УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И НЕЛЕТУЧЕГО УГЛЕРОДА ИЗ СОДЕРЖАЩЕГО С1-С4-АЛКАНЫ ГАЗА

1
4
1. Устройство для получения водорода и твёрдого углерода из содержащего С-С-алканы газа с помощью термической плазмы, отличающееся тем, что устройство включает:
по меньшей мере один реактор для генерирования термической плазмы с помощью электрической дуги, причем реактор включает
i) плазменную секцию, включающую
анод и катод для генерирования электрической дуги, причем дуга является протяженной внутри плазменной секции, и
1
4
по меньшей мере один первый питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы плазменного газа в плазменную секцию реактора,
1
4
причем анод имеет полый канал вдоль направления течения основного потока плазменного газа, который имеет внутреннюю поверхность, выпускной канал по направлению течения основного потока плазменного газа, который образует открытый конец анода по направлению течения основного потока, и по меньшей мере один впускной канал для приема содержащего С-С-алканы плазменного газа, вводимого в плазменную секцию реактора по меньшей мере через один первый питающий трубопровод, причем впускной канал образует открытый конец анода, ориентированный по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, и причем анод конфигурирован так, что плазменный газ протекает по полому каналу через открытый конец анода, ориентированный по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, и открытый конец анода по направлению течения основного потока, причем плазменный газ контактирует с внутренней поверхностью полого канала анода при его проходе через анод, и
1
4
причем указанный анод и указанный катод размещены так, что генерированная ими дуга возникает в указанной плазменной секции с образованием плазмообразующего плазменного газа в указанной плазменной секции из содержащего С-С-алканы плазменного газа, вводимого в указанную плазменную секцию по меньшей мере через один первый питающий трубопровод, и причем опорные точки электрической дуги в контакте с анодом находятся на внутренней поверхности полого канала анода, и
ii) вторую реакторную секцию непосредственно ниже по потоку относительно плазменной секции реактора по направлению течения основного потока, причем вторая реакторная секция включает
первую подсекцию и вторую подсекцию, причем вторая подсекция находится непосредственно ниже по потоку относительно первой подсекции по направлению течения основного потока, и
выпускные устройства для выведения компонентов из реактора, причем выпускные устройства размещены на конце второй реакторной секции по направлению течения основного потока, причем
1
4
первая подсекция включает по меньшей мере один второй питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы газа во вторую реакторную секцию, причем
1
4
1
4
по меньшей мере один второй питающий трубопровод размещен так, что содержащий С-С-алканы газ, который поступает в реактор через по меньшей мере один второй питающий трубопровод, вводится в плазмообразующий плазменный газ в положении ниже по потоку относительно опорных точек электрической дуги по направлению течения основного потока так, что в первой подсекции второй реакторной секции ниже по потоку относительно по меньшей мере одного второго питающего трубопровода образуется смесь из плазмообразующего плазменного газа, выходящего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, и
причем положение по меньшей мере одного второго питающего трубопровода вдоль направления течения основного потока определяет начало второй реакторной секции и ее первой подсекции, и
3
3
3
причем объем плазменной секции, которая начинается в самом дальнем выше по потоку положении, в котором внутренняя поверхность полого канала анода обращена к электрической дуге, и достигает вниз конца плазменной секции реактора, имеет объем в диапазоне от 0,0001 м до 0,4 м, предпочтительно в диапазоне от 0,001 до 0,2 м, и определяет базовый объем, и
причем объем первой подсекции второй реакторной секции превышает базовый объем на величину в диапазоне от 10 до 200 раз, предпочтительно в диапазоне от 20 до 100 величин базового объема, и
причем объем всей второй реакторной секции составляет величину в диапазоне от 20 до 2000 величин базового объема, предпочтительно в диапазоне от 40 до 1000 величин базового объема, и
причем реактор в первой подсекции второй реакторной секции и/или в плазменной секции в диапазоне ниже по потоку по направлению течения основного потока относительно опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода вниз к концу плазменной секции включает по меньшей мере одно место поперечного сечения потока поперек направления течения основного потока, которое является бóльшим по меньшей мере в 5 раз, предпочтительно по меньшей мере в 10 раз, по сравнению со средним поперечным сечением потока анода поперек направления течения основного потока в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода.
