Способ получения сажи и водорода

 

Изобретение относится к способу снижения расхода электрода в плазменных горелках при получении сажи и водорода. Сущность способа заключается в расщеплении углеводородов в плазменной горелке с использованием водорода в качестве плазмообразующего газа и при введении дополнительного количества - от 1 до 10% природного газа или метана, причем количество газа регулируют в соответствии с расходом электрода, рассчитываемом на базе рабочих параметров дуги плазменной горелки. При этом природный газ предварительно подогревают и вводят в газ плазмы посредством отдельных подводящих трубок, а углеводороды добавляют в плазмообразующий газ. В результате процесса уменьшается расход электрода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу снижения расхода электрода в плазменных горелках при обработке и расщеплении углеводородов. Из патента DD 292920 известен способ получения высококачественной газовой сажи путем пиролиза углеводородов в плазменном реакторе. Углеводородное сырье может быть газообразным, жидким или твердым. Плазма может быть образована углеводородом или инертным газом, например, аргоном, или смесью водорода и газа углеводорода, или только газом углеводорода. Однако не описано, что использование смеси газа углеводорода и газа водорода в качестве плазмообразующего газа может снизить или как-либо воздействовать на расход электрода в плазменном реакторе.

Из патента Великобритании 1400266 известен способ получения газовой сажи путем пиролиза углеводорода в плазменном реакторе. Устройство включает два электрода, расположенные коаксиально друг против друга. Углеводороды в газообразном состоянии подают на образование плазмы. Кроме того, чтобы более полно утилизировать тепло плазмы и увеличить выход, углеводороды также могут дополнительно подаваться в нижнюю часть реакционной камеры. Однако не описывается то, что использование газа углеводорода в качестве газа плазмы будет уменьшать или как-нибудь воздействовать на расход электрода в плазменном реакторе. При переработке и расширении природного газа в плазменной горелке происходит расход электродов, который приводит к необходимости пополнения или замены электродов через определенный период использования. Такой расход является нежелательным, поскольку это вызывает остановку процесса, которая может быть длительной и которая прерывает производство в дополнение к расходу дорогостоящего электродного материала. Одной из альтернатив является использование возобновляемых электродов из графита или углеродсодержащего материала, которые могут непрерывно пополняться и не загрязнять продукты расщепления. Это будет дешевле, чем использование нерасходуемых электродов, которые являются более сложными и более дорогими в дополнение к тому, что они загрязняют воздух.

Целью настоящего изобретения является создание способа уменьшения расхода электронного материала в плазменных горелках, предназначенных для расщепления и обработки углеводородов, не считаясь с тем, являются ли эти электроды расходуемыми или нерасходуемыми электродами.

Эта цель достигается за счет создания способа, признаки которого заявлены в формуле изобретения.

Было сделано удивительное открытие, заключающееся в том, что углеводороды, которые расщепляются в плазменной горелке, могут быть использованы для того, чтобы обеспечить уменьшение расхода электрода, путем вмешивания их в реальный газ плазмы. При добавлении углеводорода непосредственно в газ плазмы плазмообразующий газ расщепляется на водород и газовую сажу в зоне реального пламени, где происходит расход электрода, и полученная газовая сажа осаждается в той же самой зоне, где расходуется электрод. Таким образом обеспечивается наращивание электродов, которое полностью или частично может компенсировать расход электрода, вследствие чего срок службы электродов увеличивается. Путем регулирования количества примешиваемых углеводородов, например метана, и, возможно, также площади введения газа и его температуры, можно регулировать осадок или отложения на электродах, в результате чего и достигается этот благоприятный эффект.

Количество примеси натурального газа или метана может регулироваться известными способами, например путем регулируемых клапанов. Природный газ или метан может быть предварительно нагрет известными способами, например в теплообменнике, где происходит теплообмен между тепловым потоком реакции и натуральным газом или метаном.

Такое использование "беспорядка" на электродах как полезного эффекта наиболее удивительно. До настоящего времени одним из самых больших проблем при работе плазменных горелок является этот беспорядок на электродах в процессах расщепления. При осуществлении настоящего изобретения, однако, этот беспорядочный эффект регулируется и направляется в желаемое место путем смешивания природного газа с реальным газом плазмы. Таким образом, срок службы электрода может быть увеличен без необходимости обращения к дорогостоящим средствам, поскольку используется доступный с приемлемой ценой природный газ. Особенно благоприятный эффект получают при использовании в качестве газа плазмы водорода для того, чтобы гарантировать, что в составе газа плазмы не будет происходить никаких изменений вследствие новообразования. Были проведены испытания как с медными, так и с графитовыми электродами, в которых, на обоих типах электродов был достигнут одинаковый эффект. Эффект, полученный из собственных экспериментов заявителя, показан на чертеже, на котором показана функциональная зависимость расхода электрода, г/(кВт · ч), от количества метана (от 1 до 10%) смешанного с водородным газом плазмы.

Следовательно, в настоящем изобретении обеспечивается значительное улучшение работы плазменной горелки и удобным способом. Дополнительным преимуществом является то, что тепловая нагрузка на электроды может быть уменьшена путем примешивания газа углеводорода, действие которого особенно ясно выражено, когда водород используется в качестве газа плазмы.

Расход электрода в случае угольных электродов для производства чистых продуктов разложения из газа углеводорода может быть частично или полностью уменьшен посредством настоящего изобретения с направляемым и регулируемым примешиванием газа углеводорода в газ плазмы. Для того, чтобы можно было регулировать наращивание электрода в точке расхода, количество примешиваемого газа может соответствующим образом регулироваться на базе контрольных параметров, которые рассчитываются на базе полного падения напряжения в дуге плазменной горелки.

Формула изобретения

1. Способ получения сажи и водорода, включающий расщепление углеводородов в плазменной горелке с использованием водорода в качестве плазмообразующего газа и при введении в последний дополнительного количества природного газа или метана, отличающийся тем, что в плазмообразующий газ вводят 1 10% природного газа или метана, причем количество перемешиваемого природного газа или метана регулируют в соответствии с расходом электрода, рассчитываемым на базе рабочих параметров дуги плазменной горелки, с тем, чтобы уменьшить расход электрода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что природный газ предварительно нагревают.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что природный газ вводят в газ плазмы посредством отдельных подводящих трубок.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что углеводороды добавляют в плазмообразующий газ.

РИСУНКИ

Рисунок 1