CN216440597U - 一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，该装置包括热等离子体发生器和高温反应器、反应冷却平台；热等离子体发生器产生3000K以上的高温裂解温室气体为非温室气体产物，高温反应器用于加入反应所需的第三种反应物使非温室气体被稳定化并生成更多的目标产物；反应冷却平台包括依次设置的气体缓冲罐、气固分离器和尾气换热管，通过热等离子体发生器电弧放电将温室气体裂解成原子或原子团或带电粒子，这些化学活性粒子在反应器内与第三种气体或固体反应生成稳定产物，稳定产物经过气体缓冲罐进入到气固分离器中进行气固分离，分离后的气体然后冷却到常温备用，最终实现对温室气体的快速转化。
Description
技术领域
本实用新型涉及温室气体处理领域，尤其涉及一种用于温室气体资源化利用和或无害化处理的热等离子体反应装置。
背景技术
在人类工业生产发展的过程中，大量的二氧化碳、六氟化硫和甲烷等温室气体被制造出来，其对全球气候的负面影响已经引起国际社会的普遍关注。随着我国提出碳中和、碳达峰的要求，对这些温室气体的处置成了非常迫切的需求。二氧化碳的转化条件苛刻，工业化难度大，而且化学方法中很难找到既能高效转化又能具备的良好的抗积碳性能的催化剂。目前，传统的处置方式效率低、投入高、经济性差，已经不能满足我们日益迫切的需求；近年来，利用等离子体方法对温室气体的处置已经成为一种趋势，但是目前的等离子体反应器要末转化效率低，要末其工艺难以工程化。因此，急需一种能够解决上述问题的用于温室气体处理的等离子体反应装置。
实用新型内容
针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种用于处理温室气体的热等离子体反应装置，通过热等离子体发生器裂解温室气体，然后再通过强吸热化学反应抑制裂解气逆反应并形成增额的稳定分子，最后通过冷却平台过滤可能的粉体产物，气体产物通过尾气管流出备用，实现对温室气体的快速有效转化。该热等离子体反应装置，极大地提高了对温室气体的处理量，极大地提高了转化效率和降低了生产成本，且即开即停，特别适合于利用可再生能源进行工业化生产。
为实现上述目的，本实用新型提供一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，包括反应冷却平台、高温反应器和热等离子体发生器，所述热等离子体发生器用于裂解温室气体为非温室气体，所述高温反应器用于添加第三种反应物质使裂解产物趋于稳定同时产生更多的目标产物；所述反应冷却平台包括依次设置的气体缓冲罐、气固分离器和冷却换热管，所述气体缓冲罐的一端连接有所述高温反应器，所述高温反应器与所述热等离子体发生器连通，所述冷却换热管远离所述气固分离器的一端设置有尾气管，所述气固分离器还连接有用于收集固态颗粒的捕集器；所述高温反应器用于裂解温室气体并生成气体和/或固体的产物，产物经过所述气体缓冲罐进入到所述气固分离器中进行气固分离。通过热等离子体发生器裂解温室气体，然后再通过强吸热化学反应抑制裂解气逆反应并形成增额的稳定分子，最后通过冷却平台过滤可能的粉体产物，气体产物通过尾气管流出备用，实现对温室气体的快速有效转化。该热等离子体反应装置，极大地提高了对温室气体的处理量，极大地提高了转化效率和降低了生产成本，且即开即停，特别适合于利用可再生能源进行工业化生产。
优选的，所述热等离子发生器用于产生高温气体进入到高温反应器中，所述热等离子体发生器上设置有第一水循环冷却管道、第二水循环冷却管道、用于加入放电所需气体的第一进气口和用于加入被裂解温室气体的第二进气口，所述第一进气口和第二进气口设置在所述第一水循环冷却管道和第二水循环冷却管道之间。
优选的，所述的高温反应器上设置有用于加入气态或流态化的第三种物质用于抑制逆反应并生成额外的目标产物的第三进气口，所述高温反应器上还设置有用于保护高温反应器正常工作的第三水循环冷却管道，用于保护高温反应器正常工作。
优选的，所述反应冷却平台设置有用于保护气体缓冲罐、气固分离器和尾气冷却换热管正常工作的第四水循环冷却管道。
优选的，所述反应冷却平台上设置有与所述气体缓冲罐连通的出气口，所述反应冷却平台还包括用于对产物进行降温的第三水循环冷却管道。
优选的，所述捕集器包括静电式收集式或者滤网式收集式。
优选的，所述气固分离器和所述冷却换热管之间设置有连通弯管，所述连通弯管上设置有所述捕集器。
优选的，所述连通弯管设置在所述气固分离器的底部，所述捕集器可拆卸安装在所述连通弯管内。捕集器是独立的，便于方便拆装清洗。
