一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置，包括反應(yīng)容器和至少一個反應(yīng)單元，反應(yīng)容器內(nèi)具有反應(yīng)腔，反應(yīng)單元包括至少一個第一煤粉噴嘴、至少一對第二煤粉噴嘴和至少一組直流電弧的電極對，煤粉在氣流的輸送下經(jīng)第一和第二煤粉噴嘴進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成第一和第二煤粉氣體混合區(qū)，第一煤粉混合區(qū)存在一個與煤粉流動方向平行的對稱面，依所述對稱面第二煤粉混合區(qū)位于第一煤粉混合區(qū)兩側(cè)，依所述對稱面位于第一煤粉混合區(qū)兩側(cè)的電極對之間的電弧的弧柱沿煤粉流動方向延伸，弧柱受煤粉氣體混合物約束和控制形成穩(wěn)定的位形結(jié)構(gòu)，大部分弧柱位于煤粉氣體混合區(qū)。本發(fā)明的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，具有煤粉加熱高效、能量效率高、反應(yīng)器容量可任意增大等優(yōu)點。
【專利說明】一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及乙炔制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電弧等離子體熱解煤粉制乙炔裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，68 1，089，092發(fā)布了 0.1.61-1^11^8等人1963年首次提出煙煤顆粒通過高溫加熱2000?30001:制取氣態(tài)和固態(tài)產(chǎn)品的方法的發(fā)明，主要產(chǎn)品包括乙炔和活性炭，加熱方法主要將煤粉穿過電弧、或等離子體射流尾焰、或煙煤經(jīng)過高溫部分燃燒、或煤粉與高溫氣體混合獲得。3，384，467發(fā)布了 ？丨尺.八臟冊11等人1964年首次提出的用電弧等離子體熱解煤粉的方法和裝置，對煤粉的加熱方法包括電阻加熱和電弧加熱，其能量利用效率高達(dá)96%。但由于電弧穩(wěn)定的要求，使得裝置在加熱和流動結(jié)構(gòu)上設(shè)計難以滿足加熱溫度、加熱均勻性和淬冷均勻性的要求，主要氣態(tài)產(chǎn)品成分復(fù)雜，包含了為4、00,(:?和02?。?等，其中乙炔收率最低；而存在最大的問題是長期運行陽極和陰極的結(jié)焦問題和煤粉結(jié)塊問題；此外受結(jié)構(gòu)設(shè)計限制，加熱功率難以放大，難以滿足工業(yè)化應(yīng)用要求。
[0003]由于電弧存在流動/傳熱與電磁場的多場耦合，且具有高度的非線性，穩(wěn)定控制是一個難題。為了解決電弧穩(wěn)定控制能滿足對煤粉均勻加熱的要求和避免電極結(jié)焦，專利文件⑶03138792.6、⑶200410012196.2、⑶200410012523.4、⑶200810175364.8 公開了采用電弧等離子體炬產(chǎn)生的等離子體射流“尾焰”加熱煤粉的方法和裝置。上述專利雖然解決電弧穩(wěn)定控制及避免電極結(jié)焦問題，但在等離子體炬中產(chǎn)生了額外的能量損耗，一般等離子體炬能量效率低于80%，即使像⑶200810175364.8的V型雙等離子體炬，部分電弧位于等離子體炬噴嘴外側(cè)，并大量使用供工質(zhì)氣體，其等離子體炬的熱效率也低于87%。而且由于電弧穩(wěn)定控制的需要，等離子體炬大量使用氣體，等離子體炬所用氣體要求高，處理這些氣體本身需要昂貴設(shè)備和消耗能量；同時等離子體炬大量使用氣體使得等離子體射流平均焓值降低，功率越大的等離子體炬平均焓值越低，由于加熱效率與熱源與加熱對象焓差成正比，從而降低了等離子體對煤粉的傳熱效率；等離子體炬大量使用氣體，占用了煤粉輸送的用氣量，使得煤粉輸送不得不采用的高濃度輸送，從而造成輸送管路易堵塞問題。此外大型等離子體炬電極壽命有限，且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換電極困難，更換電極影響到設(shè)備運行和增加維護(hù)工作量。
[0004]⑶201320593044.0采用軸向多電極和軸向磁場旋轉(zhuǎn)控制電弧方法實現(xiàn)多電弧的產(chǎn)生和電弧與煤粉直接接觸，雖然能提高熱能利用效率，但由現(xiàn)有專業(yè)知識可知該方法難以避免與煤粉接觸的電極結(jié)焦、并聯(lián)電極之間的間隙易被污染和擊穿，且由于同向電流的多電弧之間的洛倫茲力的相互吸引作用，多電弧很容易演化成單電弧。
[0005]由于受技術(shù)的限制，等離子體的功率難以提高。⑶200810175364.8公開的氫等離子體炬的功率雖然可以達(dá)到5麗，但距離工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模需求相差甚遠(yuǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供此前在電弧等離子體熱解煤粉制乙炔的方法和裝置上存在的問題和技術(shù)限制的解決方案。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供采用電弧直接熱解煤粉制乙炔的方案和方法，從而提高能量效率。
[0008]本發(fā)明的目的還在于提供使煤粉穿過電弧或與電弧直接接觸，從而獲得對煤粉高效加熱的方案和方法。
[0009]本發(fā)明的目的還在于提供采用煤粉約束電弧穩(wěn)定和控制電弧運行參數(shù)的方案和方法。
[0010]本發(fā)明的目的還在于解決反應(yīng)器規(guī)模擴大時電弧之間的相互干擾或單一擴大電弧功率時等離子體對煤粉加熱的均勻性問題，提供擴大反應(yīng)器的規(guī)模的方案和方法。