2. Устройство для получения водорода и твёрдого углерода по п. 1, причем устройство дополнительно включает:
по меньшей мере одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, образованными в указанном реакторе, причем указанное по меньшей мере одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, отделяет газообразные компоненты от твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, в смеси, для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, в смеси, причем по меньшей мере одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей,
находится в сообщении по текучей среде с выпускными устройствами реактора, и
имеет по меньшей мере один выпускной канал для потока, имеющего повышенную концентрацию твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, по сравнению со смесью, поступающей по меньшей мере в одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, и
имеет по меньшей мере один выпускной канал для потока, включающего газообразные компоненты смеси при сниженной концентрации твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, сравнительно со смесью, поступающей по меньшей мере в одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей.
3. Устройство для получения водорода и твёрдого углерода по п. 2, причем устройство дополнительно включает:
по меньшей мере одно устройство для обогащения водородом из смеси, включающей газообразные компоненты смеси при сниженной концентрации твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, сравнительно со смесью, поступающей по меньшей мере в одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, причем по меньшей мере одно устройство для обогащения водородом
находится в сообщении по текучей среде с выпускным каналом для потока, включающего газообразные компоненты при сниженной концентрации твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, по меньшей мере одного устройства для обогащения смеси твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, и
имеет по меньшей мере один выпускной канал для потока, имеющего повышенную концентрацию водорода, сравнительно с потоком, включающим газообразные компоненты смеси, при сниженной концентрации твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, поступающей по меньшей мере в одно устройство для обогащения водородом, и
имеет по меньшей мере один выпускной канал для потока со сниженной концентрацией водорода, сравнительно с потоком, включающим газообразные компоненты смеси и сниженную концентрацию твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, поступающим по меньшей мере в одно устройство для обогащения водородом.
4. Устройство для получения водорода и твёрдого углерода по любому из предшествующих пунктов, в котором
между опорными точками электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода и самой дальней выше по потоку точкой по направлению течения основного потока, в которой поперечное сечение потока поперек направления течения основного потока является бóльшим по меньшей мере в 5 раз, предпочтительно в 10 раз, по сравнению со средним поперечным сечением потока анода поперек направления течения основного потока в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, имеется по меньшей мере одно резкое расширение поперечного сечения потока поперек направления течения основного потока, которое имеет угол раскрытия по меньшей мере 20°, предпочтительно по меньшей мере 45°, более предпочтительно по меньшей мере 75°, в направлении течения основного потока относительно главной оси потока; и/или
поперечное сечение потока поперек направления течения основного потока в диапазоне от опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода вниз до самой дальней выше по потоку точки по направлению течения основного потока, в которой поперечное сечение потока поперек направления течения основного потока является бóльшим по меньшей мере в 5 раз, предпочтительно в 10 раз, по сравнению со средним поперечным сечением потока анода поперек направления течения основного потока в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, составляет в любой точке по меньшей мере 60%, предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90%, относительно среднего поперечного сечения поперек направления течения основного потока в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода.
5. Устройство для получения водорода и твёрдого углерода по любому из предшествующих пунктов, в котором
реактор включает устройство, предпочтительно два отдельных устройства, для разъемного соединения анода или части анода с остальным реактором, причем предпочтительно одно из указанных отдельных устройств размещено по направлению течения основного потока выше по потоку относительно опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, и другое устройство из указанных двух отдельных устройств размещено по направлению течения основного потока ниже по потоку относительно опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, причем предпочтительно указанные устройства для разъемного соединения анода или части анода с остальным реактором размещены выше по потоку относительно по меньшей мере одного второго питающего трубопровода по направлению течения основного потока, более предпочтительно устройства для разъемного соединения, размещенные по направлению течения основного потока ниже по потоку относительно опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, находятся по направлению течения основного потока выше по потоку относительно самой дальней выше по потоку точки, в которой поперечное сечение потока поперек направления течения основного потока является бóльшим по меньшей мере в 5 раз, предпочтительно по меньшей мере в 10 раз, по сравнению со средним поперечным сечением потока анода поперек направления течения основного потока в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, еще более предпочтительно выше по потоку относительно резкого расширения поперечного сечения потока поперек направления течения основного потока; и/или
соответствующие анод и катод, по меньшей мере частично, не перекрываются по направлению течения основного потока, и/или
анод и/или катод представляют собой охлаждаемые электроды, причем охлаждение предпочтительно представляет собой жидкостное охлаждение, более предпочтительно водяное охлаждение.
