一種等離子體對撞流反應方法
2023-05-20 22:55:21
專利名稱：一種等離子體對撞流反應方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子體對撞流反應方法。
背景技術：
等離子體裂解煤制乙炔技術，是藉助等離子體溫度高、反應活性好的煤與乙炔接近的碳氫比特性，將煤粉直接噴入溫度在3500度到上萬度高溫等離子體中，煤粉發生極快的爆裂，釋放出煤中的揮發份，加上高溫等離子體也和固體碳作用一起生成大量的碳氫組分的裂解氣，很迅速達到化學平衡，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過程，超高溫和毫秒級接觸時間，煤粉與高溫等離子體混合和傳熱是實現煤粉反應的關鍵所在，這就對等離子體煤制乙炔的反應裝置設計有一個非常高的要求，通常等離子體煤制乙炔反應裝置是下行式，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器，等離子炬產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，由於等離子體射流剛性強，速度高，能量集中，導致煤粉與之混合和反應較為困難，直接影響反應的效率；再者裝 置規模擴大後，上述現象尤為突出。對撞流概念自上個世紀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和對撞，從而產生一個湍動的區域，強化其過稱的傳熱、傳質現象，採用對撞流概念在物料的乾燥和混合等化工生產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，要得到高的發氣量，就必須在短時間內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其一，等離子體射流和煤粉瞬間接觸後，煤粉顆粒表面形成氣膜和膠質體(粘稠液體)，氣膜和膠質體阻止熱進一步向煤粉中心傳遞，同時由於形成氣膜和膠質體需要吸收大量周圍熱能，煤粉顆粒周圍環境溫度的快速下降，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，直到淬冷後出反應器，結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，等離子體射流和煤粉顆粒相對速度最大，這時對流傳熱係數也最大。等離子體射流和煤粉瞬間接觸後，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，這時對流傳熱係數也最小。以上兩個原因造成等離子體裂解煤制乙炔發氣量和乙炔濃度難以提聞，從而造成生廣成本太聞。
發明內容
本發明的目的在於解決煤粉在高溫的等離子體射流中停留時間短，煤粉顆粒得不到充分加熱，氣化率低的問題，進而提供一種將煤粉射流與等離子炬高溫射流預混並加熱加速後，與之相同的射流對撞，實現了煤粉顆粒經過加速、減速和再加速三個過程，等離子體射流和煤粉顆粒維持較高的相對速度，同時煤粉在高溫區域停留時間延長，達到了強化煤粉與高溫等離子體射流混合和傳熱過程，增強煤粉氣化效果。實現上述目的的解決方案是
一種等離子體對撞流反應方法，包含等離子炬、反應器、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器外壁周邊上；煤粉進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，發生煤粉裂解反應，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器中，在反應器中含煤粉的混合氣射流與之相同的射流對撞，煤粉顆粒在對撞過程中速度快速下降，並在對撞過程中被加熱，在對撞中心區域煤粉顆粒又被對撞射流再次加速和加熱。所述的一種等離子體對撞流反應方法，包括由等離子炬、反應器、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器外壁周邊，反應器頂端安裝等離子炬和混合器或進粉管任一。所述的一種等離子體對撞流反應方法，連接在反應器外壁上等離子炬功率和混合器送粉量均相同，以保證在反應器中心區域產生的對撞流湍動區穩定。所述的一種等離子體對撞流反應方法，反應器頂端可安裝至少一個等離子炬，根據反應器裝置能量需求，增加反應器功率。所述的一種等離子體對撞流反應方法，安裝反應器頂端等離子炬功率與反應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反應器需要補充熱量大小進行配置。所述的一種等離子體對撞流反應方法，適用於等離子煤裂解工藝，也可用於金屬冶煉、物料改性、等離子噴塗等。本發明所述的一種等離子體對撞流反應方法，煤粉從進料管送入混合器中的等離子體射流中，經加熱、加速後，噴射入反應器中心與相向的流體對撞，在反應器中心區域形成對撞流湍動區，能使煤粉充分混合併加熱。本發明的優點與效果是
