專利名稱：固體可燃物或碳?xì)浠衔锏臍饣椒?br> 本文描述了一種用于固體可燃物或碳?xì)浠衔餁饣姆椒捌溲b置，借用這一方法和方法所涉及的裝置，可使煤、瀝青、石墨、油渣，工業(yè)廢油等物質(zhì)在專門的反應(yīng)器中不斷進行化學(xué)物理轉(zhuǎn)化，從而得到合成氣化工所需的一定濃度、適合配比、質(zhì)量較高的原料氣，并用于醇類、烴類、酸類等多種化工產(chǎn)品合成。
以上提到的方法和裝置是由高壓反應(yīng)器、電源裝置、分離器、凈化器幾部份組成，通過反應(yīng)器中一對浸于離子性導(dǎo)電液與固體可燃物或碳?xì)浠衔锝M成的液固混合介質(zhì)中的放電電極瞬間所作的大電流高電壓、脈沖強放電作用產(chǎn)生的強烈爆炸力、聲、光、熱綜合效應(yīng)和幅值陡峭的高溫高壓環(huán)境下伴隨的物理化學(xué)反應(yīng)，達到對上述物質(zhì)的粉碎、混合及氣化的目的。這里談到的離子性導(dǎo)電液是指包括自來水或其它含有電解質(zhì)的溶液。文中給出了一種應(yīng)用液電效應(yīng)，對固體可燃物質(zhì)或碳?xì)浠衔镞M行氣化的方法以及這一方法所使用的設(shè)備的各種方案。
在本方案提出之前，液電效應(yīng)的應(yīng)用和實驗裝置可見到的有(1)液電效應(yīng)鑿，(2)鉆孔裝置，(3)切削裝置，(4)電水錘破碎裝置，(5)噴射器，(6)乳化器，(7)泵，在這些方案以外，人們并設(shè)想過將這一效應(yīng)結(jié)果應(yīng)用于(1)鍛壓，(2)金屬表面冷作硬化，(3)液電鋸，(4)飲用水消毒，(5)污水處理，(6)艦船除銹等方面。而在化工行業(yè)中對合成化工的原料氣制取工藝，可供選擇的除以煤干餾為主制氣的傳統(tǒng)工藝方法外，已有的方案首推溫克勒法，德士古法，氧氣頂吹煉鋼爐氣化法?？疾樯狭幸砸苿哟?、固定式流化床、氣流式流化床、溶渣床四種爐型為主要設(shè)備的工藝過程，都具有爐子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、爐內(nèi)襯和驅(qū)動裝置易損壞、附屬設(shè)施多的特點外，尚需配置專門的制氧、氫、蒸汽發(fā)生器，而且產(chǎn)生的原料氣中氫碳比大多在1以下，用于合成氣化工仍需經(jīng)過一個變換工藝步驟，方使氫碳比達到期望的配比數(shù)。在多種方案中一些有希望進入工業(yè)實用價值的工藝方法也不斷推出，可列出的有催化氣化、太陽能氣化、核熱氣化、等離子體氣化，這些力圖以簡化工藝流程、強化生產(chǎn)、降低消耗為主要目的的研究，提高了轉(zhuǎn)化率，降低了成本，改善了氣體質(zhì)量，使氫碳比更趨于合理，其中一種電弧等離子體氣化的實驗裝置中，煤與等離子體載氣一起噴入反應(yīng)器內(nèi)在等離子體高溫下氣化，當(dāng)用氫氣作載氣將褐煤粉噴入反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，可得到氫碳化比為2的化工原料氣，但這一工藝方法或其它的工藝方法都需專門生產(chǎn)載氣或其它氣體的裝置，這給工業(yè)推廣應(yīng)用帶來很大的麻煩。
發(fā)明的目的在于提供一種單位容積產(chǎn)氣量大、氣質(zhì)好，并能給出滿足合成反應(yīng)的適合氫碳比及一定壓力的合成原料氣的工藝方法，更為重要的是工藝本身無需任何制氧、氫、蒸汽的專用附屬設(shè)備，流程簡單，所得原料氣中氧含量極低是一種安全生產(chǎn)方式，發(fā)明在選擇制氣方法之時，首先考慮了為氣化各過程的最佳熱力學(xué)及動力學(xué)狀況提供較好的反應(yīng)條件，充分利用了液電效應(yīng)的物理化學(xué)綜合效應(yīng)對過程的作用，在反應(yīng)器特定的高溫高壓環(huán)境和電水錘效應(yīng)下，物料處于運動狀態(tài)并不斷增加比表面積，使化學(xué)反應(yīng)的平衡與速度這兩個最基本問題得到巧妙地解決。
