CN203075842U - 远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置 - Google Patents

远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及二氧化碳排减和二氧化碳转化领域，尤其涉及远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，包括：CO2气罐、活性剂传感计重器、催化剂传感计重器、煤粉传感计重器、等离子体催化器、还原反应炉、气体出口管、远程防爆监测传感器、炉温监测传感器、灰渣出口。本实用新型主要优势：一是显著降低二氧化碳转化温度，提高二氧化碳转化率；二是节能环保，节约燃煤10—85%，实现二氧化碳近零排放；三是设备投资少，可大量转化循环利用二氧化碳资源，尤其适合重点耗煤行业规模化捕集回收、应用二氧化碳，有效减轻能源危机，减少二氧化碳温室效应。

Description

远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置
技术领域
本实用新型涉及二氧化碳排减和二氧化碳转化领域，尤其涉及远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置。 
背景技术
化石燃料是全球的主要能源之一，化石燃料和有机化合物完全燃烧后生成二氧化碳，二氧化碳被排放到大气中。近年来，人们通过研究认定二氧化碳是造成温室效应的元凶和导致世界气候异常变化的主要因素，如果不采取及时有效的措施，全球温度将在百年内上升1.5-3.5℃，极地冰川大面积消融，许多物种的生存也会受到影响甚至消失。因此二氧化碳的排减和转化成为当前科学的一个热门研究课题。 
二氧化碳的化学转化可以采用多种途径，主要包括：直接分解为碳、氧气、一氧化碳、与有机物反应、与氢气反应生成甲醇等，转化反应的供能方式除加热外，还有光、电以及等离子体等。其中，等离子体辅助二氧化碳是非常有前景的，因为等离子体中含有大量活性的电子、离子、激发态的分子和自由基，这些活性粒子容易使稳定的分子活化并参加化学反应。现今国内外对等离子体技术在煤气化、煤化工、以及二氧化碳转化的应用上，都有公开报道，但这些应用由于技术实施投资大、效果不理想、运行成本高等原因，所以也少有较大规模的产业应用成功案例报道。 
实用新型内容
本实用新型为克服上述的不足之处，目的在于提供远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，选择CO2+C——CO的方式将二氧化碳转化，解决因燃烧石化燃料产生的二氧化碳过多引起的污染，实现节能环保、减轻能源危机、减少温室效应。 
本实用新型是通过以下技术方案达到上述目的：远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，包括：CO2气罐、活性剂传感计重器、催化剂传感计重器、煤粉传感计重器、等离子体催化器、还原反应炉、气体出口管、远程防爆监测传感器、炉温监测传感器、灰渣出口；所述CO2气罐、活性剂传感计重器、催化剂传感计重器、煤粉传感计重器分别与等离子体催化器连接，等离子体催化器与还原反应炉下部相通，还原反应炉顶端设有气体出口管，还原反应炉底部设有灰渣出口，远程防爆监测传感器、炉温监测传感器分别与气体出口管、还原反应炉连接并实时监测。 
作为优选，所述等离子体催化器包括大功率远程防爆CO2等离子体发生器与远程防爆CO2等离子体催化器，所述大功率远程防爆CO2等离子体发生器与远程防爆CO2等离子体催化器连接，大功率远程防爆CO2等离子体发生器与远程防爆CO2等离子体催化器活化裂解二氧化碳、煤炭中碳化物分子。 