[0011]為了解決【背景技術(shù)】中存在的技術(shù)問題并達(dá)到上述一個或多個發(fā)明目的，本發(fā)明提出了一種電弧直接熱解煤粉制乙炔裝置，具有煤粉加熱高效，能量效率高的優(yōu)點。
[0012]本發(fā)明提出的一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置，包括反應(yīng)容器和至少一個反應(yīng)單元，反應(yīng)單元安裝在反應(yīng)容器上，反應(yīng)容器內(nèi)具有反應(yīng)腔，反應(yīng)單元包括至少一個第一煤粉噴嘴、至少一對第二煤粉噴嘴、和至少一組電極對，電極對包括一個陽電極和一個陰電極，煤粉在氣流的輸送下經(jīng)第一煤粉噴嘴進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成第一煤粉氣體混合區(qū)和經(jīng)一對第二煤粉噴嘴進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成第二煤粉氣體混合區(qū)，第一煤粉氣體混合區(qū)存在一個與煤粉氣體流動方向平行的對稱面，第二煤粉氣體混合區(qū)依所述對稱面位于第一煤粉氣體混合區(qū)的兩側(cè)，優(yōu)選關(guān)于對稱面對稱，第一煤粉氣體混合區(qū)和第二煤粉氣體混合區(qū)在兩者相交處疊合且無明顯界面，第二煤粉氣體混合區(qū)中的煤粉流動方向具有與第一煤粉氣體混合區(qū)的煤粉氣體流動方向相同的分量；電極對依所述對稱面位于第一煤粉氣體混合區(qū)兩偵1優(yōu)選關(guān)于對稱面對稱布置；電極對產(chǎn)生的電弧在第一煤粉氣體混合區(qū)和第二煤粉氣體混合區(qū)的約束和控制下，電弧的弧柱沿煤粉氣體混合區(qū)中煤粉流動方向延伸，形成穩(wěn)定位形結(jié)構(gòu)；弧柱全部或大部分位于反應(yīng)器容器內(nèi)，弧柱大部分位于第一煤粉氣體混合區(qū)與第二煤粉氣體混合區(qū)的疊合區(qū)域和位于第一煤粉氣體混合區(qū)。
[0013]多個反應(yīng)單元并列排布，構(gòu)成擴大規(guī)模反應(yīng)器，多個反應(yīng)單元沿與煤粉氣體混合區(qū)對稱面平行的方向、且與煤粉氣體混合區(qū)中煤粉流動方向垂直的方向延伸并列排布。優(yōu)選地，每個反應(yīng)單元結(jié)構(gòu)相同。
[0014]任一反應(yīng)單元還包括至少一對無機粉末噴嘴，無機粉末在氣流的輸送下經(jīng)無機粉末噴嘴進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成無機粉末氣體混合區(qū)，上述無機粉末氣體混合區(qū)位于第二煤粉氣體混合區(qū)與反應(yīng)腔壁之間，無機粉末流動方向存在與第一煤粉氣體混合區(qū)中的煤粉流動方向相同的分量。
[0015]第一煤粉噴嘴所安裝的反應(yīng)容器壁與煤粉氣體混合區(qū)中煤粉流動方向垂直、且其噴射方向與煤粉氣體混合區(qū)的對稱面重合；順著煤粉流動方向，電極對中的兩個電極、一對第二煤粉噴嘴、一對無機粉末噴嘴均依所述煤粉氣體混合區(qū)對稱面依次安裝在反應(yīng)容器的關(guān)于第一煤粉氣體混合區(qū)對稱面對稱的兩個側(cè)壁上；優(yōu)選地，一對第二煤粉噴嘴的結(jié)構(gòu)尺寸相同，一對固體粉末噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸相同；優(yōu)選地，一對第二煤粉噴嘴對稱安裝，一對固體粉末噴嘴對稱安裝；優(yōu)選地，存在一個垂直于所述對稱面、且平行于第一煤粉氣體混合區(qū)中煤粉流動方向的平面，第一煤粉噴嘴噴口、電極對兩軸線、第二噴嘴噴口、和無機粉末噴嘴噴口關(guān)于所述平面對稱布置。
[0016]電極對的每個電極軸線與煤粉流動方向平行的中心線的夾角0 1為[0° ,90°〕，優(yōu)選地，1 為〔0。，70。10
[0017]優(yōu)選地，第二煤粉噴嘴軸線與煤粉流動方向平行的中心線的夾角02為[20° ,90°
[0018]優(yōu)選地，無機粉末噴嘴軸線煤粉流動方向平行的中心線0 3為[30° ,90°
[0019]每個反應(yīng)單元還設(shè)有至少一對位于所述煤粉氣體混合區(qū)對稱面的煤粉氣體混合區(qū)兩外側(cè)、且位于無機粉末噴嘴遠(yuǎn)離電極對一側(cè)的淬冷介質(zhì)噴嘴，淬冷介質(zhì)噴嘴的噴射方向朝向第一煤粉氣體混合區(qū)和第二煤粉氣體混合區(qū)，淬冷介質(zhì)噴射距離到達(dá)對面無機粉末氣體混合區(qū)。
[0020]優(yōu)選地，淬冷介質(zhì)噴嘴位于反應(yīng)器的兩個側(cè)壁上，在所述兩個側(cè)壁上兩對面的一對淬冷介質(zhì)噴嘴在平行于或/和垂直于煤粉流動方向位置相互錯開。
[0021]相鄰電極對位于反應(yīng)器同一側(cè)壁的電極的極性相反。優(yōu)選地，兩相鄰電極對之間的間距相等。
[0022]相鄰電極對位于反應(yīng)器同一側(cè)壁的電極的極性相同。優(yōu)選地，由兩組同側(cè)極性相同的相鄰電極對構(gòu)成一個雙電弧單元；優(yōu)選地，雙電弧單元的相鄰電極對間距小于等于相鄰雙電弧單元的相鄰電極對的間距。
[0023]輸送煤粉至第一、第二煤粉噴嘴的氣體用富含氫氣、富含甲烷的氣體，優(yōu)選地，輸送煤粉的氣體使用經(jīng)分離出乙炔等產(chǎn)品、且富含氫氣的反應(yīng)尾氣。
[0024]電極對的電極為石墨電極、水冷棒狀金屬電極，或使用一對陰陽極轉(zhuǎn)移弧等離子體炬。
[0025]電極對使用石墨電極或棒狀水冷金屬的，電極對中電極安裝點的周邊具有電極保護(hù)氣體通道，所述保護(hù)氣體為隊、紅、4、等非氧化性氣體，或經(jīng)分離出氧化性氣體和烴類氣體的反應(yīng)尾氣；優(yōu)選地，陽極保護(hù)氣體經(jīng)分離出乙炔和氧化性氣體的反應(yīng)尾氣。
