热等离子体裂解低碳烷烃制乙炔的研究进展

关键词 ：热等离子体 低碳烷烃 乙炔 裂解
中图分类号 ：Ｔ Ｑ２ １ １ 文献标识码 ：Ａ
乙炔 （ Ｃ ２ Ｈ２ ）是一 种非 常重要 的有 机化 工原料 ，素有 “ 有机 化 工之母 ”的美称 Ｌ ｌ Ｊ 。通 过 乙炔 的一
系 列化 学反应 可 以衍 生 出成 千上 万 的化工 产 品 ，包 括 乙烯 、氯 乙烯 、三 氯 乙烯 、醋酸 乙烯 、丙烯 腈 、
第２ ９卷 第 ３期 ２ ０ １ ３年 ６ 月
化 学 反 应 工 程 与 工 艺
Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｒｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
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收利 用 。因此 ，该技术 是一 种典 型 的清 洁 、高效 的烷烃 转化 技术 ，具有 良好 的发展 前景 【 ９ ＇ 】 。 低 碳烷 烃 的来源十 分广 泛 ，包 括天然 气 、焦 炉气 、煤 层气和 炼厂 干气 等 。在 当今社会 中，低碳 烷 烃 除 了少 部分被 用来制 备烯 烃 以外 ，大部 分被用 作燃料 ，甚 至放 火炬烧 掉 ，这种 低 附加 值 的利用 方式 造成 了 巨大 的资源浪 费和严 重 的环境 污染 。随着石 油 资源 的 日益枯 竭 ，以低 碳烷 烃 为主要 原料制 备 乙 炔 等 高 附加 值 化学 品显得越 来越 重要 。 热等 离子 体裂解低 碳烷 烃 的研 究很早 就 引起 人们 的关 注 ，并且 由德 国 Ｈ ｔ ｉ ｅ ｌ ｓ公 司 、美 国 Ｄｕ Ｐ ｏ ｎ ｔ
上并 不合 理 ，但 是该试 验 的顺利 进 行 印证 了等离 子裂 解 甲烷制 乙炔 的工 艺 的可行 性 ，开辟 了等离 子技 术制 备 乙炔 的先河 。
从２ ０世 纪 ３ ０年代起 ，热 等 离子体裂 解 甲烷制 乙炔 的研 究开始 引起 关注 ，并且在 ６ ０年代 以后达
收稿 日期：２ ０ １ ３ — ０ ４ ． １ ５ ；修订 日期： ２ ０ １ ３ ０ ５ － １ ０ 。
作者 简介 ：苏宝根 （ １ ９ ７ ５ 一） ，男，副 教授 ；任 其龙（ １ ９ ５ ９ 一） ，男 ，教 授 ，通 讯 联系人 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｒ ｅ ｎ ｑ ｌ ＠ｚ ｊ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。 基 金项 目：中央高 校基 本科研 业 务费专 项 资金 （ ２ ０ １ ２ Ｆ Ｚ Ａ ４ ０ ２ ３ ） 。
百度文库２ ９ 卷 第 ３期
苏宝 根 等 ． 热 等 离子 体裂 解 低 碳 烷 烃 制 乙炔 的研 究进 展
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到 了研 究 的高潮 。１ ９ ６ １ 年 ，德 国 Ｈｉ ｉ ｅ ｌ ｓ 公 司的 Ｌ ｅ ｕ ｔ ｎ ｅ ｒ 等Ｌ １ 开 展 了热等 离子 体裂解 天然 气制 乙炔 的研 究 ，采用 氩 气作 为 工作气 体 ，原料 甲烷 的进气 流速 为 ３ Ｌ ／ ｍｉ ｎ ，反应 器 的放 电功率 为 ６ ． ８ ｋ Ｗ 。在 这种 操作 条 件 下 ，原 料气 甲烷 的转 化 率达 到 了 ９ ２ ． ９ ％，得 到 的裂 解气 产 品中 乙炔 为主 要成 分 ，其 收 率为 ８ ０ ． １ ％。虽然 得 到 的原料 气 甲烷 的转 化率 和 乙炔 的收 率相对 较 高 ，但 是 由于反应 器 功率 小 ，造 成 气体 的处 理量 比较 小 ，而 且 比能耗 较高 ，达 到 了 ７ ２ ． ５ ｋ Ｗ・ ｈ ／ ｋ ｇ 一 乙炔 ，以当时 的条件 进行 工业 化生 产经 济性
调 整 ， 电石 水解法 的发 展空 间 日益压缩 。热 等离 子体裂 解烷 烃制 乙炔技 术 出现 于 ２ ０世 纪初 期 ，该技
术 利用 等离 子体 高温 、高焓 、富含 活性 离子 的特 点＿ ８ ］ ，通过 毫秒 级瞬 时裂解 反应 一步法 生成 富含 乙炔
的裂解 气 ，裂解 气经 淬冷 、气 固分 离和气 液分 离得 到聚 合级 乙炔 ，副产 的氢气 、甲烷和 炭 黑等可 以回
公 司、浙 江大 学先后 建立 了 Ｍｗ 级等 离子体 裂解低 碳烷 烃制 备 乙炔 的工艺 。本文拟 对热 等离 子体裂
解低 碳烷 烃制 备 乙炔 的研 究现状 进行 探讨 和介 绍 ，以期 对合 理利 用烷烃 资源 、减少环 境污 染 的工作有 所裨 益 。
１热等离子体裂解 甲烷／ 天然气制 乙炔 的研 究
聚 丙烯腈 等 ｌ ２ ］ 。此外 ，乙炔 在 金属加 工 、焊 接 、切割 等Ｌ ３ ＇ ４ Ｊ 领 域也 有非 常重要 的作用 。
工 业生产 乙炔 的传 统方法 有 电石水 解法和 甲烷 部分氧 化法 ，这两 种方 法发展 时 间较 长 ，工艺 比较 成 熟 ，但 是缺 点 明显【 ５ ＇ ｏ ］ 。 电石水 解法 耗 能高 、对 设备要 求 高 、污 染 严重 ，发 达 国家于 十 多年 前 陆续 关 闭了此法 的生产 装置 。我 国 ９ ０ ％以上 的 乙炔通 过 电石 水解 法获得 【 ７ 】 ，但 随着 产业 政策 和能源 政策 的
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文章编号 ：ｌ Ｏ ０ １ —７ ６ ３ ｌ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ ＿ ＿ ＿ Ｊ ０ ２ ３ ｏ ＿ ＿ ＿ ０ ８
热等离子体裂解低碳烷烃 制 乙炔 的研究进 展
苏宝根 ，房建威 ，闻光 东，马 杰，邢华斌 ，任 其龙
（ 浙江大学生物质化 工教育部重点 实验 室，化 学工程与生物工程学 系，浙江 杭 州 ３ １ ０ ０ ２ ７ ）
摘要 ：随着石油资源的 日益耗竭 ，热等离子体裂解低碳烷烃制 乙炔技术越来越受到重视 。该技术能够有效地
提 高低碳烷烃 的利用价值 ，减 少环境污染 。文 中重点介绍了国内、外等离子体裂解 甲烷／ 天然气和 ｃ ２以上烷 烃制 备乙炔 的研究现状 ，并对 Ｍｗ 级等离子体裂解低碳烷烃制 备乙炔 的工艺进行了 比较分析。