6. Устройство для получения водорода и твёрдого углерода по любому из предшествующих пунктов, в котором
анод и катод являются концентрическими, и катод имеет полый канал с главной осью, протяженной вдоль направления течения основного потока, причем полый канал имеет два противоположных конца, причем конец, ориентированный по направлению противоположно направлению течения основного потока, закрыт, и причем конец, ориентированный по направлению течения основного потока плазменного газа, открыт и находится выше по потоку и концентрически относительно открытого конца анода, ориентированного по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, причем анод и катод размещены так, что опорные точки электрической дуги контактируют с внутренней поверхностью полого канала анода и внутренней поверхностью полого канала катода, соответственно, причем анод и катод предпочтительно размещены так, что имеется зазор по направлению течения основного потока между концом катода, ориентированным по направлению течения основного потока, и концом анода, ориентированным по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, причем длина указанного зазора предпочтительно составляет по меньшей мере 0,3-кратную, более предпочтительно по меньшей мере 0,5-кратную величину среднего внутреннего диаметра полого канала анода в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, причем предпочтительно по меньшей мере один первый питающий трубопровод размещен так, что плазменный газ поступает в плазменную секцию реактора через зазор между анодом и катодом.
7. Устройство для получения водорода и твёрдого углерода по любому из предшествующих пунктов, в котором
1
4
по меньшей мере один реактор конфигурирован так, что по меньшей мере один второй питающий трубопровод вводит содержащий С-С-алканы газ в плазмообразующий плазменный газ поперек направления течения основного потока; и/или
1
4
1
4
1
4
по меньшей мере один реактор имеет по меньшей мере один третий питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы газа во вторую реакторную секцию, причем по меньшей мере один третий питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы газа размещен по направлению течения основного потока ниже по потоку относительно по меньшей мере одного второго питающего трубопровода для введения содержащего С-С-алканы газа во вторую реакторную секцию, предпочтительно положение по меньшей мере одного третьего питающего трубопровода определяет начало второй подсекции второй реакторной секции; и/или
вторая реакторная секция включает по меньшей мере одно устройство для создания турбулентности и/или противоточного смешения смеси, предпочтительно по меньшей мере одно устройство позиционировано ниже по потоку относительно по меньшей мере одного второго питающего трубопровода по направлению течения основного потока, причем предпочтительно по меньшей мере одно устройство для создания турбулентности и/или противоточного смешения смеси выбирают из группы, состоящей из пассивной решетки, статического смесителя, изгиба реактора, и их комбинаций, причем предпочтительно изгиб реактора вызывает изменение направления течения смеси относительно направления течения основного потока по меньшей мере на 80°, предпочтительно по меньшей мере на 135°.
8. Устройство для получения водорода и твёрдого углерода по любому из предшествующих пунктов, в котором
1
4
1
4
1
4
1
4
1
4
по меньшей 5% атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, имеют время пребывания во второй реакторной секции, которое отклоняется по абсолютной величине по меньшей мере на 5% от среднего времени пребывания всех атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода во второй реакторной секции, причем предпочтительно по меньшей мере 10% атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, имеют время пребывания во второй реакторной секции, которое отклоняется в абсолютных цифрах по меньшей мере на 10% от среднего времени пребывания всех атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, во второй реакторной секции, более предпочтительно по меньшей мере на 15%, еще более предпочтительно по меньшей мере на 20%, от среднего времени пребывания всех атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода во второй реакторной секции.