[0026]輸送煤粉至第一、第二煤粉噴嘴的氣體使用富含氫氣、或富含甲烷的氣體，如分離出乙炔等產(chǎn)品的反應(yīng)尾氣、天然氣、或瓦斯、或沼氣等，優(yōu)選地，輸送煤粉的氣體使用經(jīng)分離出乙炔等產(chǎn)品、且富含氫氣的反應(yīng)尾氣。
[0027]電極對的電極端部間距大于第一煤粉噴嘴在垂直于所述對稱面方向的寬度。優(yōu)選地，電極端部與安裝電極的反應(yīng)器側(cè)壁平齊，弧柱全部位于反應(yīng)器容器內(nèi)。
[0028]優(yōu)選地，任一電極對所連接直流電源采用兩個相同的子電源串聯(lián)組成，直流電源的中點共地。
[0029]每個電弧對應(yīng)的第一、第二煤粉噴嘴在平行于煤粉氣體混合區(qū)對稱面方向的寬度11,12小于300臟，優(yōu)選地，為50?200臟。電極對相鄰間距評0大于等于II或評2。
[0030]優(yōu)選地，第一煤粉噴嘴在垂直于所述對稱面方向的寬度81為其平行于所述對稱面評1的(1/2?2)倍。
[0031]優(yōu)選地，第二煤粉噴嘴在垂直于所述對稱面方向的寬度82為其平行與所述對稱面寬度12的(1/4?1)倍。
[0032]優(yōu)選地，81+2X82大于 II 或 12。
[0033]每對電極電弧電流為200?2000八，優(yōu)選地，電弧電流400?1000八。
[0034]每對電極之間的電弧電壓為1?20”，優(yōu)選地，電弧電壓2.5?10”。
[0035]優(yōu)選地，每對電極電弧功率為1?10麗。
[0036]煤粉噴嘴煤粉氣體混合物在煤粉噴嘴出口速度為5?100111/86(3，優(yōu)選地，為10?50111/ 860。
[0037]可以有任意多相鄰電弧構(gòu)成多電弧組合單元。
[0038]優(yōu)選地，同一組合電弧單元的每個電弧對應(yīng)第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴、固體粉末噴嘴在平行于對稱面的同側(cè)可以分別合并。
[0039]本發(fā)明提出的一種電弧等離子體熱解煤粉制乙炔裝置，其包括以下優(yōu)點和有益效果:
[0040](1)本發(fā)明中的電弧等離子體熱解煤粉制乙炔裝置，采用電弧直接電解煤粉制乙炔，且弧柱全部位于反應(yīng)器容器內(nèi)，提高能量效率，并通過使煤粉穿過電弧或與電弧直接接觸，從而獲得對煤粉高效加熱的效果。
[0041](2)本發(fā)明采用煤粉氣體混合物流體、結(jié)合固體粉末氣體混合物流體和反應(yīng)器壁結(jié)構(gòu)約束電弧，解決了電弧等離子體位形結(jié)構(gòu)形成及穩(wěn)定的控制問題。
[0042](3)本發(fā)明方案解決了反應(yīng)器規(guī)模擴大問題。并采用煤粉氣體混合物流體約束電弧，結(jié)合各電極電流和電弧電流對電弧產(chǎn)生的洛倫茲力作用，解決了反應(yīng)器規(guī)模擴大時多路電弧并聯(lián)電弧之間相互干擾問題。
[0043](4)與現(xiàn)有采用等離子體炬的技術(shù)相比，減少了電弧等離子體炬的熱損耗、減少了氣體用量，從而大大降低了能量損耗，且簡化了設(shè)備，引弧簡單，更換電極方便。
[0044](5)與現(xiàn)有采用等離子體炬的技術(shù)相比，本方案的電極保護(hù)氣體用量很少，且可以使用分離掉0?產(chǎn)品的反應(yīng)器尾氣，避免采用等離子體炬需大量使用純氫氣，現(xiàn)有技術(shù)中采用反應(yīng)尾氣分離獲得氫氣所需設(shè)備昂貴，并且分離氫氣需要耗能。
[0045](6)與現(xiàn)有采用等離子體炬的技術(shù)相比，等離子體炬大量使用氫氣占據(jù)了輸送煤粉的用氣量，使得煤粉不得不采用高濃度輸送，容易堵塞煤粉管路。本發(fā)明煤粉輸送采用分離出乙炔產(chǎn)品的反應(yīng)尾氣可以滿足煤粉輸送，且含有大量4，正好可以滿足反應(yīng)工藝要求。
[0046](7)本發(fā)明解決了乙炔反應(yīng)器結(jié)焦問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1為本發(fā)明提出的一種電弧等離子體熱解煤粉制乙炔裝置的一種實施例的示意圖；
[0048]圖2為圖1的長軸方向側(cè)視圖；
[0049]圖3為本發(fā)明提出的一種電弧等離子體熱解煤粉制乙炔裝置的另一種實施例的示意圖；
[0050]圖4為圖1的半剖俯視圖(省略淬冷介質(zhì)噴嘴部件)；
[0051]圖5為本發(fā)明提出的一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置的另一種實施例的一種設(shè)計的長軸方向剖視圖(省略淬冷介質(zhì)噴嘴部件)；
[0052]圖6為本發(fā)明提出的一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置的另一種實施例的另一種設(shè)計的長軸方向剖視圖(省略淬冷介質(zhì)噴嘴部件

【具體實施方式】
[0053]如圖1-6所示，圖1為本發(fā)明提出的一種電弧等離子體熱解煤粉制乙炔裝置的一種實施例的示意圖；圖2為圖1的長軸方向側(cè)剖視圖；圖3為本發(fā)明提出的一種電弧等離子體熱解煤粉制乙炔裝置的另一種實施例的示意圖；圖4為圖1的半剖俯視圖(省略淬冷介質(zhì)噴嘴部件為本發(fā)明提出的一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置的另一種實施例的一種設(shè)計的長軸方向剖視圖(省略淬冷介質(zhì)噴嘴部件)；圖6為本發(fā)明提出的一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置的另一種實施例的另一種設(shè)計的長軸方向剖視圖(省略淬冷介質(zhì)噴嘴部件\
