本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種乙炔的制備方法。

背景技術：

乙炔是一種重要的有機化工基本原料，可用于制造聚氯乙烯、丁二醇、醋酸、丙烯腈等，也可用于照明和金屬切割焊接。電石法是生產乙炔的傳統方法，但是通過電石法制備乙炔的能耗嚴重且會帶來大量的污染。

目前，為了克服電石法制備乙炔所引起的不利影響，利用等離子體裂解技術制備乙炔受到了人們的極大關注；但是，由于碳質物料受等離子體高溫作用會變軟變黏，變軟變黏后的碳質物料黏附在反應器壁上，在高溫作用下發生焦化，會出現反應器壁結焦現象，導致反應器堵塞，影響乙炔制備反應的正常進行。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種乙炔的制備方法，用于避免在乙炔的制備過程中出現反應器堵塞現象，保證乙炔的制備順利進行。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種乙炔的制備方法，包括：

在含氫氣體存在下，對碳質物料進行加氫氣化反應，得到含甲烷的合成氣；

對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應，得到乙炔。

優選的，合成氣中油品的產率小于3％。

優選的，加氫氣化反應的反應時間大于10s，反應壓力大于7MPa，反應溫度大于850℃。

優選的，對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應之前，還包括：

將合成氣與等離子氣體混合，得到等離子混合氣；其中，等離子混合氣中氫氣與甲烷的物質的量之比為(0.5-3)：1。

較佳的，等離子氣體為氫氣，或者，等離子氣體為氫氣和氬氣。

較佳的，對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應，得到乙炔，包括：

將等離子混合氣加熱至3000℃-3500℃，使等離子混合氣中的合成氣進行等離子體裂解反應，得到包含乙炔的混合氣體；

對包含乙炔的混合氣體進行后處理，得到乙炔。

較佳的，對包含乙炔的混合氣體進行后處理，得到乙炔，包括：

通過淬冷劑對包含乙炔的混合氣體進行冷卻；

將冷卻后的包含乙炔的混合氣體進行分離，得到乙炔。

較佳的，淬冷劑的流量大于0.7m³/h。

優選的，碳質物料為煤、瀝青、石油焦、半焦、焦炭、生物質中的一種或多種。

與現有技術相比，本發明提供的乙炔的制備方法具有如下有益效果：

本發明提供的乙炔的制備方法，首先通過對碳質物料進行加氫氣化反應，以得到含甲烷的合成氣，然后將含甲烷的合成氣作為等離子體裂解反應的原料，通過對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應，以得到乙炔，這樣就避免了現有技術中直接對固體狀態的碳質物料進行等離子體裂解反應，所出現的碳質物料變軟變黏，并黏附在反應器器壁上的問題，從而保證了乙炔的制備能夠順利進行。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明實施例提供的乙炔的制備方法流程圖一；

圖2為本發明實施例提供的乙炔的制備方法流程圖二；

圖3為本發明實施例提供的乙炔的制備方法流程圖三；

圖4為本發明實施例提供的乙炔的制備設備的示意圖。

附圖說明：

1-加氫氣化爐， 11-加氫氣化爐進料口；

12-加氫氣化爐排焦口， 13-加氫氣化爐出料口；

14-加氫氣化爐主體， 2-等離子體發生器；

21-等離子體發生器進料口， 22-等離子體發生器出料口；

23-等離子體電極， 24-等離子體發生器主體；

25-淬冷劑入口， 3-氣體分離裝置；

4-氫氣儲罐。

具體實施方式

下面結合本發明提供的乙炔的制備方法進行詳細說明。

請參閱圖1，本發明提供一種乙炔的制備方法，包括：

步驟S1：在含氫氣體存在下，對碳質物料進行加氫氣化反應，得到含甲烷的合成氣；

步驟S3：對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應，得到乙炔。

本發明提供的乙炔的制備方法，首先通過對碳質物料進行加氫氣化反應，以得到含甲烷的合成氣，然后將含甲烷的合成氣作為等離子體裂解反應的原料，通過對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應，以得到乙炔，這樣就避免了現有技術中直接對固體狀態的碳質物料進行等離子體裂解反應，所出現的碳質物料變軟變黏，并黏附在反應器器壁的問題，從而保證了乙炔的制備能夠順利進行。

