本發(fā)明碳氫化合物催化裂解領(lǐng)域，涉及一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)及其處理方法和用途，尤其涉及一種利用切換反應(yīng)原理，規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)納米碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)及其處理方法和用途。

背景技術(shù)：

碳纖維具有低密度、高比模量、高比強度和高導(dǎo)電性能，可以作為催化劑載體、鋰離子電池陽極、電容器電極、高效吸附劑和結(jié)構(gòu)增強材料等，是近年來材料研究的熱點。生產(chǎn)碳纖維的工業(yè)化方法為氣相催化熱解含碳化合物的方法，也就是被廣泛應(yīng)用的化學(xué)氣相沉積方法，該方法使用鐵、鈷、鎳或其混合物為催化劑，在氫氣氣氛下催化裂解碳氫化合物或一氧化碳，并使碳沉積于催化劑顆粒表面得到納米碳纖維。

目前，國內(nèi)外關(guān)于碳纖維的制備與應(yīng)用研究較多，如cn1389606a、cn1517458a、cn1793451和cn1886537a都報道了如何制備相關(guān)形貌與結(jié)構(gòu)的碳纖維產(chǎn)品。在規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品方面，cn101027434a和cn102086537a均是基于催化劑與碳源前體(碳氫化合物)混合在高溫區(qū)進行催化分解反應(yīng)，最后通過分離，得到相應(yīng)的產(chǎn)品。但這些工藝均為間歇積碳反應(yīng)，無法連續(xù)生產(chǎn)，也難以實現(xiàn)高的碳氫化合物分解率及碳纖維產(chǎn)率，而且產(chǎn)物的收集與分離也比較困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有碳氫化合物催化裂解制備碳纖維產(chǎn)品存在的無法連續(xù)生產(chǎn)，且難以實現(xiàn)高的碳氫化合物分解率及碳纖維產(chǎn)率，以及產(chǎn)物的收集與分離困難等問題，本發(fā)明提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)及其處理方法和用途。本發(fā)明所述系統(tǒng)與方法通過切換的反應(yīng)器的方式實現(xiàn)間歇催化積碳連續(xù)化反應(yīng)，適用于多種碳原料，工藝簡單，與其他的氣體分離過程耦合形成能源綜合利用的最優(yōu)化工藝。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括至少3個串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器，每個二維固定床反應(yīng)器的物料入口設(shè)有入口三通轉(zhuǎn)向閥，每個二維固定床反應(yīng)器的物料出口設(shè)有出口三通轉(zhuǎn)向閥和截止閥，反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)物料入口管路通過入口三通轉(zhuǎn)向閥與二維固定床反應(yīng)器的入口相連，反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)物料出口管路通過出口三通轉(zhuǎn)向閥與二維固定床反應(yīng)器的出口相連，所述二維固定床反應(yīng)器中至少有一個二維固定床反應(yīng)器為備用反應(yīng)器。

其中，二維固定床反應(yīng)器的個數(shù)可為3個、4個、5個、6個、7個、8個或9個以及更多，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

本發(fā)明中，二維固定床反應(yīng)器的數(shù)量根據(jù)實際生產(chǎn)需要進行設(shè)計；但整個系統(tǒng)中需要保證至少有一個二維固定床反應(yīng)器作為備用反應(yīng)器；該所述備用反應(yīng)器用于進行產(chǎn)物的收集和新催化劑的更換，即在其他二維固定床反應(yīng)器進行反應(yīng)的時候，其處于備用狀態(tài)，當進行反應(yīng)中的二維固定床反應(yīng)器失活后，備用反應(yīng)器用于替換該失活的二維固定床反應(yīng)器，以保證反應(yīng)的連續(xù)進行。

在反應(yīng)運行過程中，除備用反應(yīng)器外的各個二維固定床反應(yīng)器串聯(lián)使用，使碳氫化合物在反應(yīng)溫度下達到熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率。

