專利名稱：一種涉及遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工設(shè)備領(lǐng)域一種涉及遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
乙炔是重要的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料。生產(chǎn)乙炔的工業(yè)方法主要有電石法、甲 烷部分氧化法和甲烷電弧裂解法，其中電石法乙炔工藝成熟，工業(yè)生產(chǎn)中占絕 對(duì)比例，但是污染和能耗均相對(duì)較高。
等離子體裂解煤制乙炔是一條新的、有前景的煤直接化工轉(zhuǎn)化途徑，相關(guān)
研究始于20世紀(jì)60年代的英國(guó)Sheffield大學(xué)在高溫、高焓、高反應(yīng)活性的 電弧熱等離子體射流中，煤的揮發(fā)分甚至固定碳可直接轉(zhuǎn)化為乙炔。此后，大 量的研究集中在英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、印度、前蘇聯(lián)等國(guó)家。我國(guó)學(xué)者及工程技 術(shù)人員從90年代開始，在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究和工程研究。由于我 國(guó)油氣資源相對(duì)匱乏,而煤資源豐富，因此等離子體裂解煤制乙炔過程作為一 種清潔且流程短的煤轉(zhuǎn)化過程，在煤的化工利用方面具有重要的潛在工業(yè)前景。
美國(guó)AVCO公司在1980年完成了 1 MW級(jí)工業(yè)裝置的試驗(yàn)，等離子體炬輸 入功率為807kW，使用水做急冷介質(zhì)，氣體分離前單位生產(chǎn)能耗為10.5kWh/kg 乙炔。德國(guó)Huels公司與Bergbau Forschung GmbH公司(德國(guó)采礦研究公司， 現(xiàn)名DMT)在80年代合作，建成并試驗(yàn)了 1.25 MW的中試裝置，所取得的單 位生產(chǎn)能耗為14 16kWh/kg乙炔。
2007年，我國(guó)新疆天業(yè)集團(tuán)在2MW裝置平臺(tái)上進(jìn)行的中試試驗(yàn)，在大功
4率等離子體炬長(zhǎng)壽命運(yùn)行和反應(yīng)器清焦兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)上取得了關(guān)鍵性進(jìn)展，氣
體分離前乙炔能耗的最好指標(biāo)達(dá)到10.5 kWh/kg乙炔，計(jì)及分離能耗4.0kWh/kg， 低于污染治理費(fèi)用外的電石法生產(chǎn)乙炔的綜合能耗15.0 kWh/kg乙炔。2008年， 新疆天業(yè)集團(tuán)建成國(guó)際上最大的5 MW工業(yè)試驗(yàn)裝置，在正常開停車情況下單 次操作連續(xù)運(yùn)行10小時(shí)以上，累積開車時(shí)間達(dá)到500小時(shí)以上，裂解氣流量和 乙炔含量達(dá)到經(jīng)濟(jì)性要求，有望短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)萬噸級(jí)乙炔工業(yè)化新技術(shù)。
國(guó)內(nèi)外不同研究機(jī)構(gòu)所采用的試驗(yàn)裝置在系統(tǒng)構(gòu)成方面存在共性，裝置主 要包括3個(gè)共同的部分，即等離子體發(fā)生裝置、反應(yīng)器(包括混合和反應(yīng)段)、 急冷和分離裝置。試驗(yàn)裝置多采用直流電弧熱等離子體，根據(jù)煤與氫原料混合 位置的不同可大致分為兩類發(fā)生裝置前混合和發(fā)生裝置后混合。AVCO公司 的旋轉(zhuǎn)電弧實(shí)驗(yàn)裝置采用前者，對(duì)于氣態(tài)、液態(tài)烴類做原料的裂解也多采用前 者。雖然發(fā)生裝置前混合，確切地說是反應(yīng)物進(jìn)入電弧區(qū)，有利于原料的加熱 與混合，能得到高乙炔產(chǎn)率，但易損傷電極，且裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。大多數(shù)的試 驗(yàn)裝置均采用后者，但因此增大了煤粉與等離子體射流取得良好混合效果的難 度；這主要由于等離子體射流的速度很大，而煤粉的入射速度則要低得多，煤 粉在高速等離子體射流中的入射深度受到限制，對(duì)反應(yīng)裝置進(jìn)行工程放大時(shí)這 一矛盾將更為凸顯。
