[发明专利]一种精炼合成气的非平衡等离子体系统和方法

说明书

本发明的目的是提供一种精炼合成气的非平衡等离子体(NEP)系统和方法。根据本发明的一方面，提供了一种用于精炼合成气的非平衡等离子体系统，该系统包括具有中空腔的反应器，该反应器具有一个或多个入口岐管，其构造成推进轴对称旋转流动模式，合成气和一种或多种气化剂在反应器内进行加工，一个高压电极；以及一个接地电极，其中所述系统被配置为在所述高压电极和所述接地电极之间的引弧间隙上施加高电压电位产生能产生非平衡等离子体的电弧，所述系统被配置为使得合成气，一种或多种气化剂和产生等离子体的电弧在反应器中同时并入。在本发明的一个实施例中，非平衡等离子体系统包括形成单个入口岐管的两个偏心圆柱歧管，其中两个偏心圆柱歧管包括用于气化剂输入的第一偏心圆柱歧管和用于合成气输入的第二偏心圆柱歧管。本发明还包括一种用于精炼合成气的方法，其中本发明的非平衡等离子体系统将同时存在的同一区域中的合成气，空气和产生等离子体的电弧组合在一起。

技术领域

本发明涉及合成气的精炼领域，特别是，利用非平衡等离子体来精炼合成气的系统和方法。

背景技术

以含碳物为原料气化后所生产的合成气通常含有相当数量的焦油成分。焦油成分可包括苯，甲苯，萘，芘和茚等。这些焦油在商业的气化设施因可能堵塞并污染下游设备而引发关注。

焦油污染物的破坏和/或去除可能是困难的，因为去除策略的效率取决于工艺过程的参数以及反应的具体分子，文献记载了苯、甲苯、萘的模拟热转化过程，显示出为了得到较高程度的焦油转化率，必须达到相当程度的反应时间和温度(高达1250℃—大约1523K)。

一些研究已经研究了使用等离子体来裂解焦油。对能量转换过程来说，例如将烃转化为合成气，最佳效果是在采用“暖”滑动电弧等离子体的非热等离子(NTP)系统中获得的，其中气体温度在2000K-4000K的范围内。

通常是用萘或甲苯为材料，以各种放电(包括微波，电晕和滑动电弧放电)的方法研究焦油的等离子体重整。尽管这些研究显示出高的去除率，但它们的不良属性(比能量的高输入，输入气体不切合实际，低焦油浓度，低流速和低能效)使得它们在工业应用中是不受欢迎的。

非平衡等离子体系在本领域是已知的，包括美国专利8,603,403；8,110,155；7,867,457；8,618,436；5,960,026；6,924,608；和7,417,385，以及中国专利201722188和法国专利FR2775864。

所提供的背景信息用以反映申请人认为与本发明可能相关的信息。不一定意味着，也不应该理解为，任何前述信息构成了本发明的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种精炼合成气的非平衡等离子体(NEP)系统及方法。本发明一方面，提供了一种用于精炼合成气的非平衡等离子体系统，该系统包括具有一个或多个入口岐管的反应器，所述入口岐管的构造能推进一种轴对称旋转的流动模式，合成气和一个或更多的气化剂经由入口岐管引入反应器内进行加工；一个高压电极；和一个接地电极，其中所述系统被配置为产生能产生非平衡等离子体的电弧，电弧由被施加在引弧间隙上的高电压电位产生，所述引弧间隙在所述高电压电极和所述接地电极之间，并且所述系统被配置为能使得合成气、一种或多种气化剂和产生等离子体的电弧在反应器中同时并入。

本发明又一方面，提供了一种非平衡等离子体系统，其包括具有第一末端和第二末端的中空腔；其中所述气体出口靠近所述第二末端；两个偏心圆柱歧管在靠近第一末端的腔体内形成单个入口岐管，两个偏心圆柱歧管包括用于气态过程添加剂输入的第一偏心圆柱歧管和用于合成气输入的第二偏心圆柱歧管；高压电极；和接地电极；其中所述系统被配置为能在所述中空室中形成螺旋气流模式；并且所述系统被配置为在位于所述高电压电极和所述接地电极之间的引弧间隙上施加高电压电位时产生非平衡等离子体放电。