатора на входе | 10 л/ч |
| 8 | Температура «летучего» катализатора на входе | 20°С |
| 9 | Напряжение на электродах | 1200 В |
| 10 | Сила постоянного тока | 225 А |
| Состав продуктов разложения природного газа | ||
| (пирогаза), в том числе: | ||
| Н2 | 70 об.% | |
| 11 | С2Н2 | 10 об.% |
| СН4 | 13,5 об.% | |
| СmНn | 6 об.% | |
| Углеродных наноструктур | до 1 кг/ч | |
Микрофотография углеродных наноструктур получена на электронном микроскопе Scanning Electron Microscope JEOL SM-6380LV.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит наряду с традиционными составляющими реакции пиролиза углеводородов (ацетилен и водород) получить наноструктурированные частицы углерода (нанотрубки, нановолокна и т.д.) и тем самым повысить эффективность процесса и расширить номенклатуру получаемых продуктов пиролиза.
Claims (2)
1. Устройство для пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур, ацетилена и водорода, содержащее плазмохимический реактор с плазматроном, охладитель, сепаратор, линии продуктов реакции, линию подачи пиролизуемого газа, отличающийся тем, что в линию подачи пиролизуемого газа установлен эжектор, вход всасывающей полости которого соединен с емкостью «летучего» катализатора, а выход эжектора соединен с входной полостью плазматрона.
2. Способ пиролиза углеводородов, осуществляемый в устройстве по п.1, основанный на нагреве углеводородных газов в водородной электроплазменной дуге плазматрона с последующим разложением в плазмохимическом реакторе и охлаждением продуктов реакции, отличающийся тем, что в катодно-анодную область плазматрона эжектируют «летучий» катализатор, например раствор ферроцена в ксилоле, причем в качестве рабочего газа эжектора используют пиролизуемый газ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118423/04A RU2409611C1 (ru) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Способ пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118423/04A RU2409611C1 (ru) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Способ пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009118423A RU2009118423A (ru) | 2010-11-20 |
| RU2409611C1 true RU2409611C1 (ru) | 2011-01-20 |
Family
ID=44058181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009118423/04A RU2409611C1 (ru) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Способ пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2409611C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505586C2 (ru) * | 2012-01-10 | 2014-01-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Малотоннажная установка по утилизации ресурсов малых месторождений природного газа |
| RU2765466C1 (ru) * | 2021-04-06 | 2022-01-31 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" | Способ получения водорода и ацетилена и установка для его реализации |
-
2009
- 2009-05-15 RU RU2009118423/04A patent/RU2409611C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Научно-технический журнал "Наноиндустрия", А.Басаев, В.Галперин, А.Павлов, Ю.Шаман, С.Шаманаев. Особенности синтеза углеродных нанотрубок (УНТ) и их массивов на установке УНТ-2, N4, 2009. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505586C2 (ru) * | 2012-01-10 | 2014-01-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Малотоннажная установка по утилизации ресурсов малых месторождений природного газа |
| RU2765466C1 (ru) * | 2021-04-06 | 2022-01-31 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" | Способ получения водорода и ацетилена и установка для его реализации |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009118423A (ru) | 2010-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4968643B2 (ja) | 単層カーボンナノチューブの製造方法 | |
| CN1213973C (zh) | 碳氟化合物原料的处理 | |
| JP5706294B2 (ja) | 触媒反応装置 | |
| WO2023207044A1 (zh) | 一种有机固废高聚物连续制备碳材料联产氢的系统和方法 | |
| CN108439377B (zh) | 一种利用低温等离子技术协同处理有机废液和制备石墨烯的装置及方法 | |
| CN105296959B (zh) | 一种利用人体头发为碳源合成金刚石的方法 | |
| CN105329853A (zh) | 基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机 | |
| CN112250061A (zh) | 一种单壁碳纳米管的连续制备系统及制备方法 | |
| RU2409611C1 (ru) | Способ пиролиза углеводородов с получением углеродных наноструктур и устройство для его осуществления | |
| CN114808196B (zh) | 碳纳米管制备装置、其注入组件及碳纳米管制备方法 | |
| KR101103678B1 (ko) | 석유화학 부생가스의 촉매 분해에 의한 고순도 수소 제조 장치 및 공정 | |
| Czylkowski et al. | Microwave plasma for hydrogen production from liquids | |
| JP2016153353A (ja) | カーボンナノチューブの製造装置 | |
| Baowei et al. | Steam reforming of dimethyl ether by gliding arc gas discharge plasma for hydrogen production | |
| RU2717069C1 (ru) | Способ прямого синтеза азотированных графеновых пластин | |
| JP6569101B2 (ja) | カーボンナノファイバーの製造方法 | |
| JP2013199641A (ja) | カーボンブラックの製造方法 | |
| KR20040004799A (ko) | 메탄을 열분해하여 수소와 카본블랙을 동시에 제조하는방법 | |
| RU80450U1 (ru) | Устройство для получения водородсодержащего газа в плазме свч-разряда | |
| KR100741759B1 (ko) | 반응장치 내부에서 탄소소스의 직접 분사를 통한탄소나노튜브 합성 방법 및 그 장치 | |
| CN1243142C (zh) | 连续大量制备纳米碳纤维的方法 | |
| JP2004116406A (ja) | 液体燃料の気化方法 | |
| RU2800547C1 (ru) | Установка для получения водорода путем термического разложения метана в реакторе с газовым нагревом | |
| WO2023173357A1 (zh) | 一种薄壁碳纳米管的合成方法 | |
| CN114132895B (zh) | 一种多辉光放电煤层气分解制氢装置和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150516 |