旋转弧氢等离子体裂解炼厂干气制乙炔研究

摘要

石油二次加工过程中产生了大量的炼厂干气，常作为燃料通往瓦斯管网或火炬，不仅造成了严重的资源浪费，而且加剧了环境污染。本文利用热等离子体高温、高焓、高反应活性的特点，依托旋转弧等离子体反应器，采用气相色谱仪分析方法，首次探究了氢等离子体裂解炼厂干气制备乙炔过程的基本规律，为开辟炼厂干气资源化利用新途径奠定基础。
　　首先研究了炼厂干气中碳二烃乙烷和乙烯的裂解性能，并与文献中裂解甲烷结果进行对比，实验结果显示，乙烷裂解规律和甲烷裂解高度相似，但裂解效果明显次于甲烷。当控制输入功率为16.1 kW，进料速率在6.2 Nm3/h时能够获得乙炔含量8.3％、选择性53.6％、收率52.9％、比能耗19.8 kWh/kg C2H2的较好的裂解效果。乙烯的裂解规律和甲烷、乙烷不尽相同，且裂解效果更差。当输入功率为14 kW，原料进料速率为5.1 Nm3/h时可获得较优的裂解效果，乙炔含量5.4％，乙炔选择性和收率分别为43.4％和34.7％，乙炔比能耗41.1 kWh/kg C2H2。
　　随后研究了乙烷和乙烯的存在对混合烃类裂解的影响，发现当乙烷含量不高(10％)时，乙烷/甲烷混合气的裂解规律和甲烷、乙烷裂解相似，而且原料中一定量的乙烷可促进混合烃裂解制乙炔过程的优化，因此在裂解含有混合烃类气体的过程中不需要对乙烷进行分离前处理。乙烯含量10％的乙烯/甲烷/氢气混合气的裂解规律与纯乙烯明显不同，而且乙烯的存在并不利于混合气的裂解，故而有必要在混合气裂解前将其分离。
　　在上述实验基础上，进一步研究了根据某厂催化裂化干气实际样品的组成所配制的、由多种气体混合得到的模拟炼厂干气的裂解性能，发现可以获得较好的乙炔制备效果。在14.5 kW的功率下，能够获得乙炔含量8.5％、并含有较低浓度甲烷、乙烯和氰化氢的产品气，乙炔选择性和收率分别可达72.7％和43.8％，乙炔比能耗为21.7 kWh/kg C2H2。进料速率对裂解模拟炼厂干气制乙炔过程的影响较为复杂，总体而言当功率为14.5 kW时，进料速率为7.6 Nm3/h时能够获得较好的裂解效果。

目录

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致谢

摘要

符号清单

引言

第一章 文献综述

1．1 等离子体及等离子体反应器

1．1．1 等离子体及等离子体炬简介

1．1．2 热等离子体裂解反应器简介

1．2 等离子体裂解富烃气体制乙炔进展

1．2．1 富烃气体介绍

1．2．2 热等离子体裂解甲烷／天然气制乙炔研究

1．2．3 热等离子体裂解多碳烃制乙炔研究

1．3 炼厂干气处理现状

1．3．1 利用炼厂干气制备乙烯

1．3．2 利用炼厂干气制备氢气

1．3．3 利用炼厂干气制乙苯

1．3．4 利用炼厂干气制环氧乙烷

1．3．5 利用炼厂干气制备二氯乙烷与氯乙烯

1．4 本文研究思路与内容

第二章 实验装置及方法概况

2．1 实验材料与装置

2．1．1 实验材料与仪器

2．1．2 裂解实验装置

2．2 实验方法

2．2．1 裂解实验方法

2．2．2 气相分析方法

2．2．3 氰化氢含量测定方法

2．2．4 数据处理方法

第三章 氢等离子体裂解碳二烃制乙炔

3．1 氢等离子体裂解乙烷制乙炔

3．1．1 实验方案

3．1．2 结果与讨论

3．2 氢等离子体裂解乙烯制乙炔

3．2．1 实验方案

3．2．2 结果与讨论

3．3 小结

第四章 氢等离子体裂解混合烃类制乙炔

4．1 混合烷烃的裂解与单一烷烃的比较

4．1．1 实验方案

4．1．2 结果与讨论

4．2 不饱和烃类对饱和烃类裂解的影响

4．2．1 实验方案

4．2．2 结果与讨论

4．3 小结

第五章 氢等离子体裂解模拟炼厂干气制乙炔

5．1 功率对裂解模拟炼厂干气的影响

5．1．1 实验方案

5．1．2 结果与讨论

5．2 进料速率对裂解模拟炼厂干气的影响

5．2．1 实验方案

5．2．2 结果与讨论

5．3 小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历