RU2588258C2 - Method and device for production of acetylene using plasma technology - Google Patents
Method and device for production of acetylene using plasma technology Download PDFInfo
- Publication number
- RU2588258C2 RU2588258C2 RU2014135269/04A RU2014135269A RU2588258C2 RU 2588258 C2 RU2588258 C2 RU 2588258C2 RU 2014135269/04 A RU2014135269/04 A RU 2014135269/04A RU 2014135269 A RU2014135269 A RU 2014135269A RU 2588258 C2 RU2588258 C2 RU 2588258C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- gas
- acetylene
- reaction volume
- hydrogen
- Prior art date
Links
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 title claims abstract description 56
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 21
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 62
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 40
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 17
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 3
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 2
- -1 fluorine chlorine Chemical compound 0.000 claims description 2
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 claims description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon(0) Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic Effects 0.000 claims 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N acetylene Chemical compound C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способу и устройству для производства ацетилена с использованием плазменной технологии, в частности для его производства в газовой фазе.The invention relates to a method and apparatus for the production of acetylene using plasma technology, in particular for its production in the gas phase.
В настоящее время известно производство ацетилена (этина, C2H2) способами с использованием электродугового синтеза. Для этого с помощью углеродных электродов и электрической дуги создают горячую плазму в атмосфере водорода.Currently, the production of acetylene (ethine, C 2 H 2 ) is known by methods using electric arc synthesis. To do this, using hot carbon electrodes and an electric arc create a hot plasma in a hydrogen atmosphere.
Недостатками такого способа являются низкий кпд, составляющий, как правило, менее 10%, низкая избирательность процесса и большие тепловые потери.The disadvantages of this method are low efficiency, which is usually less than 10%, low process selectivity and large heat losses.
Задачей настоящего изобретения являются устранение названных недостатков и создание способа и устройства для производства ацетилена с использованием плазменной технологии, которые обеспечивают оптимальное производство C2H2.The objective of the present invention is to remedy these disadvantages and to create a method and device for the production of acetylene using plasma technology, which ensure optimal production of C 2 H 2 .
Эта задача решается посредством способа, в котором содержащий, по меньшей мере, один вид углерода газ подается в нетермическую плазму источника плазмы.This problem is solved by a method in which a gas containing at least one type of carbon is supplied to a non-thermal plasma of a plasma source.
Преимуществом плазменного катализа в нетермической или равновесной плазме являются повышенный кпд, высокая избирательность и низкие тепловые потери.The advantages of plasma catalysis in non-thermal or equilibrium plasma are increased efficiency, high selectivity and low heat loss.
Устройство состоит из источника плазмы для получения нетермической или неравновесной плазмы, в частности из возбужденного электромагнитными полями источника плазмы, предпочтительно возбужденной микроволнами плазмы, в плазменном (реакционном) объеме которого находится содержащий, по меньшей мере, один вид углерода газ, постоянно обновляемый посредством подводящего трубопровода. При этом сам источник плазмы может быть выполнен в виде резонансного одно- или многомодового источника плазмы или также в виде нерезонансного источника плазмы.The device consists of a plasma source for producing a non-thermal or nonequilibrium plasma, in particular from a plasma source excited by electromagnetic fields, preferably excited by plasma microwaves, in the plasma (reaction) volume of which there is at least one type of carbon gas, constantly updated by means of a supply pipe . In this case, the plasma source itself can be made in the form of a resonant single- or multimode plasma source or also in the form of a non-resonant plasma source.