[0054]參照圖1-4，在一種實施例中，本發(fā)明提出的一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置，包括反應(yīng)容器2和至少一個反應(yīng)單元，反應(yīng)單元安裝在反應(yīng)容器2上，反應(yīng)容器2內(nèi)具有反應(yīng)腔，反應(yīng)單元包括至少一個第一煤粉噴嘴1、至少一對第二煤粉噴嘴5、和至少一組電極對4，4’，電極對4，4’包括一個陽電極4和一個陰電極4’，煤粉在氣流的輸送下經(jīng)第一煤粉噴嘴1進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成第一煤粉氣體混合區(qū)11和經(jīng)一對第二煤粉噴嘴5進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成第二煤粉氣體混合區(qū)51，第一煤粉氣體混合區(qū)11存在一個與煤粉氣體流動方向平行的對稱面3，第二煤粉氣體混合區(qū)51依對稱面3位于第一煤粉氣體混合區(qū)11的兩側(cè)，第二煤粉氣體混合區(qū)51優(yōu)選關(guān)于對稱面3對稱，第一煤粉氣體混合區(qū)11和第二煤粉氣體混合區(qū)51在兩者相交處疊合且無明顯界面，第二煤粉氣體混合區(qū)51中的煤粉流動方向具有與第一煤粉氣體混合區(qū)11的煤粉氣體流動方向相同的分量；電極對4，4’依對稱面3位于第一煤粉氣體混合區(qū)11兩側(cè)，優(yōu)選關(guān)于對稱面3對稱，電極對4，4’產(chǎn)生的電弧41在第一煤粉氣體混合區(qū)11和第二煤粉氣體混合區(qū)51的約束和控制下，電弧41的弧柱沿煤粉氣體混合區(qū)11中煤粉流動方向延伸，形成穩(wěn)定位形結(jié)構(gòu)；電弧41弧柱大部分位于第一煤粉氣體混合區(qū)11與第二煤粉氣體混合區(qū)51的疊合區(qū)域和位于第一煤粉氣體混合區(qū)11。
[0055]在上述方案中，由于煤粉氣體混合物中煤粉對電弧的約束和控制作用遠(yuǎn)強于氣體，所以第一煤粉氣體混合區(qū)11中煤粉流動作用很容易將電弧拉伸延長，第二煤粉氣體混合區(qū)51煤粉依對稱面3從第一煤粉氣體混合區(qū)11兩側(cè)約束電弧因自身電流產(chǎn)生的洛倫茲力作用向外擴張，形成“V”狀位形結(jié)構(gòu)；沿著電弧延長方向，在電弧加熱作用下，氣體溫度逐漸升高，在電弧“V”形底部，氣體溫度達(dá)到電離水平，維持電弧在第一煤粉氣體混合區(qū)11中的通道，使電弧“V”狀位形結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定。
[0056]在上述方案中，相鄰電弧由于受煤粉氣流混合區(qū)中的煤粉約束，穩(wěn)定在一對電極軸線的對稱線和平行于煤粉流動線組成的平面附近。
[0057]在上述方案中，由于煤粉進(jìn)入電弧通道，煤粉具有強烈的吸附電子作用，降低了等離子體電導(dǎo)率從而可提高電弧的電場強度；電弧區(qū)的煤粉升溫和熱解過程大量吸熱，降低等離子體溫度，也從而可提高電弧的電場強度；兩者共同作用進(jìn)而電弧功率密度，有利于反應(yīng)單元規(guī)模的擴大。
[0058]在上述方案中，第一煤粉噴嘴和第二煤粉噴嘴噴射的煤粉氣體混合物進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)形成第一煤粉氣體混合區(qū)11和第二煤粉氣體混合區(qū)51，電極對4，4’之間的電弧41大部分位于上述第一煤粉氣體混合區(qū)11和第二煤粉氣體混合區(qū)51，部分煤粉穿過電弧41而與電弧41直接接觸，煤粉氣體混合物與受電弧41直接加熱，提高電弧41對煤粉加熱的效率。
[0059]可以并排設(shè)置多個反應(yīng)單元，從而提高整個裝置的反應(yīng)容量，擴大裝置的生產(chǎn)規(guī)模；多個反應(yīng)單元排布與對稱面3平行，與煤粉流動方向垂直；優(yōu)選情況下，各反應(yīng)單元結(jié)構(gòu)尺寸相同，相鄰反應(yīng)單元之間的間距相等。
[0060]在進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案中，任一反應(yīng)單元還包括至少一對無機粉末噴嘴6，無機粉末在氣流的輸送下經(jīng)無機粉末噴嘴6進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成無機粉末氣體混合區(qū)61，上述無機粉末氣體混合區(qū)61位于煤粉氣體混合區(qū)51與反應(yīng)腔壁之間，無機粉末流動方向存在與第一煤粉氣體混合區(qū)11中的煤粉流動方向相同的分量。
[0061]第一煤粉噴嘴1所安裝的反應(yīng)容器2壁與第一煤粉氣體混合區(qū)11中煤粉流動方向垂直、且其噴射方向與第一煤粉氣體混合區(qū)11的對稱面3重合；順著煤粉流動方向，電極對4，4’中的兩個電極、一對第二煤粉噴嘴5、一對無機粉末噴嘴6均依次安裝在反應(yīng)容器2的依第一煤粉氣體混合區(qū)11對稱面3的兩個側(cè)壁上；優(yōu)選地，電極對4，4’中的兩個電極、一對第二煤粉噴嘴5、一對無機粉末噴嘴6均分別對稱安裝；優(yōu)選地，存在一個垂直于所述對稱面3的平面3’，第一煤粉噴嘴1噴口、電極對4，4’兩軸線、第二煤粉噴嘴5噴口、和無機粉末噴嘴6噴口均分別關(guān)于所述平面3’對稱安裝；優(yōu)選地，一對第二煤粉噴嘴5的結(jié)構(gòu)尺寸相同，一對無機粉末噴嘴6結(jié)構(gòu)尺寸相同。
