CN117181138B - 一种低功耗高效高适应性的气体加热装置及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗高效高适应性的气体加热装置及加热方法，包括具有出气口的密封腔体；密封腔体包括回流腔与反应器，回流腔设于反应器的顶部；反应器沿气体流经方向包括顺次设置的进气口、气体匀化区、粉体支撑层以及中间核心区；中间核心区内还设有电极装置以及粉碎装置，本发明通过改变电极装置的方向，利用与反应器水平线垂直的电极装置对碳颗粒进行通电，实现其自加热，通过改变电流通路与气流之间的方向关系，避免了电极装置与碳颗粒间由于间隙所导致的断路。

Description

一种低功耗高效高适应性的气体加热装置及加热方法

技术领域

本发明涉及高温热裂解技术领域，具体涉及一种低功耗高效高适应性的气体加热装置及加热方法。

背景技术

高温热裂解甲烷制氢技术是一种直接催化裂解甲烷的先进技术。该反应具有温和的吸热特性和低能耗、简化的反应流程，避免了二氧化碳的产生，从而不会加剧温室效应。此外，该技术能够副产固体碳，具有经济价值且易于储存，可供未来碳资源的利用。重要的是，该技术可以制取高纯度的氢气，从而显著降低制氢装置的投资和制氢成本。

然而，由于裂解甲烷反应需要在高温条件下进行，因此对装置的加热和催化性能有着较高的要求。装置需要能够提供稳定的高温加热条件，以确保反应的顺利进行。同时，催化剂的选择和性能也需要得到优化，以提高反应的效率和选择性。对装置的加热和催化性能的高要求需要在技术设计和工艺优化中精确控制各个环节，以实现高效、稳定和经济的制氢过程。

US2982622公开了一种移动床烃的热解技术，采用水平电极布置形式，其中电极处于水平布置形式中，碳氢化合物原料与保持在反应温度下的电加热致密固体床接触，实现热解产生氢气和沉积的固体碳。但该技术存在固体沉积与电极分离的接触不良问题。

CN111656858进一步公开了一种利用充填固体材料进行吸热反应的设备，通过改善电极布置方式和反应器设计来解决电能损失较高、分布不均匀的问题。然而，该技术中仍采用水平电极布置形式，存在固体下沉与电极分离、通路断开的问题。

水平电极布置方式中电流方向与重力方向、气流方向平行，粉体自上而下流过反应区域，气体自下而上与粉体接触加热分解，但目前方案中仍存在多种问题，如下：

固体因重力作用下沉与上端电极分离容易导致接触不良，导致通路断开，无法通过导电粉体自身导电性进行电阻发热。

如气流过大，粉体因气流作用上浮，则会与下端电极分离，容易导致接触不良，通路断开，无法通过导电粉体自身导电性进行电阻发热。

如通过压紧方式防止以上两种情况发生，则会导致气体阻力过大影响反应正常进行，即使开始时阻力在可接受范围，也会因为气体裂解过程中沉积的碳堵塞现有通道而导致阻力过大妨碍反应的继续进行。

现有技术中也公开了利用流化床进行甲烷热解的技术，流化床反应器中如何控制粉体流化状态及优化加热方式等，建立均匀稳定的热场以实现甲烷等烃类气体有效热解，但目前缺乏可靠方案。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，包括：具有出气口的密封腔体；

所述密封腔体包括回流腔与反应器，所述回流腔设于所述反应器的顶部；

所述反应器沿气体流经方向包括顺次设置的进气口、气体匀化区、粉体支撑层以及中间核心区；

所述中间核心区包括下层隔热区、加热区以及上层隔热区，所述下层隔热区、加热区、上层隔热区由粉体填充，且自下而上连续分布于粉体支撑层上，所述粉体为导电性粉体；

从所述进气口通入的气体经气体匀化区均布后流经粉体支撑层，并将粉体支撑层上部的粉体流化；所述粉体在气体的推动下呈现动态平衡，所述粉体的粒径为0.1um~1mm，所述粉体的宏观体积电阻率为1.1×10^-1Ω·cm 至10⁵Ω·cm；