Согласно предпочтительному варианту выполнения устройство содержит на продуктовой стороне (на стороне выпуска ацетилена) разделительный элемент, на котором водород отделяют от ацетилена, в частности, например, палладиевую трубу. Дополнительно предпочтительно направлять отделенный таким образом водород, при необходимости, полностью или частично обратно в реакционный объем. В результате в другом предпочтительном варианте выполнения предусмотрен дополнительно к разделительному элементу обратный трубопровод для подачи отделенного водорода в реакционный объем. Таким образом, устройство само обеспечивает себя полностью или, по меньшей мере, частично водородом для осуществления одного из способов.According to a preferred embodiment, the device comprises on the product side (on the acetylene discharge side) a separation element on which hydrogen is separated from the acetylene, in particular, for example, a palladium pipe. It is further preferred to direct the hydrogen thus separated, if necessary, fully or partially back into the reaction volume. As a result, in another preferred embodiment, in addition to the separation element, a return line is provided for supplying the separated hydrogen to the reaction volume. Thus, the device itself provides itself completely or at least partially with hydrogen for the implementation of one of the methods.
Однако в пусковой момент процессов в большинстве случаев требуется повышенная доля водорода для предупреждения отложения углерода или же дополнительный технологический газ. Поэтому предпочтительно, чтобы устройство постоянно содержало подводящие трубопроводы для подачи технологического газа в реакционный объем.However, at the starting point of the processes, in most cases, an increased proportion of hydrogen is required to prevent carbon deposition or an additional process gas. Therefore, it is preferable that the device constantly contains supply lines for supplying process gas to the reaction volume.
В содержащем углеводород газе присутствуют основные атомы, необходимые для производства C2H2, углерода и водорода.The hydrocarbon-containing gas contains the basic atoms necessary for the production of C 2 H 2 , carbon and hydrogen.
Предпочтительно в этом газе содержится метан. Согласно предпочтительному варианту выполнения содержащим углеводород газом является природный газ или биогаз, поскольку он легко приобретаем и является относительно дешевым.Preferably, this gas contains methane. According to a preferred embodiment, the hydrocarbon-containing gas is natural gas or biogas, since it is readily available and is relatively cheap.
В предпочтительном варианте выполнения дополнительно к содержащему углеводород газу добавляется технологический газ. Предпочтительные технологические газы содержат в себе элементы из группы, состоящей из водорода, аргона, азота, гелия и неона. Особо предпочтительно, чтобы технологический газ содержал водород и/или аргон. Преимущество водорода состоит в том, что им предупреждается сажеобразование. Преимущество аргона состоит в том, что энергия возбуждения (предпочтительно микроволны), необходимая для поддержания плазмы, меньше, чем, например, у водорода. Путем смешения этих, а также других газов, становится возможным приведение в соответствие расхода энергии или уровня возбуждения.In a preferred embodiment, a process gas is added to the hydrocarbon-containing gas. Preferred process gases comprise elements from the group consisting of hydrogen, argon, nitrogen, helium and neon. It is particularly preferred that the process gas contains hydrogen and / or argon. The advantage of hydrogen is that it prevents soot formation. The advantage of argon is that the excitation energy (preferably microwaves) needed to maintain the plasma is less than, for example, hydrogen. By mixing these, as well as other gases, it becomes possible to match the energy consumption or level of excitation.
Согласно предпочтительному варианту выполнения в технологическом газе содержится галоген, в частности фтор или хлор. Поскольку в ходе процесса возможно образование других насыщенных или ненасыщенных углеводородов, то они могут быть галогенированы, в частности, фторированы или хлорированы.According to a preferred embodiment, the process gas contains halogen, in particular fluorine or chlorine. Since the formation of other saturated or unsaturated hydrocarbons is possible during the process, they can be halogenated, in particular fluorinated or chlorinated.
Преимущество от добавки водорода через технологический газ достигается, в частности, в случае применения метана в составе содержащего углеводород газа, поскольку чистый метан при конверсии может вызывать, в числе прочего, образование углеродных частиц, что предупреждается добавкой технологического газа. В результате обеспечивается оптимальный длительный режим работы.The advantage of adding hydrogen through the process gas is achieved, in particular, in the case of using methane in the composition of the hydrocarbon-containing gas, since pure methane during conversion can cause, among other things, the formation of carbon particles, which is prevented by the addition of process gas. The result is an optimal long-term operation.
