[实用新型]一种空心阴极磁旋转弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置

说明书

一种空心阴极磁旋转弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置，采用空心阴极，阴极空心通道用来输送煤粉等物料，阴极和阳极都设置磁旋转线圈，工作时，在阴极和阳极之间产生电弧，在磁旋转线圈产生磁场作用下高速旋转，煤粉由阴极空心通道通入，在高旋转速等离子体弧离心力作用下，煤粉在下行过程中与高温流体混合和反应；本方法可以充分利用等离子体炬弧中心区域的高温来裂解煤粉，实现煤粉高效转化，且不会产生结焦现象。

技术领域

本实用新型属于煤化工技术领域，尤其涉及一种空心阴极磁旋转弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置。

背景技术

等离子体裂解煤直接制乙炔技术被公认是极具发展前景的绿色化工技术，它不同于传统的煤转化过程，等离子体煤裂解通过一步反应获得高价值的乙炔、氢气等产品，具有流程短、无催化剂、对煤质适应性广、反应设备小、投资少等优点。

等离子体裂解煤制乙炔反应条件极端苛刻，是一个毫秒级的超短接触反应过程，高速等离子体射流与煤粉混合效率低，煤粉难以进入高温区，造成发气量和乙炔浓度低、反应器易结焦、单位乙炔能耗高，反应放大效应明显，大规模产业化困难，煤粉与等离子体混合、传热、反应问题已成为等离子体裂解煤制乙炔工艺关键性技术难点。

专利号CN201454523U公开了一种应用于等离子体裂解煤制乙炔反应器的煤粉喷射装置，其方法是煤粉喷嘴的出口截面为宽扁形，喷嘴的长轴与与反应器通道截面夹角为α，煤粉喷嘴的中心线与反应器通道交点的切线成β角，更容易使煤粉颗粒附着在反应器壁面上，堵塞反应通道。专利号CN101550054A公开了应用于煤裂解制乙炔过程的热等离子体与煤粉混合结构，其方法是煤粉喷嘴安装在气固下行床混合器通道内壁相同或不同的截面上，分2-3层分布，每层2-50mm,安装角度可在整个空间内进行调整，在煤粉喷嘴的上方安装有遮流构件，目的是提高煤粉颗粒的速度，扩大煤粉射流与等离子体射流的接触面积，但并未达到理想的效果，而且由于等离子体射流的温度梯度较大，由于温度的递减，垂直高度增加煤粉喷嘴的层数，使煤粉反应不完全，更容易形成结焦物，堵塞反应通道，等离子体射流烧蚀和冲刷使遮流构件损耗增大，不利于长时间运行。在浙江大学马杰的博士论文《磁旋转弧等离子体裂解煤制乙炔研究》中，提到自主设计1MW磁旋转弧等离子体裂解煤制乙炔装置，此装置是电弧外加磁场作用下高速旋转将高温等离子体分散，形成空间相对均匀的等离子体高温区，有利于煤粉与等离子体混合，但这种方法存在煤粉在加热过程中，受到高速旋转电弧离心力作用，粘附到反应器壁上，形成结焦，影响装置长期稳定运行，另外，电弧在高速旋转过程与煤粉作用，煤粉发生剧烈的裂解反应，影响电弧的稳定，导致运行电流的波动较大。专利号CN203582762U公开一种多电弧等离子体煤制乙炔反应装置，其方法为在等离子体炬阴极和若干个等离子体炬阳极之间可产生多条电弧，在磁旋转线圈的作用下高速旋转，在反应通道形成多个垂直分布的高温区，此方案是在浙江大学磁旋转弧方案的放大和优化，但同样存电弧稳定性差、结焦等问题，虽然此方案装置功率可以成倍提高，但是多电弧作用阴极，导致装置复杂、阴极负荷大，损耗快，阴极的寿命短等问题。

发明内容

本实用新型针对现有煤粉与等离子体混合问题和磁旋转弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置，电流波动大，电弧稳定性差，反应器通道易结焦等问题，提出一种空心阴极磁旋转弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置。

为解决上述问题，提供以下技术方案：

一种空心阴极磁旋转弧等离子体裂解煤制乙炔反应装置，该装置包括阴极、阴极磁旋转线圈、进气段、绝缘垫、阳极、阳极磁旋转线圈、淬冷器、等离子体电源依次联接，阴极和阳极之间产生电弧，在磁旋转线圈产生磁场作用下阴极弧根和阳极弧根高速旋转，也即，在磁旋转线圈产生磁场作用下电弧高速旋转；上述装置中心区域形成高温等离子体区域，煤粉由阴极空心通道通入，在电弧产生高温作用下，被加热和反应，即：煤粉在高速旋转电弧作用，产生离心力向外扩散，随着煤粉下行，不断与高温等离子体进行混合、传热和反应。