一种混合物在超临界状态下发生化学反应的方法及其应用技术

本发明专利技术属于化学反应技术领域，涉及一种混合物在超临界状态下发生化学反应的方法及其应用，利用超临界流体混合物具有极强的溶解性，均匀分散溶解大分子碳

【技术实现步骤摘要】
一种混合物在超临界状态下发生化学反应的方法及其应用

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[0001]本专利技术属于化学反应
，涉及一种混合物在超临界状态下发生化学反应的方法及其应用，使两种或两种以上物质充分、均匀混合，然后引发其发生化学反应。

技术介绍
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[0002]石油或原油的主要成分是由碳原子和氢原子组成的化合物，其中的碳原子个数决定了分子的大小和常温常压下的状态。例如，甲烷、乙烷和丙烷分子分别有1、2和3个碳原子，是所有碳
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氢化合物中体积最小的分子，在常温常压下为气体状态；汽油分子有8个碳原子，柴油分子有16个碳原子，其在常温常压下均为液体状态。随着分子中碳原子个数的进一步增加，超过20个时，碳
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氢化合物在常温常压下就逐渐变为固体状态了。固态碳
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氢化合物有很多应用，包括工业润滑剂和沥青等。但是，在实际的生产生活中，轻油的需求量要远远高于重油，然而，重油由于比重大，在自然界中的存在量多于轻油，将重油的长分子链打断，使其转化(裂解)成多个短分子链轻油分子，成为必要。
[0003]目前，主要有四种裂解技术：
[0004](1)热裂解：热裂解是人类最早应用的裂解技术，把碳
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氢化合物置于封闭容器中，然后加热容器，在高温下，某些碳链中相邻的碳
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碳原子间的共价键断裂，断裂处两端的两个碳原子各有一个外层电子需要匹配，各形成一个自由基，这一自由基大多与断裂后同一碳链另一侧的碳原子形成碳
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碳双键，含有碳
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碳双键的碳
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氢化合物称作烯烃。热裂解是制备烯烃的好方法，但其耗能很高。
[0005](2)蒸汽裂解：蒸汽裂解是一个主要的工业制备小分子烯烃(如乙烯，丙烯，等等)的方法。在此过程中，原料如石脑油，液化石油气，乙烷等气态碳
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氢化合物与水蒸汽混合后一起被快速输入到温度通常保持在850℃的反应炉中。在现代化的裂解炉中，反应物的驻留时间一般只有几毫秒，反应物以超声波的速度快速通过，当达到反应温度后，反应产物被急速冷却，获得的反应产物取决于起始原料成份，原料与水的比例，反应物在炉内的驻留时间和炉内的温度。
[0006](3)催化剂裂解：催化剂裂解需要使用酸性的固态催化剂，通常是主要成份为Na2Al2Si3O
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2H2O的沸石(zeolite)。在实际运用中，预热的大分子碳
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氢化合物与加热到700℃左右的固态催化剂在竖立的管道下方混合，形成的混合物随后沿管道上升，整个上升过程只有几秒钟，随后，混合物在涡旋管中被分离，不含催化剂的碳
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氢化合物被引导到分溜器中分离成各种油，如汽油，石脑油，液化石油气，柴油，航空煤油，等等。而用过的催化剂粉末上残留有碳
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氢化合物。残留的碳
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氢化合物使催化剂失去了活性，需要去除残留的碳
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氢化合物，去除方法是将其送入炉子中，加入氧气或空气燃烧烧掉残留的碳
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氢残留物，这个过程称作催化剂再生，会放出大量二氧化碳，同时，催化剂被再次加热，可以进入下一个巡环，催化新的碳
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氢化合物，完成催化剂的循环利用。催化剂裂解的温度比热裂解的温度要低，因而裂解的主要产物是烷烃。
[0007](4)加氢裂解：裂解过程中加入有助于打断长链碳
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氢化合物中碳
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碳链的氢气，产
物大多是饱合的烷烃，例如，航空煤油和柴油。加氢裂解一般还会加入具有双重作用的催化剂，在打断和重组碳
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碳链的同时促进氢原子加到不饱合的碳链上，基于此，加氢裂解的产物很少有烯烃。
[0008]现有技术中的大分子碳
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氢化合物裂解技术，包括上述4种，都有各自的局限性。现在常用的是蒸汽裂解，催化剂裂解和加氢裂解：蒸汽裂解仅限于起始原料为相对较小的分子(一般少于11个碳原子)，用于制作烯烃；催化剂裂解中很大一部分原料被催化剂粘走，且在催化剂再生过程中会放出很多二氧化碳；加氢裂解不能充分裂解所有的碳
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氢化合物如沥青等，且氢气的制备不但会增加成本，还会放出二氧化碳。因此，研发设计一种混合物超临界态化学反应方法以解决上述问题，能够带来积极的经济和社会效益。

