等离子体裂解反应器清焦系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种等离子体裂解反应器清焦系统及方法，该系统包括预燃烧室、快速燃烧室、冲击波喷射装置和反应器，二次可燃气通过预燃烧室内气体的爆燃点火在快速燃烧室内产生爆燃，产生的冲击波经冲击波喷射装置导入到反应器内壁。本发明专利技术的清焦方法，通过一次可燃气和氧气的预混燃烧，产生初始爆燃，并点燃引入的二次可燃气，产生还原气氛并加强燃烧反应，最后产生强大的冲击波，直接作用在反应器内壁上。由于采用了预燃烧室内预点火爆燃，能够使快速燃烧室内的二次可燃气快速燃烧，产生的冲击波能量大能够有效清除反应器内壁结焦、保持反应器通道的畅通，且冲击波作用时间很短，只有１０毫秒量级，不会影响等离子体矩的正常运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤的大规模、高效气化
，涉及等离子体裂解 煤制乙炔技术，尤指一种。
技术介绍
煤的大规模、高效直接液化、气化以及高效清洁利用煤多联产一 直是我国非常重视的、急待解决的问题。国内外对利用氢气等离子体 裂解煤制乙炔技术在实验室规模上进行了大量基础研究工作，取得了 丰富的研究成果，等离子体裂解煤制乙炔的科学性得到了验诋等离子体裂解煤过程中，反应炉内温度高，煤中的固定碳和灰分 会气化或处于熔融状态，容易附着在炉壁形成非常结实的焦状物，即 发生结焦现象，严重时在几小时内就会堵塞反应炉，导致生产中断、 停炉检修，因此目前世界上采用等离子体裂解煤制乙炔的工艺技术还处于中试阶段，未见有大规模的产业化装置投入运行的报c等离子 体煤裂解制乙炔的过程中，在反应器内壁的结焦问题一直是阻碍这个过程进一步发展的一大难题，进而也妨碍了其工业化的步伐。在20世 纪卯年代初，国外相继开发了用氧等离子体射流清除等离子体反应器 壁硬碳沉积技术、等离子体热解反应器焦清除技术及气体脉冲清焦技 术，但这些技术或者存在安全隐患并容易破坏内衬材料，或者会破坏 反应器气氛，降低乙炔出产率，或者因清焦能量太低、清焦效果差等 因素而并未从根本上解决反应器结焦问题。国内科研机构从不同的角 度提出了消除结焦物的办法，但并未给出解决问题的具体方案。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种在等离子体 裂解煤制乙炔过程中，通过可燃气和氧气的预混气快速燃烧即爆燃反 应，产生还原气氛冲击波清除反应器内壁结焦，而又不破坏反应器内4气体成分的。为实现上述目的，本专利技术提供一种等离子体裂解反应器清焦系统， 该系统包括预燃烧室、快速燃烧室、冲击波喷射装置和反应器，所述 预燃烧室上设置一次可燃气和氧气接入口 ，预燃烧室与所述快速燃烧 室连通，快速燃烧室上设置二次可燃气接入口，快速燃烧室输出口通 过所述冲击波喷射装置与所述反应器连通，利用预燃烧室内可燃气体 产生爆燃，并将快速燃烧室内可燃气体快速点燃，在快速燃烧室内可 燃气体燃烧产生的沖击波经冲击波喷射装置导入到反应器内，来清除 反应器内壁附着的结焦物。进一步，所述快速燃烧室内布置有扰动器件，快速燃烧室为圆柱 形结构，所述扰动器件均匀布置在快速燃烧室圆周壁上进一步，所述扰动器件为圆环片、钢板条、销钉中的一种或几种。进一步，所述扰动器件焊接在所述快速燃烧室内壁上，扰动器件 之间为等间距安装或者不等间距安装，扰动器件为钢板条和/或销钉时， 扰动器件按螺旋型或搅龙型布置。进一步，所述一次可燃气通过一次可燃气测控管^^、所述氧气通 过氧气测控管路通入到预燃烧室内，所述二次可燃气通过二次可燃气 测控管路通入到快速燃烧室内，所述一次可燃气测控管路、二次可燃 气测控管路和氧气测控管路上依次设置有电磁阀、调节阀和流量计。进一步，所述预燃烧室上设置截止阀和点火器，所述点火器安装在预燃烧室内；所述快速燃烧室输出口处设置有压力传感器，用于监 测沖击波的压力。进一步，所述二次可燃气测控管路和预燃烧室汇集到所述快速燃 烧室上。进一步，所述冲击波喷射装置为1组2-4个沖击波喷口，所述冲击 波喷口沿着所述反应器圆周均匀布置。一种等离子体裂解反应器清焦方法，具体为l)通过一次可燃气 和氧气的预混燃烧，产生初始爆燃，2)并点燃引入的二次可燃气，产 生还原气氛并加强燃烧反应，最后产生强大的冲击波，直接作用在反 应器内壁上清除反应器内壁附着的焦体。进一步，步骤2)中产生的沖击波通过不断扰动，燃烧阵面不断加速，产生更为强大的冲击波。