所述中间核心区内还设有电极装置以及粉碎装置，所述电极装置用于接触加热区内的粉体并使其导电，所述粉碎装置设于所述下层隔热区，用于调节粉体粒径以及使粉体流化分布；

其中，所述电极装置在中间核心区内平行于气流流向设置，且形成均匀电场。

优选的，所述电极装置包括三根柱状电极，三根柱状电极分别电连接于三相电中的三个相线，三根柱状电极在所述反应器的横截面上呈中心对称分布。

优选的，所述电极装置为多组，每组电极装置包括三根柱状电极，三根柱状电极分别电连接于三相电中的三个相线，三根柱状电极在所述反应器的横截面上呈中心对称分布。

优选的，所述电极装置包括内、外层嵌套设置的两个环状电极，内、外层环状电极分别接电源正负极。

优选的，所述电极装置为多组，每组包括内、外层嵌套设置的两个环状电极，内、外层环状电极分别接电源正负极。

优选的，所述下层隔热区的下部侧壁设有出料口，所述粉碎装置包括粉碎桨叶和桨叶传动轴，所述出气口设于所述回流腔的最顶端，所述出气口旁设有进料口，所述进料口用于在反应前和/或在反应过程中补加粉体。

优选的，所述粉碎装置上端与所述加热区底端之间留有距离，所述距离用以防止粉碎装置因承受加热区的高温而损坏。

优选的，所述粉体支撑层为耐热多孔的滤网，所述滤网的孔径小于粉体粒径。

优选的，所述回流腔与所述反应器的截面为圆形，所述回流腔截面内径大于所述反应器截面内径。

优选的，所述出气口处设有气固分离装置，所述出气口为多个，交替使用。

本发明提供了一种使用气体加热装置的加热方法，包括：

S1，依据反应器中间核心区的容量，自进料口向密封腔体中加入适量导电性粉体；

S2，自进气口通入加热可分解的气体，调节气速，直至中间核心区流化稳定;

S3，开启加热，控制反应器中间核心区温度范围，使气体被加热发生分解反应；

S4，反应过程中，沉降的粉体经反应器底部的粉碎装置破碎后，再次被流化从而参与反应，同时从出料口取出未破碎的粉体；

S5，进行连续性反应，直至反应完成。

优选的，碳粉的粉体在反应器中颗粒之间没有明显的结合力，可以自由流动，处于不紧实状态，气体使粉体悬浮，粉体反作用支撑气体，二者动态平衡，形成流化床。

与现有技术相比，本发明可获得如下有益效果：

1、本发明的反应器中采用的导电介质为粉体状，通过与反应器水平线垂直的电极装置以及反应器的结构设置，使得电流方向与粉体的重力方向、气流方向垂直，进而在反应器的反应区域内形成均匀电场，从而实现对流化气体的均匀加热，提高甲烷裂解效率，降低设备加热过程中的电能损失。

2、本发明的反应器中设置的粉体不受强制约束，流化状态下气体间隙能够保持动态平衡，气体阻力不会增加，因而能够保持较高且较稳定的气体加热效率，提高反应器效率。

3、本发明的装置底部加入了大颗粒粉碎装置，该装置可将由于甲烷分解而沉积的碳颗粒进行破碎，破碎后的颗粒能够重新被流化加入反应过程，从而实现了连续反应。这种设计可以避免碳颗粒的积聚和堵塞，保证装置的稳定运行和持续产能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中柱状电极结构示意图；

图3为本发明中柱状电极排布俯视图；

图4为本发明中柱状电极距离示意图；

图5为本发明中多组柱状电极排布俯视图。

图中数字表示：

1、进气口， 2、桨叶传动轴， 3、气体匀化区， 4、粉体支撑层， 5、出料口， 6、粉碎桨叶， 7、下层隔热区， 8、电极装置， 9、加热区， 10、上层隔热区， 11、绝缘套， 12、电极引出结构， 13、回流腔， 14、导电介质， 15、出气口。