[0062]在上述改進(jìn)中，通過設(shè)置無機粉末噴嘴6，無機粉末噴嘴6噴射的無機粉末氣體混合物流體在煤粉氣體混合物流體外側(cè)向下流動，形成無機粉末氣體混合區(qū)61，從而在煤粉外圍形成隔離層，對作為反應(yīng)區(qū)域的煤粉氣體混合區(qū)51實行隔熱保溫，一方面可以提高煤粉氣體混合區(qū)51邊緣溫度，提高反應(yīng)效率；另一方面可以隔離煤粉碰撞反應(yīng)器壁，從而避免反應(yīng)器壁結(jié)焦；同時擠壓煤粉氣體混合區(qū)51關(guān)于對稱面3的兩外側(cè)，使在煤粉氣體混合區(qū)11兩側(cè)的電弧相互靠近，從而穩(wěn)定電弧長度。
[0063]在上述布置方式，使煤粉氣體混合物流體與無機粉末流體形成穩(wěn)定流動層；保證電弧41的弧柱平面平行于煤粉氣體混合物流體的流線，弧柱平面垂直于煤粉氣體混合區(qū)11的對稱面，電弧41形狀穩(wěn)定。
[0064]每個反應(yīng)單元設(shè)有至少一對位于所述第一煤粉氣體混合區(qū)11對稱面3的第二煤粉氣體混合區(qū)51兩外側(cè)、且位于無機粉末噴嘴6遠(yuǎn)離電極對4，4’ 一側(cè)的淬冷介質(zhì)噴嘴7，淬冷介質(zhì)噴嘴7的噴射方向朝向第一煤粉氣體混合區(qū)11和第一煤粉氣體混合區(qū)51，淬冷介質(zhì)噴射距離到達(dá)對面無機粉末氣體混合區(qū)61 ；優(yōu)選地，淬冷介質(zhì)噴嘴7位于反應(yīng)容器2的兩個側(cè)壁上，在所述兩個側(cè)壁上兩對面的一對淬冷介質(zhì)噴嘴7在平行于或/和垂直于煤粉流動方向位置相互錯開，淬冷介質(zhì)噴嘴7在側(cè)壁上形成與反應(yīng)單元排列方向平行的隊列。
[0065]將淬冷介質(zhì)噴嘴7布置在反應(yīng)區(qū)末端，淬冷介質(zhì)噴嘴7噴出的淬冷介質(zhì)使反應(yīng)產(chǎn)物迅速降溫，避免已生成的乙炔裂解生成炭黑，同時，淬冷介質(zhì)噴嘴7布置在反應(yīng)器長邊兩偵牝噴嘴伸進(jìn)反應(yīng)器壁內(nèi)，幾乎與無機粉末與反應(yīng)物之間的界面平齊，淬冷噴嘴噴出的介質(zhì)穿透反應(yīng)物流動層，達(dá)到對面無機粉末保護(hù)層，淬冷介質(zhì)噴嘴7在反應(yīng)器長邊兩側(cè)對面位置相互錯開，可采用多層水冷噴嘴提高淬冷介質(zhì)覆蓋反應(yīng)產(chǎn)物流動斷面的均勻性。
[0066]電弧41電極可使用棒狀石墨電極、或水冷棒狀金屬電極；電極對也可以使用一對轉(zhuǎn)移弧等離子體炬。
[0067]使用棒狀石墨電極或棒狀水冷金屬的電極對4，4’中電極安裝點的周邊具有電極保護(hù)氣體通道3，從而可以通入保護(hù)氣體保護(hù)電極免受煤粉氣體侵蝕和絕緣電極與反應(yīng)器壁。所述保護(hù)氣體為隊、紅、4、等非氧化性氣體，或經(jīng)分離出氧化性氣體和烴類氣體的反應(yīng)尾氣；優(yōu)選陽極保護(hù)氣體使用經(jīng)分離出乙炔和氧化性氣體的反應(yīng)尾氣。
[0068]電極對的兩電極端部在垂直于煤粉氣體混合區(qū)對稱面3方向間距大于第一煤粉噴嘴的寬度II，優(yōu)選地，電極端部與安裝電極的反應(yīng)器側(cè)壁平齊，在保護(hù)電極避免煤粉接觸和電隔離電極與反應(yīng)器壁之間產(chǎn)生均衡。
[0069]由于電極端部不在反應(yīng)器壁內(nèi)，與電弧等離子體炬方法相比，因絕緣要求電極保護(hù)氣體用量大大減少。因而電極保護(hù)氣體選擇范圍可以擴大，可以使用氮氣、氫氣、氬氣等非氧化性氣體，也可以使用經(jīng)分離出乙炔等烴類產(chǎn)品和氧化性氣體的反應(yīng)尾氣，優(yōu)選陽極保護(hù)氣體為經(jīng)分離出乙炔和氧化性氣體的反應(yīng)尾氣。氣體來源容易，且使用量少。
[0070]由于電弧的弧柱幾乎全部在反應(yīng)器的反應(yīng)腔內(nèi)，電弧產(chǎn)生熱能幾乎全部被反應(yīng)物利用，與等離子體炬高熱損耗相比，熱能利用效率增高。
[0071]使用空心電極或轉(zhuǎn)移弧等離子體炬時，電弧在等離子體炬管內(nèi)的弧電壓小于總弧電壓20 %。，熱能損耗增加不明顯。
[0072]由于反應(yīng)工藝要求增加一定量的氫氣，而反應(yīng)尾氣中也富含氫氣。因此將反應(yīng)器尾氣分離出乙炔等所需產(chǎn)品后用于煤粉輸送是尾氣的循環(huán)利用，且反應(yīng)尾氣中其他烴類氣體也有利于提高乙炔收率，因而可顯著提高效率。在反應(yīng)初期或反應(yīng)尾氣中氫含量不足時，需增加或使用氫氣、富含甲烷的天然氣或瓦斯或沼氣等。
[0073]在進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)計中，請參考圖2并結(jié)合圖3，電極對4，4’的每個電極軸線與煤粉流動方向平行的中心線的夾角3 1為[0° ,90°〕，優(yōu)選地，￠1 1為[0° ,70°〕；優(yōu)選地，第二煤粉噴嘴5軸線與煤粉流動方向平行的中心線的夾角0 2為[20° ,90°〕，優(yōu)選地，無機粉末噴嘴6軸線煤粉流動方向平行的中心線0 3為[30° ,90°〕；從安裝角度和使用，一般 ￠1 3? ￠1 2? ￠1 10
[0074]上述結(jié)構(gòu)設(shè)計中，將電極向下斜插入反應(yīng)器，更容易避免與煤粉飛濺到電極上從而產(chǎn)生結(jié)焦；向下傾斜插入時，電極端部可伸進(jìn)反應(yīng)器，伸進(jìn)長度大于電極直徑，避免電弧41加熱電極孔內(nèi)氣體，可提高電極與電極孔壁之間的絕緣水平。
[0075]電極下方的第二煤粉噴嘴5以向下斜插入反應(yīng)器為好，產(chǎn)生的煤粉氣體混合流有向下流動分量，減小煤粉對撞和使煤粉流動更為順暢；無機粉末噴嘴6也可以向下斜插入反應(yīng)器，無機粉末噴嘴6軸線向下傾斜與水平線之間的夾角、優(yōu)選30。?90。，無機粉末噴嘴6軸線可與反應(yīng)器壁向內(nèi)收縮的斜面平行。