优选的，所述反应冷却平台内设置有用于控制所述第一水循环冷却管道、第二水循环冷却管道和第三水循环冷却管道和第四水循环冷却管道的循环水流量控制装置。提高反应装置的智能化程度。
优选的，所述反应冷却平台内还设置有用于控制反应装置内气体压强的气体流量控制装置。提高反应装置的智能化程度。整过装置的供电、供水、供气、启停、调节均可通过PLC远程操控。
本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型提供一种高效处理温室气体的热等离子体反应装置，包括热等离子体发生器能瞬间产生3000K以上的高温有效裂解温室气体，巧妙地设置了高温反应器中能与裂解气进行强吸热的化学反应，此举既抑制了裂解气的逆反应，最大程度地保留了裂解气中的目标产物，同时强吸热化学反应产物又与裂解气目标产物相同，实现对温室气体的高效快速转化。与类似装置相比，所述热等离子体温室气体处理装置，极大的提高了对物料的处理量，极大的提高了转化效率，即开即停，可进行工业化生产。特别适合光伏电、风电调峰使用。
附图说明
图1为本实用新型的热等离子体发生器的结构图；
图2为本实用新型的反应冷却平台的侧视结构图；
图3为本实用新型的反应冷却平台的俯视结构图。
具体元素符号说明：1-热等离子体发生器，2-高温反应器，3-反应缓冲罐，4-气固分离器，5-冷却换热管，6-尾气管，7-连通弯管， 8-循环水流量控制装置，9-气体流量控制装置，11-第一水循环冷却管道，12-第一进气口，13-第二水循环冷却管道，21-第三进气口，22-第三水循环冷却管道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例1：请参阅图1至图3，所述的实用新型装置可以用于转化温室气体二氧化碳为化工原料CO。在所述热等离子体发生器1的第一进气口12、第二进气口分别馈入氩气、CO2，在第一水循环冷却管道11、第二水循环冷却管道13通入冷却水，使所述热等离子发生器的阴极、悬浮阳极和工作阳极分别连接直流电源的相应输出端，启动直流电源，所述的热等离子体发生器1即产生温度3000K以上的电弧放电，同时将CO2裂解为氧原子和CO并送入高温反应器2；向高温反应器2第三进气口21通入流态化煤粉气体，则在高温反应器2中氧原子被煤粉还原生成CO，避免了氧原子与CO逆反应恢复为CO2；极大地提高了CO2的转化率；未反应完的煤粉粒子顺势进入反应冷却平台，经颗粒收集器收集后，气体进入下段常规分离工艺。
实施例2：请参阅图1至图3，所述的实用新型装置可以用于同时转化温室气体二氧化碳和甲烷为合成气(CO+H2)。在所述热等离子体发生器1的第一进气口12、第二进气口分别馈入氩气、CO2，在(第一水循环冷却管道11、第二水循环冷却管道13通入冷却水，使所述热等离子发生器的阴极、悬浮阳极和工作阳极分别连接直流电源的相应输出端，启动直流电源，所述的热等离子体发生器1即产生温度3000K以上的电弧放电，同时将CO2裂解为氧原子和CO并送入高温反应器2；向高温反应器2第三进气口21通入甲烷气体，则在高温反应器2中氧原子和二氧化碳与甲烷反应生成一氧化碳和氢气(CO+H2)，避免了氧原子与CO逆反应恢复为CO2.极大地提高了CO2的转化率；反应后的气体顺势进入反应冷却平台，经颗粒收集器收集后，气体进入下段常规分离工艺。
本实施例中的热等离子体发生器1产生3000K以上的高温将温室气体裂解为非温室气体分子，产物经过所述高温反应器2稳定并提高产率，然后通过所述气体缓冲罐进入到所述气固分离器4中进行气固分离，最后通过尾气换热管冷却形成常温气体备用。最终实现对温室气体的快速转化。以所述热等离子体装置转化二氧化碳为例，向所述热等离子体发生器1中输入二氧化碳、所述高温反应器2中输入甲烷或煤粉，二氧化碳在所述热等离子体发生器1中被裂解，进入所述高温反应器2后与甲烷或煤粉反应，经所述的冷却平台气固分离和冷却后形成稳定的氢气和一氧化碳气体供后段工艺使用。在所述热等离子体温室气体转化装置中，甲烷和二氧化碳的转化率分别可以达到90 以上，目标产物H2和CO的选择性达到90％以上。
本实施例中的热等离子发生器利用气体放电原理，以温室气体作为放电气体产生电弧放电，使温室气体裂解为非温室气体粒子。所述热等离子体发生器1上设置有两路水循环冷却管道用以保护热等离子体发生器1在高温下稳定运行；同时设置有两个进气口供加入放电气体和温室气体。所述热等离子体发生器1上设置有连接直流电源的两个以上电极，当在电极间施加适当的电压时，流经电极间的气体将瞬间被击穿产生电弧放电，气体温度被瞬间提升到3000K以上。如果流经电极的是温室气体二氧化碳，则被部分裂解为CO、O和O2同时高温地流入下面的高温反应器2。
