[发明专利]一种电弧等离子体反应器装置

说明书

本发明提出了一种电弧等离子体反应器装置，所述反应器的内部设有反应内腔；在所述反应器的一端安装至少一个原料喷嘴，另一端设为产物出口；在靠近原料喷嘴一端的反应器上设有n支电弧等离子体炬，所述n支电弧等离子体炬与反应内腔联通；n≥3，所述n支电弧等离子体炬同向旋转布置在反应内腔的同一横截面上，且每支电弧等离子体炬的中心轴线与反应内腔的中心轴线之间的夹角为α，所述n支电弧等离子体炬的中心轴线在反应内腔的横截面上投影后在反应内腔的横截面上存在一个公共切圆，所述公共切圆位于所述反应内腔内。所述反应器装置能使电弧等离子体与反应物料快速混合均匀，并提高反应区温度的均匀性。

技术领域

本发明涉及反应器技术领域，尤其涉及一种电弧等离子体反应器装置。

背景技术

电弧等离子体具有能量集中、参数梯度大的特点，具有对物料的加热速度快、达到化学平衡时间短、反应速度快等优点。

然而由于等离子体能量高度集中，体积小，反应物料难以在短时间内与等离子体混合均匀，造成反应区温度不均匀、产品不均匀、能耗高等缺点。

此外，由于电弧的自收缩特性，使等离子体功率以及等离子体的体积并不能按比例增加。例如：增加电弧电流，等离子体的体积增加很少；提高等离子体电弧电压，通常需要增加气流量，等离子体射流速度会提高，等离子体射流截面增加也很小。因而难以满足大规模工业生产。

现有技术中，专利文件UK2145310、UK2145589、UK2145591、US3989512A、US3931542A、US5406046A、US7030336B1、UA77739C2、JP225100-91等都公开了使用多电极或多电弧等离子体炬扩大等离子体面积，但或由于电弧不稳定，或仍存在混合不均匀等问题，限制了其的应用发展。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种电弧等离子体反应器装置。所述等离子体反应器装置能使电弧等离子体与反应物料快速混合均匀，并提高反应区温度的均匀性，从而提高产品均匀性和能效性，并且可以通过增加电弧等离子体炬的数量和每支电弧等离子体炬的功率增大反应器规模。

本发明提出的一种电弧等离子体反应器装置，所述反应器的内部设有反应内腔；在所述反应器的一端安装至少一个原料喷嘴，另一端设为产物出口；在靠近所述原料喷嘴一端的反应器上设有n支电弧等离子体炬，n支电弧等离子体炬与反应内腔联通，n≥3；所述n支电弧等离子体炬同向旋转布置在反应内腔的同一横截面上，且每支电弧等离子体炬的中心轴线与反应内腔的中心轴线之间的夹角为α，所述n支电弧等离子体炬的中心轴线在反应内腔的横截面上投影后在反应内腔的横截面上存在一个公共切圆，所述公共切圆位于所述反应内腔中。

优选地，α为45°～105°。

优选地，所述反应内腔的横截面为圆形或正多边形；优选地，所述公共切圆的直径为所述反应内腔最小横截面圆直径或多边形对角线的0～1/3。

优选地，所述n支电弧等离子体炬为转移弧等离子体炬时，n≥4且为偶数，任意相邻两支转移弧等离子体炬的极性相反，n支转移弧等离子体炬产生的电弧在所述公共切圆周围联通。

优选地，所述n支电弧等离子体炬为转移弧等离子体炬时，在所述原料喷嘴中心安装一个电弧电极；n≥3，所述n支转移弧等离子体炬的极性都相同，且与所述原料喷嘴中心的电弧电极的极性相反，所述电弧电极产生的电弧与所述n支极性相反的转移弧等离子体炬产生的电弧在所述公共切圆内联通；或者n≥4且为偶数，所述n支转移弧等离子体炬中任意相邻两支电弧等离子体炬的极性相反，n支转移弧等离子体炬产生的电弧在所述公共切圆周围联通，并与所述电弧电极产生的电弧在切圆内联通。