具体实施方式

以下对本发明的各个方面进行进一步详述。

如图1-3所示，本发明提供了一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，包括：具有出气口15的密封腔体；

密封腔体包括回流腔13与反应器，回流腔13设于反应器的顶部；

反应器沿气体流经方向包括顺次设置的进气口1、气体匀化区3、粉体支撑层4以及中间核心区；

中间核心区包括下层隔热区7、加热区9以及上层隔热区10，下层隔热区7、加热区9、上层隔热区10由粉体填充，且自下而上连续分布于粉体支撑层4上；

从进气口1通入的气体经气体匀化区3均布后流经粉体支撑层4，并将粉体支撑层4上部的粉体流化；

中间核心区内还设有电极装置8以及粉碎装置，电极装置8用于接触加热区内的粉体并使其导电，粉碎装置设于下层隔热区7，用于调节粉体粒径以及使粉体流化分布。

作为优选的实施方式，中间核心区为横截面呈圆形的柱状区域，其横截面尺寸可以为50mm~5m，优选为80mm~2m，其高度与其横截面直径之间的比值为3~10。上层隔热区10以及下层隔热区7的总长度占中间核心区长度的比值范围为1/3~6/7，优选为2/5~4/5，进一步优选为1/2~4/5，再进一步优选为2/3~4/5。

作为优选的实施方式，上层隔热区10以及下层隔热区7对称设置，上层隔热区10或下层隔热区7的长度占中间核心区长度的比值包括：1/4或1/3或2/5。

作为优选的实施方式，上层隔热区10以及下层隔热区7不对称设置，下层隔热区7长度与上层隔热区10长度的比值为1/4~1，优选地为1/3~2/3，进一步优选为1/2，需要注意的是，下层隔热区7也不能长度过小，因为要容纳粉碎装置，且需要给粉碎装置与加热区9之间留下一定距离，防止粉碎装置温度过高而容易损坏。

作为优选的实施方式，电极装置8在中间核心区内平行于气流流向设置，相较于现有技术中的横向安装结构而言，通过改变电极装置8方向，利用竖直电极装置8对碳颗粒进行通电，实现其自加热，通过改变电流通路与气流之间的方向关系，避免电极装置8与碳颗粒间由于间隙所导致的断路。

作为优选的实施方式，电极装置8不设置于所述中间核心区中的上层隔热区10与下层隔热区7内，仅设置于加热区9内。由于上层隔热区10与下层隔热区7中的粉体在不连通电流的情况下自身不会发热，因而可以有效防止加热区9向上下两端热辐射。

作为优选的实施方式，电极装置8延伸出加热区9的区段外设有绝缘套11，绝缘套11的位置对应所述上层隔热区10和/或下层隔热区7。

其中，电极装置8可以自下而上或自上而下延伸至中间核心区某一位置，并且所述电极装置8穿过上层隔热区10与加热区9的边界和/或下层隔热区7与加热区9的边界，同时电极装置8具有延伸进入加热区9区段的部分。此时，电极装置8位于上层隔热区10和/或下层隔热区7的部分设置绝缘层以隔绝粉体，位于加热区9区段的部分用于接触粉体导电。

作为优选的实施方式，下层隔热区7的下部侧壁设有出料口5，粉碎装置包括粉碎桨叶6和桨叶传动轴2，出气口15设于回流腔13的最顶端，出气口15旁设有进料口，进料口用于在反应前和/或在反应过程中补加粉体。

出料口5设置在下层隔热区7的底部，粉碎桨叶6的下部。由于气流对粉体颗粒有浮选功能，所以细小的粉体会被吹在上层，粗重的大颗粒会沉底，可以从底部清理口取出沉积的粗重的大颗粒。

甲烷在装置中流经粉体的间隙，微观上粉体间的间隙恰恰是主要发热区域（而不是粉体本身），气体在流经粉体间隙时，初始装载的粉体粒径会随着甲烷裂解，碳不断沉积后粉体粒径会长大。由于发热主要发生在颗粒之间的间隙，颗粒长大了之后间隙自然会减少，间隙减少之后，气体流经的路径会缩短，裂解效率就会降低。所以需要通过粉碎装置来调节粒径，如设置粉碎桨叶6将落下的大尺寸碳粉颗粒进行粉碎，通过调节粉碎桨叶6旋转速度获得需要尺寸的碳粉。