В зависимости от применяемого в газе углеводорода во время реакции автоматически образуется определенное количество водорода, вследствие чего в этом случае не обязательно вводить его в технологический газ или же вводить лишь в незначительных дополнительных количествах. Если во время процесса образуется водород, то его отделяют от ацетилена в большинстве случаев только на продуктовой стороне. Следовательно, предпочтительно отделяют водород, содержащийся в исходящем из реакционного объема газе, от остаточных газов и ацетилена и снова направляют его в реакционный объем.Depending on the hydrocarbon used in the gas, a certain amount of hydrogen is automatically generated during the reaction, as a result of which in this case it is not necessary to introduce it into the process gas or to introduce only insignificant additional quantities. If hydrogen is formed during the process, then in most cases it is separated from acetylene only on the food side. Therefore, it is preferable to separate the hydrogen contained in the gas leaving the reaction volume from the residual gases and acetylene and again direct it to the reaction volume.
Предпочтительно, чтобы для предупреждения отложения углерода в реакционном объеме преобладал избыток водорода при соотношении Н/С, составляющем более 20/1, в частности более 40/1, предпочтительно более 60/1.Preferably, in order to prevent carbon deposition in the reaction volume, an excess of hydrogen prevails at an H / C ratio of more than 20/1, in particular more than 40/1, preferably more than 60/1.
Это соотношение зависит также от применяемого углеводорода. Верхний предел соотношения легко определяется, если произвести замер кпд процесса. При слишком большей доле водорода кпд снижается.This ratio also depends on the hydrocarbon used. The upper limit of the ratio is easily determined if the efficiency of the process is measured. With too much hydrogen, the efficiency decreases.
Избыточный водород может быть использован при дальнейшем проведении способа для частичной или полной гидрогенизации, в частности, в плазме послесвечения с использованием технологического тепла или тепла плазмы. Для этого в реакционную камеру предпочтительно помещают катализатор, преимущественно платиновый или никелевый, или же проводится последующая гидрогенизация, в частности, при иных значениях давления. Если в этом усматривается необходимость, то гидрогенизация может проводиться также в дополнительной плазменно-каталитической реакционной камере.Excess hydrogen can be used in further carrying out the method for partial or complete hydrogenation, in particular, in afterglow plasma using process heat or plasma heat. To this end, a catalyst, preferably platinum or nickel, is preferably placed in the reaction chamber, or subsequent hydrogenation is carried out, in particular, at different pressure values. If this is deemed necessary, then hydrogenation can also be carried out in an additional plasma-catalytic reaction chamber.
Благодаря специальным условиям, создаваемым для плазмы, показатели конверсии метана в ацетилен могут составлять 90% и более.Due to the special conditions created for plasma, the conversion of methane to acetylene can be 90% or more.
Согласно предпочтительному варианту выполнения в реакционный объем подают газ (KG) с содержанием углеводорода, в частности CH4, и технологический газ (Р) при соотношении (KG:Ρ) 1:5-1:20. Следовательно, в случае применения CH4 и водорода соотношение Н/С составит 14/1-44/1.According to a preferred embodiment, a gas (KG) with a hydrocarbon content, in particular CH 4 , and a process gas (P) are supplied to the reaction volume at a ratio of (KG: Ρ) 1: 5-1: 20. Therefore, in the case of using CH 4 and hydrogen, the H / C ratio will be 14 / 1-44 / 1.
Предпочтительно в реакционном объеме во время плазменного катализа присутствует давление от 0,1 миллибара до 1 бара или избыточное давление до 20 бар и выше. Особо предпочтительны показатели давления от 10 до 300 миллибар, в частности от 50 до 100 миллибар.Preferably, a pressure of 0.1 millibar to 1 bar or an overpressure of 20 bar or more is present in the reaction volume during plasma catalysis. Particularly preferred pressure indicators are from 10 to 300 mbar, in particular from 50 to 100 mbar.