[0076]優(yōu)選地，任一電極對4，4’所連接直流電源采用兩個相同的子電源串聯(lián)組成，且直流電源中點共地。上述設(shè)計中，直流電源的中點共地，可以降低電極對4，4 ’地絕緣水平，其中，子電源可以由可實現(xiàn)電流調(diào)節(jié)的整流電源和串聯(lián)的穩(wěn)流電抗器構(gòu)成。
[0077]優(yōu)選地，相鄰電極對位于同一側(cè)壁的電極極性相反，相鄰電極對之間電弧41電流方向相反，相鄰電弧41之間產(chǎn)生的洛侖茲力相斥，各電弧41在其相鄰單元電弧41洛侖茲力推斥作用下保證電弧41曲線的平面維持在各自電極軸線位置附近；優(yōu)選各電極對相鄰間距相等。
[0078]相鄰電極對位于反應(yīng)器同一側(cè)壁的電極的極性相同；優(yōu)選地，由兩組同側(cè)極性相同的相鄰電極對構(gòu)成一個雙電弧單元，雙電弧單元的電極對的相鄰間距小于等于相鄰雙電弧單元的相鄰電極對的間距；每個雙電弧單元的雙電弧相互靠近，電弧穩(wěn)定在各自單元的兩對電極之間。
[0079]可以有任意多相鄰電弧構(gòu)成多電弧組合單元，優(yōu)選地，同一組合電弧單元的每個電弧對應(yīng)第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴、固體粉末噴嘴可以合并；構(gòu)成多電弧組合單元時，同一組合單元的所有電極對、第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴、無機粉末噴嘴、淬冷介質(zhì)噴嘴必須同步運行，同一組合單元的所有電極對、第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴必須同步停止運行，避免產(chǎn)生故障和事故。
[0080]為了反應(yīng)單元布局方便，反應(yīng)容器2的反應(yīng)腔的煤粉流動橫斷面長方形，反應(yīng)單元的布置可以粉體下行流動，也可以上行流動和水平流動，其中，煤粉豎直向下流動時，結(jié)構(gòu)設(shè)計較為簡單，非下行流動方式，需要考慮重力對煤粉顆粒和無機粉末顆粒的影響。
[0081]在材料選擇上，反應(yīng)容器2的采用耐火度15001(的以上耐火材料或金屬材料制作，優(yōu)選材料為采用鋁質(zhì)耐火材料、鎂質(zhì)耐火材料、耐火水泥中的一種或多種制作，電極對4，4 ’的電極為石墨電極、水冷棒狀金屬電極、或水冷空心金屬電極；優(yōu)選地，電極對4，4’使用石墨電極或棒狀水冷金屬。
[0082]為了便于對本
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步理解，現(xiàn)對尺寸設(shè)計和工藝設(shè)計說明如下:
[0083]最基本的反應(yīng)單元包括一個第一煤粉噴嘴、一組電極對、一對機構(gòu)尺寸相同的第二煤粉噴嘴、一對結(jié)構(gòu)尺寸相同的無機粉末噴嘴；對于單電弧的反應(yīng)單元，每個反應(yīng)單元平行于對稱面3的寬度觀與相鄰電極對之間的間距01相同；相鄰電極對間距01由電弧41對煤粉加熱的范圍、相鄰電弧41的洛倫茲力作用以及相鄰電極、相鄰電弧之間的絕緣所限制，01平行于對稱面3的長度為50?300臟，優(yōu)選為60?200臟。
[0084]煤粉噴嘴出口為長條形，如橢圓形、腰型、矩形，或多個圓形、多邊形等并排組成長條形，第一、第二煤粉噴嘴在平行于對稱面3方向的寬度11、12需要蓋住電弧41直徑，且受電弧41對煤粉加熱的范圍限制，11,12小于等于相鄰電極對間距01，優(yōu)選為50?200！^。
[0085]第一煤粉噴嘴在垂直于所述對稱面3方向的寬度81選擇為其平行于所述對稱面8寬度II的(1/2?2)倍；第二煤粉噴嘴在垂直于所述對稱面3方向的寬度82選擇為其平行與所述對稱面3寬度12的(1/4?1)倍；81—2\82大于II或12。
[0086]無機粉末噴嘴6的出口為長條形，如橢圓形、腰型、矩形，或多個圓形、多邊形等并排組成長條形，無機粉末噴嘴6平行于對稱面方向的寬度13大于等于煤粉噴嘴的長度12，在垂直于長軸方向的寬度83選擇10?50臟之間。
[0087]可以有任意多相鄰電弧構(gòu)成多電弧組合單元，優(yōu)選地，同一組合電弧單元的每個電弧對應(yīng)第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴、固體粉末噴嘴在反應(yīng)器同長邊側(cè)可以分別合并。
[0088]反應(yīng)單元在其并排方向的長度為全部反應(yīng)單元長度之和加上兩端無機粉末層厚度，所述無機粉末層厚度約10?50111111。
[0089]在第二煤粉噴嘴5與無機粉末噴嘴6之間的反應(yīng)容器2流動斷面在垂直于對稱面8的寬度在50?400臟之間，優(yōu)選100?300臟；在無機粉末噴嘴6下方的反應(yīng)容器2流動斷面垂直于對稱面3的寬度優(yōu)選向內(nèi)收縮。
[0090]無機粉末噴嘴6距離第二煤粉噴嘴5的高度為100?1000！^之間。
[0091]自電極端部至淬冷介質(zhì)噴嘴7的垂直距離為反應(yīng)區(qū)間高度1由反應(yīng)所需時間和反應(yīng)物平均流動速度決定，取值范圍為500?2500臟。
[0092]每對電極放電端部之間在垂直于對稱面3方向的間距大于第一煤粉噴嘴1在垂直于對稱面3方向的寬度81，避免第一煤粉噴嘴1噴出煤粉直接接觸電極，在電極上結(jié)焦和磨損電極；電極可以縮進(jìn)反應(yīng)容器2壁的電極孔內(nèi)，優(yōu)選與反應(yīng)容器2壁面平齊，兼顧對電極的保護(hù)和電極對4，4’電極孔壁之間的絕緣。
[0093]電弧電流選擇范圍為200?20001電流過小，電弧41功率低，生產(chǎn)規(guī)模太小，不經(jīng)濟；電流過大影響，所需電弧41周圍煤粉厚度增加，影響加熱均勻性，從而降低效率；相鄰電弧41之間的洛倫茲力作用也是限制電流提高的因素之一。電弧電流優(yōu)選范圍400?