本發(fā)明中，所述反應(yīng)中的二維固定床反應(yīng)器與備用反應(yīng)器之間的切換通過三通閥的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。

以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，但不作為本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過以下技術(shù)方案，可以更好的達到和實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的和有益效果。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述二維固定床反應(yīng)器為外熱式二維固定床反應(yīng)器。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述二維固定床反應(yīng)器為長方體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)有至少2層催化劑床層，每層催化劑床層上放置催化劑樣品槽。其中，所述催化劑床層的層數(shù)可為2層、3層、4層、5層、6層、7層、8層、9層或10層以及更多，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

本發(fā)明中，所述二維固定床反應(yīng)器為長方體結(jié)構(gòu)，其長度記為a，寬度記為b，厚度記為d。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述二維固定床反應(yīng)器的寬度b和厚度d的比值為(10～20):1，例如10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1或20:1等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為(12～16):1。

本發(fā)明中，所述二維固定床反應(yīng)器的寬度與厚度需控制在一定范圍內(nèi)，若寬度b和厚度d的比值過大，即反應(yīng)器過寬，會導(dǎo)致反應(yīng)器加工難度增加，且內(nèi)部氣體分布均勻性降低；若寬度b和厚度d的比值過小，即反應(yīng)器過厚，會使反應(yīng)傳熱受到抑制，難以保證反應(yīng)器內(nèi)部溫度均勻性，進而最終影響碳氫化合物分解率。

優(yōu)選地，所述二維固定床反應(yīng)器的長度a和寬度b的比值為(1～10):1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為(1～5):1。

本發(fā)明中，所述二維固定床反應(yīng)器的長度和寬度需控制在一定范圍內(nèi)，若長度a和寬度b的比值過大，即反應(yīng)器過長，會使氣體置換時間過程，產(chǎn)品拆卸困難；若長度a和寬度b的比值過小，即反應(yīng)器過短，會使氣體停留時間段，難以達到充分反應(yīng)效果，氣體產(chǎn)物中氫含量偏低。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述每層催化劑床層上的催化劑樣品槽間隔設(shè)置。

本發(fā)明所述二維固定床反應(yīng)器在反應(yīng)過程中，反應(yīng)氣體從反應(yīng)器頂部通入反應(yīng)器，自上而下與各層設(shè)置的催化劑接觸，使催化劑依次經(jīng)歷還原和積碳反應(yīng)至催化劑完全失去活性。

優(yōu)選地，所述每層催化劑床層上催化劑樣品槽的個數(shù)為2個～5個，例如2個、3個、4個或5個等，優(yōu)選為2個～3個。

優(yōu)選地，所述催化劑樣品槽的長度m和寬度n的比值為(5～20):1，例如5:1、7:1、9:1、10:1、13:1、15:1、17:1、19:1或20:1等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

本發(fā)明中，所述催化劑樣品槽的設(shè)置為：催化劑樣品槽的長度與二維固定床反應(yīng)器長度平行方向設(shè)置。

優(yōu)選地，所述催化劑樣品槽中鋪設(shè)積碳催化劑。

優(yōu)選地，所述積碳催化劑的鋪設(shè)厚度為1mm～10mm，例如1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

本發(fā)明中，所述積碳催化劑鋪設(shè)厚度不應(yīng)過厚，過厚會使單位質(zhì)量催化劑所生成的碳纖維質(zhì)量減少，降低產(chǎn)率，同時還應(yīng)保證反應(yīng)所需要的用量，故也不可過薄。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述二維固定床反應(yīng)器相對的兩面上設(shè)有伴生氣燃燒供熱單元。

所述伴生氣燃燒供熱單元燃燒部分原料氣使反應(yīng)器內(nèi)溫度達到并維持相應(yīng)催化劑的活性溫度，實現(xiàn)強吸熱失活反應(yīng)的連續(xù)化過程。