Необходимое соотношение основных веществ зависит от давления. Поэтому целесообразно регулировать давление и/или соотношение газов на основе измерений реакции и конечных продуктов. Для этого может быть использована, например, оптическая эмиссия плазмы.The required ratio of basic substances depends on pressure. Therefore, it is advisable to adjust the pressure and / or gas ratio based on measurements of the reaction and the final products. For this, optical plasma emission can be used, for example.
В частности, при использовании других углеводородов в качестве метана в газе с содержанием углеводорода предпочтительно, чтобы количественные соотношения приводились в соответствие с показателями давления. При этом действует правило, согласно которому большее количество водорода снижает выход готового продукта и вызывает меньшее сажеобразование. Также и в этом случае в реакционном объеме должно соблюдаться соотношение Н/С, превышающее 10:1, в частности превышающее 15:1, предпочтительно превышающее 20:1.In particular, when using other hydrocarbons as methane in a gas with a hydrocarbon content, it is preferable that the quantitative ratios be brought into line with the pressure indicators. At the same time, there is a rule according to which a larger amount of hydrogen reduces the yield of the finished product and causes less soot formation. Also in this case, in the reaction volume, an H / C ratio of greater than 10: 1, in particular greater than 15: 1, preferably greater than 20: 1, must be observed.
Согласно предпочтительному варианту выполнения процесс, в частности сажеобразование, и/или кпд, контролируется. Это достигается посредством способов из группы, состоящей из оптической эмиссионной спектроскопии, газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Если происходит сажеобразование, то, например, усиливается фон при оптической эмиссионной спектроскопии, т.е. в плазме наблюдается интенсивное желто-беловатое свечение. На помещенных в реактор кварцевых стеклах образуется налет, снижающий пропускание света через них. Затем результаты контроля процесса могут быть использованы для регулирования соотношения между газами или давления в реакционном объеме, причем при заданном давлении присутствует максимальная доля ацетилена в зависимости от соотношения между газами и наоборот (изменение давления при устойчивом соотношении).According to a preferred embodiment, the process, in particular soot formation, and / or efficiency, is controlled. This is achieved by methods from the group consisting of optical emission spectroscopy, gas chromatography and mass spectrometry. If soot formation occurs, then, for example, the background is enhanced by optical emission spectroscopy, i.e. in plasma there is an intense yellow-whitish glow. On quartz glasses placed in the reactor, a coating forms, which reduces the transmission of light through them. Then, the results of process control can be used to control the ratio between gases or pressure in the reaction volume, and at a given pressure there is a maximum proportion of acetylene depending on the ratio between gases and vice versa (pressure change at a stable ratio).
Например, повышенное давление в плазменном объеме ведет к усиленному сажеобразованию или образованию высших углеводородов, например таких его видов, как C3, С4. В случае обнаружения повышенного сажеобразования во время контроля за процессом целесообразно снизить давление и увеличить, например, выход газа или скорость откачки. Однако в этом случае может также возрасти доля водорода.For example, increased pressure in the plasma volume leads to increased soot formation or the formation of higher hydrocarbons, for example, such species as C 3 , C 4 . If increased soot formation is detected during process control, it is advisable to reduce the pressure and increase, for example, the gas output or pumping speed. However, in this case, the proportion of hydrogen may also increase.
Согласно предпочтительному варианту выполнения при осуществлении способа контролироваться могут как сажеобразование, так и доля ацетилена. В результате специалисту проще задавать оптимальный режим процесса путем изменения доли технологического газа и технологического давления. В частности, следует избегать контактов плазмы со стенками, поскольку они заметно снижают конверсию и приводят, как правило, к загрязнению реактора.According to a preferred embodiment, in the process, both soot formation and the proportion of acetylene can be controlled. As a result, it is easier for a specialist to set the optimal process mode by changing the proportion of process gas and process pressure. In particular, plasma contacts with the walls should be avoided, since they significantly reduce the conversion and lead, as a rule, to reactor fouling.