作为优选，所述大功率远程防爆CO2等离子体发生器包括：阳极远程监控器、等离子体枪滑轮、CO2气体进口、阴阳极冷却进水口、阴极冷却水出口、等离子体枪筒管、阳极、阴极、右导轨座、左导轨座、右导轨、阳极冷却水出口、护壳、左导轨、左右导轨座后档板、微调支架、阴极远程监控器、远程电源管控柜；所述等离子枪滑轮上设有护壳，护壳内设有CO2气体进口、阴阳极冷却进水口、阴极冷却水出口、阳极冷却水出口，护壳上安装有阳极远程监控器、阴极远程监控器，并通过导线与远程电源管控柜连接；所述护壳另一端与等离子体枪筒管连接，阳极设在等离子体枪筒管管内，阴极位于等离子体枪筒管的管口处；等离子体枪滑轮在左导轨与右导轨上自由滑动。 
作为优选，所述远程防爆CO2等离子体催化器包括：法兰、多波文丘里不诱钢管、不诱钢档板、远程防爆调控器、CO2送料口、九级弯管、单波文丘里不诱钢管；所述九级弯管与CO2送料口连接，九级弯管通过法兰与一管道连接，管道内依次设有单波文丘里不诱钢管、 多波文丘里不诱钢管、不诱钢档板，远程防爆调控器安装在CO2送料口前管壁上。 
作为优选，所述煤粉传感计重器还可以通过CO2送煤粉管与CO2气罐连接，一部分CO2经CO2送煤粉管将煤粉传感计重器按计量比例送下来的煤粉送入还原反应炉。 
作为优选，所述煤粉传感计重器分别与CO2气罐、还原反应炉连接，一部分混合气体物质经输送管将煤粉传感计重器按计量比例送下来的煤粉送入还原反应炉。 
作为优选，所述还原反应炉为卧式或立式。 
作为优选，大功率等离子体催化二氧化碳的全过程对压力、温度、流量采用远程智能防爆监控系统进行监控。 
本实用新型的有益效果在于：（1）在等离子体、催化剂、活性剂的协同作用下，显著降低二氧化碳转化温度，提高二氧化碳转化率；（2）本实用新型具有节能环保的作用，节约燃煤10—85%，实现二氧化碳近零排放；（3）本实用新型的大功率等离子体,适应现有电厂100—350KW等离子点火配套工程设备，为实现产业化大量催化二氧化碳提供基础；（4）设备投资少，可大量转化循环利用二氧化碳资源，适合煤电、煤化工、钢铁、水泥、造纸、冶金、印染、化工等重点耗煤行业。 
附图说明
图1是本实用新型具体实施例的一种在无氧状态下的大功率等离子体催化二氧化碳的工艺流程示意图； 
图2是本实用新型具体实施例的另一种在无氧状态下的大功率等离子体催化二氧化碳的工艺流程示意图； 
图3是本实用新型具体实施例的在有氧状态下的大功率等离子体催化二氧化碳的工艺流程示意图； 
图4是本实用新型具体实施例的等离子体发生器的结构示意图； 
图5是本实用新型具体实施例的等离子体催化器的结构示意图。 
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此： 
大功率等离子体催化二氧化碳以二氧化碳和煤为原料，在大功率等离子体、活性剂、催化剂协同作用下，实现工业上大量、廉价地制取可燃气体一氧化碳。所述的二氧化碳原料，是包括从燃煤、燃油、燃有机质的烟气中捕集提纯的二氧化碳，以及从天然气、沼气、其它的气体中分离出来的二氧化碳。二氧化碳和煤在隔离无氧、或有氧的环境下应用等离子体技术活化和裂解二氧化碳、煤炭中碳化物分子，制取一氧化碳，或制取燃烧一氧化碳，燃烧一氧化碳后产生的二氧化碳可捕集循环利用。 
图1是本实用新型在无氧状态下的大功率等离子体催化二氧化碳的工艺流程示意图，由CO2气罐1、活性剂传感计重器2、催化剂传感计重器3、煤粉传感计重器4、100KW等离子体催化器51、还原反应炉6、气体出口管7、远程防爆监测传感器8、炉温监测传感器9、灰渣出口10组成大功率等离子体催化二氧化碳的装置；CO2气罐1、活性剂传感计重器2、催化剂传感计重器3、煤粉传感计重器4分别与100KW等离子体催化器51连接，100KW等离子体催化器51与还原反应炉6下部相通，还原反应炉6顶端设有气体出口管7，还原反应炉6底部设有灰渣出口10，远程防爆监测传感器8、炉温监测传感器9分别与气体出口管7、还原反应炉6连接并实时监测。 