發(fā)明是根據(jù)以下條件實現(xiàn)的，使用了一種高壓密閉的液電效應(yīng)反應(yīng)器、分離器、凈化器、高壓脈沖大電流發(fā)生器，附圖1是本發(fā)明的原理圖，這是一個帶有輔助間隙的可調(diào)電路，空氣開關(guān)為輔助間隙，它的極間電阻比反應(yīng)器中兩極之間介質(zhì)內(nèi)電阻大，放電前電源電壓主要施加在輔助間隙上，當(dāng)電壓升高到擊穿輔助間隙的電壓時，它首先被擊穿放電，于是電源電壓突然施加在液固混合介質(zhì)中放電電極上，致使介質(zhì)擊穿，這時電容器內(nèi)儲存的能量在極短的時間(約10-3～10-6秒)內(nèi)經(jīng)放電通道釋放，巨大的脈沖電流(103～105安)使通道內(nèi)形成能量密度很高的等離子體電弧，由此引起高溫、壓力急劇升高，并以較快的速度迅速向外膨脹和收縮，通道周圍的液體介質(zhì)不可壓縮(或可壓縮性很小)，于是形成很強的前沿陡峭的液波，物料受高溫高壓放電和沖擊力等的作用，產(chǎn)生氣化反應(yīng)。發(fā)明中涉及到的電源電路分充電回路和放電回路，這種電源電路應(yīng)能使較低的變壓器輸入電壓獲得較高的電容器充電電壓，它的實現(xiàn)包括了調(diào)壓、升壓、整流、充電幾部份。這是一種5000伏特以上的可調(diào)電源電路。電容在幾微法到幾拾微法之間，達到這種電壓的放電即能滿足使固體可燃物或碳?xì)浠衔镏腥缦竺哼@種物料的最低氣化條件。另一必須考慮的問題是在這一電路中只能采用一個輔助間隙。這是保證放電過程中化學(xué)能的轉(zhuǎn)化大于機械能的轉(zhuǎn)化，促使反應(yīng)順利進行的關(guān)鍵。在電源電路中還設(shè)了保護電路，當(dāng)電容器組充電到預(yù)定的電壓值，由于某種原因不允許經(jīng)由放電開關(guān)向電極放電，而電容器又不能長期加著電壓時、可由接地開關(guān)控制，使電能經(jīng)放電電阻放電并使電容器接地以保證安全，附圖2是這一電路的圖示。
反應(yīng)器主體是由頂蓋、底蓋、筒體、分離器、凈化器、電極、壓力表、安全閥多種部件組成，蓋和筒體均用鍛件整體加工制成，為避免焊接以保證強度和裝拆方便，蓋與筒體間采用鋸齒形螺紋聯(lián)接，筒體開孔處焊接補強圈。反應(yīng)器的強度至關(guān)重要，容器強度需考慮承受放電爆炸沖擊與氣泡膨脹造成的沖擊載荷的迭加。附圖3、4給出了多種反應(yīng)中其中二種反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器中電極設(shè)置有多種組合方式，一般是按成對水平設(shè)置或成對垂直設(shè)置，也可用上述兩種方式混合設(shè)置，電極的設(shè)置位置在液固混合體的最低點是有利的，這種最低點是要保證電極與反應(yīng)器殼體之間的液相電阻不被擊穿。分離器的上部為園柱，下部為倒園錐，利用動沉降原理對氣、液、固混合相進行分離，這就保證了反應(yīng)生成的氣體能順利排出。沉降筒的錐底下口聯(lián)接于反應(yīng)器側(cè)面，兩者間用頂桿或閥門封閉，氣體由分離器上部進入凈化器，凈化器上設(shè)有鋼珠閥取氣接口和壓力表，用水作封閉液，以對氣體進行凈化，同時減少固體粉末對壓力表的堵塞。在反應(yīng)器和分離器上部適當(dāng)部位都分別設(shè)有安全閥。電極與反應(yīng)器殼體、電極與地面、反應(yīng)器殼體與地面的電阻都需按100兆歐姆以上來考慮，電極與反應(yīng)器之間的絕緣性是否良好，對設(shè)備和操作人員的安全都很重要。電極與反應(yīng)器之間絕緣材料可供選用的有玻璃鋼，夾布膠木、聚四氟乙烯等材料，這類材料的尺寸的確定應(yīng)考慮不被高壓電擊穿，且有適當(dāng)?shù)臋C械強度為宜。
