[实用新型]一种等离子体裂解煤制乙炔的混合与反应装置

说明书

本实用新型公开了一种等离子体裂解煤制乙炔的混合与反应装置，包括等离子体射流、混合段、煤粉注入装置和反应器组成；煤粉注入装置包括阳极、阴极头、阴极管和等离子体电源，沿混合段的圆周方向均匀布置，阳极和阴极头之间有一定的间隙，在等离子载气和等离子体电源高压电场的共同作用下产生等离子电弧，可以对阴极管进入的煤粉颗粒有效地预热和加速，使煤粉能有更高的速度进入等离子体射流中心高温区域，混合效果好；被预热的煤粉也可以减少等离子体射流加热与其接触煤粉的能量消耗，提高等离子体射流热能的利用率和乙炔的产率，避免了未完全反应的煤粉在反应器壁面的沉积和结焦。

技术领域

本实用新型属于煤化工技术领域，涉及一种等离子体裂解煤制乙炔的混合与反应装置。

背景技术

我国富煤、少气、缺油的资源条件，决定了中国能源结构以煤为主，而乙炔作为最基础的化工原料，主要还是通过电石法制取，但由于电石法生产流程过长，能耗高，还存在严重的“三废”问题，等离子法裂解煤直接制取乙炔的反应过程可以在数毫秒内完成，煤粉在接触等离子体射流后被急剧的加热，脱出挥发份，生成乙炔和其它小分子烃类，简捷而清洁的工艺路线无疑有着广阔的发展前景。但由于等离子体射流本身具有高温，高焓，高速的特点，等离子体射流的中心温度达到10⁴K量级，射流的速度达到10²米每秒量级，在反应通道的圆周平面和横截面都有一定的分布特性，而硫化气携带的煤粉在进入反应器时，经过二次气体加速的煤粉速度也只能达到几十米每秒，很难进入等离子体射流中心的高温区域，只能与靠近反应器器壁的低温等离子体反应，与等离子体射流的混合效果差，热能利用率低，也不利于乙炔的生成，未充分反应的煤粉很容易附着在反应器器壁上结焦并堵塞反应通道。因此，如何使煤粉与等离子体射流充分接触、混合成为等离子裂解煤制乙炔过程的关键技术。

专利CN101734993A公布了一种等离子体高温碳转化反应煤粉注入管，将带有冷却水的煤粉管伸入到等离子体射流的高温区域，以提高煤粉的反应效率和等离子体射流热能的利用率，但冷的煤粉加速气体和低的煤粉喷射速率仍不能达到理想效果,而且煤粉注入管的外壁直接与等离子体射流接触，很容易烧坏。专利CN201454523U公布了一种应用于等离子体煤裂解制乙炔反应器的煤粉喷射装置，通过改变煤粉喷嘴出口截面形状及喷嘴的空间角度，使煤粉与等离子体射流达到好的混合效果，但仅增加了煤粉在喷射平面的分散性，并没有增加煤粉颗粒的喷射速度，很难进入射流的高温区。专利CN1448223A公布了空心阴极中心轴向送粉等离子喷涂枪，采用梯形结构的阳极腔室控制粉末在等离子体射流中的飞行轨迹，实现喷涂粒子的加热和加速，形成熔融的粒子流，功率为数千瓦级，只适合对少量的粉末加热，很难在兆瓦级的工业装置上对每小时数吨的粉末加热和加速。

发明内容

本实用新型针对现有技术中等离子体功率不足、等离子与煤粉混合效果、裂解效率低、反应器或混合段内壁结焦等提供一种等离子体裂解煤制乙炔的混合与反应装置。一种等离子体裂解煤制乙炔的混合与反应装置，包括等离子体射流、混合段、煤粉注入装置和反应器依次组成，混合段位于反应器的上方，并与反应器上下联接形成空腔，煤粉注入装置沿混合段的圆周方向均匀布置，等离子体射流置于空腔顶部；煤粉注入装置包括阳极、阴极头、阴极管和等离子体电源；阳极呈空芯结构，一端联接混合段与空腔联通，另一端设置阴极管，阴极管放置于阳极内并与阳极设置一定间隙，阴极头安装于阴极管靠近空腔的一端，等离子体电源联接阳极和阴极管。在等离子载气和等离子体电源高压电场作用下产生稳定的电弧。对阴极管进入的煤粉颗粒有效地预热和加速，实现煤粉颗粒与等离子体射流的充分混合和反应。

所述的一种等离子体裂解煤制乙炔的混合与反应装置，阴极头和阴极管均为空心结构。

所述的一种等离子体裂解煤制乙炔的混合与反应装置，阴极头为耐高温、难熔、放电性能好的导电材料。

如上所述的导电材料包括金属、石墨烯材料等。

所述的一种等离子体裂解煤制乙炔的混合与反应装置，阳极外部设有冷却系统。