一種非熱電弧等離子體熱解煤制合成氣裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非熱電弧等離子體熱解煤制合成氣裝置，包括非熱電弧等離子體反應(yīng)器及給等離子體反應(yīng)器供電的高壓電源；非熱電弧等離子體反應(yīng)器主要包括石英容器、上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭、尖端石墨電極、平底石墨電極、陶瓷坩堝；將煤破碎后裝入等離子體反應(yīng)器中，通入載氣，啟動高壓電源，等離子體反應(yīng)器開始工作；高電壓將電極之間的載氣擊穿電離，形成非熱電弧等離子體，處于等離子體區(qū)域中的煤，在高能電子、自由基活性物質(zhì)以及電場的作用下，會發(fā)生熱解反應(yīng)，生成固體碳渣和富氫合成氣。本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際要求完成煤制合成氣過程，具有原料適應(yīng)性廣，投資費(fèi)用低的特點(diǎn)，可用于化工合成氣，民用、工業(yè)爐窯、發(fā)電燃料氣生產(chǎn)。
【專利說明】一種非熱電弧等離子體熱解煤制合成氣裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤制氣技術(shù)，特別是一種非熱電弧等離子體熱解煤制合成氣裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 能源的需求和環(huán)境改善是兩大主要問題，能源產(chǎn)生過程引起的環(huán)境危害是我國環(huán) 境核心問題之一。中國一次能源以煤為主的格局在相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)不會改變，煤的低效利用 既造成了原料浪費(fèi)又引起了環(huán)境二次污染，開發(fā)適合我國國情的潔凈煤技術(shù)已勢在必行。 等離子體熱解煤制氣是一項(xiàng)低碳、低資源消耗、流程短的潔凈煤技術(shù)，目前主要采用的高溫 電弧等離子體裝置，裝置投資大、運(yùn)行與維護(hù)成本偏高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種非熱電弧等離子體熱解煤制合成氣裝置。與傳 統(tǒng)高溫等離子體熱解和氣化相比，非熱電弧等離子體熱解煤具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢，如投資 小，運(yùn)行與維護(hù)成本低，升溫速率快，可在無氧純熱解的情況下將煤裂解為高品質(zhì)合成氣。
[0004] 本發(fā)明為達(dá)到以上目的，是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：提供一種非熱電弧等 離子體熱解煤制合成氣裝置，包括非熱電弧等離子體反應(yīng)器及給等離子體反應(yīng)器供電的高 壓電源；非熱電弧等離子體反應(yīng)器包括石英容器、上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭、 不銹鋼支架、尖端石墨電極、平底石墨電極、上銅密封圈、下銅密封圈、陶瓷坩堝、進(jìn)氣通道、 出氣通道；尖端石墨電極和平底石墨電極通過高壓電線與高壓電源相連接，尖端石墨電極 和平底石墨電極同軸置于石英容器內(nèi)，石英容器通過上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法 蘭和不銹鋼支架聯(lián)合固定，平底石墨電極分別通過固定在上聚四氟乙烯法蘭上的上銅密封 圈固定，尖端石墨電極通過固定在下聚四氟乙烯法蘭上的下銅密封圈固定；進(jìn)氣通道與上 聚四氟乙烯法蘭連接，出氣通道與下聚四氟乙烯法蘭相連接；底部開口的陶瓷坩堝放置在 尖端石墨電極和平底石墨電極之間，用于裝載煤，在裝置工作時(shí)，陶瓷坩堝內(nèi)的煤將完全暴 露在非熱電弧等離子體區(qū)域中。
[0005] 本發(fā)明所述的非熱電弧等離子體熱解煤制合成氣裝置的工作原理是：將煤破碎后 裝入非熱電弧等離子體反應(yīng)器的陶瓷坩堝中，通過進(jìn)氣通道通入氮?dú)饣驓鍤廨d氣，啟動與 尖端石墨電極和平底石墨電極相連的高壓電源，等離子體反應(yīng)器開始工作；施加的高電壓 將電極之間的載氣擊穿電離，形成非熱電弧等離子體，處于等離子體區(qū)域中的煤，在高能電 子、自由基等活性物質(zhì)以及電場的作用下，會發(fā)生熱解反應(yīng)，生成固體碳渣和富氫合成氣， 富氫合成氣由出氣通道排出；經(jīng)數(shù)分鐘的操作之后，陶瓷坩堝內(nèi)的煤被處理完全，斷開電 源，停止通入載氣，待等離子體反應(yīng)器冷卻后取出陶瓷坩堝，收集固體碳渣。
[0006] 尖端石墨電極和平底石墨電極間隔要合理選擇，過大的電極間隔會導(dǎo)致電壓不足 以擊穿電極間的載氣，從而無法形成非熱電弧等離子體。另外，由于施加在兩極上的電壓很 高，因此反應(yīng)器在工作時(shí)，要特別注意不要碰觸電極，以免觸電危險(xiǎn)。此外，放入陶瓷坩堝 內(nèi)的煤不應(yīng)壓實(shí)，要保持良好的氣體通路，否則電極無法直接與載氣接觸，通電時(shí)無法形成 非熱電弧等離子體。還需要注意的是，反應(yīng)器停止工作后不要立刻拆卸反應(yīng)器、拿取陶瓷坩 堝，因?yàn)榉磻?yīng)器工作時(shí)放出大量的熱，剛停止工作時(shí)，石墨電極、石英容器、陶瓷坩堝等部分 溫度很高，直接碰觸易造成燙傷。