對(duì)上述采用等離子體發(fā)生裝置后混合操作模式的煤裂解反應(yīng)裝置，由于煤 粉主要密集于熱等離子體的周邊，而熱等離子體中心區(qū)域的高品位熱能并沒有 得到充分利用，由此導(dǎo)致能量利用效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有等離子體煤裂解反應(yīng)裝置存在的不足之處， 主要通過在反應(yīng)裝置內(nèi)增設(shè)遮流構(gòu)件，改變高溫、高速等離子體的空間分布形態(tài)，便于固體物料或者氣體物料注入到等離子體中心區(qū)域即具有更高能量品質(zhì) 的區(qū)域，增強(qiáng)反應(yīng)物之間的接觸和混合效率，進(jìn)而達(dá)到提高煤裂解裝置煤轉(zhuǎn)化 和熱轉(zhuǎn)化能力的最終目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具體包括
所述涉及遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置包括等離子體炬陽極工作 氣體入口 1，等離子體炬陰極工作氣體入口 2，等離子體炬陽極3，等離子體炬 陰極4和等離子炬陰陽極交匯區(qū)5;煤粉噴射管7和混合區(qū)9;反應(yīng)區(qū)IO，反應(yīng) 區(qū)壁面11和反應(yīng)區(qū)原料氣噴射管12;急冷介質(zhì)噴射管13，急冷區(qū)14和急冷區(qū)
出口15，其特征在于，在混合區(qū)9、反應(yīng)區(qū)IO或急冷區(qū)14內(nèi)設(shè)置遮流構(gòu)件。
所述混合區(qū)9內(nèi)設(shè)置遮流構(gòu)件為在混合區(qū)9內(nèi)4 16根煤粉噴射管7正上 方1 20mm距離處安置4 16根中空管道，管道間采用中空直管或彎管部件成 對(duì)地連接，形成2 8組相互獨(dú)立的混合區(qū)遮流構(gòu)件16，在混合區(qū)遮流構(gòu)件16 的一端為混合區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口 17另一端為混合區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介 質(zhì)出口 18。
所述反應(yīng)區(qū)10內(nèi)設(shè)置遮流構(gòu)件為在反應(yīng)區(qū)10內(nèi)4 16根原料氣噴射管12 正上方1 30 mm距離處安置4 16根中空管道，管道間采用中空直管或彎管部 件成對(duì)地連接，形成2 8組相互獨(dú)立的反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件19，在反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件 19的一端為反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口 20，另一端為反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷 卻介質(zhì)出口 21。
所述急冷區(qū)14內(nèi)設(shè)置遮流構(gòu)件為在急冷區(qū)14內(nèi)6 32根急冷介質(zhì)噴射管 13正上方1 30 mm距離處安置6 32根中空管道，管道間采用中空直管或彎 管部件成對(duì)地連接，形成3 16組相互獨(dú)立的急冷區(qū)遮流構(gòu)件22，在急冷區(qū)遮 流構(gòu)件22的一端為急冷區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口 23，另一端為急冷區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)出口24。
所述等離子體為直流電弧等離子體、高頻等離子體或微波等離子體中的一種。
所述等離子體炬工作氣體為氫氣、氮?dú)?、氧氣和水蒸氣中?種或幾種。 所述煤粉為固體煤粉、煤與生物質(zhì)的粉狀混合物或煤與石油焦的粉狀混合 物中的一種。
所述中空管道由金、銀或銅材質(zhì)中的一種制成。 所述冷卻介質(zhì)為高壓水、鹽水、堿水或機(jī)油中的一種。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 遮流構(gòu)件可顯著加大物料射流的入射深度，增強(qiáng)反應(yīng)物之間的接觸和 混合效率，可有效強(qiáng)化混合區(qū)內(nèi)煤與等離子體的混合和反應(yīng)、反應(yīng)區(qū)補(bǔ)充原料 與反應(yīng)物流的混合和反應(yīng)、以及急冷區(qū)內(nèi)急冷介質(zhì)與反應(yīng)后物流的混合和反應(yīng)；
(2) 對(duì)于安裝了該遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置，系統(tǒng)的煤轉(zhuǎn)化和 熱轉(zhuǎn)化能力都能顯著得到提升；
(3) 在該遮流構(gòu)件的遮護(hù)作用下物料射流可至等離子體射流/反應(yīng)物流的中
心區(qū)域，便于進(jìn)行等離子體煤裂解反應(yīng)裝置的工程放大設(shè)計(jì)。


