【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及乙炔生产技术，特别涉及一种乙炔的制备方法、电弧等离子体反应装置。
技术介绍
1、乙炔是利用碳质物料转换生产的基础化工原料之一。工业乙炔的传统制备方法主要包括电石法，但是通过电石法制备乙炔的能耗严重且会带来大量的污染。
2、相对于电石法制乙炔，电弧等离子体热解煤粉直接生成乙炔理论上具有节约资源、减少污染排放、能耗低等优点，被认为是对电石法生产乙炔的革命。自上世纪20年代，gb286825公开了对含碳材料(包括煤粉、焦碳等)通过电弧加热气化/热解、在以c-h气氛为主的气相反应制取乙炔，90多年来有持续不断的研究，但这项技术路线至今尚未获得工业应用，主要问题是热解煤粉制乙炔大规模工业反应器存在电能消耗高、反应器易结焦和规模扩大等问题，造成运行成本高、不稳定，经济性(主要是反应器的能耗指标)与理想值差之甚远。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提出一种乙炔的制备方法、电弧等离子体反应装置，该装置能使电弧等离子体与煤粉快速混合均匀，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，并且具有功率大、能效高、可避免反应器壁结焦等多个优点，从而兼顾工业应用多种需求。
2、为实现上述目的，一方面，本专利技术提出的一种乙炔的制备方法，包括以下步骤：
3、s1，将气体携带碳粉送入等离子体反应器的电弧等离子体炬中，电弧加热以使得所述碳粉气化形成碳蒸汽射流；
4、s2，向等离子体反应器输入反应气体，使得所述反应气体和所述碳蒸汽射流混合、
5、可选地，在步骤s1中，所述碳蒸汽射流平均焓值为30～80mj/kg。
6、可选地，所述步骤s1中，碳粉的质量流量与输入等离子体炬的气体的质量流量之比n大于1。
7、可选地，所述步骤s1中，碳粉的质量流量与输入等离子体炬的气体的质量流量之比n大于5。
8、可选地，所述反应气体垂直于碳蒸汽射流的流动方向分量的动量与碳蒸汽射流的动量比值为m，m＝0.2～5；可选地，m＝0.5～2。
9、可选地，所述步骤s2中含烃类化合物包括含烃类气体、含烃类液体、、含烃类固体粉末中的至少一种，可选地，所述含烃类固体粉末包括煤粉、废旧塑料粉末或废旧树脂粉末，所述煤粉的挥发分大于20％。
10、可选地，所述步骤s2中还包括输入氧化剂；所述氧化剂包括气态或液态h2o、co2、o2；和/或，
11、所述步骤s1中，所述碳粉包括煤粉、煤制焦炭粉、蓝碳粉、石油焦炭粉、废旧树脂粉、废旧塑料粉或等离子体反应器排出的碳粉；和/或，
12、所述碳粉的氢质量含量不大于1.5％；和/或，
13、所述气体包括氧气、一氧化碳、二氧化碳、氩气、氮气、以及空气中的一种或多种；和/或，
14、所述等离子体反应器中的总气相的氢碳摩尔比(h/c)为3～8。
15、另一方面，本专利技术提出一种电弧等离子体反应装置，包括：
16、反应器，内部形成两端开口的反应腔，所述反应腔的侧壁上设置多个介质输送喷嘴，用以输入反应气体；以及，
17、等离子体炬，所述等离子体炬包括第一电极容纳腔、第一固体粉末喷嘴和电弧通道，所述电弧通道与所述反应腔同轴设置，且所述电弧通道的一端与第一电极容纳腔、第一固体粉末喷嘴连通，另一端与所述反应腔的一端开口连通，所述第一电极容纳腔中设置第一电弧电极，所述第一固体粉末喷嘴用以将碳粉送入电弧通道中；
18、其中，所述反应腔的侧壁上设有多个电极孔，各所述电极孔内设有与所述第一电弧电极的极性相反的第二电弧电极。
19、可选地，所述多个介质输送喷嘴沿所述反应腔的环周方向均匀设置，所述多个介质输送喷嘴轴线切于反应器横断面内、并与反应腔同轴的切圆，所述切圆直径小于反应腔直径的1/3；和/或，
20、所述多个电极孔沿所述反应腔的环周方向间隔设置，且各所述多个电极孔的轴线与所述反应腔的中心轴的夹角α为30°～150°，所述多个电极孔轴线切于反应器横断面内、与反应腔同轴线的切圆，所述切圆直径小于反应腔直径的1/3；
21、可选地，所述多个介质输送喷嘴与所述反应腔多个电极孔重合。
22、可选地，所述第一电极容纳腔设有一个，且所述第一电极容纳腔与所述反应器同轴设置；同时所固体粉末喷嘴为多个，围绕电弧通道轴线均匀分布，所述固体粉末喷嘴的轴线与第一电极的轴线之间的夹角β为10°～90°；或者，
23、所述第一电极容纳腔设有多个，所述多个第一电弧电极的极性相同，多个所述第一电极容纳腔围绕电弧通道轴线周向均匀分布，所述多个第一电弧电极轴线与所述电弧通道轴线之间的夹角γ为10°～90°；同时所述第一固体粉末喷嘴为一个，所述第一固体粉末喷嘴轴线与电弧通道同轴设置。