Ниже приводится пример на способ согласно изобретению.The following is an example of a method according to the invention.
При осуществлении предпочтительного способа применялся микроволновый источник плазмы мощностью от 0,5 кВт до 1 МВт, в частности от 3 до 100 кВт, с подводящим трубопроводом от 10 до 40 л/мин/кВт H2 и 2-4 л/мин/кВт (3,8 л/мин/кВт) CH4 для подачи в реакционный объем, в результате чего давление в нем составило от 20 до 300 миллибар. В результате конверсия метана в ацетилен достигла 85-99%.In carrying out the preferred method, a microwave plasma source with a power of 0.5 kW to 1 MW, in particular 3 to 100 kW, with a supply pipe of 10 to 40 l / min / kW H 2 and 2-4 l / min / kW ( 3.8 l / min / kW) CH 4 for feeding into the reaction volume, as a result of which the pressure in it was 20 to 300 mbar. As a result, the conversion of methane to acetylene reached 85-99%.
При другом предпочтительном способе дополнительные технологические газы не подводились. Для предупреждения интенсивного сажеобразования через плазменный объем пропускали заметно большее количество газа по сравнению с количеством, инвертируемым при введенной мощности. При 100% использования мощности в процессе конверсии из 3,8 л/мин/кВт метана в качестве первичного газа было получено около 1,9 л/мин/кВт ацетилена. Если при заданной мощности приблизительно это количество подавать в качестве газа, то отмечается сильное сажеобразование. Неожиданно выяснилось, что в том случае, когда газовый поток увеличивают против расчетной величины теоретической конверсии при заданной мощности более чем в четыре раза, или даже в четырнадцать, или двадцать раз, то сажеобразование может подавляться почти полностью или даже полностью предупреждается отложение на плазменном участке. Затем при последующей предпочтительной операции ацетилен отделяют от метана, например, путем охлаждения. После этого неизрасходованный метан может быть снова подан в плазменный процесс. При этом происходит конверсия метана в ацетилен при степени 85-99%.In another preferred method, additional process gases were not supplied. To prevent intense soot formation, a significantly larger amount of gas was passed through the plasma volume compared to the amount inverted at the introduced power. At 100% power use in the conversion process from 3.8 l / min / kW methane, about 1.9 l / min / kW acetylene was obtained as the primary gas. If at a given power approximately this amount is supplied as gas, then soot formation is strong. It was unexpectedly found that in the case when the gas flow is increased against the calculated theoretical conversion value at a given power by more than four times, or even fourteen, or twenty times, soot formation can be suppressed almost completely or even deposition in the plasma section is completely prevented. Then, in a subsequent preferred operation, acetylene is separated from methane, for example, by cooling. After that, unspent methane can be fed back into the plasma process. In this case, the conversion of methane to acetylene occurs at a degree of 85-99%.
Однако при осуществлении описанных способов могут примешиваться наряду с газообразным углеводородом и другие газы, например водород, воздух, кислород или галогены, а также жидкости, например вода, в частности, в виде аэрозолей, или твердые вещества, например микро- и наночастицы, при необходимости образующиеся из катализаторных материалов. В результате может быть оказано влияние на выход продуктов и сами продукты. Твердые вещества могут быть отделены в выходном потоке от газового потока, например, с помощью циклонов и, при необходимости, снова примешаны к входному потоку после обработки или кондиционирования.However, in the implementation of the described methods, other gases, for example hydrogen, air, oxygen or halogens, as well as liquids, for example water, in particular in the form of aerosols, or solids, for example micro- and nanoparticles, can be mixed together with gaseous hydrocarbon formed from catalyst materials. As a result, the yield of the products and the products themselves can be influenced. Solids can be separated in the outlet stream from the gas stream, for example, using cyclones and, if necessary, again mixed into the inlet stream after treatment or conditioning.