圖la為無遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置示意圖； 圖lb為圖la中反應(yīng)裝置混合區(qū)的A-A剖視圖； 圖lc為圖la中反應(yīng)裝置反應(yīng)區(qū)的B-B剖視圖； 圖ld為圖la中反應(yīng)裝置急冷區(qū)的C-C剖視圖2a為混合區(qū)采用遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)改進(jìn)裝置示意圖； 圖2b為圖2a中改進(jìn)裝置混合區(qū)的D-D剖視圖；圖3a為混合區(qū)和反應(yīng)區(qū)采用遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)改進(jìn)裝置示意
圖3b為圖3a中改進(jìn)裝置反應(yīng)區(qū)的E-E剖視圖4a為混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)和急冷區(qū)采用遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)改進(jìn) 裝置示意圖4b為圖4a中改進(jìn)裝置急冷區(qū)的F-F剖視圖中l(wèi)一等離子體炬陽極工作氣體入口， 2—等離子體炬陰極工作氣體入 口， 3—等離子體炬陽極，4—等離子體炬陰極，5—等離子體炬陰陽極交匯區(qū)， 6—?dú)庀嗔鲌?chǎng)流速大小示意，7—煤粉噴射管，8—煤粉在混合區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡示意， 9一混合區(qū)，IO—反應(yīng)區(qū)，11—反應(yīng)區(qū)壁面，12—反應(yīng)區(qū)原料氣噴射管，13—急 冷介質(zhì)噴射管，14一急冷區(qū)，15—急冷區(qū)出口， 16—混合區(qū)遮流構(gòu)件，17—混 合區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口， 18—混合區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)出口， 19一反 應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件，20—反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口， 21—反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi) 冷卻介質(zhì)出口， 22—急冷區(qū)遮流構(gòu)件，2 3—急冷區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口， 24—急冷區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)出口 。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，并不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何 限制。
實(shí)施例1
圖la為無遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置示意圖，圖lb為圖la中反 應(yīng)裝置混合區(qū)的A-A剖視圖，圖lc為圖la中反應(yīng)裝置反應(yīng)區(qū)的B-B剖視圖， 圖ld為圖la中反應(yīng)裝置急冷區(qū)的C-C剖視圖。如圖la所示，無遮流構(gòu)件的等 離子體煤裂解反應(yīng)裝置包括等離子體炬陽極工作氣體入口 1，等離子體炬陰極工作氣體入口2，等離子體炬陽極3，等離子體炬陰極4和等離子炬陰陽極交匯
區(qū)5;混合區(qū)9和煤粉噴射管7;反應(yīng)區(qū)IO，反應(yīng)區(qū)壁面11和反應(yīng)區(qū)原料氣噴
射管12;急冷區(qū)14，急冷介質(zhì)噴射管13和急冷區(qū)出口 15。
等離子體炬采用氫氣作為工作氣體，輸入功率為3.8 4.2MW，氫氣流量為 100 110 kg/h，等離子體炬陰陽極交匯區(qū)5內(nèi)氫等離子體的平均溫度超過3000 K，中心區(qū)域溫度約5000K。反應(yīng)區(qū)內(nèi)徑150mm，長(zhǎng)500mm。
未安置遮流構(gòu)件時(shí)，混合區(qū)9內(nèi)氫等離子體射流的速率為300 1200 m/s， 混合區(qū)9出口處為縮徑結(jié)構(gòu)，最大速度約1000 m/s;煤粉總通量為1300 2000 kg/h，煤粉由外徑10 mm、內(nèi)徑9 mm的煤粉噴射管7噴射之后形成的射流速率 為10 40m/s，煤粉的入射深度有限，僅能與20 30%的等離子體接觸。