具体工艺流程：打开CO2气罐1阀门开关，用CO2将从活性剂传感计重器2、催化剂传感计重器3、煤粉传感计重器4按计量比例送下来的活性剂、催化剂、煤粉，吹入100KW等离子体催化器5后进入立式、或卧式还原反应炉6，进行CO2+C——2CO还原反应。反应产生气体从气体出口管7送出供燃烧炉燃烧，或CO气体化工应用。气体出口管7上安装远程 防爆监测传感器8，监测反应炉气体出口的温度、压力、流量、气体成分。在还原反应炉6中部安装炉温监测传感器9监测炉温。还原反应炉6产生的灰渣从灰渣出口10向外排出。 
图2是本实用新型在无氧状态下的大功率等离子体催化二氧化碳的另一种工艺流程示意图，由CO2气罐1、活性剂传感计重器2、催化剂传感计重器3、煤粉传感计重器4、350KW等离子体催化器52、还原反应炉6、气体出口管7、远程防爆监测传感器8、炉温监测传感器9、灰渣出口10、CO2送煤粉管11组成大功率等离子体催化二氧化碳的装置；CO2气罐1、活性剂传感计重器2、催化剂传感计重器3分别与100KW等离子体催化器51连接，100KW等离子体催化器51与还原反应炉6下部相通，还原反应炉6顶端设有气体出口管7和煤粉传感计重器4，煤粉传感计重器4通过CO2送煤粉管11与CO2气罐1连接，还原反应炉6底部设有灰渣出口10，远程防爆监测传感器8、炉温监测传感器9分别与气体出口管7、还原反应炉6连接并实时监测。 
具体工艺流程：打开CO2气罐1阀门开关，用一部分CO2将从活性剂传感计重器2、催化剂传感计重器3按计量比例送下来的活性剂、催化剂吹入350KW等离子体催化器52后进入立式、或卧式还原反应炉6，另一部分CO2经CO2送煤粉管11将煤粉传感计重器4按计量比例送下来的煤粉送入立式、或卧式还原反应炉6，进行CO2+C——2CO还原反应。反应产生气体从气体出口管7送出供燃烧炉燃烧，或CO气体化工应用。气体出口管7上安装远程防爆监测传感器8，监测反应炉气体出口的温度、压力、流量、气体成分。在还原反应炉6中部安装炉温监测传感器9监测炉温。还原反应炉6 产生的灰渣从灰渣出口10 向外排出。 
图3是本实用新型在有氧状态下的大功率等离子体催化二氧化碳的工艺流程示意图，由CO2气罐1、活性剂传感计重器2、催化剂传感计重器3、煤分传感计重器4、1000KW等离子体催化器53、卧式催化反应炉6、气体出口管7、远程防爆监测传感器8、炉温监测传感器9、灰渣出口10、燃烧炉11、气体输送管12、燃烧炉出口远程防爆监测传感器13、远控防爆器14、空气入口15、柴油燃烧器16、燃烧炉灰渣出口17组成大功率等离子体催化二氧化碳的装置； 
具体工艺流程：打开CO2气罐1阀门开关，用CO2将从活性剂传感计重器2、催化剂传感计重器3按计量比例送下来的活性剂、催化剂的混合气体物质，一部分吹入1000KW等离子体催化器53后进入卧式还原反应炉6，另一部分混合气体物质经输送管将煤粉传感计重器4按计量比例送下来的煤粉送入还原反应炉6，进行CO2+C——2CO还原反应。反应产生气体从气体输送管12送入燃烧炉11，经柴油燃烧器16在空气入口15提供有氧的环境下燃烧。燃烧后的气体从燃烧炉气体出口管7经除尘、脱硝、脱硫处理后向外排放。 
其中，在卧式催化反应炉6中间位置安装炉温监测传感器9监测反应炉温；在气体输送管12上安装远程防爆监测传感器8，监测反应炉气体出口的温度、压力、流量、气体成分；在气体出口管7上安装燃烧炉出口远程防爆监测传感器13，监测燃烧炉气体出口的温度、压力、流量、气体成分；在燃烧炉11上部安装远控防爆器14；燃烧炉11产生的灰渣从燃烧炉灰渣出口17向外排出；卧式催化反应炉6产生的灰渣从灰渣出口10向外排出。 