此外粉碎桨叶6旋转还可以进一步帮助碳粉在腔体内的流化，实现碳粉均匀的分布。

粉碎桨叶6旋转打碎是调节粒径的一种方式，在另一优选实施方式中，还可以通过在装置底部加两片磨片代替桨叶来粉碎大尺寸碳粉，通过调节磨片间的间隙控制磨碎粉体的尺寸。

作为优选的实施方式，所述粉体支撑层4为耐热多孔的滤网，滤网的孔径小于粉体尺寸。

其中滤网可以采用例如碳毡，密织碳纤维等，滤网尺寸小于粉体尺寸，如5nm~0.55mm，此种尺寸下，气体能通过，粉体不会掉落。

滤网可以采用多层，将碳粉分隔为较小层高，避免因重力作用导致碳粉沉积，上下不均匀。

回流腔13与反应器的截面为圆形，回流腔13截面内径大于反应器截面内径。相同气体通量情况下，气体流速会降低，随着流速降低，绝大部分粉体会沉降回流到中间核心区，少量粉体可以通过出气口15带出，进一步可以在出气口15设置气固分离装置，如滤膜等。

但是滤膜等分离装置存在也会导致堵塞，在连续生产装备中，为了保证连续生产，可以通过设置多个出气口15方式，交替进行出气，定期对其他出气口进行清理防止堵塞。

作为优选的实施方式，本发明的装置还可以设有收集装置、循环装置等，上下隔热区可以作为主要手段起到节约能耗功能，不过出气仍然会有余热，可以通过上述装置来对余热进行能量回收。

作为优选的实施方式，反应器为胶囊状反应器，胶囊状反应器为圆形横截面，电极装置在胶囊状反应器中构成均匀电场。

在具体应用时，需要调节流化速率及反应条件等，反应器内充入如几十兆帕（如10~30MPa）的气体并维持正压，普通反应器无法耐受较大压力。因此将反应器设计为胶囊状（圆形横截面+底面/上面圆弧形的结构），胶囊状反应器具有较好的耐压性能。

作为优选的实施方式，反应器还可以是方形反应器或矩形反应器，为了能够在炉膛横截面范围内构建均匀电场，保证均匀加热，在方形反应器或矩形反应器（横截面为方形或矩形）中，可以配置两块或者多块平行电极装置8形成均匀电场，设置时，具体如两块电极板与方形反应器一组边缘平行设置，四块电极板分别与反应器四边平行设置。矩形反应器电极装置8设置时最好是轴对称设置电极装置8。

对于电极装置的具体设置，如图2-5所示，作为优选的实施方式，所述电极装置为柱状电极装置8。

柱状电极装置8为多个，每个电极装置8分别接三相电，在所述反应器的横截面上呈中心对称分布。

作为优选的实施方式，所述电极装置为环状电极装置8。

采用环状电极装置8时，两个环形石墨电极装置8，内层正极，外层负极；或者径向圆环排布的多根弧形电极装置8：内层圆环包括多个弧形电极装置8，对应外层圆环也包括对应个数的弧形电极装置8，内外电极装置8分别接正负极。

为了在反应器圆形横截面上构建均匀电场，保证均匀加热，需要对电极装置8进行针对性设计。

作为优选的实施方式，如图2所示，柱状电极装置8可以是一组三个。

设置3个电极装置8-柱状电极A/B/C在反应器横截面上呈中心对称分布，一组电极装置8适用的腔体横截面直径范围100mm~300mm，具体设置时，电极装置8之间中心距离一般为电极装置8直径的3-10倍，优选5-8倍，即图4中D/d范围。电极装置8设置时不能离反应器边缘或中心过近，电极装置8中心距离横截面中心的距离r与横截面半径R的比例需满足R/r在2~1.1 ，优选为1.5-1.2。

