[实用新型]一种大功率微波等离子体煤粉裂解装置

说明书

本实用新型涉及等离子体设备领域，是指一种大功率微波等离子体煤粉裂解装置，解决了现有技术中由等离子体尺寸小、功率低而引起的煤粉裂解问题。本实用新型包括煤粉研磨装置、煤粉输入装置、等离子体发生装置、裂解气体处理装置、微波腔；所述微波腔轴心位置与反应腔轴心重合；所述微波发生装置设置于微波腔周围；所述微波发生装置不少于三个；所述微波腔为空心圆柱形的多模腔。本实用新型通过将大功率的微波等离子体装置作为煤粉裂解反应装置，通过不同距离、高低错落的设置多个微波发生装置，并将电磁波均匀集中的束缚在石英管中心位置，实现大功率、大尺寸的煤粉等离子体激发；本实用新型结构简单、激发效率高、成本低廉，满足工业化大规模的要求。

技术领域

本实用新型涉及等离子体设备领域，特别是指一种大功率微波等离子体煤粉裂解装置。

背景技术

工业乙炔的主要生产工艺有电石法和烃类裂解法，其中电石法，即湿法碳化钙法生成乙炔会产生大量废水和电石渣，且耗能高、污染高；而由石油裂解烯烃得来乙炔，资源消耗大也不是长远之计。

在裂解法中，使用等离子体裂解煤粉在工业乙炔生产上的应用越来越广泛，离子体炬具有下列特点：1)等离子体具有极高的能量密度、温度和极快速的反应时间，可把各种有机物彻底分解为小分子可燃气，很小的占地面积就能做到大处理量，并且能实现快速启停；2)因为不存在燃料燃烧，热源的产生不需要氧化剂，相比常规热处理过程产生的烟气量少得多，处理容易，费用低。但其存在高压不够、电流稳定性弱、电源控制系统复杂及大功率寿命有限的问题。

且在生产的过程中存在如下不足，造成产量化生产的拦阻：

1.大多数微波等离子体为波导压缩或波导的方式实现等离子体，等离子体直径小，在2450MHz下仅3-4cm直径，微波作用区域短，微波作用下最多5cm；

2.微波等离子体发生器由于在单模腔下形成等离子体，等离子区域面积小，能量利用率低；

3.微波等离子体发生器由于通气量也较低，无法通过自身气流给反应腔散热，因此需要较高的外部散热能力。该装置无法实现大规模气体处理，或大规模的等离子体处理应用。

亟待出现一种可解决上述问题的新型的煤粉裂解装置。

实用新型内容

本实用新型提出一种大功率微波等离子体煤粉裂解装置，解决了现有技术中由等离子体尺寸小、功率低而引起的煤粉裂解问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种大功率微波等离子体煤粉裂解装置，包括煤粉研磨装置、煤粉输入装置、等离子体发生装置、裂解气体处理装置；所述等离子体发生装置包括等离子体点火装置、微波发生装置、波导和用于气体激发为等离子体的反应腔，用于将煤粉通入反应腔的入气口；还包括套设于反应腔外的微波腔；所述微波腔轴心位置与反应腔轴心重合；所述微波发生装置通过波导不同距离、高低错落地设置于微波腔周围；所述微波发生装置不少于三个；所述微波腔为空心圆柱形的多模腔；所述点火装置和入气口设置于反应腔下端；所述微波等离子体还包括助燃气体输入口。

进一步地，所述反应腔中心位置电磁波均匀集中分布；所述微波腔和波导位置通过有限元法进行仿真和优化。

进一步地，所述微波腔是用于集中微波能量的金属微波腔。

进一步地，所述反应腔为电磁损耗小、耐高温材质。

进一步地，所述反应腔为石英管，所述石英管外还套设有圆柱形金属管，所述金属管直径大于石英管直径，其高度与石英管高度一致。

优选地，所述反应腔可级联，具体的是石英管上端与另一石英管下端联接。

进一步地，所述微波发生器在石英管纵向截面位置均匀分布。

进一步地，所述微波发生装置和波导可为三组、四组、五组。