实现等离子体技术活化和裂解二氧化碳、煤炭中碳化物分子，等离子体催化器5包括大功率远程防爆CO2等离子体发生器与远程防爆CO2等离子体催化器。如图4所示，大功率远程防爆CO2等离子体发生器由阳极远程监控器501、等离子体枪滑轮502、CO2气体进口503、阴阳极冷却进水口504、阴极冷却水出口505、等离子体枪筒管506、阳极507、阴极508、等离子体枪管内壁509、右导轨座510、左导轨座511、等离子体枪管内壁512、右导轨513、阳极冷却水出口514、护壳515、左导轨516、左右导轨座后档板517、微调支架518、阴极远程监控器519、远程电源管控柜520组成。如图5所示，远程防爆CO2等离子体催化器由法兰523、多波文丘里不诱钢管524、不诱钢档板525、远程防爆调控器526、CO2送料口527、九级弯管528、单波文丘里不诱钢管529组成。 
具体操作等离子体催化器5时，CO2气罐1在CO2输送流量远程防爆调控器521的监控下向通过CO2气体进口503输送混合有催化剂与活性剂的二氧化碳，阴阳极冷却进水口504、阴极冷却水出口505、阳极冷却水出口514受冷却水循环远程调控器522控制，微调支架518可以调整等离子体枪筒管506前移或后移；启动冷却水循环远程调控器522开关，对阳极冷却水进口504和阴极冷却水出口505、阳极冷却水出口514的水量、流量、流速、压力、水温（60℃以下）进行远程调控；启动远程电源管控柜520开关，检查阳极远程监控器501、阴极远程监控器519是否处于正常状态；阳极507、阴极508属易损件如出不正常，即时更换，并根据使用所需功率进行远程管控；启动CO2气罐1远程控制开关，检查CO2输送流量远程防爆调控器521，对输送的CO2气体进行流量、流速、压力、以及远程防爆调控。同时，将大功率远程防爆CO2等离子体发生器插入九级弯管528，九级弯管528每级平均角度10度，总弯成角度90度。启动远程防爆CO2等离子体发生器电源开关，产生CO2气体等离子体电弧；启动CO2送料开关，将CO2、活性剂、催化剂、煤粉从CO2送料口527送入九级弯管528，在活性剂、催化剂、等离子体电弧协同作用下，使煤粉与CO2气体快速通过单波文丘里不诱钢管529、多波文丘里不诱钢管524区域，进入催化反应炉6，充分转化CO2还原反应：C（煤粉）+CO2——2CO； CO2送料口527前管壁上安装远程防爆调控器526，在线监测CO2、活性剂、催化剂、煤粉总进料流量、流速、压力、温度，以及远程防爆报警。 
大功率等离子体催化二氧化碳的全过程对压力、温度、流量采用远程智能防爆监控系统进行监控。远程防爆监测传感器8、炉温监测传感器9、燃烧炉出口远程防爆监测传感器13、远控防爆器14、阴极远程监控器519、远程电源管控柜520、远程防爆调控器526构成远程智能防爆监控系统并能够实时监测到安装点的压力、温度、流量及浓度中的一个或多个参数，根据实际监测需求对大功率等离子催化二氧化碳的各个过程进行严格的监管，并远程防爆报警；远程智能防爆监控系统将监测到的参数值返回控制室，工作人员根据返回的参数控制工艺流程，提高大功率等离子体催化二氧化碳的催化效率及保证工艺安全。 
以上的所述乃是本实用新型的具体实施例及所运用的技术原理，若依本实用新型的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本实用新型的保护范围。 

Claims (8)

1.远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，其特征在于包括：CO2气罐（1）、活性剂传感计重器（2）、催化剂传感计重器（3）、煤粉传感计重器（4）、等离子体催化器（5）、还原反应炉（6）、气体出口管（7）、远程防爆监测传感器（8）、炉温监测传感器（9）、灰渣出口（10）；所述CO2气罐（1）、活性剂传感计重器（2）、催化剂传感计重器（3）、煤粉传感计重器（4）分别与等离子体催化器（5）连接，等离子体催化器（5）与还原反应炉（6）下部相通，还原反应炉（6）顶端设有气体出口管（7），还原反应炉（6）底部设有灰渣出口（10），远程防爆监测传感器（8）、炉温监测传感器（9）分别与气体出口管（7）、还原反应炉（6）连接并实时监测。
