CN108328571A - 一种等离子体煤气化制富氢合成气的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种等离子体煤气化制富氢合成气的装置及方法，所述装置包括：等离子体射流器、混合腔体及反应腔体；所述混合腔体的上端设置有等离子体射流器，所述混合腔体的下端连通有所述反应腔体；所述等离子体射流器上设置有进气口，且顶端上开设有煤粉入口，所述等离子体射流器的下端开设有第一出气口，所述第一出气口与所述混合腔体连通；所述反应腔体上设置有第二出气口。本发明等离子体煤气化制富氢合成气的装置可缩短制备流程，提高洁净转换效果。

Description

一种等离子体煤气化制富氢合成气的装置及方法
技术领域
本发明涉及化工原料制备技术领域，特别是涉及一种等离子体煤气化制富氢合成气的装置及方法。
背景技术
我国“贫油、少气、富煤”的资源特点决定了以煤炭部分替代石油和天然气生产能源、化工产品有其特定必要性，近年来煤炭清洁高效利用逐渐成为社会关注的热点。而煤气化技术是煤炭清洁高效利用的基础，是指煤在高温下气化制得合成气，主要成分是氢气(H2)和一氧化碳(CO)，再以合成气为原料制取甲醇、天然气、合成油等一级产品及以甲醇为原料制得乙烯、丙烯等二级产品的核心技术。
合成气是重要的化工原料与燃料，煤气化技术是制合成气的主要工业技术。但是目前煤气化工业设备比较大型，占用空间大，成本高、制备周期长。洁净效果不理想，容易造成污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子体煤气化制富氢合成气的装置及方法，可缩短制备流程，提高洁净转换效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种等离子体煤气化制富氢合成气的装置，所述装置包括：等离子体射流器、混合腔体及反应腔体；所述混合腔体的上端设置有等离子体射流器，所述混合腔体的下端连通有所述反应腔体；所述等离子体射流器上设置有进气口，且顶端上开设有煤粉入口，所述等离子体射流器的下端开设有第一出气口，所述第一出气口与所述混合腔体连通；所述反应腔体上设置有第二出气口。
可选的，所述装置还包括煤粉管道，所述煤粉管道水平设置在所述混合腔体的侧壁上，且与所述混合腔体连通。
可选的，所述煤粉管道的数量为两根，且各所述煤粉管道对称设置在所述混合腔体的侧壁上。
可选的，所述装置还包括激波管道，所述激波管道水平设置，且所述激波管道的出口垂直向下，并与所述反应腔体连通。
可选的，所述激波管道的数量为两根，且各所述激波管道对称设置所述反应腔体的上方。
可选的，所述反应腔体包括炉衬、炉腔及机械清焦装置，所述炉衬环绕形成所述炉腔，所述炉腔内设置有所述机械清焦装置。
可选的，所述等离子体射流器的形状为V型。
可选的，所述装置还包括壳体，所述壳体内容置有所述等离子体射流器、混合腔体及反应腔体，并将所述等离子体射流器、混合腔体及反应腔体固定。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种等离子体煤气化制富氢合成气的方法，所述方法包括：
将煤粉放入煤粉料仓中；
工作气体以50m3/h流量流入上述等离子体煤气化制富氢合成气的装置的等离子体发生器内，使等离子体发生器内的气压维持在1atm；
启动与等离子体发生器连接的电源，工作气体在等离子体发生器内电极间放电，产生等离子体；在工作气体的气流作用下，等离子体以射流形式从等离子体发生器的出气口中喷出；
煤粉从料仓中以100kg/h流量流入所述等离子体发生器内，并随从产生的等离子体进入混合腔体内进行物理混合；
混合后的气粉进入反应腔体内进行化学反应，生成氢气和一氧化碳，并从所述反应腔体内排出。