技术实现思路
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[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发一种混合物在超临界状态下发生化学反应的方法及其应用，化学反应是由浸没在超临界状态混合物流体内的电极通过间歇性的短暂放电引发的，能够应用于重油裂解等

[0010]为实现上述目的，本专利技术涉及的混合物在超临界状态下发生化学反应的方法的具体工艺过程为：
[0011](1)首先，将原料按照设定的配比混合，形成混合物；
[0012](2)然后，对混合物进行加热和加压，使其达到各原料充分混合的超临界流体状态，形成超临界流体混合物；
[0013](3)最后，通过一对或多对预置的电极放电，引发超临界流体混合物发生化学反应。
[0014]本专利技术涉及的超临界流体状态是指当物质的温度和压力均大于各自的某一临界值时的状态，其中，压力小于将物质压成固体的压力；在此状态下，流体具有气态和液态的双重属性，超临界流体混合物没有表面张力，能够快速地渗透有孔隙的固体，不会像常规液体一样被表面张力阻挡，能够极容易的溶解可溶物质于其中。
[0015]干洗衣物就是利用超临界状态下的二氧化碳将衣物中的固体脏物吸出并溶解，由图1所示的CO2的温度
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压力相图可以看到，当气
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液分界线接近临界点后，液态和气态之间就没有分界线了，由于没有气
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液分界面，超临界流体没有表面张力，使得超临界流体具有超级溶解性。
[0016]超临界状态下的由多种不同物质组成的流体可以无限互溶，混合物流体中各处的成分和温度是非常均匀的。每种物质都有自身的超临界状态临界点(温度和压力)。当多种物质组成混合物后，混合物的临界点就是各组成物质的临界点与其摩尔浓度的乘积之和(代数平均值)。例如，对于物质A和物质B组成的混合物来说，其超临界流体混合物的温度临界点表达式为：T
c(mix)
＝χ
A
×
T
c(A)
+χ
B
×
T
c(B)
，其中，T
c(mix)
、T
c(A)
和T
c(B)
分别为混合物、物质A和物质B的温度临界点；χ
A
和χ
B
分别为物质A和物质B在混合物中的摩尔浓度。
[0017]超临界流体混合物的压力临界点表达式可参照超临界流体混合物的温度临界点表达式类似地给出。由表达式可以看出，为降低形成超临界状态流体混合物的压力和温度临界点，需要尽量使用临界点低的物质组成混合物，下表给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合物在超临界状态下发生化学反应的方法，其特征在于，工艺过程为：(1)首先，将原料混合，形成混合物；(2)然后，对混合物进行加热和加压，使其达到超临界流体状态，形成超临界流体混合物；(3)最后，通过电极放电，引发超临界流体混合物发生化学反应。2.根据权利要求1所述的混合物在超临界状态下发生化学反应的方法，其特征在于，超临界流体状态是指当混合物的温度和压力均大于混合物的临界值时的状态，其中，压力小于将原料压成固体的压力；在此状态下，流体具有气态和液态的双重属性，超临界流体混合物没有表面张力，能够渗透有孔隙的固体。3.根据权利要求1或2所述的混合物在超临界状态下发生化学反应的方法，其特征在于，应用于：(1)重油裂解、(2)原油蒸馏分离前预裂解、(3)油砂分离裂解、(4)煤清洗制碳并裂解煤焦油和(5)塑料降解。4.根据权利要求3所述的混合物在超临界状态下发生化学反应的方法，其特征在于，重油裂解的具体工艺过程为：首先，将重油与小分子物质混合，形成流体混合物；然后，对流体混合物进行加热和加压，使其达到超临界状态；最后，启动电极，间隔放电，引发超临界状态流体混合物的化学反应，得到反应产物。5.根据权利要求4所述的混合物在超临界状态下发生化学反应的方法，其特征在于，重油与小分子物质混合时，重油的质量记为W，小分子物质的平均密度与重油的平均密度的比值记为a，小分子物质的质量为0.6～2Wa；影响重油与小分子物质的质量的因素包括：(1)重油的主要成分随油田地域和开采程度的不同而变化，重油与小分子物质的质量比随之变化，重油中大分子的含量越高，需要添加的小分子物质的质量越多；(2)小分子物质的质量与反应产物负相关；(3)重油与小分子物质的质量比能够通过调节电极的放电总次数来调节。6.根据权利要求4或5所述的混合物在超临界状态下发生化学反应的方法，其特征在于，小分子物质是指临界点小于所需裂解物质临界点的分子，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕峰，
申请(专利权)人：吕峰，
类型：发明
国别省市：