需要說明的是，上述步驟S1中碳質物料為煤、瀝青、石油焦、半焦、焦炭、生物質中的一種或多種；優選的，碳質物料選取揮發分大于30％的煤，這是考慮到碳質物料的揮發分與得到的合成氣中的甲烷含量密切相關，碳質物料的揮發分越大，得到的合成氣中的甲烷含量就越大，從而在后續對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應后，就能得到高收率的乙炔；當碳質物料的揮發分大于30％時，能夠保障得到的合成氣中的甲烷含量大于80％。

具體的，上述步驟S1中，在含氫氣體存在下，對碳質物料進行加氫氣化反應的過程包括：碳質物料快速分解產生揮發分和半焦；然后，產生的揮發分繼續與氫氣反應生成二次裂解產物，部分半焦中的碳還可以繼續與氫氣反應生成甲烷；其中，揮發分與氫氣反應生成二次裂解產物的過程包括脫羧反應、脂肪烴斷鏈裂解反應等，最終生成包括甲烷、水、油品(苯、萘、菲等)及少量的一氧化碳和二氧化碳的合成氣，其中，油品因其本身的物理特性容易造成反應器堵塞、污染，因此若油品的產率過高，在后續將合成氣轉移至等離子體發生器進行等離子體裂解反應時，就更容易出現等離子體發生器堵塞、污染的問題，阻礙等離子體裂解反應，導致乙炔的產率受到影響，發明人通過試驗發現，通過提高碳質物料加氫氣化反應的反應壓力和反應溫度，不僅能夠提高合成氣中的甲烷含量，而且還能促進油品的裂解，進而降低油品的產率，但是，當反應壓力和溫度過高時，對設備的要求也相應增高，因此，優選的，本發明將上述加氫氣化反應的反應時間設置為10s-15s，反應壓力設置為7MPa-9MPa，反應溫度為設置為850℃-1000℃，在該條件下，可使油品產率小于3％。

優選的，為了提高碳質物料的附加值，上述加氫氣化產生的半焦可進一步作為碳質原料以進行加氫氣化反應，得到含甲烷的合成氣；并且，為了避免一氧化碳和二氧化然等成分中的氧對等離子體裂解反應的影響，在對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應，得到乙炔之前，還包括對合成氣進行提純，以使合成氣中的甲烷純度更高。

具體的，如圖2所示，上述步驟S3中對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應之前，還包括：

步驟S2：將合成氣與等離子氣體混合，得到等離子混合氣；其中，等離子混合氣中氫氣與甲烷的物質的量之比為(0.5-3)：1。

值得注意的是，等離子混合氣中的甲烷含量越高越有利于提高等離子體裂解反應產生的乙炔的產率，而上述等離子混合氣中氫氣的存在對產物乙炔的產率也有重要影響，主要原因在于，在對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應，得到乙炔的過程中，存在如下可逆反應：

因此，等離子混合氣中氫氣的存在能夠抑制乙炔的分解，同時使上述反應可逆反應向生成乙炔的方向移動；并且，當氫濃度高時，高溫下產生的含碳自由基，在后續的淬冷過程中將更多地與等離子體中存在的原子態或激發態的氫復合生成乙炔，從而進一步提高乙炔的產率。

具體的，上述步驟S3對含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應，得到乙炔，包括：

步驟S31：將等離子混合氣加熱至3000℃-3500℃，使等離子混合氣中的合成氣進行等離子體裂解反應，得到包含乙炔的混合氣體。

需要說明的是，由于上述步驟S31是將經加氫氣化反應得到的含甲烷的合成氣作為原料氣，所以得到的合成氣中富含氫氣，為了避免在等離子體裂解反應中引入其他的氣體可能造成的干擾，本發明優選氫氣和氬氣兩者混合組成等離子氣體或者僅選用氫氣作為等離子氣體。