Также в плазменную зону могут быть введены жидкие реактивы (например, высшие углеводороды или вода), предпочтительно в виде аэрозолей. Также путем использования технологического тепла возможны их испарение и затем подача в виде газа.Liquid reagents (for example, higher hydrocarbons or water), preferably in the form of aerosols, can also be introduced into the plasma zone. Also, by using process heat, their evaporation and then supply in the form of gas are possible.
Технически предпочтительными микроволновыми частотами служат промышленно применяемые частоты 440 МГц, 915 МГц и 2,45 ГГц. Однако способы этими частотами не ограничены. Высокочастотное возбуждение (высокая частота, СВЧ/УКВ) также возможно.Technically preferred microwave frequencies are the industrial frequencies 440 MHz, 915 MHz and 2.45 GHz. However, the methods are not limited to these frequencies. High frequency excitation (high frequency, microwave / VHF) is also possible.
Устройство по изобретению содержит предпочтительно расположенную внутри плазменную камеру, но возможны также и расположенные снаружи плазменные камеры. При этом через плазменный реактор протекают применяемые газы.The device according to the invention preferably comprises an inside plasma chamber, but outside the plasma chamber are also possible. In this case, the gases used flow through the plasma reactor.
Устройство способно воспламеняться при низком диапазоне давлений, составляющем несколько десятков миллибар, и поэтому обходится без плазменного инициатора.The device is capable of igniting at a low pressure range of several tens of millibars, and therefore dispenses with a plasma initiator.
Согласно предпочтительному варианту выполнения в плазменной зоне расположена пульсирующая защита, предпочтительно, по меньшей мере, одно отражательное тело, в частности, цилиндрической или конической формы, или в результате тангенциального обдува создается завихрение или вихревое движение. Это способствует стабилизации плазменной зоны и обеспечивает преимущество, поскольку неустойчивая пульсирующая плазма нарушает протекание процесса, повышает скольжение и кроме того может увеличивать количество побочных продуктов. За счет отражательного/отражательных тел также может подводиться часть газов, например содержащий углеводород газ. При таком подводе углеводорода через плазменную зону, расположенную над отражательным телом, достигается практически полное возбуждение углеводорода. Такая подача газа может также осуществляться через несколько, например, концентрических зон отражательного или отражательных тел. Элементы для стабилизации плазменной зоны выполнены предпочтительно подвижными или регулируемыми для приведения потока, протекающего через плазменный реактор или плазменный участок, в соответствие с объемным потоком и газовыми смесями.According to a preferred embodiment, a pulsating shield is located in the plasma zone, preferably at least one reflective body, in particular of a cylindrical or conical shape, or as a result of tangential airflow, a swirl or swirl movement is created. This helps to stabilize the plasma zone and provides an advantage, since an unstable pulsating plasma disrupts the flow of the process, increases the slip, and in addition can increase the number of by-products. Due to the reflective / reflective bodies, some of the gases, for example, hydrocarbon-containing gas, can also be supplied. With this supply of hydrocarbon through the plasma zone located above the reflective body, almost complete excitation of the hydrocarbon is achieved. Such a gas supply can also be carried out through several, for example, concentric zones of the reflective or reflective bodies. The elements for stabilizing the plasma zone are preferably movable or adjustable to bring the stream flowing through the plasma reactor or plasma section in accordance with the volume stream and gas mixtures.
Само отражательное тело выполнено обычно из металла или углерода, в частности графита. Предпочтительно он содержит катализаторный материал или покрытие из него, в частности, из платины или никеля. Крышка и трубы для плазмы послесвечения также могут содержать в себе катализаторный материал или выполненное из него покрытие.The reflective body itself is usually made of metal or carbon, in particular graphite. Preferably, it comprises a catalyst material or a coating thereof, in particular platinum or nickel. The cap and tubes for the afterglow plasma may also contain a catalyst material or a coating made of it.