優(yōu)選地，所述相對的兩面為二維固定床反應(yīng)器的長度a和寬度b組成的兩個平面。

第二方面，本發(fā)明提供了上述反應(yīng)系統(tǒng)的處理方法，所述處理方法為：

(a)以碳氫化合物作為原料氣，原料氣通入除備用反應(yīng)器外的依次串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器中與催化劑接觸進行碳氫化合物裂解反應(yīng)；

(b)當所述串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器中的其中一個二維固定床反應(yīng)器中的催化劑完全失去活性后進行切換，用備用反應(yīng)器替換所述催化劑完全失去活性的二維固定床反應(yīng)器，繼續(xù)進行碳氫化合物裂解反應(yīng)；

(c)收集所述催化劑完全失去活性的二維固定床反應(yīng)器中反應(yīng)得到的碳纖維產(chǎn)物，填裝新的催化劑后作為反應(yīng)系統(tǒng)的備用反應(yīng)器繼續(xù)使用；

重復(fù)上述步驟(a)～步驟(c)，連續(xù)生產(chǎn)碳纖維產(chǎn)物。

本發(fā)明中，所述串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器連續(xù)進行反應(yīng)，可以將間歇失活積碳反應(yīng)實現(xiàn)連續(xù)化，而且還可以實現(xiàn)催化劑完全有效參與反應(yīng)，直至反應(yīng)失活，積碳量最大化，最大限度的提高催化劑的利用率。

本發(fā)明制得的碳纖維產(chǎn)物可以用于催化劑載體、高分子填充劑、靜電屏蔽材料或廢水吸附材料等領(lǐng)域。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(a)中所述原料氣在反應(yīng)器內(nèi)的流速為1cm/min～10cm/min，例如1cm/min、2cm/min、3cm/min、4cm/min、5cm/min、6cm/min、7cm/min、8cm/min、9cm/min或10cm/min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

優(yōu)選地，所述二維固定床反應(yīng)器中的催化劑為鐵系、鈷系或鎳系中任意一種碳氫化合物裂解粉末催化劑。

優(yōu)選地，所述二維固定床反應(yīng)器中的催化劑為納米fe2o3催化劑、氧化鈷催化劑或氧化鎳催化劑中任意一種或至少兩種的組合。本發(fā)明中，所述催化劑并不僅限于上述列舉的催化劑，其可根據(jù)實際生產(chǎn)需要進行選擇。

優(yōu)選地，所述二維固定床反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為500℃～1000℃，例如500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

優(yōu)選地，所述單個二維固定床反應(yīng)器的反應(yīng)時間為3h～24h，例如4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

第三方面，本發(fā)明提供了上述反應(yīng)系統(tǒng)的用途，所述反應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用于含碳氫化合物的廢棄氣體催化裂解制備碳纖維過程。同時，也適用于石油煉制過程和煤化工過程中的干氣、熱解氣以及氣化氣的高溫裂解制碳纖維過程。

優(yōu)選地，所述含碳氫化合物的廢棄氣體為石油伴生氣、煤層瓦斯氣、生物發(fā)酵沼氣或瓦斯氣中任意一種或至少兩種的組合。本發(fā)明所述含碳氫化合物的廢棄氣體并不僅限于上述氣體，同樣適用可其他碳源其他制備碳纖維的反應(yīng)過程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過對二維固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進行改造，采用外熱式二維固定床反應(yīng)器進行反應(yīng)，在反應(yīng)過程中進行反應(yīng)器的切換實現(xiàn)間歇催化積碳連續(xù)化反應(yīng)，最終提高了碳氫化合物分解率及碳纖維產(chǎn)率，使碳氫化合物分解率可達50％～80％，碳纖維產(chǎn)率可達30％～70％，同時解決了產(chǎn)物的收集與分離困難的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例1中所述碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例1中所述用備用反應(yīng)器替換失去活性的二維固定床反應(yīng)器的示意圖，

