[发明专利]具有抑制结焦和在线清焦功能的煤制乙炔等离子体反应器

说明书

本发明公开了一种具有抑制结焦和在线清焦功能的煤制乙炔等离子体反应器，包括竖向设置的阴极棒、阳极以及设于所述阳极外侧的循环冷却水套，所述阳极自上而下包括用于与所述阴极棒配合产生电弧的电弧运行段阳极和位于电弧下方的反应段阳极，所述阳极接地，所述反应段阳极内径为电弧运行段阳极内径的1.2～10倍，所述反应段阳极和电弧运行段阳极的连接处周向设有可朝反应段阳极喷射清焦介质的清焦喷嘴。本发明采用反应器内径变化与设置喷嘴进行隔膜保护的方法，从根本上抑制乃至消除反应器运行过程中的结焦现象，无需再设置清焦周期，实现反应器的连续裂解运行。

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，具体涉及一种具有抑制结焦和在线清焦功能的煤制乙炔等离子体反应器。

背景技术

等离子体裂解煤制乙炔技术自20世纪50年代以来，在世界范围内得到了广泛的关注，该技术主要利用了热等离子体高温、高焓、富含活性粒子的特点，将煤粉直接通入等离子体或其射流中，使其在毫秒级的时间尺度内快速升温热解、释放出挥发分，发生裂解反应产生气体，经淬冷后得到乙炔为主要成分的裂解气，整个过程不产生任何废水或固体污染物，是一种清洁、高效的煤转化工艺。

国内外高校、企业甚至政府部门开展了对等离子体裂解煤制乙炔技术的尝试和研究，美国、德国和中国都分别建立了1～5MW规模的等离子体裂解煤制乙炔中试装置，进行了有益的尝试，证明了该技术的技术可行性。但是这些研究都在中试规模之后被迫停止，主要是难以解决结焦问题，不能实现反应器的长周期稳定运行。

煤粉在进入等离子体反应器后，经等离子体或其射流加热发生裂解反应，通过催化结焦、气相结焦和自由基结焦等几种机理，在电弧以下的部位形成不同形态、结构和石墨化程度的结焦。结焦物使反应器内径缩小，增加了气体流动阻滞力，使反应器系统地运行稳定性遭到破坏，无法实现长期稳定运行，限制了该技术的工业化应用。因此国内外的研究者尝试了多种清焦的方法：杜志国等(CN101372630A)采用了周期性喷入水蒸气的方法以定时清除反应器壁上的结焦物。任其龙等(CN104056829B)提出了二氧化碳作为清焦气体的方法，二氧化碳与结焦物的主要元素碳反应生成一氧化碳，不会对裂解气的流量和组成造成较大影响，具有清焦时间段、清焦效率高的特点，且更加安全。郭文康等(CN201940403U)设计了一种碳转化反应器中的机械清焦装置，不引入额外气体，不会破坏反应生成气的成分，不会增加后续的气体分离工作，因此可使裂解装置持续运行，延长了反应器服务寿命，提高了工作可靠性，优化了反应器的设计、操作控制及温度测量。

但是目前所用的清焦方法，多存在一些问题。例如水蒸气清焦法效果虽然比较好，但能耗较高，所喷入的水蒸气可能会引起反应器短路，影响生产安全；氧气作为清焦介质，在氢等离子体氛围下存在巨大的安全隐患；水蒸气、氧气、二氧化碳等介质由于与原料煤会发生反应，影响清焦过程，因此必须进行裂解--清焦--裂解的交替操作，会使裂解气流量和组成产生较大波动，对后续气固/气体分离系统造成很大压力。因此，一种高效、安全的清焦方法，对等离子体裂解煤制乙炔技术的生命力至关重要。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种具有抑制结焦和在线清焦功能的煤制乙炔等离子体反应器，采用反应器内径变化与设置喷嘴进行隔膜保护的方法，从根本上抑制乃至消除反应器运行过程中的结焦现象，无需再设置清焦周期，实现反应器的连续裂解运行。

一种具有抑制结焦和在线清焦功能的煤制乙炔等离子体反应器，包括竖向设置的阴极棒、阳极以及设于所述阳极外侧的循环冷却水套，所述阳极自上而下包括用于与所述阴极棒配合产生电弧的电弧运行段阳极和位于电弧下方的反应段阳极，所述阳极接地，所述反应段阳极内径为电弧运行段阳极内径的1.2～10倍，所述反应段阳极和电弧运行段阳极的连接处周向设有可朝反应段阳极喷射清焦介质的清焦喷嘴。