作为优选的实施方式，如图5所示，柱状电极装置8可以是多组三个。

多组电极装置8适用于腔体尺寸较大时，设置多组三相电极装置8，每组电极装置8覆盖范围为100mm~300mm，每组电极包括3根相同尺寸的柱状电极A/B/C，设置时，选取任一电极置于反应器中心，图5中以B电极为例子。设置其他电极时，任一以B电极为中心的六边形顶点上，间隔排布A.C电极，对于A/C电极也有类似规律。从而在整个反应器横截面上形成电极均匀分布，构建均匀电场对流化粉体进行加热。

具体的如横截面直径为400~900mm的反应器，可以采用18根电极，其中A极6根，B极6根，C极6根，排布如图5所示。

作为优选的实施方式，采用环状电极装置8时，两个环形石墨电极装置8，内层正极，外层负极；或者径向圆环排布的多根弧形电极装置8：内层圆环包括多个弧形电极装置8，对应外层圆环也包括对应个数的弧形电极装置8，内外电极装置8分别接正负极。

作为优选的实施方式，为进一步为了减小内外环之间电极装置8的不均匀性（内层电极装置8面积较小，外层较大），可以设置多层偶数数目的环状电极装置8，相邻电极装置8分别接正负极；为了满足工业设备应用，提高设备输出功率平衡及稳定性，可以设置多层奇数数目的环状电极装置8，ABCABCABC…设置，ABC分别表示电极装置8接入三相电的三个电极装置8。

本发明还提供了一种气体加热装置的加热方法，包括：

S1，依据反应器中间核心区的容量，自进料口向密封腔体中加入适量导电性粉体，如100-300mm直径的反应器加入碳粉松装高度为300-500mm；

S2，自进气口1通入加热可分解的气体，调节气速，直至中间核心区流化稳定，根据碳粉用量，确定流化条件，如气体流速范围在10^-2m/s-10m/s;

S3，流化稳定后，开启加热，控制反应器中间核心区温度范围，使气体被加热发生分解反应，控制反应温度，如反应温度范围控制在900-1500℃；

S4，反应过程中，甲烷分解，碳沉积在表面，分解的氢气和未分解气体从顶部出气口15流出，部分颗粒沉降，部分由气体自上面带出，沉降颗粒落到反应器底部后被粉碎桨叶6破碎至所需粒径后，再次被流化参与反应，部分较大粒径难以破碎的堆积在底部的颗粒经由粉体出料口5取出；

S5，进行连续性反应，完成生产。

所述碳粉的粉体在反应器中为不紧实状态，在气体的推动下呈现动态平衡。

本发明方法区别于其他热裂解甲烷，最大的不同是加热方法的不同。看似是导电粉体作为电阻在施加电压情况下自发热，但实则在微观上，并非粉体自身在发热。本发明中导电碳粉的粉体的粒径：0.1um~1mm，宏观体积电阻率：1.1×10^-1Ω·cm 至10⁵Ω·cm。粉体不是紧实状态、而是在气体的推动下呈现动态平衡的。具体的搭接位置、搭接情况都是在随时随机变化不确定的。在腔体尺寸固定、气通量在一定范围、粒径在一定范围情况下，粉体搭接虽然是随机的，但是在宏观上是可以达到动态平衡的，粉体和粉体搭接处在施加交流电的情况下击穿放电而发热。放电发生在粉体搭接处、所以发热也集中在粉体搭接处。

气体在腔体内通过时又恰恰是在粉体的间隙绕行的，所以气体在通行路径上经过的温度远超宏观的测量温度。通过该方法可以在较低的宏观温度情况下，实现局部微观高温，微观的高温可以提高甲烷的裂解效率，也可以获得较高质量的固态碳。且由于气体处于流化状态，碳粉不断流动，间隙不断变化，产生的碳粉不会像固定床一样导致间隙堵塞而影响后续反应。