在上述裝置的混合區(qū)9內(nèi)6根煤粉噴射管7的正上方2 3 mm距離處安置 6根外徑8mm、內(nèi)徑6mm的中空銅管，銅管探入混合區(qū)部分的長(zhǎng)度為50 mm， 相鄰銅管采用中空彎頭部件連接，形成3組相互獨(dú)立的混合區(qū)遮流構(gòu)件16。煤 裂解過程等離子體發(fā)生后的溫度大于銅材質(zhì)的熔點(diǎn)，基于高溫等離子體的工作 環(huán)境下長(zhǎng)周期運(yùn)行的要求，遮流構(gòu)件需要有內(nèi)置冷卻介質(zhì)導(dǎo)熱保護(hù)的配套設(shè)計(jì)。 各組構(gòu)件內(nèi)通高壓水作為冷卻介質(zhì)，高壓水由混合區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口 17進(jìn)入，攜帶由銅管外壁向銅管內(nèi)壁傳導(dǎo)的熱量之后經(jīng)混合區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻 介質(zhì)出口 18導(dǎo)出(圖2)。圖2a為混合區(qū)采用遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng) 改進(jìn)裝置示意圖，圖2b為圖2a中改進(jìn)裝置混合區(qū)的D-D剖視圖。
如圖2a所示，安置混合區(qū)遮流構(gòu)件16之后，等離子體射流受構(gòu)件的阻礙 作用分為四股分射流，分射流向下移動(dòng)15 25 mm之后合流；遮流構(gòu)件正下方 形成氣相速率低于煤粉射流速率、寬約8mm、高約15mm的遮護(hù)區(qū)域，煤粉可 順利地輸送到整個(gè)遮護(hù)區(qū)域，煤粉與等離子體的接觸面積增大5 15倍，顯著增強(qiáng)了反應(yīng)物之間的接觸和混合效率，有效提高了煤裂解裝置的煤轉(zhuǎn)化和熱轉(zhuǎn) 化能力。
為保護(hù)遮流構(gòu)件的材質(zhì)，經(jīng)冷卻介質(zhì)移熱將導(dǎo)致等離子體的熱量有所損耗。
本設(shè)計(jì)中混合區(qū)9內(nèi)每組遮流構(gòu)件的移熱速率不超過40kW，總損失不超過120 kW (總輸入功率的3%)。 實(shí)施例2
本例基于實(shí)施例1中改進(jìn)后的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置增設(shè)反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件。
在實(shí)施例1所述工藝條件下，反應(yīng)區(qū)平均溫度為1800 2500 K，該溫度較 乙炔生成和穩(wěn)定存在的最低溫度1400 K要高，通過4根外徑6 mm、內(nèi)徑5 mm 的反應(yīng)區(qū)原料氣噴射管12噴射煤焦油中輕芳烴餾分和丙垸的補(bǔ)充原料混合氣進(jìn) 入反應(yīng)區(qū)參與裂解反應(yīng)，充分利用反應(yīng)區(qū)的熱量，同時(shí)混合氣的碳?xì)滟|(zhì)量比達(dá) 5:1 10:1 ，有利于提高產(chǎn)品氣中乙炔的體積濃度。
未安置遮流構(gòu)件時(shí)，反應(yīng)區(qū)10內(nèi)反應(yīng)物流的速率為200 400m/s，補(bǔ)充原 料混合氣經(jīng)反應(yīng)區(qū)原料氣噴射管12噴射之后形成的射流速率為40 80 m/s，其 入射深度不夠理想，與反應(yīng)物流的接觸比例為20 40%。
在本實(shí)施例中，在所述4根原料氣噴射管12的正上方2 mm距離處安置4 根外徑8mm、內(nèi)徑6mm的中空銅管，銅管探入混合區(qū)部分的長(zhǎng)度為50 mm， 相鄰銅管采用中空彎頭部件連接，形成2組相互獨(dú)立的反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件19，各 組構(gòu)件內(nèi)通高壓水作為冷卻介質(zhì)，高壓水由反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口 20 進(jìn)入，攜帶由銅管外壁向銅管內(nèi)壁傳導(dǎo)的熱量之后經(jīng)反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介 質(zhì)出口 21導(dǎo)出(圖3)。圖3a為混合區(qū)和反應(yīng)區(qū)采用遮流構(gòu)件的等離子體煤裂 解反應(yīng)改進(jìn)裝置示意圖，圖3b為圖3a中改進(jìn)裝置反應(yīng)區(qū)的E-E剖視圖。如圖3a所示，安置反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件19之后，反應(yīng)物流受構(gòu)件的阻礙作用 分為三股分射流，分射流向下移動(dòng)10 20mm之后合流；遮流構(gòu)件正下方形成 壓力較低的遮護(hù)區(qū)域，混合氣的入射深度由30 40mm提高到60 70mm，混 合氣與反應(yīng)物流的接觸面積增大4 10倍，顯著增強(qiáng)了反應(yīng)物之間的接觸和混 合效率，有效提高了煤裂解裝置的煤轉(zhuǎn)化和熱轉(zhuǎn)化能力。
