[实用新型]一种多电弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置

说明书

技术领域

本实用新型属于煤化工反应器反应设备技术领域，尤其涉及一种多电弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置。 

背景技术

从目前来看，电石法生产乙炔仍然是比较成熟的工艺路线，但污染和能耗相对较高，等离子体裂解煤制乙炔环保而快捷的转化过程无疑为乙炔的生产开辟了一条新的途径，20世纪90年，我国的学者和工程技术人员在等离子应用领域进行了大量的探索和研究，取得了一定的进展，等离子技术已经广泛的应用在材料、能源、信息、化工、物理、医学等领域，等离子体裂解煤制乙炔也显露出其潜在的市场前景。  

等离子射流具有高温、高焓、高速的特点，在反应通道的截面上有一定的温度和速度分布特性，等离子射流的最高温度可达10⁴K量级，平均温度约3000K，速度10²米每秒量级，反应条件极端苛刻，是一个毫秒级的超短接触反应过程，煤粉颗粒与等离子射流接触后，在数毫秒内被急剧加热，并释放出挥发分，生成乙炔和其他小分子烃类。而大量的煤粉并不能进入等离子射流的高温区，与高温的等离子射流充分接触并反应，只能在靠近壁面的低温区域参与反应，不能完全反应的煤粉会黏在反应器壁面上，堵塞反应通道，使反应难以继续。

专利号CN201454523U公开了一种应用于等离子体裂解煤制乙炔反应器的煤粉喷射装置，其方法是煤粉喷嘴的出口截面为宽扁形，喷嘴的长轴与与反应器通道截面夹角为α，煤粉喷嘴的中心线与与反应器通道交点的切线成β角，更容易使煤粉颗粒附着在反应器壁面上，堵塞反应通道。专利号CN101550054A公开了应用于煤裂解制乙炔过程的热等离子体与煤粉混合结构，其方法是煤粉喷嘴安装在气固下行床混合器通道内壁相同或不同的截面上，分2-3层分布，每层2-50mm,安装角度可在整个空间内进行调整，在煤粉喷嘴的上方安装有遮流构件，目的是提高煤粉颗粒的速度，扩大煤粉射流与等离子射流的接触面积，但并未达到理想的效果，而且由于等离子射流的温度梯度较大，由于温度的递减，垂直高度增加煤粉喷嘴的层数，使煤粉反应不完全，更容易形成结焦物，堵塞反应通道，等离子射流烧蚀和冲刷使遮流构件损耗增大，不利于长时间运行。

发明内容

本实用新型针对现有技术煤粉射流与等离子射流不能均匀混合，乙炔产率低，反应器通道易结焦的问题，提出一种多电弧等离子裂解煤制乙炔反应装置。

实现本实用新型的技术方案是一种多电弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置，包括等离子炬阴极，进气段，煤粉注入装置，等离子电源，耐高温绝缘环，等离子炬阳极，等离子炬阳极的出口有一淬冷装置，等离子炬阳极的外部设置有磁力约束线圈，其特征在于该装置在等离子炬阴极和若干个等离子炬阳极之间产生多条电弧。

所述的一种多电弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置，等离子炬阴极的下方分布有若干个等离子炬阳极和耐高温绝缘环。

所述的一种多电弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置，等离子炬阳极和耐高温绝缘环间隔布置。

所述的一种多电弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置，每个等离子炬阳极和阴极对应一套独立的供电电源，形成等离子电弧。

所述的一种多电弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置，进气段沿圆周方向分布有若干个切向进气孔，孔径为0.5-5mm。

    本实用新型的有益效果为：一种多电弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置，该装置能够在反应通道产生多条电弧，在磁力约束线圈的作用下旋转，形成多个垂直分布的热区，煤粉颗粒在下落过程中与等离子射流的接触时间延长，能够充分的混合、反应，乙炔产率高，同时避免反应通道结焦，可以长期稳定的运行。

附图说明    

图１是本实用新型的结构示意图。

    附图标记说明：1等离子炬阴极、2进气段、3煤粉注入装置、4等离子电源、5耐高温绝缘环、6等离子炬阳极、7淬冷部件、8磁力约束线圈、9等离子电弧、10煤粉颗粒。

具体实施方式  

     下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

     一种多电弧等离子体煤制乙炔反应装置，包括等离子炬阴极1，进气段2，煤粉注入装置3，电源4，在煤粉注入装置3的下方有若干个耐高温绝缘环5以及等离子炬阳极6，等离子炬阳极6与耐高温绝缘环5间隔放置，在等离子炬阳极6的出口处有淬冷装置7，等离子炬阳极6的外面有电磁线圈8，电源4的阴极均与等离子炬阴极1连接，电源4的阳极分别与若干个等离子炬阳极6连接，工作时，工作气体由进气段2上的切向孔进入反应通道，依次开启电源4，在等离子炬阴极1和等离子炬阳极6之间产生若干条等离子电弧9，等离子电弧9可在磁力约束线圈8的作用下维持稳定，并在等离子炬阳极6的内表面不停地旋转，等离子电弧9的旋转使得电弧9的弧根在等离子炬阳极6的内表面不停地移动，避免了在同一位置的持续放电，导致电极的局部过热而产生的烧蚀和气化，有利于等离子炬阳极6的长期使用。旋转的电弧9沿反应通道形成多个垂直分布的高温区，从煤粉注入装置3进入反应通道的煤粉颗粒10可经过多个高温区参与裂解反应，多个垂直排列的高温区使煤粉颗粒通过等离子射流的时间延长，混合均匀，反应充分，煤粉转化率高，更有利于乙炔的生成，同时避免反应通道的结焦，可以长期稳定运行，反应产物经淬冷装置7冷却后进入后续分离和提纯工序。