此外，与传统电阻加热方式相比，本发明加热方法加热效率高，冷气体流入之后流过粉体间隙而得以快速加热，从而允许通入气体的流速较高，线速度可达10^-2m/s~10m/s，如5m/s，从而可以实现快速的连续生产。采用传统电阻加热方法，即通过电阻发热后加热碳粉颗粒，需要较长时间达到平衡状态（不同位置的碳粉颗粒均达到设定温度），达到平衡状态时电能损失较大。流入冷气体之后也容易打破平衡，所以只能采用小流速的气体，大流速冷气体流入后会导致颗粒无法处于平衡状态，电极装置8处温度较高，远离电极装置8位置温度较低，导致气体裂解效率低。

由于本发明的原理是粉体搭接处的放电发热，裂解主要是靠高温，所以其他导电粉体只要粒径和宏观的体积电阻率在合适的范围，也可以实现本发明的加热方法。

根据流化相关知识，不同尺寸不同流化条件，气体流速有一定流速区间，保持碳粉充分流化，且不能让碳粉流出过快，保持加热区9温度稳定，足够碳粉具有足够的催化活性并维持稳定的宏观电阻率。流化状态下的设备宏观电阻率1.1×10^-1Ω·cm 和10⁵Ω·cm之间可以实现稳定热场分布，从而提高甲烷分解效率。

加热可以设置为恒功率加热，通过监测电流变化监测炉内反应状况，如设置电流最高及最低阈值，当电流低于最低阈值时，说明反应腔体内部电阻较大，这可能是由于流化速度过快、气体间隙过大或者碳粉尺寸过大沉降到下部导致流化碳粉较少，可以通过降低流化速率或者调大桨叶旋转速度等解决。

设备功率与电阻率、电极装置8间电压、电极装置8之间的距离、电极装置8面积相关，当电极装置8间距离和面积固定时，为了获得符合实际需求的设备功率，可以对应调节施加于电极装置8上的电压及宏观电阻率。

作为优选的实施方式：

载体材料：导电碳粉D90粒径0.005mm。

电极尺寸：宽4cm，高20cm，厚度1cm。

电极数量：2

电极设置方式：两个电极板4×20cm的面平行设置，间距10cm

电极电压：5V

通路电流：160A

发热功率：800W

两个电极板之间粉体的体积：4cm×10cm×20cm，800ml

两电极之间碳粉电阻R：0.03125Ω

粉体导电方向截面积S：4cm×20cm=80cm²

粉体导电方向长度L:10cm

流化状态粉体的体积电阻率ρ：ρ=R×S/L=0.03125×80/10=0.25Ω·cm

加热气体为甲烷，甲烷气体的流量为5L/min，流速为0.01m/s。

加热温度为1200℃，甲烷裂解为氢气和固态碳，裂解效率为99.9%。裂解产生的固态碳继续参与导电发热。裂解产生固态碳达到溢流口后从溢流口溢出。溢出的高温粉体用于预热进入反应腔体的气体。

作为优选的实施方式：

载体材料：导电碳粉D90粒径0.001mm。

电极尺寸：直径4cm，高100cm。

电极数量：18，其中A极6根，B极6根，C极6根。

电极设置方式：AB,BC,CA之间等距，间距20cm。

电极电压：400V

通路电流：500A

发热功率：346400W

粉体的体积：550L

装置整体电阻R：1.3856Ω

粉体导电方向截面积S：8792cm²

粉体导电方向长度L:20cm

流化状态粉体的体积电阻率ρ：ρ=R×S/L=1.3856×8792/20=609Ω·cm

加热气体为甲烷，甲烷气体的流量为1000L/min，流速为0.03m/s。

加热温度为1200℃，甲烷裂解为氢气和固态碳，裂解效率为99.9%。裂解产生的固态碳继续参与导电发热。裂解产生固态碳达到溢流口后从溢流口溢出。溢出的高温粉体用于预热进入反应腔体的气体。

