[發(fā)明專利]一種等離子體對撞流反應(yīng)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210145830.4
• 申請日: 2012-05-12
• 公開（公告）號: CN102698677A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃崢嶸;熊新陽;劉軍;李永宏;李自兵;徐勇;幕龍;唐復(fù)興;周延紅;唐彬;陽小東;萬振國;池建忠
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司
• 主分類號: B01J19/08
• 分類號: B01J19/08;C07C1/00;C07C11/24
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種等離子體對撞流反應(yīng)方法。

技術(shù)背景

等離子體裂解煤制乙炔技術(shù)，是借助等離子體溫度高、反應(yīng)活性好的煤與乙炔接近的碳?xì)浔忍匦裕瑢⒚悍壑苯訃娙霚囟仍?500度到上萬度高溫等離子體中，煤粉發(fā)生極快的爆裂，釋放出煤中的揮發(fā)份，加上高溫等離子體也和固體碳作用一起生成大量的碳?xì)浣M分的裂解氣，很迅速達(dá)到化學(xué)平衡，形成以乙炔、氫氣為主的裂解氣，熱等離子體裂解煤制乙炔過程是在極端條件下操作的反應(yīng)過程，超高溫和毫秒級接觸時間，煤粉與高溫等離子體混合和傳熱是實(shí)現(xiàn)煤粉反應(yīng)的關(guān)鍵所在，這就對等離子體煤制乙炔的反應(yīng)裝置設(shè)計有一個非常高的要求，通常等離子體煤制乙炔反應(yīng)裝置是下行式，等離子炬在最頂端，等離子炬下面依次連接著混合器和反應(yīng)器，等離子炬產(chǎn)生等離子體射流向下噴射，煤粉以一定的速度由混合器與等離子體射流垂直方向射入，與等離子體混合和反應(yīng)，由于等離子體射流剛性強(qiáng)，速度高，能量集中，導(dǎo)致煤粉與之混合和反應(yīng)較為困難，直接影響反應(yīng)的效率；再者裝置規(guī)模擴(kuò)大后，上述現(xiàn)象尤為突出。對撞流概念自上個世紀(jì)70年代由Elperin提出以來,其基本思想是兩股或多股流體相向流動和對撞，從而產(chǎn)生一個湍動的區(qū)域，強(qiáng)化其過稱的傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象，采用對撞流概念在物料的干燥和混合等化工生產(chǎn)中取得了較好的效果。

等離子體裂解煤屬氣固相超短接觸的反應(yīng)，要得到高的發(fā)氣量，就必須在短時間內(nèi)將等離子體的大量的能量傳遞給煤；但阻礙煤粉氣化的原因有兩個：其一，等離子體射流和煤粉瞬間接觸后，煤粉顆粒表面形成氣膜和膠質(zhì)體（粘稠液體），氣膜和膠質(zhì)體阻止熱進(jìn)一步向煤粉中心傳遞，同時由于形成氣膜和膠質(zhì)體需要吸收大量周圍熱能，煤粉顆粒周圍環(huán)境溫度的快速下降，煤粉中心不能獲得快速升溫氣化所需要的能量而處在較低溫度，直到淬冷后出反應(yīng)器，結(jié)果是總是有大部分煤粉沒有氣化。其二，等離子體射流和煤粉瞬間接觸時，等離子體射流和煤粉顆粒相對速度最大，這時對流傳熱系數(shù)也最大。等離子體射流和煤粉瞬間接觸后，煤粉被等離子體射流很快加速，等離子體射流和煤粉顆粒速度相等，這時對流傳熱系數(shù)也最小。以上兩個原因造成等離子體裂解煤制乙炔發(fā)氣量和乙炔濃度難以提高，從而造成生產(chǎn)成本太高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決煤粉在高溫的等離子體射流中停留時間短，煤粉顆粒得不到充分加熱，氣化率低的問題，進(jìn)而提供一種將煤粉射流與等離子炬高溫射流預(yù)混并加熱加速后，與之相同的射流對撞，實(shí)現(xiàn)了煤粉顆粒經(jīng)過加速、減速和再加速三個過程，等離子體射流和煤粉顆粒維持較高的相對速度，同時煤粉在高溫區(qū)域停留時間延長，達(dá)到了強(qiáng)化煤粉與高溫等離子體射流混合和傳熱過程，增強(qiáng)煤粉氣化效果。

實(shí)現(xiàn)上述目的的解決方案是：

一種等離子體對撞流反應(yīng)方法，包含等離子炬、反應(yīng)器、混合器組成，兩組或兩組以上等離子炬和混合器同軸相向安裝在反應(yīng)器外壁周邊上；煤粉進(jìn)入混合器與等離子體射流混合，煤粉被等離子體射流加熱和加速，發(fā)生煤粉裂解反應(yīng)，含有初步裂解煤粉的高溫高速混合氣射流從混合器出口噴射入反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中含煤粉的混合氣射流與之相同的射流對撞，煤粉顆粒在對撞過程中速度快速下降，并在對撞過程中被加熱，在對撞中心區(qū)域煤粉顆粒又被對撞射流再次加速和加熱。

所述的一種等離子體對撞流反應(yīng)方法，包括由等離子炬、反應(yīng)器、混合器組成，兩組或兩組以上等離子炬同軸相向安裝在反應(yīng)器外壁周邊，反應(yīng)器頂端安裝等離子炬和混合器或進(jìn)粉管任一。?

所述的一種等離子體對撞流反應(yīng)方法，連接在反應(yīng)器外壁上等離子炬功率和混合器送粉量均相同，以保證在反應(yīng)器中心區(qū)域產(chǎn)生的對撞流湍動區(qū)穩(wěn)定。

所述的一種等離子體對撞流反應(yīng)方法，反應(yīng)器頂端可安裝至少一個等離子炬，根據(jù)反應(yīng)器裝置能量需求，增加反應(yīng)器功率。

所述的一種等離子體對撞流反應(yīng)方法，安裝反應(yīng)器頂端等離子炬功率與反應(yīng)器外壁周邊上的等離子炬功率大小為1KW-10MW；即等離子炬的功率根據(jù)反應(yīng)器需要補(bǔ)充熱量大小進(jìn)行配置。

所述的一種等離子體對撞流反應(yīng)方法，適用于等離子煤裂解工藝，也可用于金屬冶煉、物料改性、等離子噴涂等。

本發(fā)明所述的一種等離子體對撞流反應(yīng)方法，煤粉從進(jìn)料管送入混合器中的等離子體射流中，經(jīng)加熱、加速后，噴射入反應(yīng)器中心與相向的流體對撞，在反應(yīng)器中心區(qū)域形成對撞流湍動區(qū)，能使煤粉充分混合并加熱。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是：

其一，利用對撞流強(qiáng)化了煤粉與高溫流體混合和傳熱，大幅提高了煤粉的反應(yīng)效率。