[0007] 本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際要求完成煤制合成氣過程，簡單、低成本、高效的生產(chǎn)高品質(zhì) 富氫合成氣，提升了產(chǎn)氣中氫氣含量。具有原料適應(yīng)性廣，投資費(fèi)用低的特點(diǎn)，可用于化工 合成氣，民用、工業(yè)爐窖、發(fā)電燃料氣生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖1中：1非熱電弧等離子體反應(yīng)器，2高壓電源，3石英容器，4上聚四氟乙烯法 蘭，5下聚四氟乙烯法蘭，6不銹鋼支架，7尖端石墨電極，8平底石墨電極，9上銅密封圈，10 下銅密封圈，11陶瓷坩堝，12非熱電弧等離子體，13生活垃圾，14進(jìn)氣通道，15出氣通道。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 實(shí)施例
[0011] 如附圖1所示，本發(fā)明包括非熱電弧等離子體反應(yīng)器1及給等離子體反應(yīng)器供電 的高壓電源2 ;非熱電弧等離子體反應(yīng)器包括石英容器3、上聚四氟乙烯法蘭4、下聚四氟乙 稀法蘭5、不銹鋼支架6、尖端石墨電極7、平底石墨電極8、上銅密封圈9、下銅密封圈10、 陶瓷坩堝11、非熱電弧等離子體12、生活垃圾13、進(jìn)氣通道14、出氣通道15 ;尖端石墨電極 (Φ20ι?πι)和平底石墨電極（Φ20ι?πι)通過高壓電線與高壓電源（10kV/200mA)相連接，尖端 石墨電極和平底石墨電極同軸置于石英容器（采用石英玻璃管，長500mm，內(nèi)徑40mm)內(nèi)，電 極間隔固定保持在16mm，石英容器通過上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭和不銹鋼支 架聯(lián)合固定，平底石墨電極分別通過固定在上聚四氟乙烯法蘭上的上銅密封圈固定，尖端 石墨電極通過固定在下聚四氟乙烯法蘭上的下銅密封圈固定；進(jìn)氣通道與上聚四氟乙烯法 蘭連接，出氣通道與下聚四氟乙烯法蘭相連接；底部開口孔徑IOmm的陶瓷坩堝放置在尖端 石墨電極和平底石墨電極之間。
[0012] 選取褐煤作為煤代表物，將褐煤破碎成2-5mm顆粒后裝入非熱電弧等離子體反應(yīng) 器的陶瓷坩堝中，通過進(jìn)氣通道通入2-8L/min氬氣載氣，啟動與尖端石墨電極和平底石墨 電極相連的高壓電源，等離子體反應(yīng)器開始工作；施加的高電壓將電極之間的載氣擊穿電 離，形成非熱電弧等離子體，處于等離子體區(qū)域中的煤顆粒，在高能電子、自由基等活性物 質(zhì)以及電場的作用下，會發(fā)生熱解反應(yīng)，生成固體碳渣和富氫合成氣，富氫合成氣由出氣通 道排出；經(jīng)數(shù)分鐘的操作之后，陶瓷坩堝內(nèi)的褐煤被處理完全，斷開電源，停止通入載氣，待 等離子體反應(yīng)器冷卻后取出陶瓷坩堝，收集固體碳渣。實(shí)驗(yàn)中，褐煤為I. lg，為保證所有物 料參與反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)過程中物料的停留時(shí)間為6min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。增大等離子體功率有 利于提高非熱電弧等離子體熱解褐煤的氣體產(chǎn)率和加快反應(yīng)速率。
[0013] 表1不同輸入等離子體功率褐煤熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種非熱電弧等離子體熱解煤制合成氣裝置，其特征是包括：非熱電弧等離子體反 應(yīng)器及給等離子體反應(yīng)器供電的高壓電源；非熱電弧等離子體反應(yīng)器包括石英容器、上聚 四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭、不銹鋼支架、尖端石墨電極、平底石墨電極、上銅密封 圈、下銅密封圈、陶瓷坩堝、進(jìn)氣通道、出氣通道；尖端石墨電極和平底石墨電極通過高壓電 線與高壓電源相連接，尖端石墨電極和平底石墨電極同軸置于石英容器內(nèi)，石英容器通過 上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭和不銹鋼支架聯(lián)合固定，平底石墨電極分別通過固 定在上聚四氟乙烯法蘭上的上銅密封圈固定，尖端石墨電極通過固定在下聚四氟乙烯法蘭 上的下銅密封圈固定；進(jìn)氣通道與上聚四氟乙烯法蘭連接，出氣通道與下聚四氟乙烯法蘭 相連接；底部開口的陶瓷坩堝放置在尖端石墨電極和平底石墨電極之間，用于裝載煤，在裝 置工作時(shí)，陶瓷坩堝內(nèi)的煤將完全暴露在非熱電弧等離子體區(qū)域中。
【文檔編號】C10B57/00GK104498067SQ201410785199
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】杜長明 申請人:中山大學(xué)