Согласно предпочтительному варианту выполнения плазменный объем выполнен в виде отрезка трубы. Это имеет то преимущество, что у газов имеется возможность свободного торцевого входа и/или выхода в плазменную камеру.According to a preferred embodiment, the plasma volume is made in the form of a pipe segment. This has the advantage that the gases have the possibility of free end entry and / or exit into the plasma chamber.
Также предпочтителен боковой ввод микроволн в плазменный объем (реакционный объем). Далее предпочтителен ввод микроволн через несколько мест ввода, так как за счет этого может быть уменьшена передача мощности в расчете на каждое место ввода.Lateral introduction of microwaves into the plasma volume (reaction volume) is also preferred. Further, the input of microwaves through several input points is preferable, since due to this, the power transfer per each input point can be reduced.
Любая деталь устройства может также иметь неоднократное назначение.Any part of the device may also have multiple purposes.
Claims (20)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012007230.9A DE102012007230B4 (en) | 2012-04-07 | 2012-04-07 | Process for the plasma-technical production of acetylene |
DE102012007230.9 | 2012-04-07 | ||
PCT/EP2013/000983 WO2013149723A1 (en) | 2012-04-07 | 2013-04-03 | Method and device for production of acetylene using plasma technology |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014135269A RU2014135269A (en) | 2016-05-27 |
RU2588258C2 true RU2588258C2 (en) | 2016-06-27 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677323C1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ПлазЭйр" | Plasma air activator |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2149884C1 (en) * | 1999-01-06 | 2000-05-27 | Открытое акционерное общество "Томскгазпром" | Method of converting light hydrocarbons into heavier hydrocarbons |
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2149884C1 (en) * | 1999-01-06 | 2000-05-27 | Открытое акционерное общество "Томскгазпром" | Method of converting light hydrocarbons into heavier hydrocarbons |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677323C1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ПлазЭйр" | Plasma air activator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2013243039B9 (en) | Method and device for production of acetylene using plasma technology | |
Czylkowski et al. | Microwave plasma-based method of hydrogen production via combined steam reforming of methane | |
US20220055901A1 (en) | Production of nitrogen oxides | |
Chun et al. | Reforming of methane to syngas in a microwave plasma torch at atmospheric pressure | |
NO20101156A1 (en) | Hydrogen production apparatus, system and method | |
US10780647B2 (en) | Broadband microwave processing system | |
Czylkowski et al. | Microwave plasma for hydrogen production from liquids | |
Moshrefi et al. | Dry reforming of methane by DC spark discharge with a rotating electrode | |
Snirer et al. | Structure of microwave plasma-torch discharge during graphene synthesis from ethanol | |
Cheng et al. | Production and trapping of gaseous dimeric ClO: The infrared spectrum of chlorine peroxide (ClOOCl) in solid argon | |
RU2588258C2 (en) | Method and device for production of acetylene using plasma technology | |
Rommel et al. | The Reactions of H Atoms with H2S and COS | |
JP5955187B2 (en) | Method for producing hydrogen chloride | |
Schmidt-Szałowski et al. | Plasma-catalytic conversion of methane by DBD and gliding discharges | |
JP2008247717A (en) | Method for producing hydrogen and carbon monoxide | |
WO2020262319A1 (en) | Method for producing carbonyl sulfide | |
Nedybaliuk et al. | Plasma-catalytic system with narrow-aperture rotating gliding discharge | |
US3063803A (en) | Turbulent flow flame synthesis of hydrogen cyanide | |
Fedirchyk et al. | Plasma-catalytic reforming of rich ethanol-air mixtures | |
Vodopyanov et al. | Plasmolysis of methane using a high-frequency plasma torch | |
Wang et al. | Conversion of methane through dielectric-barrier discharge plasma | |
Krawczyk et al. | Microwave reactor for nitrous oxide processing | |
Müller et al. | Conversions and selectivities in cold plasma partial oxidation of methane | |
Snirer et al. | Influence of molecular admixtures on filamentation in microwave plasma torch | |
Ploenjes et al. | Isotope separation in optically pumped Thomson discharges |