一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置

本发明属于水泥生产，涉及一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置。

背景技术：

1、水泥是建筑行业中广泛使用的主要建筑材料之一，它的制备过程中，石灰石是重要的原料之一。传统的水泥生产过程中，石灰石通常是通过煅烧的方式进行分解，但这种方法存在很多问题，如能源消耗较大、设备结焦和设备需要大量投资等。同时石灰石在煅烧分解过程中产生大量二氧化碳，加上煅烧所需燃料燃烧产生的二氧化碳，导致水泥行业成为碳排放大户。因此，如何改变石灰石煅烧分解工艺，从而实现制备熟料过程有效降低二氧化碳排放，是碳中和技术的研究重点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，以解决现有技术采用高比例氯元素掺杂后再除去铝元素，易导致合金成分偏析，催化剂支撑材料力学性能下降，降低催化剂稳定性的技术问题。

2、所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，包括滑动弧等离子体流化床、电加热反应釜、振动装置、分离装置和熟料收集装置，所述滑动弧等离子体流化床包括流化床本体、刀片电极和绝缘密封底座，所述流化床本体为安装在所述绝缘密封底座上的绝缘密封管，所述绝缘密封底座安装在所述振动装置的振动部件上，所述振动装置能驱动所述振动部件水平振动，所述刀片电极设于所述流化床本体内的下部，所述流化床本体下端设有向成对的刀片电极之间喷入氢气的载气喷嘴，所述流化床本体上设有位置高于所述刀片电极的进料口，所述进料口用于输送石灰石，所述流化床本体上端设有连通所述熟料收集装置的出料口，出料口用于输出熟料和流化床本体中的混合气体，所述熟料收集装置的出气口连通所述电加热反应釜，所述电加热反应釜的出气口连通所述分离装置，所述分离装置用于分离氢气和甲烷并设有氢气出口和甲烷出口。

3、优选的，所述滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置还包括定量进料器和第一供气瓶，所述定量进料器设有连接所述第一供气瓶的进气端、输入石灰石粉末的定量进样口和连接所述流化床本体上进料口的出料端。

4、优选的，所述刀片电极包括接地刀片电极和高压刀片电极，所述接地刀片电极和高压刀片电极通过直流电源连接，所述流化床本体内设有能调节接地刀片电极和高压刀片电极间距的调节结构。

5、优选的，所述流化床本体内预先设置有流化床助流剂，所述流化床助流剂为石英球，流化床助流剂用于辅助石灰石在装置内均匀流化。

6、优选的，所述第二供气瓶通过管路经质量流量计连接到所述载气喷嘴，所述质量流量计用于检测所述第二供气瓶输出氢气的流量，所述第二供气瓶和所述载气喷嘴之间的管路上还设有调控阀门。

7、优选的，所述绝缘密封底座的中心孔中还设有均流分布板，所述载气喷嘴经所述均流分布板连通所述流化床主体内，所述均流分布板采用耐高压绝缘材料。

8、优选的，所述振动部件为连杆滑动座，所述振动装置还包括连杆结构和振动电机，所述连杆结构包括安装在所述振动电机的输出轴上的主动连杆、被动连杆和水平杆，所述水平杆水平固定连接在所述连杆滑动座的一侧，所述水平杆的设置方向为与所述连杆滑动座的滑动方向一致，所述水平杆的端部铰接到所述被动连杆的一端，所述被动连杆的另一端铰接在所述主动连杆的一端，所述主动连杆的另一端垂直固定在所述振动电机的输出轴上。

9、优选的，所述熟料收集装置为具有过滤结构的熟料收集器，所述过滤结构包括内置在所述熟料收集器中的多层过滤网，经多层过滤网筛落熟料粉末经所述熟料收集器下面的熟料出口排出。

10、优选的，所述电加热反应釜中设有钌基催化剂和电加热结构，所述电加热反应釜与所述熟料收集器通过耐温耐压管道连接，所述钌基催化剂采用浸渍法将钌负载在氮化硅载体上，并均匀放置于电加热反应釜中。

11、优选的，所述分离装置为设有冷却结构的膜分离器，水蒸气被冷却结构液化排出，膜分离器中的分子筛分膜用于分离氢气和甲烷。

12、本发明具有以下优点。

13、(1)高能效：等离子体的高温、高晗和高化学活性的特性和流化床高效的传热、传质和反应的特性能够提高反应速率，可以实现快速且高效的分解过程，降低能耗。

14、(2)降低碳排放：本发明利用氢气作为载气在流化床本体中实现对石灰石的等离子体加热分解，又能在不另外添加物质的情况下通过电加热反应釜和钌基催化剂促进氢气与石灰石分解产生的二氧化碳反应生成甲烷，有效降低碳排放，并同时产生经济价值较高的甲烷。

15、(3)均匀流化：通过连杆电机实现装置水平往复运动，同时结合装置内预放流化床助流剂有效促进了装置内石灰石粉末的均匀流化。

16、(4)均匀加热：由于采用基于氢气为载气的流化床结构，石灰石粉末在装置中处于悬浮流化状态，有利于均匀加热；而滑动弧等离子体加热技术能够均匀地加热石灰石颗粒，避免了传统加热方式中可能出现的不均匀加热和烧结的问题。