1000八。
[0094]電極直徑主要由電弧電流和氣體性質(zhì)決定。電弧電流優(yōu)選400?10004 ；高功率石墨電極耐受電流能力超過0.25八/臟2，選擇電極直徑約為￠50?￠75 ；水冷金屬電極材料優(yōu)先選擇鎢合金，直徑為￠10?￠30 ；陽極直徑大于陰極直徑。
[0095]電弧電壓由電弧長度和電弧電場強度決定。影響電弧電場強度的有電弧電流、煤粉氣體混合物流體流速、煤粉濃度等因素，改變電弧電流、煤粉氣體混合物流體流速、煤粉濃度也可以調(diào)節(jié)電弧長度。電弧41的最大長度主要由煤粉氣體混合物流動通道收縮位置限制。工作電弧41電壓選擇1?20”之間。電壓過小，電弧功率低，生產(chǎn)規(guī)模太小，不經(jīng)濟；電壓過高，電弧41長度增加，穩(wěn)定控制難度增加，且受反應(yīng)容器2內(nèi)絕緣水平限制。優(yōu)選 2.5 ?10” ；
[0096]每對電極之間的電弧41功率優(yōu)選1?10麗。
[0097]從控制電弧電壓和電弧穩(wěn)定的需要，并兼顧煤粉穿過電弧區(qū)停留的時間要求，第一煤粉噴嘴1中噴出的煤粉氣體混合物出口速度為5?100111/86(3，優(yōu)選10?50111/86(3。
[0098]第二煤粉噴嘴5噴出的煤粉速度出口流動速度為5?100111/86(3，優(yōu)選10?500/8600第二煤粉噴嘴5噴出的煤粉速度出口向下流動速度分量小于第一煤粉噴嘴1中噴出的煤粉氣體混合物出口速度。
[0099]在另一種實施例中，與第一種實施例不同之處在于，每個反應(yīng)單元具有兩對電極形成雙電弧單元，請參考圖5和圖6，每兩對相鄰電極位于對稱面3的同邊同極性，兩對相鄰電極之間的兩個電弧電流方向相同，產(chǎn)生的洛倫茲力相互吸引，引起電弧相互靠近。
[0100]與所述每兩對相鄰電極同邊同極性電極對應(yīng)的電極上方的第一煤粉噴嘴1、電極下方的第二煤粉噴嘴5、無機粉末噴嘴6和淬冷介質(zhì)噴嘴7構(gòu)成一個雙電弧反應(yīng)單元。雙電弧反應(yīng)單元的每對電極對應(yīng)的電極對、第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴、無機粉末噴嘴和淬冷介質(zhì)噴嘴必須同時運行，而其電極對、第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴必須同時停運。雙電弧反應(yīng)單元的兩對相鄰電極對應(yīng)的相鄰煤粉噴嘴、相鄰無機粉末噴嘴可以分別合并，合并后的煤粉噴嘴在平行于對稱面的長度111、121可以小于合并前各自單元同側(cè)相鄰煤粉噴嘴長度之和。
[0101]可以由任意多相鄰電弧和與之對應(yīng)的第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴、無機粉末噴嘴和淬冷介質(zhì)噴嘴構(gòu)成多電弧反應(yīng)單元。多電弧反應(yīng)單元的每組電極對、第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴、無機粉末噴嘴和淬冷介質(zhì)噴嘴必須同時運行，而其電極對、第一煤粉噴嘴、第二煤粉噴嘴必須同時停運。多電弧反應(yīng)單元的第一煤粉噴嘴、在位于對稱面同側(cè)的第二煤粉噴嘴和無機粉末噴嘴可以分別合并。
[0102]參考圖5，在設(shè)計時，兩個相鄰的雙電弧反應(yīng)單元在位于對稱面3同側(cè)的電極可以極性相反，兩個相鄰反應(yīng)單元的兩對雙電弧之間的洛倫茲力相互排斥，每個反應(yīng)單元的雙電弧受其自身兩側(cè)相鄰雙電弧反應(yīng)單元的雙電弧產(chǎn)生的推斥力聯(lián)合作用而穩(wěn)定在所述反應(yīng)單元的兩對電極之間；相鄰反應(yīng)單元的相鄰電極間距優(yōu)選小于等于雙電弧反應(yīng)單元相鄰兩對電極之間的間距，有利于提高電弧平面兩側(cè)煤粉加熱的均勻性。
[0103]參考圖6，在設(shè)計時，也可以兩個相鄰雙電弧反應(yīng)單元在反應(yīng)器同長邊的電極的極性相同；此時，同一單元的兩對電極的相鄰間距小于相鄰兩個反應(yīng)單元之間的相鄰電極的間距；由于洛倫茲力與電弧間距的距離平方成反比，同一單元的兩個電弧之間的洛倫茲力作用大于相鄰兩個單元的相鄰電弧洛倫茲力作用，每個反應(yīng)單元的雙電弧穩(wěn)定在所述反應(yīng)單元的兩對電極之間。
[0104]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電弧熱解煤粉制乙炔裝置，包括反應(yīng)容器(2)和至少一個反應(yīng)單元，反應(yīng)單元安裝在反應(yīng)容器(2)上，反應(yīng)容器(2)內(nèi)具有反應(yīng)腔，反應(yīng)單元包括至少一個第一煤粉噴嘴(I)、至少一對第二煤粉噴嘴(5)、和至少一組電極對(4，4’)，電極對(4，4’)包括一個陽電極(4)和一個陰電極(4’)，煤粉在氣流的輸送下經(jīng)第一煤粉噴嘴(I)進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成第一煤粉氣體混合區(qū)(11)和經(jīng)一對第二煤粉噴嘴(5)進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成第二煤粉氣體混合區(qū)(51)，第一煤粉氣體混合區(qū)(11)存在一個與煤粉氣體流動方向平行的對稱面(S)，第二煤粉氣體混合區(qū)(51)依對稱面(S)位于第一煤粉氣體混合區(qū)(11)的兩側(cè)，第一煤粉氣體混合區(qū)(11)和第二煤粉氣體混合區(qū)(51)在兩者相交處疊合且無明顯界面，第二煤粉氣體混合區(qū)(51)中的煤粉流動方向具有與第一煤粉氣體混合區(qū)(11)的煤粉氣體流動方向相同的分量；電極對(4，4’)依對稱面(S)位于第一煤粉氣體混合區(qū)(11)兩側(cè)，電極對(4，4’)產(chǎn)生的電弧(41)在第一煤粉氣體混合區(qū)(11)和第二煤粉氣體混合區(qū)(51)的約束和控制下，電弧(41)的弧柱沿煤粉氣體混合區(qū)(11)中煤粉流動方向延伸，形成穩(wěn)定的位形結(jié)構(gòu)；電弧(41)的全部弧柱或大部分弧柱位于反應(yīng)器容器內(nèi)，大部分弧柱位于第一煤粉氣體混合區(qū)(11)與第二煤粉氣體混合區(qū)(51)的疊合區(qū)域和位于第一煤粉氣體混合區(qū)(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，其特征在于，具有多個反應(yīng)單元，多個反應(yīng)單元沿與煤粉氣體混合區(qū)(11)對稱面(S)平行的方向、且與煤粉氣體混合區(qū)(11)中煤粉流動方向垂直的方向延伸并列排布；優(yōu)選地，每個反應(yīng)單元結(jié)構(gòu)