步驟S32：對包含乙炔的混合氣體進行后處理，得到乙炔。

具體的，如圖3所示，上述步驟S32對包含乙炔的混合氣體進行后處理，得到乙炔包括：

步驟S321：通過淬冷劑對包含乙炔的混合氣體進行冷卻；這是因為乙炔在高溫下會快速分解，而上述步驟S31，將等離子混合氣加熱至3000℃-3500℃，使等離子混合氣中的合成氣進行等離子體裂解反應，得到包含乙炔的混合氣體的過程極為迅速，時間約為4ms，在優選的反應條件下，反應時間還可小于3.5ms，這就要求淬冷劑能夠快速的對混合氣體進行冷卻，即淬冷劑需滿足流量大和傳熱系數高的條件，并且，最重要的，淬冷劑不能對上述等離子體裂解反應產生影響，優選的，使淬冷劑的流量大于0.7m³/h，在此條件下，可以避免乙炔在高溫下的快速分解，使乙炔得到最大限度的保留，進而提高乙炔的產率；示例性的，上述淬冷劑的種類多種多樣，本發明對此不作限定，只要在滿足上述條件的前提下能夠實現對混合氣體進行快速冷卻的淬冷劑均可以應用于本發明，例如，淬冷劑可以為水、煤粉、石腦油中的一種或多種。

步驟S322：將冷卻后的包含乙炔的混合氣體進行分離，得到乙炔。

由于上述步驟S31是將經加氫氣化反應得到的含甲烷的合成氣作為原料氣，所以得到的混合氣體中不可避免的會含有氫氣，通過對冷卻后的混合氣體的分離，分別收集分離出來的乙炔和氫氣，可將收集到的氫氣作為加氫氣化反應的原料，從而節約了生產成本，并且也可以得到純度更高的乙炔。

具體的，在制備乙炔時，可利用如圖4所示的乙炔制備設備，該乙炔的制備設備包括加氫氣化爐1和等離子體發生器2，其中，

加氫氣化爐1包括加氫氣化爐主體14、位于加氫氣化爐主體14上方的加氫氣化爐進料口11、位于加氫氣化爐主體14下方的加氫氣化爐排焦口12和位于加氫氣化爐主體14一側的加氫氣化爐出料口13；

等離子體發生器2包括等離子體發生器主體24、位于等離子體發生器主體24上方的等離子體發生器進料口21、位于等離子體發生器進料口21兩側的等離子體電極23和位于等離子體發生器主體24右下方的等離子體發生器出料口22；

其中，加氫氣化爐出料口13與等離子體發生器進料口21相連；

制備乙炔時，將碳質物料和氫氣置于加氫氣化爐1中，控制加氫氣化反應的反應時間為10s-15s，反應壓力為7MPa-9MPa，反應溫度為850℃-1000℃，反應完畢后，將生成的含甲烷的合成氣轉移至等離子體發生器2中，并向等離子體發生器2中通入等離子氣體，控制等離子體電極23的電壓，使等離子體發生器2中的溫度達到3000℃-3500℃，使含甲烷的合成氣進行等離子體裂解反應，得到乙炔。

優選的，本發明的等離子體發生器2還包括淬冷劑入口25，淬冷劑通過淬冷劑入口25進入等離子體發生器2中，以對其中的混合氣體進行冷卻。

另外，上述乙炔的制備設備還包括：氣體分離裝置3和氫氣儲罐4；其中，氣體分離裝置3與等離子體發生器出料口22相連，氫氣儲罐4與氣體分離裝置3相連，氣體分離裝置3用于分離冷卻后的混合氣體，以得到純度更高的乙炔；并令分離出的氫氣進入氫氣儲罐4，以作為加氫氣化反應的氣源，從而達到節約生產成本的目的。

下面結合實施例具體說明本發明提供的乙炔的制備方法，以下實施例僅僅是對本發明的解釋，而不是限定。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例一

本實施例提供一種乙炔的制備方法，利用如圖4所示的設備，包括：

1、將1Kg的揮發分大于30％的煤通過加氫氣化爐進料口11加入加氫氣化爐主體14，并通過加氫氣化爐進料口11向加氫氣化爐主體14中通入氫氣，使加氫氣化爐主體14內的壓力為7MPa，然后控制加氫氣化爐的主體溫度升至900℃，保持15s后得到含甲烷的合成氣；