圖4是本發(fā)明實施例1中所述二維固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-二維固定床反應(yīng)器，2-入口三通轉(zhuǎn)向閥，3-出口三通轉(zhuǎn)向閥，4-截止閥，5-催化劑樣品槽，6-伴生氣燃燒供熱單元。

具體實施方式

為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對本發(fā)明進一步詳細說明。但下述的實施例僅僅是本發(fā)明的簡易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，本發(fā)明保護范圍以權(quán)利要求書為準。

如圖1所示，本發(fā)明具體實施例部分提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括至少3個串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器1，每個二維固定床反應(yīng)器的物料入口設(shè)有入口三通轉(zhuǎn)向閥2，每個二維固定床反應(yīng)器1的物料出口設(shè)有出口三通轉(zhuǎn)向閥3和截止閥4，反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)物料入口管路通過入口三通轉(zhuǎn)向閥2與二維固定床反應(yīng)器1的入口相連，反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)物料出口管路通過出口三通轉(zhuǎn)向閥3與二維固定床反應(yīng)器1的出口相連，所述二維固定床反應(yīng)器1中至少有一個二維固定床反應(yīng)器1為備用反應(yīng)器1-1。

所述系統(tǒng)的處理方法為：

(a)以碳氫化合物作為原料氣，原料氣通入除備用反應(yīng)器1-1外的依次串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器1中與催化劑接觸進行碳氫化合物裂解反應(yīng)；

(b)當所述串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器1中的其中一個二維固定床反應(yīng)器1中的催化劑完全失去活性后進行切換，用備用反應(yīng)器1-1替換所述催化劑完全失去活性的二維固定床反應(yīng)器1，繼續(xù)進行碳氫化合物裂解反應(yīng)；

(c)收集所述催化劑完全失去活性的二維固定床反應(yīng)器1中反應(yīng)得到的碳纖維產(chǎn)物，填裝新的催化劑后作為反應(yīng)系統(tǒng)的備用反應(yīng)器繼續(xù)使用；

重復(fù)上述步驟(a)～步驟(c)，連續(xù)生產(chǎn)碳纖維產(chǎn)物。

以下為本發(fā)明典型但非限制性實施例：

實施例1：

如圖2所示，本實施例提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括3個串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器1，其中一個二維固定床反應(yīng)器1為備用反應(yīng)器1-1，每個二維固定床反應(yīng)器1的物料入口設(shè)有入口三通轉(zhuǎn)向閥2，每個二維固定床反應(yīng)器1的物料出口設(shè)有出口三通轉(zhuǎn)向閥3和截止閥4，應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)物料入口管路通過入口三通轉(zhuǎn)向閥2與二維固定床反應(yīng)器1的入口相連，反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)物料出口管路通過出口三通轉(zhuǎn)向閥3與個二維固定床反應(yīng)器1的出口相連。

其中，所述二維固定床反應(yīng)器1為外熱式二維固定床反應(yīng)器。

如圖4所示，所述二維固定床反應(yīng)器1為長方體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)有7層催化劑床層，每層催化劑床層上放置催化劑樣品槽5；所述二維固定床反應(yīng)器1的寬度b和厚度d的比值為15:1，所述二維固定床反應(yīng)器1的長度a和寬度b的比值為3:1；每層催化劑床層上的催化劑樣品槽5間隔設(shè)置，每層催化劑床層上催化劑樣品槽5的個數(shù)為2個～3個，催化劑樣品槽5的長度m和寬度n的比值為10:1，催化劑樣品槽5中鋪設(shè)積碳催化劑，積碳催化劑的鋪設(shè)厚度為5mm，二維固定床反應(yīng)器1長度a和寬度b組成的兩個平面上設(shè)有伴生氣燃燒供熱單元6。