其一，利用對撞流強化了煤粉與高溫流體混合和傳熱，大幅提高了煤粉的反應效率。其二，採用兩組或多組相向對撞，避免了煤粉與壁面的撞擊而損失能量，避免高溫流體對壁面燒蝕，有利於能量利用和設備壽命延長。其三，採用對撞流的反應裝置，可以避免由於規模擴大而產生的放大效應，且結構
簡單可靠。
圖I為本發明實施例I的示意圖。圖2為本發明實施例I的俯視圖。圖3為本發明實施例2的示意圖。附圖標號說明1-等離子炬2-反應器3-進料管4-混合器。
具體實施例方式實施例I
參見附圖I和附圖2，一種等離子體對撞流反應方法，包括反應器2外壁周邊安裝IMW的等離子炬I、混合器4，在反應器2的頂端安裝IMW等離子炬。反應器2頂端的等離子炬I用於加溫反應裝置，煤粉由進料管3進入混合器4噴入等離子炬產生的高溫射流，由這樣的四股夾帶煤粉顆粒的等離子高溫射流相互對撞來強化煤粉與高溫等離子體混合和傳熱。、
實施例2
參見附圖3本裝置的實施例2與實施例I不同之處在於，反應器2的頂端未安裝等離子炬，即反應器2頂端不產生等離子體射流，周邊外壁安裝的等離子炬I功率均為1KW。實施例3
實施例3與實施例1、2的不同之處在於在反應器2的同一平面的圓周上同軸的均布6臺等離子炬I、混合器4，等離子炬I功率為10MW。實施例4 實施例4與實施例1、2、3的不同之處在於，反應器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量是4臺和6臺，上層等離子炬功率均為1MW，下層等離子炬功率均為10MW。實施例5
實施例5與實施例1、2、3、4的不同之處在於，反應器2的圓周上同軸的均布一層IMW的等離子炬I，而不設置混合器4，反應器的頂端連接進料管3.即在反應器中心產生的等離子射流與從反應器上部進來的煤粉對撞形成湍流。實施例6
實施例6與實施例1-5的不同之處在於，反應器2的圓周上同軸的均布一層IMW的等離子炬1，而不設置混合器4，反應器2的頂端連接5MW等離子炬I和混合器4，即在反應器中心產生的等離子射流與從反應器頂端進來的煤粉與等離子混合射流對撞形成湍流。
權利要求
1.一種等離子體對撞流反應裝置及方法，其特徵在於包含等離子炬、反應器、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器外壁周邊；煤粉進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，發生煤粉裂解反應，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器中，在反應器中含煤粉的混合氣射流與之相同的射流對撞，煤粉顆粒在對撞過程中速度快速下降，並在對撞過程中被加熱，在對撞中心區域煤粉顆粒又被對撞射流再次加速和加熱。
2.一種等離子體對撞流反應裝置及方法，其特徵在於包括由等離子炬、反應器、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器外壁周邊，反應器頂端連接等離子炬和混合器或進粉管任一。
3.根據權利要求I所述的一種等離子體對撞流反應裝置及方法，其特徵在於連接在反應器外壁上等離子炬功率和混合器送粉量均相同。
4.根據權利要求2所述的一種等離子體對撞流反應裝置及方法，其特徵在於安裝在反應器外壁周邊的等離子炬功率均相同。
5.根據權利要求I所述的一種等離子體對撞流反應裝置及方法，其特徵在於反應器頂端可安裝至少一個等離子炬。
6.根據權利要求1-5任一所述的一種等離子體對撞流反應裝置及方法，其特徵在於安裝反應器頂端等離子炬功率與反應器外壁周邊上的等離子炬功率大小為1KW-10MW。
全文摘要
本發明涉及一種等離子體對撞流反應方法，尤其涉及一種利用等離子體高溫射流對煤粉進行加溫加速後對撞，增強其混合和傳熱的反應方法；本方法採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器外壁周邊；工作時，煤粉從進料管進入混合器送入離子體產生的等離子高溫射流中，經加熱和加速後在反應器中心區域與之相同的等離子射流對撞，形成對撞流湍動區，強化煤粉和高溫射流混合和傳熱。
文檔編號C07C11/24GK102698677SQ201210145830
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月12日 優先權日2012年5月12日
發明者萬振國, 劉軍, 周延紅, 唐復興, 唐彬, 幕龍, 徐勇, 李永宏, 李自兵, 池建忠, 熊新陽, 陽小東, 黃崢嶸 申請人:新疆天業(集團)有限公司