2、通過等離子體發生器進料口21向等離子體發生器主體24中通入氫氣和氬氣的混合氣體；然后，將加氫氣化反應得到的含甲烷的合成氣從加氫氣化爐1轉移至等離子體發生器2，控制等離子體電極23使等離子體發生器主體24的溫度達到3500℃，待等離子體發生器內的反應完畢后，通過淬冷劑入口25向等離子體發生器主體24內加入流量為1m³/h的水對得到的混合氣體進行冷卻，冷卻完畢后，通過氣體分離裝置3對冷卻后的混合氣體進行分離，得到產率大于63％的乙炔；并令分離出的氫氣進入氫氣儲罐4，以作為加氫氣化反應的氣源。

實施例二

本實施例提供一種乙炔的制備方法，利用如圖4所示的設備，包括：

1、將1Kg的揮發分大于30％的煤通過加氫氣化爐進料口11加入加氫氣化爐主體14，并通過加氫氣化爐進料口11向加氫氣化爐主體14中通入氫氣，使加氫氣化爐主體14內的壓力為8MPa，然后控制加氫氣化爐的主體溫度升至950℃，保持10s后得到含甲烷的合成氣；

2、通過等離子體發生器進料口21向等離子體發生器主體24中通入氫氣，然后，將加氫氣化反應得到的含甲烷的合成氣從加氫氣化爐1轉移至等離子體發生器2，控制等離子體電極23使等離子體發生器主體24的溫度達到3000℃，待等離子體發生器內的反應完畢后，通過淬冷劑入口25向等離子體發生器主體24內加入流量為1m³/h的石腦油對得到的混合氣體進行冷卻，冷卻完畢后，通過氣體分離裝置3對冷卻后的混合氣體進行分離，得到產率大于65％的乙炔；并令分離出的氫氣進入氫氣儲罐4，以作為加氫氣化反應的氣源。

實施例三

本實施例提供一種乙炔的制備方法，利用如圖4所示的設備，包括：

將1Kg的揮發分大于30％的煤通過加氫氣化爐進料口11加入加氫氣化爐主體14，并通過加氫氣化爐進料口11向加氫氣化爐主體14中通入氫氣，使加氫氣化爐主體14內的壓力為9MPa，然后控制加氫氣化爐的主體溫度升至1000℃，保持12s后得到含甲烷的合成氣；

2、通過等離子體發生器進料口21向等離子體發生器主體24中通入氫氣，然后，將加氫氣化反應得到的含甲烷的合成氣從加氫氣化爐1轉移至等離子體發生器2，控制等離子體電極23使等離子體發生器主體24的溫度達到3300℃，待等離子體發生器內的反應完畢后，通過淬冷劑入口25向等離子體發生器主體24內加入流量為0.8m³/h的石腦油對得到的混合氣體進行冷卻，冷卻完畢后，通過氣體分離裝置3對冷卻后的混合氣體進行分離，得到產率大于64％的乙炔；并令分離出的氫氣進入氫氣儲罐4，以作為加氫氣化反應的氣源。

實施例四

本實施例提供一種乙炔的制備方法，利用如圖4所示的設備，包括：

1、將1Kg的揮發分大于30％的煤通過加氫氣化爐進料口11加入加氫氣化爐主體14，并通過加氫氣化爐進料口11向加氫氣化爐主體14中通入氫氣，使加氫氣化爐主體14內的壓力為9MPa，然后控制加氫氣化爐的主體溫度升至850℃，保持15s后得到含甲烷的合成氣；

2、通過等離子體發生器進料口21向等離子體發生器主體24中通入氫氣和氬氣的混合氣體，其中，氫氣和氬氣的體積比為1:1，然后，將加氫氣化反應得到的含甲烷的合成氣從加氫氣化爐1轉移至等離子體發生器2，控制等離子體電極23使等離子體發生器主體24的溫度達到3000℃，待等離子體發生器內的反應完畢后，通過淬冷劑入口25向等離子體發生器主體24內加入流量為0.7m³/h的水對得到的混合氣體進行冷卻，冷卻完畢后，通過氣體分離裝置3對冷卻后的混合氣體進行分離，得到產率大于63％的乙炔；并令分離出的氫氣進入氫氣儲罐4，以作為加氫氣化反應的氣源。

在上述實施方式的描述中，具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。