本专利技术的实施效果是由于采用了预燃烧室内预点火爆燃，能够使快 速燃烧室内的二次可燃气快速燃烧，产生的冲击波能量大能够有效清 除反应器内壁结焦、保持反应器通道的畅通，且冲击波作用时间很短， 只有10毫秒量级，不会影响等离子体矩的正常运^;同时由于反应为 还原气氛，不存在爆炸隐患，确保了等离子体裂解设备安全生产。附图说明图1为本专利技术的系统示意图； 图2快速燃烧室剖面示意图； 图3为反应器清焦示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一 步详细i兌明如图1所示，本专利技术实施例提供了一种等离子体裂解反应器清焦 系统，该系统包括可燃气管道l、电磁阀2、调节阀3、和流量计5 依次组成一次可燃气流量测控管路，可燃气管道l、电磁阀2、调节阀 4、和流量计6依次组成二次可燃气流量测控管路，氧气管道7、电磁 阀8、调节阀9、流量计IO依次组成氧气流量测控管路，预燃烧室11 上设置截止阀12和点火器13，并直接与快速燃烧室14相连通，截止 阀12为快速电动球阀或者气动球阀，二次可燃气流量测控管路接到快 速燃烧室14的前端，压力传感器15安装在快速燃烧室14的的接近出 口处，快速燃烧室14出口与沖击波喷射装置16连接，冲击波喷射装 置16为1组2-4个冲击波喷口。如图2所示，快速燃烧室14内布置有扰动器件142,扰动器件142 直接焊接在燃烧室管壁141上，扰动器件142可以为圆环片、钢板条、 销钉。扰动器件142之间为等间距安装或者不等间距安装，扰动器件 142为钢板条和/或销钉时，扰动器件142按螺旋型或搅龙型布置。如图3所示，冲击波喷射装置16设置有1组2-4个沖击波喷口 161, 沖击波喷口 161沿着反应器17圓周均匀布置。清焦沖击波通过导向通 孔沿着反应器内壁往下冲击，通过剪切作用清除附着在反应器17内壁的结焦物。一种等离子体裂解反应器清焦方法，将一次可燃气和氧气按适当 比例在预燃烧室11内进行预混燃烧，产生初始爆燃，并在快速燃烧室14中引入二次可燃气，产生还原气氛并加强燃烧反应，扰动器件142 在快速燃烧室14中不断扰动火焰阵面，导致燃烧波压力不断升高，最 后产生强大的冲击波，直接作用在反应器17内壁上，从而达到清焦的 目的。本专利技术系统的工作过程为开启电,兹阀2和截止阀12,通过流量 计5和6监测的可燃气流量控制调节阀3和4,调节一次可燃气和二次 可燃气流量，开启电磁阀8和调节阀9，调节氧气流量，让一次可燃气 和氧气以适当比例预混， 一次可燃气和氧气流通8到IO秒后，关闭电 磁阀8和截止阀12,同时启动点火器13，延时2秒后关闭电磁阀2, 此时已经产生初试爆燃，预混火焰由预混管道ll进入快速燃烧室14, 并在快速燃烧室14内与二次可燃气进一步混合燃烧，形成还原气氛的 燃烧波，并与扰动器件142产生的扰动形成正反馈燃烧机制，燃烧波 压力不断上升，最终形成一强沖击波，作用在反应器内壁上，清除结 焦物，确保反应器通道畅通。权利要求1. 一种等离子体裂解反应器清焦系统，其特征在于，该系统包括预燃烧室、快速燃烧室、冲击波喷射装置和反应器，所述预燃烧室上设置一次可燃气和氧气接入口，预燃烧室与所述快速燃烧室连通，快速燃烧室上设置二次可燃气接入口，快速燃烧室输出口通过所述冲击波喷射装置与所述反应器连通，利用预燃烧室内可燃气体产生爆燃，并将快速燃烧室内可燃气体快速点燃，在快速燃烧室内可燃气体燃烧产生的冲击波经冲击波喷射装置导入到反应器内，来清除反应器内壁附着的结焦物。2. 如权利要求l所述的等离子体裂解反应器清焦系统，其特征在于，所述快速燃烧室内布置有扰动器件，快速燃烧室为圆柱形结构，所述扰动器件均匀或者不等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体裂解反应器清焦系统，其特征在于，该系统包括预燃烧室、快速燃烧室、冲击波喷射装置和反应器，所述预燃烧室上设置一次可燃气和氧气接入口，预燃烧室与所述快速燃烧室连通，快速燃烧室上设置二次可燃气接入口，快速燃烧室输出口通过所述冲击波喷射装置与所述反应器连通，利用预燃烧室内可燃气体产生爆燃，并将快速燃烧室内可燃气体快速点燃，在快速燃烧室内可燃气体燃烧产生的冲击波经冲击波喷射装置导入到反应器内，来清除反应器内壁附着的结焦物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余立新，魏小林，李博，李腾，张宇，吴承康，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]