1
4
9. Способ получения водорода и твёрдого углерода из содержащего С-С-алканы газа с помощью термической плазмы, отличающийся тем, что способ включает стадии
1
4
1
4
а) выведения содержащего С-С-алканы плазменного газа из устройства для создания содержащего С-С-алканы газа;
1
4
1
4
b) введения содержащего С-С-алканы плазменного газа, выведенного из устройства для выведения содержащего С-С-алканы плазменного газа, по меньшей мере в первый реактор;
причем указанный реактор представляет собой реактор для генерирования термической плазмы посредством электрической дуги, причем указанный реактор включает
i) плазменную секцию, включающую
анод и катод для генерирования электрической дуги, причем дуга является протяженной внутри плазменной секции, и
1
4
по меньшей мере один первый питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы плазменного газа в плазменную секцию реактора,
1
4
причем анод имеет полый канал вдоль направления течения основного потока плазменного газа, который имеет внутреннюю поверхность, выпускной канал по направлению течения основного потока плазменного газа, который образует открытый конец анода по направлению течения основного потока, и по меньшей мере один впускной канал для приема содержащего С-С-алканы плазменного газа, вводимого в плазменную секцию реактора по меньшей мере через один первый питающий трубопровод, причем впускной канал образует открытый конец анода, ориентированный по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, и причем анод конфигурирован так, что плазменный газ протекает по полому каналу через открытый конец анода, ориентированный по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, и открытый конец анода по направлению течения основного потока, причем плазменный газ контактирует с внутренней поверхностью полого канала анода при его проходе через анод, и
1
4
причем указанный анод и указанный катод размещены так, что генерированная ими дуга возникает в указанной плазменной секции с образованием плазмообразующего плазменного газа в указанной плазменной секции из содержащего С-С-алканы плазменного газа, вводимого в указанную плазменную секцию по меньшей мере через один первый питающий трубопровод, и причем опорные точки электрической дуги в контакте с анодом находятся на внутренней поверхности полого канала анода, и
ii) вторую реакторную секцию непосредственно ниже по потоку относительно плазменной секции реактора по направлению течения основного потока, причем вторая реакторная секция включает
первую подсекцию и вторую подсекцию, причем вторая подсекция находится непосредственно ниже по потоку относительно первой подсекции по направлению течения основного потока, и
выпускные устройства для выведения компонентов из реактора, причем выпускные устройства размещены на конце второй реакторной секции по направлению течения основного потока, причем
1
4
первая подсекция включает по меньшей мере один второй питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы газа во вторую реакторную секцию, причем положение по меньшей мере одного второго питающего трубопровода вдоль направления течения основного потока определяет начало второй реакторной секции и ее первой подсекции,
1
4
1
4
и причем содержащий С-С-алканы плазменный газ вводится в реактор по меньшей мере через один первый питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы плазменного газа в плазменную секцию реактора;
с) генерирования электрической дуги между анодом и катодом, протяженной внутри плазменной секции реактора;
1
4
1
4
d) формирования плазмообразующего плазменного газа в плазменной секции реактора с помощью электрической дуги из содержащего С-С-алканы плазменного газа, вводимого в плазменную секцию по меньшей мере через один первый питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы плазменного газа в плазменную секцию;
1
4
1
4
е) введения содержащего С-С-алканы газа в первую подсекцию второй реакторной секции по меньшей мере через один второй питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы газа во вторую реакторную секцию, причем
1
4
1
4
введение проводят таким образом, что содержащий С-С-алканы газ, который поступает во вторую реакторную секцию по меньшей мере через один второй питающий трубопровод, вводится в плазмообразующий плазменный газ по направлению течения основного потока ниже по потоку относительно опорных точек электрической дуги, образованной анодом и катодом, так, что в первой подсекции второй реакторной секции ниже по потоку относительно по меньшей мере одного второго питающего трубопровода образуется смесь из плазмообразующего плазменного газа, выходящего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа, которая вводится в первую подсекцию второй реакторной секции по меньшей мере через один второй питающий трубопровод, причем
1
4
1
4
плазмообразующий плазменный газ в положении, в котором содержащий С-С-алканы газ вводится в плазмообразующий плазменный газ по меньшей мере через один второй питающий трубопровод, имеет среднюю температуру в диапазоне от 1200 до 3000°С, и включает ацетилен, образуя тем самым смесь, сформированную введением содержащего С-С-алканы газа по меньшей мере через один второй питающий трубопровод в плазмообразующий плазменный газ, который в диапазоне от по меньшей мере одного второго питающего трубопровода вниз до конца первой подсекции второй реакторной секции имеет среднюю температуру по меньшей мере 850°С, предпочтительно по меньшей мере 1050°С, и менее, чем 3000°С;