實施例2：

本實施例提供了實施例1中所述碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)的處理方法，具體如下：

本實施例以油井伴生氣通過變壓吸附與深度脫硫后，得到相應(yīng)的碳氫化合物作為積碳原料氣，其中甲烷含量為93wt％，乙烷含量為5wt％，co2為2wt％，還原硫含量在1ppm以下。以納米α-fe2o3作催化劑。

將原料氣以5cm/min的流速通入除備用反應(yīng)器1-1外的2個串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器1中，與催化劑接觸進行碳氫化合物裂解反應(yīng)，控制二維固定床反應(yīng)器1的溫度在730℃，單個二維固定床反應(yīng)器1中的反應(yīng)時間為30h，反應(yīng)結(jié)束后，當其中一個二維固定床反應(yīng)器1中催化劑完全失活后，用備用反應(yīng)器1-1替換該催化劑完全失去活性的二維固定床反應(yīng)器1，繼續(xù)進行碳氫化合物裂解反應(yīng)。

收集所述催化劑完全失去活性的二維固定床反應(yīng)器1中反應(yīng)得到的碳纖維產(chǎn)物，催化劑積碳量為原始催化劑總重量的20倍，填裝新的催化劑后作為反應(yīng)系統(tǒng)的備用反應(yīng)器1-1繼續(xù)使用，如圖3所示；

重復(fù)上述過程，連續(xù)生產(chǎn)碳纖維產(chǎn)物。

本實施例中碳氫化合物分解率為70％，碳纖維選擇性為100％，出口氫氣濃度穩(wěn)定在70％。

實施例3：

本實施例提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括5個串聯(lián)的二維固定床反應(yīng)器1，其中一個二維固定床反應(yīng)器1為備用反應(yīng)器1-1，每個二維固定床反應(yīng)器1的物料入口設(shè)有入口三通轉(zhuǎn)向閥2，每個二維固定床反應(yīng)器1的物料出口設(shè)有出口三通轉(zhuǎn)向閥3和截止閥4，應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)物料入口管路通過入口三通轉(zhuǎn)向閥2與二維固定床反應(yīng)器1的入口相連，反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)物料出口管路通過出口三通轉(zhuǎn)向閥3與二維固定床反應(yīng)器1的出口相連。

所述二維固定床反應(yīng)器1除了內(nèi)部設(shè)有8層催化劑床層，寬度b和厚度d的比值為12:1，所述二維固定床反應(yīng)器1的長度a和寬度b的比值為5:1，每層催化劑床層上催化劑樣品槽5的個數(shù)為3個～5個，催化劑樣品槽5的長度m和寬度n的比值為20:1，催化劑樣品槽5中鋪設(shè)積碳催化劑，積碳催化劑的鋪設(shè)厚度為10mm外，其他結(jié)構(gòu)均與實施例1中相同。

實施例4：

本實施例提供了實施例3中所述碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)的處理方法，所述處理方法與實施例2中相同。

本實施例中碳氫化合物分解率為65％，碳纖維選擇性為100％，長時間穩(wěn)定操作出口氫氣濃度在68％。

實施例5：

本實施例提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)及其處理方法，所述系統(tǒng)除了二維固定床反應(yīng)器1寬度b和厚度d的比值為16:1，所述二維固定床反應(yīng)器1的長度a和寬度b的比值為10:1，催化劑樣品槽5的長度m和寬度n的比值為5:1，催化劑樣品槽5中鋪設(shè)積碳催化劑，積碳催化劑的鋪設(shè)厚度為1mm外，其他結(jié)構(gòu)均與實施例1中相同。

其處理方法除了原料氣的流速為10cm/min，控制二維固定床反應(yīng)器1的溫度在550℃外，其他過程均與與實施例2中相同。

本實施例中碳氫化合物分解率為55％，碳纖維選擇性為100％，長時間穩(wěn)定操作出口氫氣濃度在66％。

實施例6：

本實施例提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)及其處理方法，所述系統(tǒng)除了二維固定床反應(yīng)器1寬度b和厚度d的比值為20:1，所述二維固定床反應(yīng)器1的長度a和寬度b的比值為2:1，催化劑樣品槽5中鋪設(shè)積碳催化劑，積碳催化劑的鋪設(shè)厚度為2mm外，其他結(jié)構(gòu)均與實施例1中相同。

