一种涉及遮流构件的等离子体煤裂解反应装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于化工设备领域一种涉及遮流构件的等离子体煤裂解反应装置包括：等离子体炬阳极，等离子体炬阴极，等离子体炬阴阳极交汇区，等离子体炬阳极工作气体入口和等离子体炬阴极工作气体入口；混合区和煤粉喷射管；反应区，反应区壁面和反应区原料气喷射管；急冷区，急冷介质喷射管和急冷区出口，并在混合区、反应区或急冷区内设置遮流构件。本实用新型专利技术在高温、高流速的反应装置内设置遮流构件，改变流体的空间分布，加大注入物料的入射深度，增强反应物之间的接触和混合效率，进而达到提高煤裂解装置煤转化和热转化能力的目的。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于化工设备领域一种涉及遮流构件的等离子体煤裂解反应装置。
技术介绍
乙炔是重要的基础有机化工原料。生产乙炔的工业方法主要有电石法、甲烷部分 氧化法和甲烷电弧裂解法，其中电石法乙炔工艺成熟，工业生产中占绝对比例，但是污染和 能耗均相对较高。 等离子体裂解煤制乙炔是一条新的、有前景的煤直接化工转化途径，相关研究始 于20世纪60年代的英国Sheffield大学在高温、高焓、高反应活性的电弧热等离子体射 流中，煤的挥发分甚至固定碳可直接转化为乙炔。此后，大量的研究集中在英国、美国、德 国、印度、前苏联等国家。我国学者及工程技术人员从90年代开始，在这一领域进行了大量 的基础研究和工程研究。由于我国油气资源相对匮乏，而煤资源丰富，因此等离子体裂解煤 制乙炔过程作为一种清洁且流程短的煤转化过程，在煤的化工利用方面具有重要的潜在工 业前景。 美国AVCO公司在1980年完成了 l丽级工业装置的试验，等离子体炬输入功率为807kW，使用水做急冷介质，气体分离前单位生产能耗为10. 5kWh/kg乙炔。德国Huels公司与Bergbau Forschung GmbH公司(德国采矿研究公司，现名DMT)在80年代合作，建成并试验了 1. 25丽的中试装置，所取得的单位生产能耗为14 16kWh/kg乙炔。 2007年，我国新疆天业集团在2丽装置平台上进行的中试试验，在大功率等离子体炬长寿命运行和反应器清焦两个关键技术上取得了关键性进展，气体分离前乙炔能耗的最好指标达到10. 5kWh/kg乙炔，计及分离能耗4. OkWh/kg，低于污染治理费用外的电石法生产乙炔的综合能耗15. OkWh/kg乙炔。2008年，新疆天业集团建成国际上最大的5丽工业试验装置，在正常开停车情况下单次操作连续运行10小时以上，累积开车时间达到500小时以上，裂解气流量和乙炔含量达到经济性要求，有望短期内实现万吨级乙炔工业化新技术。 国内外不同研究机构所采用的试验装置在系统构成方面存在共性，装置主要包括3个共同的部分，即等离子体发生装置、反应器(包括混合和反应段)、急冷和分离装置。试验装置多采用直流电弧热等离子体，根据煤与氢原料混合位置的不同可大致分为两类发生装置前混合和发生装置后混合。AVCO公司的旋转电弧实验装置采用前者，对于气态、液态烃类做原料的裂解也多采用前者。虽然发生装置前混合，确切地说是反应物进入电弧区，有利于原料的加热与混合，能得到高乙炔产率，但易损伤电极，且装置结构较复杂。大多数的试验装置均采用后者，但因此增大了煤粉与等离子体射流取得良好混合效果的难度；这主要由于等离子体射流的速度很大，而煤粉的入射速度则要低得多，煤粉在高速等离子体射流中的入射深度受到限制，对反应装置进行工程放大时这一矛盾将更为凸显。 对上述采用等离子体发生装置后混合操作模式的煤裂解反应装置，由于煤粉主要密集于热等离子体的周边，而热等离子体中心区域的高品位热能并没有得到充分利用，由3此导致能量利用效率较低。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述现有等离子体煤裂解反应装置存在的不足之处，主 要通过在反应装置内增设遮流构件，改变高温、高速等离子体的空间分布形态，便于固体物 料或者气体物料注入到等离子体中心区域即具有更高能量品质的区域，增强反应物之间的 接触和混合效率，进而达到提高煤裂解装置煤转化和热转化能力的最终目的。 为实现上述目标，本技术所采用的技术方案具体包括 所述涉及遮流构件的等离子体煤裂解反应装置包括等离子体炬阳极工作气体 入口 ，等离子体炬阴极工作气体入口 ，等离子体炬阳极，等离子体炬阴极和等离子炬阴阳极 交汇区；煤粉喷射管和混合区；反应区，反应区壁面和反应区原料气喷射管；急冷介质喷射 管，急冷区和急冷区出口，其特征在于，在混合区、反应区或急冷区内设置遮流构件。 