f) пропускания смеси ниже по потоку через вторую реакторную секцию по направлению течения основного потока, причем
1
4
указанное пропускание является таким, что в первой подсекции второй реакторной секции среднее время пребывания атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, составляет величину в диапазоне от 100 мсек до 2000 мсек, предпочтительно в диапазоне от 200 мсек до 1000 мсек, и
1
4
пропускание является таким, что во всей второй реакторной секции среднее время пребывания атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, составляет величину в диапазоне от 200 мсек до 20000 мсек, предпочтительно в диапазоне от 400 мсек до 10000 мсек, и
1
4
1
4
1
4
1
4
1
4
по меньшей мере 5% атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, имеют время пребывания во второй реакторной секции, которое отклоняется по абсолютной величине по меньшей мере на 5% от среднего времени пребывания всех атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода во второй реакторной секции, причем предпочтительно по меньшей мере 10% атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, имеют время пребывания во второй реакторной секции, которое отклоняется в абсолютных цифрах по меньшей мере на 10% от среднего времени пребывания всех атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, во второй реакторной секции, более предпочтительно по меньшей мере на 15%, еще более предпочтительно по меньшей мере на 20%, от среднего времени пребывания всех атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, вышедшего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода во второй реакторной секции, и
водород и твёрдый углерод образуются реакциями, протекающими в смеси во второй реакторной секции, и предпочтительно также в плазменной секции;
1
4
1
4
g) регулирования средней температуры смеси во второй подсекции второй реакторной секции по меньшей мере на 650°С, предпочтительно по меньшей мере на 750°С, более предпочтительно по меньшей мере на 850°С, и на менее 1500°С, причем среднюю температуру смеси из плазмообразующего плазменного газа и содержащего С-С-алканы газа, вводимой через по меньшей мере второй питающий трубопровод, на конце второй реакторной секции регулируют на среднюю температуру, которая по меньшей мере на 200 К, предпочтительно по меньшей мере на 400 К, более предпочтительно по меньшей мере на 600 К, является более низкой, чем средняя температура плазмообразующего плазменного газа в положении, в котором содержащий С-С-алканы газ вводят в плазмообразующий плазменный газ по меньшей мере через один второй питающий трубопровод; и
h) выведения смеси на конце реактора через выпускные устройства для выведения смеси из реактора, причем выпускные устройства размещены на конце второй реакторной секции по направлению течения основного потока.
10. Способ по п. 9, в котором
способ дополнительно включает стадию i) обработки смеси, выводимой через выпускные устройства, с использованием по меньшей мере одного устройства для обогащения смеси твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, для получения потока, имеющего повышенную концентрацию твердых компонентов смеси, предпочтительно газовой сажи, и потока, включающего газообразные компоненты смеси и сниженную концентрацию твердых компонентов смеси, предпочтительно газовой сажи; причем
стадию i) предпочтительно проводят по меньшей мере в одном устройстве для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, образованными в реакторе, причем указанное по меньшей мере одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, используют для отделения газообразных компонентов от твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, смеси для обогащения твердыми компонентами смеси, предпочтительно газовой сажей, причем по меньшей мере одно устройство для обогащения твердыми компонентами
находится в сообщении по текучей среде с выпускными устройствами реактора, и
имеет по меньшей мере один выпускной канал для потока, имеющего повышенную концентрацию твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, сравнительно со смесью, поступающей по меньшей мере в одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, и
имеет по меньшей мере один выпускной канал для потока, включающего газообразные компоненты смеси и сниженную концентрацию твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, сравнительно со смесью, поступающей по меньшей мере в одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей; и/или
1
4
среднее время пребывания атомов смеси, образованной из плазмообразующего плазменного газа, выходящего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа по меньшей мере из одного второго питающего трубопровода, в диапазоне от начала второй реакторной секции вниз до и включительно устройства для обогащения смеси твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, составляет величину в диапазоне от 200 мсек до 20000 мсек.