24、可选地，所述反应腔(201)的侧壁上或者在等离子体炬四周设置多个第二固体粉末喷嘴，多个所述第二固体粉末喷嘴沿所述反应腔或等离子体炬的环周方向均匀设置、或多个所述第二固体粉末喷嘴的轴向位置位于第一固体粉末喷嘴至第二电弧电极下方之间或第二电弧电极下方设置。
25、所述电弧通道的内壁材质为高电阻材料；所述反应腔内壁的材质为多孔材料。
26、本专利技术提供的技术方案中，将碳粉在等离子体炬内气化形成高焓、高流速碳蒸汽射流，高温碳蒸汽射流与反应气体快速混合，能够提高二者混合速度和混合均匀性，提高加热均匀性，从而提高乙炔收率，显著降低乙炔生成能耗；快速混合提高了混合速度和缩短了反应时间，从而提高了反应器空速，减少反应器能耗；电弧等离子体通道外围的碳粉隔离了等离子体通道对电弧通道壁的辐射和对流传热，降低了电弧等离子体炬的热损耗；此外，以碳粉为碳源生成乙炔具有最低的乙炔生成焓，进一步降低了乙炔生成能耗，且避免电弧通道壁结焦。贴反应腔壁通入少量氧化介质，消除反应器壁结焦问题。相较电石法，能耗少、污染小。
27、另外，本专利技术能够实现采用电弧等离子体一步将固体碳原料和转化为乙炔，能耗低，并能够保持碳粉气化过程的低能耗。本专利技术能够解决现有电弧热解煤粉制乙炔过程的气-固混合困难、热解过程分散性大导致的乙炔收率低的问题。本专利技术还能够减少电弧转化固体碳原料为乙炔的反应器结焦。
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1.一种乙炔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的乙炔的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述碳蒸汽射流平均焓值为30～80MJ/kg。
3.根据权利要求1所述的乙炔的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，碳粉的质量流量与输入等离子体炬的气体的质量流量之比N大于1。
4.根据权利要求1所述的乙炔的制备方法，其特征在于，所述反应气体在垂直于碳蒸汽射流的流动方向的动量与碳蒸汽射流的动量比值为M，M＝0.2～5。
5.根据权利要求1所述的乙炔的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中含烃类化合物包括含烃类气体、含烃类液体、含烃类固体粉末中的至少一种，所述含烃类固体粉末包括煤粉、废旧树脂粉末或废旧塑料粉末；所述煤粉的挥发分大于20％。
6.根据权利要求1所述的乙炔的制备方法，其特征在于，
7.一种电弧等离子体反应装置，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述的乙炔的制备方法中，包括：
8.如权利要求7所述的电弧等离子体反应装置，其特征在于，
9.如权利要求7所述的电弧
10.如权利要求7所述的电弧等离子体反应装置，其特征在于，所述反应腔的侧壁上或者在等离子体炬四周设置多个第二固体粉末喷嘴，多个所述第二固体粉末喷嘴沿所述反应腔或等离子体炬的环周方向均匀设置、或多个所述第二固体粉末喷嘴的轴向位置位于第一固体粉末喷嘴至第二电弧电极之间或第二电弧电极下方设置，和/或，
...【技术特征摘要】
1.一种乙炔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的乙炔的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述碳蒸汽射流平均焓值为30～80mj/kg。
3.根据权利要求1所述的乙炔的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，碳粉的质量流量与输入等离子体炬的气体的质量流量之比n大于1。
4.根据权利要求1所述的乙炔的制备方法，其特征在于，所述反应气体在垂直于碳蒸汽射流的流动方向的动量与碳蒸汽射流的动量比值为m，m＝0.2～5。
5.根据权利要求1所述的乙炔的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中含烃类化合物包括含烃类气体、含烃类液体、含烃类固体粉末中的至少一种，所述含烃类固体粉末包括煤粉、废旧树脂粉末或废旧...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏维东，王城，陈仙辉，刘明侯，朱诚，夏维珞，张云飞，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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