可选的，所述电源的参数为1000V，电流为60A。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明等离子体煤气化制富氢合成气的装置及方法通过设置等离子体射流器、混合腔体及反应腔体，利用热等离子体具有的高热焓、高化学活性的特点，将等离子体技术与煤转化相结合，使得制备合成气体流程短，并能够提高洁净转化效果，同时大幅度地提高合成气中H2、CO含量，降低CO2含量，提高碳转化率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例等离子体煤气化制富氢合成气的装置的结构图；
图2为本发明实施例等离子体煤气化制富氢合成气的方法的流程图。
符号说明：
等离子体射流器—1，煤粉入口—11，第一出气口—12，混合腔体—2，反应腔体—3，炉衬—31，炉腔—32，机械清焦装置—33，煤粉管道—4，激波管道—5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种等离子体煤气化制富氢合成气的装置及方法，通过设置等离子体射流器、混合腔体及反应腔体，利用热等离子体具有的高热焓、高化学活性的特点，将等离子体技术与煤转化相结合，使得制备合成气体流程短，提高洁净转化效果，大幅度地提高合成气中H2、CO含量，降低CO2含量，同时也可大幅度地提高碳转化率。
等离子体按体系温度可分为高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体：等离子体中的电子温度Te、离子温度Ti、气体温度Tg均相等，约为108～109K；低温等离子体：分为冷等离子体和热等离子体，冷等离子体特点是Te〉〉Ti≈Tg，Tg在100～1000K，而Te在104～106K之间；热等离子体中Te、Ti、Tg三者温度相当，通常在5000～20000K之间。热等离子体具有以下优点：(1)等离子体气氛可选择，可以用空气、氧气、氢气、氩气、氮气、水蒸气等做气源，富含激发态的分子、原子、自由基等活性粒子；(2)热流体具有较高的焓值，热效率高，能够提供高于5000K的温度环境。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明等离子体煤气化制富氢合成气的装置包括等离子体射流器1、混合腔体2及反应腔体3；所述混合腔体2的上端设置有等离子体射流器1，所述混合腔体2的下端连通有所述反应腔体3；所述等离子体射流器1上设置有进气口，且顶端上开设有煤粉入口11，所述等离子体射流器的下端开设有第一出气口12，所述第一出气口12与所述混合腔体2连通；所述反应腔体3上设置有第二出气口。
优选的，所述煤粉入口11设置在所述等离子体射流器1顶端轴线处。在本实施例中，所述等离子体射流器1的形状为V型。其中，所述等离子体发生器1可以为常压等离子体发生器或等离子体火炬，但并不以此为限。
如图1所示，本发明等离子体煤气化制富氢合成气的装置还包括煤粉管道4，所述煤粉管道4水平设置在所述混合腔体2的侧壁上，且与所述混合腔体2连通。优选地，所述煤粉管道4的数量为两根，且各所述煤粉管道4对称设置在所述混合腔体2的侧壁上。
进一步地，本发明等离子体煤气化制富氢合成气的装置还包括激波管道5，所述激波管道5水平设置，且所述激波管道5的出口垂直向下，并与所述反应腔体3连通。在本实施例中，所述激波管道5的数量为两根，且各所述激波管道对称设置所述反应腔体的上方。优选地，所述激波管道5的设置位置低于所述煤粉管道4的设置位置。
此外，本发明等离子体煤气化制富氢合成气的装置还包括壳体，所述壳体内容置有所述等离子体射流器1、混合腔体2及反应腔体3，并将所述等离子体射流器1、混合腔体2及反应腔体3固定。
如图1所示，所述反应腔体3包括炉衬31、炉腔32及机械清焦装置33，所述炉衬31环绕形成所述炉腔32，所述炉腔32内设置有所述机械清焦装置33。
煤粉从等离子体发生器1顶部轴线上的煤粉入口11进入等离子体发生器1，通过位于中部的煤粉管道径向进入到等离子体火焰中，并在混合腔体2内进行物理混合，在反应腔体3内发生化学反应，最终生成氢气和一氧化碳，制备出富氢高热值合成气。
本发明利用等离子体煤气化制备合成气属于高效燃烧方法，过程中二氧化碳排放少，减少了对环境污染；整个等离子体煤气化制富氢合成气的装置中体积小，可减少厂房使用面积，降低企业厂房投资。