11. Способ по п. 10, причем способ дополнительно включает стадию
j) обработки потока, включающего газообразые компоненты смеси при сниженной концентрации твердых компонентов смеси, предпочтительно газовой сажи, по меньшей мере в одном устройстве для получения потока, имеющего повышенную концентрацию водорода, по сравнению с потоком, включающим газообразные компоненты смеси при сниженной концентрации твердых компонентов смеси, предпочтительно газовой сажи, причем
стадию j) предпочтительно проводят по меньшей мере в одном устройстве для обогащения водородом из потока, включающего газообразные компоненты смеси при сниженной концентрации твердых компонентов смеси, предпочтительно газовой сажи, по сравнению с потоком, поступающим по меньшей мере в одно устройство для обогащения твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, причем по меньшей мере одно устройство для обогащения водородом
находится в сообщении по текучей среде по меньшей мере с одним выпускным каналом для потока, имеющего сниженную концентрацию твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, по меньшей мере одного устройства для обогащения смеси твердыми компонентами, предпочтительно газовой сажей, и
имеет по меньшей мере один выпускной канал для потока, имеющего повышенную концентрацию водорода, по сравнению с потоком, включающим газообразные компоненты смеси при сниженной концентрации твердых компонентов смеси, предпочтительно газовой сажи, поступающим по меньшей мере в одно устройство для обогащения водородом, и
имеет по меньшей мере один выпускной канал для потока, включающего газообразные компоненты смеси при сниженной концентрации водорода, сравнительно с потоком, имеющим сниженную концентрацию водорода, сравнительно с потоком, имеющим сниженную концентрацию твердых компонентов, предпочтительно газовой сажи, поступающим по меньшей мере в одно устройство для обогащения водородом.
12. Способ по любому из пп. 9-11, отличающийся тем, что
реактор в первой подсекции второй реакторной секции и/или в плазменной секции в диапазоне ниже по потоку по направлению течения основного потока относительно опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода вниз до конца плазменной секции включает по меньшей мере в одной точке поперечное сечение потока поперек направления течения основного потока, которое является бóльшим по меньшей мере в 5 раз, предпочтительно по меньшей мере в 10 раз, по сравнению со средним поперечным сечением потока анода поперек направления течения основного потока в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, причем предпочтительно давление непосредственно выше по потоку от самой дальней выше по потоку точки по направлению течения основного потока, в которой поперечное сечение потока поперек направления течения основного потока является бóльшим по меньшей мере в 5 раз, предпочтительно по меньшей мере в 10 раз, по сравнению со средним поперечным сечением потока анода поперек направления течения основного потока в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, составляет величину в диапазоне от 0,5 до 30 бар (0,05-3 МПа) избыточного давления.
13. Способ по любому из пп. 9-12, отличающийся тем, что
1
4
содержащий С-С-алканы газ вводят по меньшей мере через один второй питающий трубопровод в плазмообразующий плазменный газ поперечно направлению течения основного потока; и/или
1
4
1
4
проводят по меньшей мере третье введение содержащего С-С-алканы газа во вторую реакторную секцию, причем третье введение проводят по меньшей мере через один третий питающий трубопровод, который размещен по направлению течения основного потока ниже по потоку относительно по меньшей мере одного второго питающего трубопровода для введения содержащего С-С-алканы газа во вторую реакторную секцию, и причем положение по меньшей мере одного третьего питающего трубопровода предпочтительно определяет начало второй подсекции второй реакторной секции.
