本發明涉及石化領域，具體涉及一種高溫裂解反應裝置和方法。

背景技術：

1、在國內，由于原油儲量減少和環保意識增強，劣質油的可獲得性和加工利潤的增大，使得低品質汽油柴油市場份額降低。同時高品質汽油需求的增大，經濟減緩導致柴油結構性過剩，柴油市場份額越來越少，而低碳烯烴與芳烴等化工原料依舊短缺，需要實現煉油轉型求發展，因此需要開發劣重質油生產化工原料的高溫裂解技術，從而實現煉油向化工的轉型。

2、乙炔是重要的基礎有機化工原料。生產乙炔的工業方法主要有電石法、甲烷部分氧化法和甲烷電弧裂解法，其中電石法乙炔工藝成熟，工業生產中占絕對比例，但是污染和能耗均相對較高。等離子體裂解煤制乙炔是一條新的、有前景的煤直接化工轉化途徑，相關研究始于20世紀60年代的英國sheffield大學：在高溫、高焓、高反應活性的電弧熱等離子體射流中，煤的揮發分甚至固定碳可直接轉化為乙炔。此后，大量的研究集中在英國、美國、德國、印度、蘇聯等國家。我國學者及工程技術人員從90年代開始，在這一領域進行了大量的基礎研究和工程研究。隨著技術的發展，也有研究人員將等離子體用于煤焦油、瀝青質、油漿等生產乙炔的研究中，但未見工業報道。

3、炭黑原料油分為煤焦油、乙烯焦油和催化裂化渣油3類。炭黑原料油要求芳烴含量高、bmci值大、硫含量低、瀝青質少。煤焦油及其餾出油(包括蒽油、防腐油等)是理想的炭黑原料，但煤焦油的供應已達頂點，正在逐步下落；乙烯焦油以石腦油裂解生產乙烯，其焦油的芳烴含量較高，硫含量較低，用于炭黑生產較為理想。但以烴油或粗柴油裂解生產乙烯，其焦油芳烴含量較低，且瀝青質偏高，不利于炭黑的生產，故在美國大量使用催化裂化渣油生產炭黑。炭黑技術主要是利用油爐法進行炭黑生產。工廠平均規模為7萬噸/年左右，最高達到了24萬噸/年。每個企業生產設備和工藝流程基本一樣。近年來，炭黑外企生產設備和工藝正在朝著節能環保方向邁進。目前，還有部分新技術工藝也處于開發階段，比如尾氣通過水洗塔，將溫度保持在40℃，將多余的水蒸氣、炭黑粉塵等清除，這樣可以達到理想的環保效果。其次，進行廢氣脫硫裝置的安裝，可以避免低硫氧化物對環境造成污染。另外，在產品包裝上，可以將粉狀炭黑擠壓成塊狀，再利用真空袋進行包裝，在使用過程中將整包的炭黑放入研磨設備中，這樣可以直接減小運輸和使用過程中的粉塵污染，也能避免炭黑吸潮問題。

4、目前國外知名的導電炭黑有日本獅王的ketjenblack(科琴黑)系列超導炭黑(ketjenblack?ec-300j和ec-600jd)、美國卡博特cabot的vxc系列導電炭黑、贏創德固賽公司生產的printex?xe2-b、printex?l6、hiblaxk?40b2等。世界上著名的炭黑生產商，如卡博特公司、哥倫比亞公司、阿克蘇等，長期以來投入大量人力物力，致力于開發生產導電炭黑，并對其應用性能進行專門的研究，形成了適用于不同領域的導電炭黑品種。這些公司的導電炭黑產品具有比表面積大、吸油值高、導電性好、純凈度高的技術特點。歐美及日本均投入了大量人力、物力和財力進行新能源汽車的開發，其中以鋰電池為動力的電動汽車是主要研制對象，其核心技術就是鋰離子電池的技術開發，而鋰離子電池的核心技術就是比容量、循環壽命和安全性的提高。導電炭黑是電池中不可缺的導電劑，它的性能直接關系到電池的核心技術實施和電池的性價比。因此，國外大型炭黑公司已瞄準這一市場，投入大量力量進行動力型鋰離子電池專用導電炭黑的開發或對原有產品的改進，提高導電炭黑產品的導電性以滿足動力電池的要求。美國是炭黑產量最多的國家，卡博特公司生產的導電炭黑銷量居世界前列。而日本獅王的科琴黑系列超導炭黑屬導電炭黑極品，特別適用于高端導電塑料、導電橡膠等。國外知名的導電炭黑研制企業還有贏創德固賽公司、日本電氣化學公司及瑞士特米高有限公司等。

5、傳統的煉油試驗研究裝置由于受加熱方式、反應器型式、反應器材質等的限制，反應溫度一般在700℃以下，停留時間也較長，而如乙炔、炭黑等一些高端化工品或化工材料的生成條件對反應溫度、停留時間要求比較苛刻，目前的煉油試驗裝置無法滿足研究需要。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種超高溫毫秒裂解反應裝置，本發明的裝置可以用于烴類原料高溫裂解的試驗研究。

2、本發明的第一方面提供了一種高溫裂解反應裝置，所述裝置包括：

3、進樣單元，其包括原料進料泵、原料預熱爐和原料吹掃氣預熱爐；

4、反應單元，其包括：

5、載氣第一預熱爐，其用于加熱載氣；

6、載氣第二預熱爐，其設置有載氣第二預熱內管和載氣第二預熱外管，其用于對經載氣第一預熱爐加熱的載氣進一步加熱，所述載氣第二預熱爐通過第一高頻電感應加熱設備加熱，所述第一高頻電感應加熱設備包括套設于所述載氣第二預熱外管外周的第一電磁感應線圈；