17、(5)灵活性：采用刀片电极进行等离子体加热，因此能根据石灰石粉末的粒径和处理量，对刀片电极进行调整，也能调整等离子体放电功率，以获得最佳的处理效果。

18、(6)适应性广：由于本发明的反应装置体积小、流程简单、启停方便、占地面积小，可以快速生产水泥熟料，不仅适合大规模的生产，也适合小规模的生产。

技术特征：

1.一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：包括滑动弧等离子体流化床、电加热反应釜(15)、振动装置、分离装置和熟料收集装置，所述滑动弧等离子体流化床包括流化床本体、刀片电极和绝缘密封底座(4)，所述流化床本体为安装在所述绝缘密封底座(4)上的绝缘密封管(9)，所述绝缘密封底座(4)安装在所述振动装置的振动部件上，所述振动装置能驱动所述振动部件水平振动，所述刀片电极设于所述流化床本体内的下部，所述流化床本体下端设有向成对的刀片电极之间喷入氢气的载气喷嘴(5)，所述流化床本体上设有位置高于所述刀片电极的进料口，所述进料口用于输送石灰石，所述流化床本体上端设有连通所述熟料收集装置的出料口，出料口用于输出熟料和流化床本体中的混合气体，所述熟料收集装置的出气口连通所述电加热反应釜(15)，所述电加热反应釜(15)的出气口连通所述分离装置，所述分离装置用于分离氢气和甲烷并设有氢气出口和甲烷出口。

2.根据权利要求1所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：所述滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置还包括定量进料器(2)和第一供气瓶(1)，所述定量进料器(2)设有连接所述第一供气瓶(1)的进气端、输入石灰石粉末的定量进样口和连接所述流化床本体上进料口的出料端。

3.根据权利要求1所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：所述刀片电极包括接地刀片电极(3)和高压刀片电极(8)，所述接地刀片电极(3)和高压刀片电极(8)通过直流电源连接，所述流化床本体内设有能调节接地刀片电极(3)和高压刀片电极(8)间距的调节结构。

4.根据权利要求1所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：所述流化床本体内预先设置有流化床助流剂(7)，所述流化床助流剂(7)为石英球，流化床助流剂(7)用于辅助石灰石在装置内均匀流化。

5.根据权利要求1所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：所述第二供气瓶(11)通过管路经质量流量计(10)连接到所述载气喷嘴(5)，所述质量流量计(10)用于检测所述第二供气瓶(11)输出氢气的流量，所述第二供气瓶(11)和所述载气喷嘴(5)之间的管路上还设有调控阀门。

6.根据权利要求1所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：所述绝缘密封底座(4)的中心孔中还设有均流分布板(6)，所述载气喷嘴(5)经所述均流分布板(6)连通所述流化床主体内，所述均流分布板(6)采用耐高压绝缘材料。

7.根据权利要求1所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：所述振动部件为连杆滑动座(13)，所述振动装置还包括连杆结构和振动电机(14)，所述连杆结构包括安装在所述振动电机(14)的输出轴上的主动连杆、被动连杆和水平杆，所述水平杆水平固定连接在所述连杆滑动座(13)的一侧，所述水平杆的设置方向为与所述连杆滑动座(13)的滑动方向一致，所述水平杆的端部铰接到所述被动连杆的一端，所述被动连杆的另一端铰接在所述主动连杆的一端，所述主动连杆的另一端垂直固定在所述振动电机(14)的输出轴上。

8.根据权利要求1所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：所述熟料收集装置为具有过滤结构的熟料收集器(12)，所述过滤结构包括内置在所述熟料收集器(12)中的多层过滤网，经多层过滤网筛落熟料粉末经所述熟料收集器(12)下面的熟料出口排出。

9.根据权利要求8所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：所述电加热反应釜(15)中设有钌基催化剂(16)和电加热结构，所述电加热反应釜(15)与所述熟料收集器(12)通过耐温耐压管道连接，所述钌基催化剂(16)采用浸渍法将钌负载在氮化硅载体上，并均匀放置于电加热反应釜(15)中。

10.根据权利要求1所述的一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其特征在于：所述分离装置为设有冷却结构的膜分离器(17)，水蒸气被冷却结构液化排出，膜分离器(17)中的分子筛分膜用于分离氢气和甲烷。

技术总结本发明属于水泥生产技术领域，涉及一种滑动弧等离子体流化床制备水泥熟料联产甲烷装置，其中滑动弧等离子体流化床包括流化床本体、刀片电极和绝缘密封底座，绝缘密封底座安装在振动装置的振动部件上，振动装置能驱动振动部件水平振动，刀片电极设于流化床本体内的下部，流化床本体下端设有喷入氢气的载气喷嘴，流化床本体上设有位置高于刀片电极的进料口，流化床本体上端设有连通熟料收集装置的出料口，出料口用于输出熟料和混合气体，熟料收集装置的出气口连通电加热反应釜，电加热反应釜的出气口连通分离装置，分离装置设有氢气出口和甲烷出口。本发明能在生产熟料的同时联产甲烷，有效降低碳排放，并降低能耗，提高熟料生产效率。技术研发人员：孔德福,陈仙辉,张振中,夏维东,陈奇,马明,王成鑫受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4