電極材料必須有很好的強度和抗熔蝕性，能夠使用的材料有碳鋼、黃銅、銅鎢合金，鎢鈰合金，以鎢鈰合金和銅鎢合金為好。
附圖3、4是反應(yīng)器其中的兩種結(jié)構(gòu)，不同容量的反應(yīng)器所需的放電總能量是不同的，反應(yīng)輸入的總電能與反應(yīng)生成物的量成正比關(guān)系，而反應(yīng)輸出能量與電壓和電容之間的數(shù)學(xué)關(guān)系又表現(xiàn)為，反應(yīng)總能量與電容成正比，與電壓的平方成正比。當(dāng)使用容量為3升的反應(yīng)器，電壓在10000～15000伏電容在5至70微法之間能得到滿意的結(jié)果。在工業(yè)實際應(yīng)用中的擴大生產(chǎn)按本文介紹可增加反應(yīng)容積和增大電壓電容、加大電極間距，也可采用適當(dāng)增大上述參數(shù);將多臺反應(yīng)器頂?shù)紫嘟咏M合成管式連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，兩者中后者由于具有占地少、結(jié)構(gòu)簡單和連續(xù)生產(chǎn)的特點，更具有實用價值。


附圖Ⅰ中，1、交流電源，2、電功變壓器，3、直流高壓發(fā)生器，4、電容器組，5、空氣開關(guān)，6、反應(yīng)器，7、控制系統(tǒng)，8、點火脈沖發(fā)生器。
附圖2中，ZOB-調(diào)壓器，SYB-升壓變壓器，GZ-硅整流器，R2-限流電阻，C1-充電電容器，C-儲能電容器組，KK-放電開關(guān)，DJ-放電電極，RF-放電電阻，JDK-接地開關(guān)，RL-測量電阻。
附圖3中，A、反應(yīng)器1、吊環(huán)，2、安全塞，3、頂蓋，4、閥桿，5、筒體，6、水平電極頭，7、墊圈，8、電極桿，9、絕緣套，10、螺母，11、底座，12、堵塞，B、分離器13、頂蓋，14、筒體，15、接管，16、排氣管，C、凈化器17、進氣管，18、壓力表，19、頂蓋，20、筒體，21、集氣管。
附圖4中，A、反應(yīng)器1、密封圈，2、螺母，3、鎖緊螺母，4、絕緣墊圈，5、鎖緊螺母，6、絕緣套，7、襯套，8、密封圈，9、堵塞，10、電極桿，11、密封圈，12、墊圈，13、電極頭，14、電極桿，15、電極頭，16、螺母，17、堵塞，18、保護套。
B、分離器C、凈化器按照本發(fā)明提供的工藝方法和必要的參數(shù)實施，可以實現(xiàn)對固體可燃物或碳?xì)浠衔锏臍饣?，文中給出幾個實際操作的實例，它將說明這一工藝方法對處理物料有很好的物種適應(yīng)性，而且是一種獲得較高壓力的氫、甲烷、一氧化碳?xì)怏w的方式，以下實例中分別給出了石墨和水的實驗數(shù)據(jù)，這是要說明使用本發(fā)明提供的工藝方法對不含有機質(zhì)的分析純石墨能產(chǎn)出含氫和含甲烷量很高的氣體，而僅用水單獨氣化實際能得到的氫氣量是有限的，實例中給出了在液固混合相中當(dāng)固相比例加大時產(chǎn)氣量將大大增加這一事實。
煤樣分析數(shù)據(jù)如下