本实施例中的高温反应器2上设置一路水循环冷却管用以保护高温反应器2稳定工作，同时设置有一个进气入口用于输入气体或固体的第三种物质。来自热等离子体发生器1的高温裂解物在高温反应器2中与第三种物质发生强吸热化学反应，一方面生成更多的目标产物，同时使目标产物被迅速降温。极大地提高了生产效率。仍以二氧化碳转化为例，向高温反应器2中输入甲烷或煤粉，来自热等离子体发生器1的高温裂解物将在高温反应器2中与甲烷或煤粉反应生成 CO和H2，同时迅速降温到低于1000K。
以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，包括反应冷却平台、高温反应器(2)和热等离子体发生器(1)，所述热等离子体发生器(1)用于裂解温室气体为非温室气体，所述高温反应器(2)用于添加第三种反应物质使裂解产物趋于稳定同时产生更多的目标产物；所述反应冷却平台包括依次设置的气体缓冲罐、气固分离器(4)和冷却换热管(5)，所述气体缓冲罐的一端连接有所述高温反应器(2)，所述高温反应器(2)与所述热等离子体发生器(1)连通，所述冷却换热管(5)远离所述气固分离器(4)的一端设置有尾气管(6)，所述气固分离器(4)还连接有用于收集固态颗粒的捕集器；所述高温反应器(2)用于裂解温室气体并生成气体和/或固体的产物，产物经过所述气体缓冲罐进入到所述气固分离器(4)中进行气固分离。
2.根据权利要求1所述的一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，所述热等离子发生器用于产生高温气体进入到高温反应器(2)中，所述热等离子体发生器(1)上设置有第一水循环冷却管道(11)、第二水循环冷却管道(13)、用于加入放电所需气体的第一进气口(12)和用于加入被裂解温室气体的第二进气口，所述第一进气口(12)和第二进气口设置在所述第一水循环冷却管道(11)和第二水循环冷却管道(13)之间。
3.根据权利要求1所述的一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，所述的高温反应器(2)上设置有用于加入气态或流态化的第三种物质用于抑制逆反应并生成额外的目标产物的第三进气口(21)，所述高温反应器(2)上还设置有用于保护高温反应器(2)正常工作的第三水循环冷却管道(22)，用于保护高温反应器(2)正常工作。
4.根据权利要求1所述的一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，所述反应冷却平台设置有用于保护气体缓冲罐、气固分离器(4)和尾气冷却换热管(5)正常工作的第四水循环冷却管道。
5.根据权利要求4所述的一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，所述反应冷却平台上设置有与所述气体缓冲罐连通的出气口，所述反应冷却平台还包括用于对产物进行降温的第三水循环冷却管道(22)。
6.根据权利要求1所述的一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，所述捕集器包括静电式收集式或者滤网式收集式。
7.根据权利要求6所述的一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，所述气固分离器(4)和所述冷却换热管(5)之间设置有连通弯管(7)，所述连通弯管(7)上设置有所述捕集器。
8.根据权利要求7所述的一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，所述连通弯管(7)设置在所述气固分离器(4)的底部，所述捕集器可拆卸安装在所述连通弯管(7)内。
9.根据权利要求2所述的一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，所述反应冷却平台内设置有用于控制所述第一水循环冷却管道(11)、第二水循环冷却管道(13)和第三水循环冷却管道(22)和第四水循环冷却管道的循环水流量控制装置(8)。
10.根据权利要求1所述的一种用于温室气体处理的热等离子体反应装置，其特征在于，所述反应冷却平台内还设置有用于控制反应装置内气体压强的气体流量控制装置(9)。
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