此外，本发明还提供一种等离子体煤气化制富氢合成气的方法。如图2所示，本发明等离子体煤气化制富氢合成气的方法包括：
步骤100：将煤粉放入煤粉料仓中。
其中，所述煤粉包括：无烟煤、肥煤、长焰煤等。
步骤200：工作气体以50m3/h流量流入等离子体煤气化制富氢合成气的装置的等离子体发生器内，使等离子体发生器内的气压维持在1atm。
所述工作气体包括空气、氩气、氮气、氢气、氧气、二氧化碳、水蒸气等，等离子体发生器可以为常压等离子体发生器或等离子体火炬，但并不以此为限。
步骤300：启动与等离子体发生器连接的电源，工作气体在等离子体发生器内电极间放电，产生等离子体；在工作气体的气流作用下，等离子体以射流形式从等离子体发生器的出气口中喷出。
所述电源的参数为1000V，电流为60A。具体的，所述电源可为高频电源、脉冲电源、直流电源等。
步骤400：煤粉从料仓中以100kg/h流量流入所述等离子体发生器内，并随从产生的等离子体进入混合腔体内进行物理混合。
步骤500：混合后的气粉进入反应腔体内进行化学反应，生成氢气和一氧化碳，并从所述反应腔体内排出。
相对于现有技术，本发明等离子体煤气化制富氢合成气的方法与上述等离子体煤气化制富氢合成气的装置的有益效果相同，在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种等离子体煤气化制富氢合成气的装置，其特征在于，所述装置包括：等离子体射流器、混合腔体及反应腔体；所述混合腔体的上端设置有等离子体射流器，所述混合腔体的下端连通有所述反应腔体；所述等离子体射流器上设置有进气口，且顶端上开设有煤粉入口，所述等离子体射流器的下端开设有第一出气口，所述第一出气口与所述混合腔体连通；所述反应腔体上设置有第二出气口。
2.根据权利要求1所述的等离子体煤气化制富氢合成气的装置，其特征在于，所述装置还包括煤粉管道，所述煤粉管道水平设置在所述混合腔体的侧壁上，且与所述混合腔体连通。
3.根据权利要求2所述的等离子体煤气化制富氢合成气的装置，其特征在于，所述煤粉管道的数量为两根，且各所述煤粉管道对称设置在所述混合腔体的侧壁上。
4.根据权利要求1所述的等离子体煤气化制富氢合成气的装置，其特征在于，所述装置还包括激波管道，所述激波管道水平设置，且所述激波管道的出口垂直向下，并与所述反应腔体连通。
5.根据权利要求4所述的等离子体煤气化制富氢合成气的装置，其特征在于，所述激波管道的数量为两根，且各所述激波管道对称设置所述反应腔体的上方。
6.根据权利要求1所述的等离子体煤气化制富氢合成气的装置，其特征在于，所述反应腔体包括炉衬、炉腔及机械清焦装置，所述炉衬环绕形成所述炉腔，所述炉腔内设置有所述机械清焦装置。
7.根据权利要求1所述的等离子体煤气化制富氢合成气的装置，其特征在于，所述等离子体射流器的形状为V型。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的等离子体煤气化制富氢合成气的装置，其特征在于，所述装置还包括壳体，所述壳体内容置有所述等离子体射流器、混合腔体及反应腔体，并将所述等离子体射流器、混合腔体及反应腔体固定。
9.一种等离子体煤气化制富氢合成气的方法，其特征在于，所述方法包括：
将煤粉放入煤粉料仓中；
工作气体以50m3/h的流量流入权利要求1-8中任一项所述的等离子体煤气化制富氢合成气的装置的等离子体发生器内，使等离子体发生器内的气压维持在1atm；
启动与等离子体发生器连接的电源，工作气体在等离子体发生器内电极间放电，产生等离子体；在工作气体的气流作用下，等离子体以射流形式从等离子体发生器的出气口中喷出；
煤粉从料仓中以100kg/h流量流入所述等离子体发生器内，并随从产生的等离子体进入混合腔体内进行物理混合；
混合后的气粉进入反应腔体内进行化学反应，生成氢气和一氧化碳，并从所述反应腔体内排出。
10.根据权利要求9所述的等离子体煤气化制富氢合成气的方法，其特征在于，所述电源的参数为1000V，电流为60A。
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