其處理方法除了原料氣的流速為2cm/min，控制二維固定床反應(yīng)器1的溫度在950℃外，其他過程均與與實施例2中相同。

本實施例中碳氫化合物分解率為60％，碳纖維選擇性為100％，長時間穩(wěn)定操作出口氫氣濃度在67％。

對比例1：

本對比例提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)除了包括3個二維固定床反應(yīng)器1，所述3個二維固定床反應(yīng)器1并聯(lián)設(shè)置，同時參與反應(yīng)，無備用反應(yīng)器外，其他結(jié)構(gòu)均與實施例1中相同。

所述系統(tǒng)的處理方法為：

以實施例2中的原料和催化劑進行反應(yīng)，3個二維固定床反應(yīng)器1同時進行反應(yīng)，反應(yīng)條件與實施例2中相同，制備碳纖維。

本對比例中碳氫化合物分解率為從70％降低至10％，碳纖維選擇性為100％，出口氫氣濃度從70％降低至20％，為不穩(wěn)定操作過程。

對比例2：

本對比例提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)，所述反應(yīng)系統(tǒng)中除了二維固定床反應(yīng)器1采用傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器(即不同于本發(fā)明中所述的二維固定床反應(yīng)器)外，其他結(jié)構(gòu)均與是實施例1中相同。

所述系統(tǒng)的處理方法與實施例2中相同。

本對比例中碳氫化合物分解率為30％，碳纖維選擇性為100％，氫氣濃度低于30％，反應(yīng)器中心與邊緣溫度相差100℃。

對比例3：

本對比例提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)及其處理方法，所述系統(tǒng)中除了二維固定床反應(yīng)器1寬度b和厚度d的比值為5:1，即反應(yīng)器過厚外，其他結(jié)構(gòu)均與實施例1中相同。

所述系統(tǒng)的處理方法與實施例2中相同。

本對比例中碳氫化合物分解率為58％，碳纖維選擇性為100％，氫氣濃度為55％。

對比例4：

本對比例提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)及其處理方法，所述系統(tǒng)中除了二維固定床反應(yīng)器1寬度b和厚度d的比值為25:1，即反應(yīng)器過寬外，其他結(jié)構(gòu)均與實施例1中相同。

所述系統(tǒng)的處理方法與實施例2中相同。

本對比例中碳氫化合物分解率為62％，碳纖維選擇性為100％，氫氣濃度為65％。

對比例5：

本對比例提供了一種碳氫化合物裂解制備碳纖維的反應(yīng)系統(tǒng)及其處理方法，所述系統(tǒng)中除了催化劑樣品槽5中鋪設(shè)積碳催化劑的厚度為15mm，即催化劑鋪設(shè)過厚外，其他結(jié)構(gòu)均與實施例1中相同。

所述系統(tǒng)的處理方法與實施例2中相同。

本對比例中碳氫化合物分解率為62％，碳纖維選擇性為100％，氫氣濃度為60％。

綜合上述實施例和對比例的結(jié)果可以看出，本發(fā)明通過對二維固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進行改造，采用外熱式二維固定床反應(yīng)器進行反應(yīng)，在反應(yīng)過程中進行反應(yīng)器的切換實現(xiàn)間歇催化積碳連續(xù)化反應(yīng)，最終提高了碳氫化合物分解率及碳纖維產(chǎn)率的穩(wěn)定性，使碳氫化合物分解率長期穩(wěn)定在70％，出口氫氣濃度高于50％，同時解決了產(chǎn)物的收集與分離困難，有利于尾氣中氫的利用。

申請人聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細工藝設(shè)備和工藝流程才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。