實例1反應(yīng)器為間歇操作式，各項操作參數(shù)如下(1)電極徑向水平安裝于筒體80cm高處，電極頭材料銅鎢合金。
(2)電極極間距12mm。
(3)放電電壓11000伏特，電容24微法。
(4)離子性導(dǎo)電液為自來水，無煙煤。
(5)煤∶水＝400∶1700。
步驟先將煤粉碎至毫米級顆粒，按煤∶水＝400∶1700比例裝入反應(yīng)器，料漿淹沒電極，液面高出電極上沿10cm，密閉反應(yīng)器，電壓增壓至11000伏時，放電400次，當(dāng)反應(yīng)器容積為3升，平均每次放電產(chǎn)氣10.0ml，所得氣體分析數(shù)據(jù)為
氣體組成

實例2(1)電極垂直安裝。
(2)電極頭材料為銅鎢合金。
(3)電極極間距12mm。
(4)導(dǎo)電液自來水、煙煤。
(5)煤炭∶水＝100∶700。
(6)放電電壓11000伏，電容24微法。
步驟先將煤粉碎至毫米級顆粒，按100∶700的煤水比配入反應(yīng)器中，放電400次，所取得氣，當(dāng)反應(yīng)器為3升時，平均每次放電產(chǎn)氣5ml，氣體分析數(shù)據(jù)如下氣體組成

實例3工業(yè)品級瀝青(1)電極徑向水平安裝，電極頭材料銅鎢合金。
(2)電極極間距為12mm。
(3)導(dǎo)電液自來水。
(4)工業(yè)品級瀝青∶自來水＝775∶1300。
(5)放電電壓14000伏，電容24微法。
步驟將瀝青破碎成厘米級與自來水按775∶1300配入反應(yīng)器內(nèi)，當(dāng)電壓為14000伏，連續(xù)放電200次，所得氣體組成為<

>實例4分析純石墨(1)電極垂直安裝，電極頭材料銅鎢合金。
(2)電極極間距20mm。
(3)導(dǎo)電液為自來水。
(4)放電電壓11000伏，電容63微法。
(5)電極材料為銅鎢材料。
步驟將石墨粉與自來水按100∶410比例配入反應(yīng)器，連續(xù)放電200次，所得氣體組成如下

實例5工業(yè)廢柴油(1)電極水平安裝，電極材料為銅鎢材料。
(2)電極極間距5mm。
(3)導(dǎo)電液為自來水。
(4)放電電壓11000伏，電容24微法。
(5)放電電壓13700伏，電容5微法。
步驟將廢柴油與導(dǎo)電液裝入反應(yīng)器內(nèi)，兩次共放電450次，當(dāng)反應(yīng)器容積為3升時，平均每次放電產(chǎn)氣5.5ml，氣體可燃性極強。
權(quán)利要求
1.一種可使固體可燃物或碳?xì)浠衔餁饣玫綁毫烧{(diào)的化工原料氣的方法，其特征在于，這是一種在液相或液固相中不用載氣的液電效應(yīng)反應(yīng)氣化工藝。
2.按照權(quán)利要求(1)所述的方法，其特征在于液電效應(yīng)是通過高壓脈沖電流電路，高壓密閉反應(yīng)器、分離器、凈化器組成的氣化系統(tǒng)實現(xiàn)的。
全文摘要
本文介紹了一種固體可燃物或碳?xì)浠衔餁饣姆椒霸O(shè)備，這是一種由高壓密閉反應(yīng)器、電源裝置、分離器、凈化器幾部分組成的氣化系統(tǒng)，文中給出了應(yīng)用液電效應(yīng)所產(chǎn)生的物理化學(xué)綜合效應(yīng)對上述物質(zhì)進行氣化的工藝方法，和這一方法所涉及的電源和反應(yīng)器。
文檔編號C01B3/02GK1047264SQ8910336
公開日1990年11月28日 申請日期1989年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月15日
發(fā)明者鐘世江, 彭紹麟, 周尚譜, 孫禮運, 曾祥欽, 王永榮, 馮榮瓊 申請人:貴州工學(xué)院