2.根据权利要求1所述的远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，其特征在于，所述等离子体催化器（5）包括大功率远程防爆CO2等离子体发生器与远程防爆CO2等离子体催化器，所述大功率远程防爆CO2等离子体发生器与远程防爆CO2等离子体催化器连接，大功率远程防爆CO2等离子体发生器与远程防爆CO2等离子体催化器活化裂解二氧化碳、煤炭中碳化物分子。
3.根据权利要求2所述的远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，其特征在于，所述大功率远程防爆CO2等离子体发生器包括：阳极远程监控器（501）、等离子体枪滑轮（502）、CO2气体进口（503）、阴阳极冷却进水口（504）、阴极冷却水出口（505）、等离子体枪筒管（506）、阳极（507）、阴极（508）、右导轨座（510）、左导轨座（511）、右导轨（513）、阳极冷却水出口（514）、护壳（515）、左导轨（516）、左右导轨座后档板（517）、微调支架（518）、阴极远程监控器（519）、远程电源管控柜（520）；所述等离子枪滑轮（502）上设有护壳（515），护壳（515）内设有CO2气体进口（503）、阴阳极冷却进水口（504）、阴极冷却水出口（505）、阳极冷却水出口（514），护壳上安装有阳极远程监控器（501）、阴极远程监控器（519），并通过导线与远程电源管控柜（520）连接；所述护壳（515）另一端与等离子体枪筒管（506）连接，阳极（507）设在等离子体枪筒管（506）管内，阴极（508）位于等离子体枪筒管（506）的管口处；等离子体枪滑轮（502）在左导轨（516）与右导轨（513）上自由滑动。
4.根据权利要求2所述的远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，其特征在于，所述远程防爆CO2等离子体催化器包括：法兰（523）、多波文丘里不诱钢管（524）、不诱钢档板（525）、远程防爆调控器（526）、CO2送料口（527）、九级弯管（528）、单波文丘里不诱钢管（529）；所述九级弯管（528）与CO2送料口（527）连接，九级弯管（528）通过法兰（523）与一管道连接，管道内依次设有单波文丘里不诱钢管（529）、多波文丘里不诱钢管（524）、不诱钢档板（525），远程防爆调控器（526）安装在CO2送料口（527）前管壁上。
5.根据权利要求1所述的远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，其特征在于，所述煤粉传感计重器（4）还可以通过CO2送煤粉管（11）与CO2气罐（1）连接，一部分CO2经CO2送煤粉管（11）将煤粉传感计重器（4）按计量比例送下来的煤粉送入还原反应炉（6）。
6.根据权利要求1所述的远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，其特征在于，所述煤粉传感计重器（4）分别与CO2气罐（1）、还原反应炉（6）连接，一部分混合气体物质经输送管将煤粉传感计重器（4）按计量比例送下来的煤粉送入还原反应炉（6）。
7.根据权利要求1或5或6任一权利要求所述的远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，其特征在于，所述还原反应炉（6）为卧式或立式。
8.根据权利要求1至6任一权利要求所述的远程防爆大功率等离子体催化二氧化碳装置，其特征在于，大功率等离子体催化二氧化碳的全过程对压力、温度、流量采用远程智能防爆监控系统进行监控。 
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