本設(shè)計(jì)中，反應(yīng)區(qū)10內(nèi)每組遮流構(gòu)件的移熱速率不超過20kW，總損失不 超過40kW (總輸入功率的1%)。
實(shí)施例3
本例基于實(shí)施例2中改進(jìn)后的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置增設(shè)急冷區(qū)遮流構(gòu) 件。在實(shí)施例2所述工藝條件下，急冷區(qū)入口溫度為1400 1800 K，以水為急 冷介質(zhì)，瞬間將反應(yīng)物流冷卻到600 800K。 107~108K/s的降溫速率是保證等 離子體煤裂解制乙炔過程乙炔產(chǎn)率的第一個(gè)必要條件；急冷介質(zhì)與反應(yīng)物流的 充分接觸是保證乙炔產(chǎn)率的第二個(gè)必要條件。
未安置遮流構(gòu)件時(shí)，急冷區(qū)14內(nèi)反應(yīng)物流的速率為150 300 m/s，水由8 根外徑5 mm、內(nèi)徑4 mm的急冷介質(zhì)噴射管13噴射之后形成的射流速率為60 100m/s，與反應(yīng)物流的接觸比例為60 70%。
在本實(shí)施例中，在所述8根急冷介質(zhì)噴射管13正上方4 mm距離處安置8 根外徑8mm、內(nèi)徑6mm的中空銅管，銅管探入混合區(qū)部分的長(zhǎng)度為70 mm， 相鄰銅管采用中空彎頭部件連接，形成4組相互獨(dú)立的急冷區(qū)遮流構(gòu)件22，各 組構(gòu)件內(nèi)通高壓水作為冷卻介質(zhì)，高壓水由急冷區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口 23 進(jìn)入，攜帶由銅管外壁向銅管內(nèi)壁傳導(dǎo)的熱量之后經(jīng)急冷區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介 質(zhì)出口24導(dǎo)出(圖4)。圖4a為混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)和急冷區(qū)采用遮流構(gòu)件的等離 子體煤裂解反應(yīng)改進(jìn)裝置示意圖，圖4b為圖4a中改進(jìn)裝置急冷區(qū)的F-F剖視圖。如圖4a所示，安置急冷區(qū)遮流構(gòu)件22之后，反應(yīng)物流受構(gòu)件的阻礙作用 分為五股分射流。 一方面，構(gòu)件的存在增大了反應(yīng)物流的相界面面積，有利于 提高其降溫速率；另一方面，急冷介質(zhì)由于構(gòu)件的遮護(hù)作用能噴射到中心區(qū)域， 與反應(yīng)物流的接觸比例升高到80 95%，保證了急冷介質(zhì)與反應(yīng)物流的充分接 觸。急冷區(qū)遮流構(gòu)件的引入使得產(chǎn)品氣中乙炔的體積濃度從8.0 8.5%提高到 8.5 9.0%。
本設(shè)計(jì)中，急冷區(qū)中每組遮流構(gòu)件的移熱速率不超過5kW，總損失不超過 40 kW (總輸入功率的1%)。
本實(shí)施例中在混合區(qū)9、反應(yīng)區(qū)IO或急冷區(qū)14內(nèi)均設(shè)置了遮流構(gòu)件，與無 遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置相比，在其他工藝條件相同的情況下，裂 解產(chǎn)品氣從2300 2600 Nm3/h提高到3200 3500 Nm3/h，產(chǎn)品氣中乙炔的體積 濃度從7.0 7.5%提高到8.5 9.0%，比能耗指標(biāo)從18 20 kWh/kg乙炔優(yōu)化到 11 13kWh/kg乙炔。
權(quán)利要求
1、一種涉及遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置包括等離子體炬陽極工作氣體入口(1)，等離子體炬陰極工作氣體入口(2)，等離子體炬陽極(3)，等離子體炬陰極(4)和等離子體炬陰陽極交匯區(qū)(5)；煤粉噴射管(7)和混合區(qū)(9)；反應(yīng)區(qū)(10)，反應(yīng)區(qū)壁面(11)和反應(yīng)區(qū)原料氣噴射管(12)；急冷介質(zhì)噴射管(13)，急冷區(qū)(14)和急冷區(qū)出口(15)，其特征在于，在混合區(qū)(9)、反應(yīng)區(qū)(10)或急冷區(qū)(14)內(nèi)設(shè)置遮流構(gòu)件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述混合區(qū)(9)內(nèi)設(shè)置遮 流構(gòu)件為在混合區(qū)(9)內(nèi)4 16根煤粉噴射管(7)正上方1 20mm距離處安 置4 