所述混合区内设置遮流构件为在混合区内4 16根煤粉喷射管正上方1 20mm 距离处安置4 16根中空管道，管道间采用中空直管或弯管部件成对地连接，形成2 8 组相互独立的混合区遮流构件，在混合区遮流构件的一端为混合区遮流构件内冷却介质入 口另 一端为混合区遮流构件内冷却介质出口 。 所述反应区内设置遮流构件为在反应区内4 16根原料气喷射管正上方1 30mm距离处安置4 16根中空管道，管道间采用中空直管或弯管部件成对地连接，形成 2 8组相互独立的反应区遮流构件，在反应区遮流构件的一端为反应区遮流构件内冷却 介质入口 ，另一端为反应区遮流构件内冷却介质出口 。 所述急冷区内设置遮流构件为在急冷区内6 32根急冷介质喷射管正上方1 30mm距离处安置6 32根中空管道，管道间采用中空直管或弯管部件成对地连接，形成 3 16组相互独立的急冷区遮流构件，在急冷区遮流构件的一端为急冷区遮流构件内冷却 介质入口 ，另一端为急冷区遮流构件内冷却介质出口 。 所述等离子体为直流电弧等离子体、高频等离子体或微波等离子体中的一种。 所述等离子体炬工作气体为氢气、氮气、氧气和水蒸气中的一种或几种。 所述煤粉为固体煤粉、煤与生物质的粉状混合物或煤与石油焦的粉状混合物中的一种。 所述中空管道由金、银或铜材质中的一种制成。 所述冷却介质为高压水、盐水、碱水或机油中的一种。 本技术具有以下优点 (1)遮流构件可显著加大物料射流的入射深度，增强反应物之间的接触和混合效 率，可有效强化混合区内煤与等离子体的混合和反应、反应区补充原料与反应物流的混合 和反应、以及急冷区内急冷介质与反应后物流的混合和反应； (2)对于安装了该遮流构件的等离子体煤裂解反应装置，系统的煤转化和热转化 能力都能显著得到提升； (3)在该遮流构件的遮护作用下物料射流可至等离子体射流/反应物流的中心区 域，便于进行等离子体煤裂解反应装置的工程放大设计。附图说明图la为无遮流构件的等离子体煤裂解反应装置示意图； 图lb为图la中反应装置混合区的A-A剖视图； 图lc为图la中反应装置反应区的B-B剖视图； 图Id为图la中反应装置急冷区的C-C剖视图； 图2a为混合区采用遮流构件的等离子体煤裂解反应改进装置示意图； 图2b为图2a中改进装置混合区的D_D剖视图； 图3a为混合区和反应区采用遮流构件的等离子体煤裂解反应改进装置示意图； 图3b为图3a中改进装置反应区的E_E剖视图； 图4a为混合区、反应区和急冷区采用遮流构件的等离子体煤裂解反应改进装置 示意图； 图4b为图4a中改进装置急冷区的F_F剖视图。 图中1-等离子体炬阳极工作气体入口 ， 2-等离子体炬阴极工作气体入口 ， 3-等 离子体炬阳极，4-等离子体炬阴极，5-等离子体炬阴阳极交汇区，6-气相流场流速大小示 意，7-煤粉喷射管，8-煤粉在混合区内运动轨迹示意，9_混合区，10-反应区，11-反应区壁 面，12-反应区原料气喷射管，13-急冷介质喷射管，14-急冷区，15-急冷区出口 ， 16-混合 区遮流构件，17-混合区遮流构件内冷却介质入口 ， 18-混合区遮流构件内冷却介质出口 ， 19-反应区遮流构件，20-反应区遮流构件内冷却介质入口 ， 21-反应区遮流构件内冷却介 质出口 ， 22-急冷区遮流构件，23-急冷区遮流构件内冷却介质入口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涉及遮流构件的等离子体煤裂解反应装置包括：等离子体炬阳极工作气体入口（１），等离子体炬阴极工作气体入口（２），等离子体炬阳极（３），等离子体炬阴极（４）和等离子体炬阴阳极交汇区（５）；煤粉喷射管（７）和混合区（９）；反应区（１０），反应区壁面（１１）和反应区原料气喷射管（１２）；急冷介质喷射管（１３），急冷区（１４）和急冷区出口（１５），其特征在于，在混合区（９）、反应区（１０）或急冷区（１４）内设置遮流构件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程易，郭文康，吴昌宁，熊新阳，周军，金涌，刘军，
申请(专利权)人：清华大学，新疆天业集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]