14. Способ по любому из пп. 9-13, отличающийся тем, что
1
4
1
4
1
4
н
н
1
4
1
4
н
3
3
3
нелетучий углерод, предпочтительно газовая сажа, предпочтительно газовая сажа, которая составляет часть газовой сажи, образованной в указанном способе и отделенной способом по п. 10 или 11, диспергированная в водороде и/или в содержащем С-С-алканы газе, вводится во вторую реакторную секцию, либо непосредственно, либо, предпочтительно, введением по меньшей мере в один второй питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы газа в первую подсекцию второй реакторной секции, газовый поток, содержащий нелетучий углерод, предпочтительно газовую сажу, непосредственно перед точкой введения во вторую реакторную секцию или непосредственно перед точкой введения по меньшей мере в один второй питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы газа в первую подсекцию второй реакторной секции, соответственно, предпочтительно имеет концентрацию нелетучего углерода, предпочтительно газовой сажи, в диапазоне от 1 г/м до 100 г/м, и причем предпочтительно отношение величины расхода газового потока, содержащего нелетучий углерод, предпочтительно газовую сажу, непосредственно перед точкой введения во вторую реакторную секцию или непосредственно перед точкой введения по меньшей мере в один второй питающий трубопровод, соответственно, к сумме расхода потока содержащего С-С-алканы плазменного газа и расхода потока содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода в терминах м/час, составляет величину в диапазоне от 0,01% до 10%, предпочтительно от 0,1% до 5%; и/или
1
4
плазмообразующий плазменный газ в положении, в котором содержащий С-С-алканы газ вводят в плазмообразующий плазменный газ по меньшей мере через один второй питающий трубопровод, включает по меньшей мере 2 об. %, предпочтительно по меньшей мере 4 об. %, еще более предпочтительно по меньшей мере 6 об. %, наиболее предпочтительно более 8 об. % ацетилена; и/или
1
4
-1
-1
-1
электрическая дуга, генерированная анодом и катодом, вращается вокруг оси, протяженной от катода до анода, предпочтительно вращение электрической дуги создается устройством, выбранным из группы, состоящей из магнитного устройства или устройства для создания завихрения содержащего С-С-алканы плазменного газа по меньшей мере через один первый питающий трубопровод, перед его введением в плазменную секцию, причем предпочтительно электрическая дуга вращается вокруг оси, которая ориентирована по направлению течения основного потока, причем предпочтительно электрическая дуга вращается с частотой по меньшей мере 0,1 сек, более предпочтительно по меньшей мере 0,2 сек, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,5 сек.
15. Способ по любому из пп. 9-14, отличающийся тем, что
во второй реакторной секции создают дополнительные турбулентность и/или противоточное смешение смеси, в частности, дополнительную турбулентность в смеси по направлению течения основного потока ниже по потоку от по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, предпочтительно с использованием по меньшей мере одного устройства для создания турбулентности и/или противоточного смешения смеси, в частности, выбранного из группы, состоящей из пассивной решетки, статического смесителя, изгиба реактора, и их комбинации.
16. Способ по любому из пп. 9-15, отличающийся тем, что
анод и катод по меньшей мере первого реактора размещены концентрически, и катод имеет полый канал с главной осью, протяженной вдоль направления течения основного потока, причем полый канал имеет два противолежащих конца, причем конец, обращенный по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, закрыт, и причем конец, ориентированный по направлению течения основного потока, открыт, и находится выше по потоку и концентрически относительно открытого конца анода, ориентированного по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, причем анод и катод размещены так, что опорные точки электрической дуги контактируют с внутренней поверхностью полого канала анода и внутренней поверхностью полого канала катода, соответственно, причем предпочтительно анод и катод размещены так, что имеется зазор по направлению течения основного потока между концом катода, ориентированным по направлению течения основного потока, и концом анода, ориентированным по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, причем длина указанного зазора предпочтительно составляет по меньшей мере 0,3-кратную, более предпочтительно по меньшей мере 0,5-кратную величину среднего внутреннего диаметра полого канала анода в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода, причем предпочтительно по меньшей мере один первый питающий трубопровод размещен так, что введение плазменного газа в плазменную секцию реактора через по меньшей мере один первый питающий трубопровод происходит в указанный зазор между анодом и катодом; и/или
1
4
содержащий С-С-алканы газ плазменного газа и/или по меньшей мере одного второго питающего трубопровода представляет собой природный газ или газ, включающий метан.
