[發明專利]一種熱等離子體煤裂解-氣化耦聯工藝及反應裝置

有效

• 申請號: 200910083705.3
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101550056A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 程易;吳昌寧;金涌;顏彬航;雙玥;章莉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C07C11/24
• 分類號: C07C11/24;C10J3/48;C10J3/46
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于煤化工技術領域，特別涉及一種熱等離子體煤裂解-氣化耦聯工 藝及反應裝置。

背景技術

乙炔是重要的基礎有機化工原料。生產乙炔的工業方法主要有電石法、甲烷 部分氧化法和甲烷電弧裂解法，其中電石法乙炔工藝成熟，工業生產中占絕對比 例，但是污染和能耗均相對較高。

等離子體裂解煤制乙炔是一條新的、有前景的煤直接化工轉化途徑，相關研 究始于20世紀60年代的英國Sheffield大學：在高溫、高焓、高反應活性的電弧 熱等離子體射流中，煤的揮發分甚至固定碳可直接轉化為乙炔。此后，大量的研 究集中在英國、美國、德國、印度、前蘇聯等國家。我國學者及工程技術人員從 90年代開始，在這一領域進行了大量的基礎研究和工程研究。由于我國油氣資源 相對匱乏，而煤資源豐富，因此等離子體裂解煤制乙炔過程作為一種清潔且流程 短的煤轉化過程，在煤的化工利用方面具有重要的潛在工業前景。

美國AVCO公司在1980年完成了1MW級工業裝置的試驗，等離子體發生 器輸入功率為807kW，使用水做急冷介質，氣體分離前單位生產能耗為10.5 kWh/kg乙炔。德國Huels公司與Bergbau?Forschung?GmbH公司(德國采礦研究 公司，現名DMT)在80年代合作，建成并試驗了1.25MW的中試裝置，所取得 的單位生產能耗為14～16kWh/kg乙炔。

我國新疆天業集團在2006～2009年間建立了2MW和5MW的等離子體裂 解煤制乙炔裝置平臺，開展了試驗研究工作。

國內外不同研究機構所采用的試驗裝置在系統構成方面存在共性，裝置主要 包括3個共同的部分，即等離子體發生裝置、反應器(包括混合和反應段)、急 冷和分離裝置。現有的國內外各研究機構開發的等離子體煤裂解過程在能量利用 效率方面仍存在顯著的共同局限，具體體現為：在煤粉與熱等離子體發生毫秒級 接觸和裂解反應之后，通過噴射液態水、冷煤粉或低碳烷烴(如丙烷)等物質以 達到反應產物的急冷效果，保證乙炔產品的收率；急冷前反應產物的溫度通常在 1400～2000K的范圍之內，急冷后反應產物的溫度降至800K以下，反應產物特 別是反應后煤粉所攜帶的高位能量以急冷的方式被消耗掉，其量值為輸入總電功 率的30～60％，直接制約了該過程所能取得的經濟效益。

本發明的目標在于改進現有等離子體煤裂解裝置，綜合利用該過程反應產物 的高位能量，提高煤的總體轉化率和過程的綜合價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種熱等離子體煤裂解-氣化耦聯工藝及反應裝置。

一種熱等離子體煤裂解-氣化耦聯反應裝置，其特征在于，煤裂解反應腔4 上端設置等離子體發生器2和煤粉進料裝置3，煤裂解反應腔4下設置煤氣化反 應器1，煤裂解反應腔4下端設置煤裂解反應腔出口5，煤裂解反應腔出口5為 縮頸，在煤裂解反應腔出口5縮徑外壁周邊處安置急冷水噴嘴10；煤裂解反應腔 出口5下端設置氣固快速分離器6，煤裂解反應腔出口5與氣固快速分離器6上 端形成夾套結構8，夾套結構8的夾縫為環隙狀，夾套結構8處于急冷水噴嘴10 之下，在氣固快速分離器6四周設置急冷水收集槽12，急冷水收集槽12將煤氣 化反應器1分為兩部分，急冷水收集槽12上部為氣冷腔9，急冷水收集槽12下 部為煤氣化反應腔16，氣固快速分離器6下端為氣固快速分離器煤粉出口7，沿 氣固快速分離器煤粉出口7的外壁周邊方向安置煤氣化噴嘴17，沿氣冷腔9外壁 周邊安置裂解氣產品出口11，沿煤氣化反應腔16外壁周邊安置煤氣化產品出口 18；煤氣化反應器1底部設置煤氣化反應器底部液封19，煤氣化反應器底部液封 19下部為煤渣口20，煤渣口20經灰渣沉降器21與水凈化器22相連，煤氣化反 應器1在煤氣化反應器底部液封19上清液區域設置排液口23，排液口23與水凈 化器22相連；急冷水收集槽12與汽水分離器13連接，汽水分離器13一端經循 環蒸汽管14與煤氣化噴嘴17連接，另一端經分離器出口15與水凈化器22相連， 水凈化器22經循環水泵24與急冷水噴嘴10相連。

所述急冷水噴嘴10為6～120個。

所述氣固快速分離煤粉出口7為柱型或錐形。

所述煤氣化噴嘴17為6～60個。

所述裂解氣產品出口11為2～12個。

所述煤氣化產品出口18為2～12個。