7、反應器，其設置有反應內管、反應內套管和反應外套管，所述反應器上還設置有原料入口，所述原料入口通過管線與所述進樣單元的原料預熱爐和原料吹掃氣預熱爐相連接，所述反應器通過第二高頻電感應加熱設備加熱，所述第二高頻電感應加熱設備包括套設于所述反應外管外周的第二電磁感應線圈；

8、產物分離及收集單元，其包括：

9、產物冷卻器，其設置有冷卻介質入口、冷卻介質出口和產物氣體出口，所述產物冷卻器通過管線與所述反應器的出口相連接；

10、氣體產物收集器，其與所述產物冷卻器的產物氣體出口相連接。

11、根據第一方面的裝置，其中，所述載氣第二預熱內管和/或所述反應內管的材料選自以下一種或多種：石墨、鎢、鉬、鉭、鈮、釩、鉻、鈦、鋯、稀土硼化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土硅化物、稀土磷化物、稀土硫化物；

12、其中，所述稀土選自鑭、鈰、鐠和釹中的一種或多種。

13、根據第一方面的裝置，其中，所述反應內套管、反應外套管和/或載氣第二預熱外管的材料選自石英和/或氮化硼。

14、根據第一方面的裝置，其中，所述反應器的出口連接處設置過濾件，用于過濾產物炭黑；

15、優選地，所述過濾件為石英棉過濾網和或/多孔構件；

16、更優選地，所述石英棉過濾網的目數為50-300目；和/或所述多孔構件的材料選自以下一種或多種：鎢、石墨、鎢、鉬、鉭、鈮、釩、鉻、鈦、鋯、稀土硼化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土硅化物、稀土磷化物、稀土硫化物；其中，所述稀土選自鑭、鈰、鐠和釹中的一種或多種。

17、根據第一方面的裝置，其中，所述反應器的反應外套管底部設置有氣固分離器；

18、優選地，所述氣固分離器的分離方式為旋風分離和/或沉降分離；

19、更優選地，所述氣固分離器還連接有過濾器，所述過濾器優選為金屬燒結濾芯或裝有洗滌液的容器。

20、根據第一方面的裝置，其中，所述裝置還包括測溫儀，用于測試所述反應器的溫度；

21、優選地，所述測溫儀為非接觸式紅外測溫儀。

22、根據第一方面的裝置，其中，所述產物冷卻器的中上部設置有用于噴射冷卻介質的噴射口；和/或

23、所述產物冷卻器為倒錐形。

24、本發明的第二方面提供了一種超高溫毫秒裂解方法，所述方法使用第一方面所述的裝置進行裂解，包括以下步驟：

25、(1)向裝置中通入載氣以置換裝置中的空氣；

26、(2)分別加熱原料油、原料吹掃氣和載氣至第一預熱溫度，將載氣引入載氣第二預熱爐進一步加熱至第二預熱溫度后進入反應器，將原料油在原料吹掃氣的作用下經所述反應器上的原料入口吹掃進入反應器發生裂解反應；

27、(3)炭黑產物收集于所述反應器中，裂解氣體產物引入產物冷卻器，經冷卻介質噴淋降溫后，氣體產物進入氣體產物收集器收集。

28、根據第二方面的方法，其中，所述原料油的第一預熱溫度為100-300℃；

29、所述原料吹掃氣的第一預熱溫度為150-350℃；

30、所述載氣的第一預熱溫度為200-500℃；和/或

31、所述載氣的第二預熱溫度為1000-2000℃。

32、根據第二方面的方法，其中，所述吹掃氣和/或載氣選自以下一種或多種：氮氣、氦氣、氬氣、甲烷、c2-c4輕烴；和/或

33、所述原料油選自以下一種或多種：汽油、柴油、重油、油漿、干氣、廢塑料油、輪胎油。

34、根據第二方面的方法，其中，所述反應器中的裂解反應條件為：

35、溫度為500-3000℃；

36、反應時間為3毫秒-2秒；

37、載氣與裂解原料油的單位時間進料比例為1-15升/克；和/或

38、載氣流量為0.05-30升/分鐘，優選為0.1-10升/分鐘。

39、根據第二方面的方法，其中，所述冷卻介質選自以下一種或多種：水、氬氣、氮氣，優選為水。

40、本發明的優點在于：

41、(1)電磁感應線圈加熱高溫裂解反應器，可以實現高溫裂解反應器的快速升溫，并且反應溫度控制簡單、操作穩定。

42、(2)可以提供超高溫、毫秒級停留時間，實現烴類原料直接裂解，具有高乙炔、氫氣、炭黑收率。

43、(3)通過載氣入口通入載氣的流速控制反應線速，從而調節裂解原料通過反應內管的速率，以控制反應停留時間。

44、(4)設置的內套管的型式可以避免反應內管與產物的直接接觸，又能實現電磁感應加熱控制，從而對反應內管進行保護，尤其能夠有效防止反應管的氧化，避免對產物炭黑造成污染。

45、(5)反應內管下部設置過濾構件，能夠有效過濾掉反應所產生的炭黑，防止炭黑堵塞后續管路。