1
4
17. Применение устройства в способе получения водорода и твёрдого углерода из содержащего С-С-алканы газа с помощью термической плазмы по любому из пп. 9-16, отличающийся тем, что устройство включает:
по меньшей мере один реактор для генерирования термической плазмы с помощью электрической дуги, причем реактор включает
i) плазменную секцию, включающую
анод и катод для генерирования электрической дуги, причем дуга является протяженной внутри плазменной секции, и
1
4
по меньшей мере один первый питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы плазменного газа в плазменную секцию реактора,
1
4
причем анод имеет полый канал вдоль направления течения основного потока плазменного газа, который имеет внутреннюю поверхность, выпускной канал по направлению течения основного потока плазменного газа, который образует открытый конец анода по направлению течения основного потока, и по меньшей мере один впускной канал для приема содержащего С-С-алканы плазменного газа, вводимого в плазменную секцию реактора по меньшей мере через один первый питающий трубопровод, причем впускной канал образует открытый конец анода, ориентированный по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, и причем анод конфигурирован так, что плазменный газ протекает по полому каналу через открытый конец анода, ориентированный по направлению, противоположному относительно направления течения основного потока, и открытый конец анода по направлению течения основного потока, причем плазменный газ контактирует с внутренней поверхностью полого канала анода при его проходе через анод, и
1
4
причем указанный анод и указанный катод размещены так, что генерированная ими дуга возникает в указанной плазменной секции с образованием плазмообразующего плазменного газа в указанной плазменной секции из содержащего С-С-алканы плазменного газа, вводимого в указанную плазменную секцию по меньшей мере через один первый питающий трубопровод, и причем опорные точки электрической дуги в контакте с анодом находятся на внутренней поверхности полого канала анода, и
ii) вторую реакторную секцию непосредственно ниже по потоку относительно плазменной секции реактора по направлению течения основного потока, причем вторая реакторная секция включает
первую подсекцию и вторую подсекцию, причем вторая подсекция находится непосредственно ниже по потоку относительно первой подсекции по направлению течения основного потока, и
выпускные устройства для выведения компонентов из реактора, причем выпускные устройства размещены на конце второй реакторной секции по направлению течения основного потока, причем
1
4
первая подсекция включает по меньшей мере один второй питающий трубопровод для введения содержащего С-С-алканы газа во вторую реакторную секцию, причем
1
4
1
4
по меньшей мере один второй питающий трубопровод размещен так, что содержащий С-С-алканы газ, который поступает в реактор через по меньшей мере один второй питающий трубопровод, вводится в плазмообразующий плазменный газ в положении ниже по потоку относительно опорных точек электрической дуги по направлению течения основного потока так, что в первой подсекции второй реакторной секции ниже по потоку относительно по меньшей мере одного второго питающего трубопровода образуется смесь из плазмообразующего плазменного газа, выходящего из плазменной секции, и содержащего С-С-алканы газа из по меньшей мере одного второго питающего трубопровода, и
причем положение по меньшей мере одного второго питающего трубопровода вдоль направления течения основного потока определяет начало второй реакторной секции и ее первой подсекции, и
3
3
3
причем объем плазменной секции, которая начинается в самом дальнем выше по потоку положении, в котором внутренняя поверхность полого канала анода обращена к электрической дуге, и достигает вниз конца плазменной секции реактора, имеет объем в диапазоне от 0,0001 м до 0,4 м, предпочтительно в диапазоне от 0,001 до 0,2 м, и определяет базовый объем, и
причем объем первой подсекции второй реакторной секции превышает базовый объем на величину в диапазоне от 10 до 200 раз, предпочтительно в диапазоне от 20 до 100 величин базового объема, и
причем объем всей второй реакторной секции составляет величину в диапазоне от 20 до 2000 величин базового объема, предпочтительно в диапазоне от 40 до 1000 величин базового объема, и
причем реактор в первой подсекции второй реакторной секции и/или в плазменной секции в диапазоне ниже по потоку по направлению течения основного потока относительно опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода вниз к концу плазменной секции включает по меньшей мере одно место поперечного сечения потока поперек направления течения основного потока, которое является большим по меньшей мере в 5 раз, предпочтительно по меньшей мере в 10 раз, по сравнению со средним поперечным сечением потока анода поперек направления течения основного потока в диапазоне опорных точек электрической дуги на внутренней поверхности полого канала анода.