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，其特征在于，任一反應(yīng)單元還包括至少一對無機粉末噴嘴￠)，無機粉末在氣流的輸送下經(jīng)無機粉末噴嘴(6)進(jìn)入反應(yīng)腔中流動形成無機粉末氣體混合區(qū)(61)，上述無機粉末氣體混合區(qū)￠1)位于煤粉氣體混合區(qū)(51)與反應(yīng)腔壁之間，無機粉末流動方向存在與第一煤粉氣體混合區(qū)(11)中的煤粉流動方向相同的分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，其特征在于，第一煤粉噴嘴(I)所安裝的反應(yīng)容器(2)壁與第一煤粉氣體混合區(qū)(11)中煤粉流動方向垂直、且其噴射方向與第一煤粉氣體混合區(qū)(11)的對稱面(S)重合；順著煤粉流動方向，電極對(4，4’)中的兩個電極、一對第二煤粉噴嘴(5)、一對無機粉末噴嘴(6)均位于第一煤粉氣體混合區(qū)(11)對稱面(S)兩側(cè)并依次安裝在反應(yīng)容器(2)的關(guān)于對稱面(S)兩側(cè)的兩個側(cè)壁上；優(yōu)選地，一對第二煤粉噴嘴(5)的結(jié)構(gòu)尺寸相同，一對無極粉末噴嘴(6)結(jié)構(gòu)尺寸相同，電極對(4，4’ )中的兩個電極、一對第二煤粉噴嘴(5)和一對無機粉末噴嘴(6)均關(guān)于第一煤粉氣體混合區(qū)(11)對稱面(S)對稱；優(yōu)選地，存在一個垂直于所述對稱面(S)、且平行于第一煤粉氣體混合區(qū)中煤粉流動方向的平面(S’)，第一煤粉噴嘴(I)噴口、電極對兩個電極(4，4’)、第二煤粉噴嘴(5)、和無機粉末噴嘴(6)噴口均關(guān)于所述對平面(S’)對稱布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，其特征在于:電極對(4，4’)的每個電極軸線與煤粉氣流混合區(qū)(11)中煤粉流動方向平行線的夾角α?為[0° ,90° ];優(yōu)選地，α I為[0°，70° ];優(yōu)選地，第二煤粉噴嘴(5)軸線與煤粉氣流混合區(qū)(11)中煤粉流動方向平行線的夾角α 2為[20° ,90° ];優(yōu)選地，無機粉末噴嘴(6)軸線煤粉氣流混合區(qū)(11)中煤粉流動方向平行線夾角α3為[30° ,90° ]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，其特征在于，每個反應(yīng)單元設(shè)有至少一對位于所述第一煤粉氣體混合區(qū)(11)對稱面(S)的第二煤粉氣體混合區(qū)(51)兩外側(cè)、且位于無機粉末噴嘴(6)遠(yuǎn)離電極對(4，4’ ) 一側(cè)的淬冷介質(zhì)噴嘴(7)，淬冷介質(zhì)噴嘴(7)的噴射方向朝向第一煤粉氣體混合區(qū)(11)和第一煤粉氣體混合區(qū)(51)，淬冷介質(zhì)噴射距離到達(dá)對面無機粉末氣體混合區(qū)￠1);優(yōu)選地，淬冷介質(zhì)噴嘴(7)位于反應(yīng)容器(2)的關(guān)于對稱面(S)兩側(cè)的兩個側(cè)壁上，在所述兩個側(cè)壁上兩對面的一對淬冷介質(zhì)噴嘴(7)在平行于或/和垂直于煤粉流動方向位置相互錯開。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，其特征在于:相鄰電極對(4，4’ )位于反應(yīng)器同一側(cè)壁的電極的極性相反，優(yōu)選地，相鄰電極對之間的間距相等；或，相鄰電極對(4，4’ )位于反應(yīng)容器(2)同一側(cè)壁的電極的極性相同，優(yōu)選地，由兩組同側(cè)極性相同的相鄰電極對構(gòu)成一個雙電弧單元，優(yōu)選地，雙電弧單元兩組電極對的相鄰間距小于等于相鄰雙電弧單元的相鄰電極對的間距；優(yōu)選地，可以有任意多相鄰電弧構(gòu)成多電弧組合單元，優(yōu)選地，同一組合電弧單元的每個電弧對應(yīng)第一煤粉噴嘴(I)、第二煤粉噴嘴(5)、無機粉末噴嘴(6)在對稱面(S)同側(cè)可以分別合并。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，其特征在于:輸送煤粉至第一、第二煤粉噴嘴的氣體用富含氫氣、富含甲烷的的氣體，優(yōu)選地，輸送煤粉的氣體使用經(jīng)分離出乙炔等產(chǎn)品、且富含氫氣的反應(yīng)尾氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，其特征在于:電極對(4，4’ )的電極為石墨電極、水冷棒狀金屬電極、或一對陰陽極轉(zhuǎn)移弧等離子體炬；優(yōu)選地，電極對(4，4’)使用石墨電極或棒狀水冷金屬；電極對(4，4’)使用石墨電極或棒狀水冷金屬的，電極對(4，4’)中電極安裝點的周邊具有電極保護(hù)氣體通道(3);優(yōu)選地，所述保護(hù)氣體為N2、Ar、或H2等非氧化性氣體、或他們的混合氣體，或經(jīng)分離出氧化性氣體和烴類氣體的反應(yīng)尾氣；優(yōu)選地，陽極使用經(jīng)分離出乙炔產(chǎn)品和氧化性氣體的反應(yīng)尾氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的電弧熱解煤粉制乙炔裝置，其特征在于，每個電弧對應(yīng)的第一煤粉噴嘴(I)、第二煤粉噴嘴(5)在平行于煤粉氣體混合區(qū)(11)對稱面(S)方向的寬度W1、W2小于300mm ;優(yōu)選地，50?200mm ;優(yōu)選地，第一煤粉噴嘴⑴在垂直于所述對稱面(S)方向的寬度BI為其平行于所述對稱面(S)寬度Wl的(1/2?2)倍；優(yōu)選地，第二煤粉噴嘴(5)在垂直于所述對稱面(S)方向的寬度B2為其平行與所述對稱面(S)寬度W2的(1/4?I)倍；優(yōu)選地，B1+2XB2大于Wl或W2 ;每個電極對(4，4’)的電弧電流為200?2000A，優(yōu)選地，電弧電流400?1000A ;每個電極對(4，4’ )之間的電弧電壓為I?20kV，優(yōu)選地，電弧電壓2.5?1kV ;優(yōu)選地，每個電極對(4，4’)電弧功率為I?10麗；優(yōu)選地，第一煤粉噴嘴(I)、第二煤粉噴嘴(5)噴射的煤粉氣體混合物在噴嘴出口速度為5?100m/sec，優(yōu)選地，為10?50m/sec ;優(yōu)選地，任一電極對(4，4’)所連接直流電源采用兩個相同的子電源串聯(lián)組成，直流電源的中點共地。
【文檔編號】C25B3/00GK104451762SQ201410787386
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】夏維東, 王城, 張曉寧, 夏維珞, 郭文康 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院