[发明专利]一种基于电弧等离子体炬产生高温煤气的方法

说明书

本发明提供一种基于电弧等离子体炬产生高温煤气的方法，其包括以下步骤：从电弧等离子体炬的不同入口分别送入含碳粉末和至少一种载能工质；由载气携带含碳粉末周向均匀地进入电弧等离子体炬中的电弧通道；至少一种载能工质进入电弧等离子体炬后，穿过电弧通道壁上的流体通路而进入电弧通道中；在电弧通道中引发电弧而产生等离子体；载能工质和含碳粉末一起被等离子体加热，然后一起从电弧等离子体炬的喷嘴喷出。本发明采用载能工质对电弧通道壁进行发散冷却、蒸发冷却或管道壁附近吸热化学反应，直接吸收了等离子体的辐射和对流对管道壁的传热，大大提高了等离子体炬的热效率，且抑制含碳粉末气化物质在等离子体炬电弧通道管壁结焦。

技术领域

本发明属于高温煤气加工技术领域，特别涉及一种基于电弧等离子体炬产生高温煤气的方法。

背景技术

以可再生能源电力产生等离子体能供热，将炼铁还原、水泥石灰石分解过程中产生的二氧化碳还原生成煤气，并提供炼铁还原、石灰石分解过程所需的能量，可以实现炼铁和水泥生产的近零碳排放。

在进行高炉炼铁时，以煤气载能提供高炉所需热能，煤气温度高达到3000K。有效的方法是采用电弧等离子体炬来对煤气进行加热、或还原二氧化碳生产煤气，电弧等离子体炬与专用煤气发生炉、高炉连接。如专利ZL202210468187.2公开了将二氧化碳和煤粉直接送入等离子体炬的电弧通道，利用电弧等离子体高温直接加热二氧化碳和煤粉，在等离子体炬内产生煤气，能提高煤粉的转化率，煤粉吸收电弧辐射提高了等离子体炬热效率；煤气主要成分为CO和H₂，还包括少量C₂H₂、CH₄等，以及没有完全反应的CO₂、H₂O、芳烃、煤热解其他有机小分子、未完全气化的含碳固体粉末渣。但由于电弧及其电弧边缘的高温将含碳粉末迅速热解和气化，产生活性C、H及其化合物小分子，其将进一步扩散而导致电弧通道壁进一步升温，同时高温含碳粉末和C-H化合物小分子非常容易在电弧通道壁沉积结焦。

另外，大功率等离子体炬的热损耗需要冷却，其冷却功率非常巨大，可以达到10％-40％；故降低等离子体炬热损耗、提高等离子体炬的热效率具有巨大的经济效益和实用价值。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于电弧等离子体炬产生高温煤气的方法。本发明解决了煤气加热过程中电弧等离子体炬电弧通道壁的冷却问题，并提高了热效率。

本发明的技术方案具体如下：

本发明的发明目的是提供一种基于电弧等离子体炬产生高温煤气的方法，其包括以下步骤：

S1、从电弧等离子体炬的不同入口分别送入含碳粉末和至少一种载能工质；

S2、由载气携带含碳粉末周向均匀地进入电弧等离子体炬中的电弧通道；

S3、至少一种载能工质进入电弧等离子体炬后，穿过电弧通道壁上的流体通路而进入电弧通道中；

S4、在电弧通道中引发电弧而产生等离子体；

S5、进入电弧通道中的载能工质和含碳粉末一起被等离子体加热，然后一起从电等离子体弧等离子体炬的喷嘴喷出。

从电弧等离子体炬的喷嘴喷出的高热煤气为炼铁还原、石灰石分解过程所需的能量，将炼铁还原、水泥石灰石分解过程中产生的二氧化碳还原生成煤气，可以实现炼铁和水泥生产的近零碳排放。

进一步方案，本发明中载能工质有以下三种情况：

第一种是载能工质为氧化性介质，含碳粉末以具有向心流动方式流向电弧，部分含碳粉末被热解、气化成C-H小分子化合物，C-H小分子化合物与氧化性介质反应生成高温煤气；

其中所述氧化性介质包括液态水、水蒸气、液体二氧化碳、二氧化碳气体。