16根中空管道，管道間采用中空直管或彎管部件成對(duì)地連接，形成2 8 組相互獨(dú)立的混合區(qū)遮流構(gòu)件(16)，在混合區(qū)遮流構(gòu)件(16)的一端為混合區(qū) 遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口 (17)另一端為混合區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)出口 (18)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)區(qū)(10)內(nèi)設(shè)置遮 流構(gòu)件為在反應(yīng)區(qū)(10)內(nèi)4 16根原料氣噴射管(12)正上方l 30mm距離 處安置4 16根中空管道，管道間采用中空直管或彎管部件成對(duì)地連接，形成2 8組相互獨(dú)立的反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件(19)，在反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件(19)的一端為反應(yīng) 區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口 (20)，另一端為反應(yīng)區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)出口(21)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述急冷區(qū)(14)內(nèi)設(shè)置遮 流構(gòu)件為在急冷區(qū)(14)內(nèi)6 32根急冷介質(zhì)噴射管(13)正上方l 30mm距 離處安置6 32根中空管道，管道間采用中空直管或彎管部件成對(duì)地連接，形 成3 16組相互獨(dú)立的急冷區(qū)遮流構(gòu)件(22)，在急冷區(qū)遮流構(gòu)件(22)的一端 為急冷區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)入口 (23)，另一端為急冷區(qū)遮流構(gòu)件內(nèi)冷卻介質(zhì)出口 (24)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述等離子體為直流電弧等 離子體、高頻等離子體或微波等離子體中的一種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述等離子體炬工作氣體為 氫氣、氮?dú)狻⒀鯕夂退魵庵械囊环N或幾種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述煤粉為同體煤粉、煤與 生物質(zhì)的粉狀混合物或煤與石油焦的粉狀混合物中的一種。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述中空管道由金、銀或銅 材質(zhì)中的一種制成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求;l所述的裝置，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)為卨'壓水、鹽 水、堿水或機(jī)油中的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工設(shè)備領(lǐng)域一種涉及遮流構(gòu)件的等離子體煤裂解反應(yīng)裝置，該裝置包括等離子體炬陽極，等離子體炬陰極，等離子體炬陰陽極交匯區(qū)，等離子體炬陽極工作氣體入口和等離子體炬陰極工作氣體入口；混合區(qū)和煤粉噴射管；反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)壁面和反應(yīng)區(qū)原料氣噴射管；急冷區(qū)，急冷介質(zhì)噴射管和急冷區(qū)出口，并在混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)或急冷區(qū)內(nèi)設(shè)置遮流構(gòu)件。本發(fā)明在高溫、高流速的反應(yīng)裝置內(nèi)設(shè)置遮流構(gòu)件，改變流體的空間分布，加大注入物料的入射深度，增強(qiáng)反應(yīng)物之間的接觸和混合效率，進(jìn)而達(dá)到提高煤裂解裝置煤轉(zhuǎn)化和熱轉(zhuǎn)化能力的目的。
文檔編號(hào)C07C11/24GK101508623SQ200910080099
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者軍 劉, 吳昌寧, 軍 周, 熊新陽, 易 程, 郭文康, 涌 金 申請(qǐng)人:清華大學(xué);新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司