本发明中电极垂直设置，电流方向与重量方向、气流方向垂直，导电通路不受重力与气流浮力的影响。反应过程中粉体保持流化状态在反应区内均匀分布，流化状态下体积电阻率在1.1×10^-1Ω·cm 和10⁵Ω·cm之间。进一步通过电极排布方式及反应器设计在反应区域内形成均匀电场，从而实现对流化气体的均匀加热，建立均匀热场 而提高甲烷裂解效率、降低设备加热过程中的电能损失，最终实现甲烷热解制氢和碳。

由于所有的粉体都不受强制约束，气体阻力不会增加，流化状态下气体间隙保持动态平衡而不会导致间隙堵塞，且流化状态下气体加热效率较高，能够允许通入气体保持大气体流速进入反应器，从而提高反应效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：包括具有出气口的密封腔体；

所述密封腔体包括回流腔与反应器，所述回流腔设于所述反应器的顶部；

所述反应器沿气体流经方向包括顺次设置的进气口、气体匀化区、粉体支撑层以及中间核心区；

所述中间核心区包括下层隔热区、加热区以及上层隔热区，所述下层隔热区、加热区、上层隔热区由粉体填充，且自下而上连续分布于粉体支撑层上，所述粉体为导电性粉体；

从所述进气口通入的气体经气体匀化区均布后流经粉体支撑层，并将粉体支撑层上部的粉体流化；所述粉体在气体的推动下呈现动态平衡，所述粉体的粒径为0.1um~1mm，粉体的宏观体积电阻率为1.1×10^-1Ω·cm至10⁵Ω·cm；

所述中间核心区内还设有电极装置以及粉碎装置，所述电极装置用于接触加热区内的粉体并使其导电，所述粉碎装置设于所述下层隔热区，用于调节粉体粒径以及使粉体流化分布；

其中，所述电极装置在中间核心区内平行于气流流向设置，且形成均匀电场；所述电极装置包括三根柱状电极，三根柱状电极分别电连接于三相电中的三个相线；所述粉体之间的搭接处在施加交流电的情况下击穿放电而发热。

2.如权利要求1所述的一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：所述三根柱状电极在所述反应器的横截面上呈中心对称分布。

3.如权利要求1所述的一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：所述电极装置为多组，每组电极装置包括所述三根柱状电极，所述三根柱状电极在所述反应器的横截面上呈中心对称分布。

4.如权利要求1所述的一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：所述电极装置包括内、外层嵌套设置的两个环状电极，内、外层环状电极分别接电源正负极。

5.如权利要求1所述的一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：所述电极装置为多组，每组包括内、外层嵌套设置的两个环状电极，内、外层环状电极分别接电源正负极。

6.如权利要求1所述的一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：所述下层隔热区的下部侧壁设有出料口，所述粉碎装置包括粉碎桨叶和桨叶传动轴，所述出气口设于所述回流腔的最顶端，所述出气口旁设有进料口，所述进料口用于在反应前和/或在反应过程中补加粉体。

7.如权利要求6所述的一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：所述粉碎装置上端与所述加热区底端之间留有距离，所述距离用以防止粉碎装置因承受加热区的温度而损坏。

8.如权利要求1所述的一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：所述粉体支撑层为耐热多孔的滤网，所述滤网的孔径小于粉体粒径。

9.如权利要求6所述的一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：所述回流腔与所述反应器的截面为圆形，所述回流腔截面内径大于所述反应器截面内径。

10.如权利要求9所述的一种低功耗高效高适应性的气体加热装置，其特征在于：所述出气口处设有气固分离装置，所述出气口为多个，交替使用。

11.一种使用权利要求6-10中任一项所述气体加热装置的加热方法，其特征在于：

S1，依据反应器中间核心区的容量，自进料口向密封腔体中加入适量导电性粉体；

S2，自进气口通入加热可分解的气体，调节气速，直至中间核心区流化稳定;

S3，开启加热，控制反应器中间核心区温度范围，使气体被加热发生分解反应；

S4，反应过程中，沉降的粉体经反应器底部的粉碎装置破碎后，再次被流化从而参与反应，同时从出料口取出未破碎的粉体；

S5，进行连续性反应，直至反应完成。