專利名稱：一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
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(wàn)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(jí)接觸時(shí)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(duì)等離子體煤制乙炔的反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)有一個(gè)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(duì)撞流概念自上個(gè)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(dòng)和對(duì)撞，從而產(chǎn)生一個(gè)湍動(dòng)的區(qū)域，強(qiáng)化其過稱的傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象，采用對(duì)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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)，等離子體射流和煤粉顆粒相對(duì)速度最大，這時(shí)對(duì)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(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)也最小。以上兩個(gè)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聞，從而造成生廣成本太聞。

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(shí)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(duì)撞，實(shí)現(xiàn)了煤粉顆粒經(jīng)過加速、減速和再加速三個(gè)過程，等離子體射流和煤粉顆粒維持較高的相對(duì)速度，同時(shí)煤粉在高溫區(qū)域停留時(shí)間延長(zhǎng)，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(duì)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(duì)撞，煤粉顆粒在對(duì)撞過程中速度快速下降，并在對(duì)撞過程中被加熱，在對(duì)撞中心區(qū)域煤粉顆粒又被對(duì)撞射流再次加速和加熱。所述的一種等離子體對(duì)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(duì)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(duì)撞流湍動(dòng)區(qū)穩(wěn)定。所述的一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)方法，反應(yīng)器頂端可安裝至少一個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)撞，在反應(yīng)器中心區(qū)域形成對(duì)撞流湍動(dòng)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(duì)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。其二，采用兩組或多組相向?qū)ψ玻苊饬嗣悍叟c壁面的撞擊而損失能量，避免高溫流體對(duì)壁面燒蝕，有利于能量利用和設(shè)備壽命延長(zhǎng)。其三，采用對(duì)撞流的反應(yīng)裝置，可以避免由于規(guī)模擴(kuò)大而產(chǎn)生的放大效應(yīng)，且結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單可靠。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I的俯視圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的示意圖。附圖標(biāo)號(hào)說明1-等離子炬2-反應(yīng)器3-進(jìn)料管4-混合器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
參見附圖I和附圖2，一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)方法，包括反應(yīng)器2外壁周邊安裝IMW的等離子炬I、混合器4，在反應(yīng)器2的頂端安裝IMW等離子炬。反應(yīng)器2頂端的等離子炬I用于加溫反應(yīng)裝置，煤粉由進(jìn)料管3進(jìn)入混合器4噴入等離子炬產(chǎn)生的高溫射流，由這樣的四股夾帶煤粉顆粒的等離子高溫射流相互對(duì)撞來強(qiáng)化煤粉與高溫等離子體混合和傳熱。、
實(shí)施例2
參見附圖3本裝置的實(shí)施例2與實(shí)施例I不同之處在于，反應(yīng)器2的頂端未安裝等離子炬，即反應(yīng)器2頂端不產(chǎn)生等離子體射流，周邊外壁安裝的等離子炬I功率均為1KW。實(shí)施例3
實(shí)施例3與實(shí)施例1、2的不同之處在于在反應(yīng)器2的同一平面的圓周上同軸的均布6臺(tái)等離子炬I、混合器4，等離子炬I功率為10MW。實(shí)施例4 實(shí)施例4與實(shí)施例1、2、3的不同之處在于，反應(yīng)器2的圓周上同軸均布兩層等離子炬
I、混合器3，上層和下層的等離子炬數(shù)量是4臺(tái)和6臺(tái)，上層等離子炬功率均為1MW，下層等離子炬功率均為10MW。實(shí)施例5
實(shí)施例5與實(shí)施例1、2、3、4的不同之處在于，反應(yīng)器2的圓周上同軸的均布一層IMW的等離子炬I，而不設(shè)置混合器4，反應(yīng)器的頂端連接進(jìn)料管3.即在反應(yīng)器中心產(chǎn)生的等離子射流與從反應(yīng)器上部進(jìn)來的煤粉對(duì)撞形成湍流。實(shí)施例6
實(shí)施例6與實(shí)施例1-5的不同之處在于，反應(yīng)器2的圓周上同軸的均布一層IMW的等離子炬1，而不設(shè)置混合器4，反應(yīng)器2的頂端連接5MW等離子炬I和混合器4，即在反應(yīng)器中心產(chǎn)生的等離子射流與從反應(yīng)器頂端進(jìn)來的煤粉與等離子混合射流對(duì)撞形成湍流。
權(quán)利要求
1.一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)裝置及方法，其特征在于包含等離子炬、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；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(duì)撞，煤粉顆粒在對(duì)撞過程中速度快速下降，并在對(duì)撞過程中被加熱，在對(duì)撞中心區(qū)域煤粉顆粒又被對(duì)撞射流再次加速和加熱。
2.一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)裝置及方法，其特征在于包括由等離子炬、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)器頂端連接等離子炬和混合器或進(jìn)粉管任一。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)裝置及方法，其特征在于連接在反應(yīng)器外壁上等離子炬功率和混合器送粉量均相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)裝置及方法，其特征在于安裝在反應(yīng)器外壁周邊的等離子炬功率均相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)裝置及方法，其特征在于反應(yīng)器頂端可安裝至少一個(gè)等離子炬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)裝置及方法，其特征在于安裝反應(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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種等離子體對(duì)撞流反應(yīng)方法，尤其涉及一種利用等離子體高溫射流對(duì)煤粉進(jìn)行加溫加速后對(duì)撞，增強(qiáng)其混合和傳熱的反應(yīng)方法；本方法采用由兩組或兩組以上等離子體炬和混合器，同軸相向安裝在反應(yīng)器外壁周邊；工作時(shí)，煤粉從進(jìn)料管進(jìn)入混合器送入離子體產(chǎn)生的等離子高溫射流中，經(jīng)加熱和加速后在反應(yīng)器中心區(qū)域與之相同的等離子射流對(duì)撞，形成對(duì)撞流湍動(dòng)區(qū)，強(qiáng)化煤粉和高溫射流混合和傳熱。
文檔編號(hào)C07C11/24GK102698677SQ201210145830
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月12日
發(fā)明者萬(wàn)振國(guó), 劉軍, 周延紅, 唐復(fù)興, 唐彬, 幕龍, 徐勇, 李永宏, 李自兵, 池建忠, 熊新陽(yáng), 陽(yáng)小東, 黃崢嶸 申請(qǐng)人:新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司