几种年轻煤在氮热等离子体中的热解

研究了几种中国年轻煤在氮电弧热等离子体中的热解行为,考察了煤的基本性质、煤的粒度及加煤速率等条件对煤热解特性的影响.结果发现,煤在氮等离子体条件下热解所得气体产物中的主要成分是氢、乙炔、一氧化碳和丙炔腈,此外还有甲烷和乙烯等小分子烃.乙炔的收率随煤种的不同和操作条件的变化而波动.煤中的挥发分含量愈高、加煤速率愈低,乙炔收率则愈高.其中扎赉诺尔褐煤的乙炔收率最高可达22.3%(以煤中碳为基准);原料煤在氮等离子体中热解后,除部分芳香C—C键得以保留外,煤有机结构中的外围官能团全部消失,同时在热解半焦中有新的氮基官能团(如—C(?)N)引入.     

裂解煤制乙炔的热等离子体发生器概述

热等离子体具有高温、高焓值和高反应活性等优点,可以用于裂解煤制取乙炔的工艺中。目前已运行的一些等离子体裂解煤制乙炔装置已经达到了中试规模。在此工艺流程中等离子体发生器是核心。介绍了一些裂解煤制乙炔工艺常见的热等离子体发生器,主要是电弧等离子体发生器,其中着重介绍各种类型的直流电弧等离子体发生器,包括直线式、同轴式和V型等离子体发生器。简述了多孔阳极等离子体发生器以及煤制乙炔等离子体发生器所面临的一些问题。     

煤等离子体热解制乙炔工艺的工程探讨

与传统的煤 炼焦 电石 乙炔的工艺路线相比 ,等离子体裂解煤制取乙炔工艺是一项具有广阔工业前景的新技术 ,它的工业化将推动煤的优化利用。分析了煤和等离子体射流的混合情况、反应时间及急冷方式对乙炔收率的影响 ;探讨了等离子发生器的热效率、成流气的初始温度、反应器的热损失、反应生成物余热回收率、残渣分离、反应气的分离和精制以及成流气的循环能耗等 7因素对等离子体热解煤制乙炔能耗的影响以及长周期生产的影响因素 ;提出了煤间接等离子体热解制乙炔工艺的思路 ,可以克服煤直接等离子体热解制乙炔工艺中的部分缺陷 ,消除煤种对裂解原料的限制。     

等离子体裂解煤制乙炔技术与煤种适宜性研究

等离子体裂解煤制乙炔作为一种洁净和有效利用煤的现代化学工程方法,有很好的应用前景。阐述了等离子体裂解煤制乙炔的基本原理与实验流程,分析比较了几种典型煤在等离子体裂解煤制乙炔中的适宜程度,以及国内等离子体技术的研究与应用情况,提出了等离子体裂解煤制乙炔亟待解决的关键技术问题。     

热等离子体裂解甲烷制乙炔过程的数值模拟

针对热等离子体甲烷裂解过程,建立了直流电弧反应器的数值模型,使用磁流体力学理论对反应器内的电弧和流场进行数值模拟,考察了电弧运动变化的规律和射流场特点,并分别耦合热力学平衡模型和宏观动力学模型探索了裂解反应的特点及其与电弧的相互影响关系。结果表明反应器内电弧做规律运动和形态变化,惰性无反应气氛下电弧形态变化不显著,运动平稳。放电区发生反应时,一方面气体的组成及热力学性质发生迅速变化,气体放电特性受到影响,等离子体的稳定性下降,化学反应是等离子体不稳定性的重要来源。另一方面,反应和扩散的特征时间小于电弧运动变化的特征时间,各物质在空间的分布较为均匀,受温度场非均匀性的影响较小,模拟的甲烷转化率和乙炔收率与实验结果相近。本工作尤其是等离子体物理模型与甲烷裂解化学反应模型的耦合,为理解热等离子体裂解相关过程提供了直接的帮助和指导。     

煤等离子热解及其组成对乙炔产率的影响

结合石油化工中族组成和煤化工中传统的模型化合物的研究方法,对煤的等离子体热解进行了研究。等离子体热解产物和其组成的相互依赖关系;利用和煤的组成相似性的汽油、柴油、液体石蜡、苯、甲苯和二甲苯等有机物进行了电弧等离子体热解试验,用GC对热解产物气进行了分析。将试验结果和煤的热解结果进行了比较,同时对于结焦机理进行了探讨。结果表明煤中的脂肪簇、脂环族是生成乙炔的主要来源,芳香族是结焦的主要来源等。结论均和理论能够很好地吻合。     

煤与等离子体的作用机理探讨

通过对煤在电弧等离子体中的热解行为和煤与活性物种的作用机理探讨,提出煤与电弧等离子体的作用是煤在等离子体中的热解、煤中的碳与活性物种、煤分子结构中的化学键和活性物种,以及热解挥发物和活性物种的综合作用结果。在氢电弧等离子体中,每种作用对煤转化及产物的生成都有贡献,然而作用机理不尽相同。其中氢原子在煤转化的过程中起了很重要的作用。     

等离子体在煤化工中的应用

本文从煤的冷氧等离子体氧化、煤的等离子体气体、煤在富氢等离子体中热值直接生产乙炔等几个方面阐述了等离子体在煤化工中的应用现状。指出煤在等离子体中热解直接生产乙炔的技术是一种对环境友好，技术经济上可行，具有潜在工业发展前景的工艺路线，值得重视。     

热等离子体热解煤焦油制乙炔

利用热等离子高温、高焓等特性热解煤焦油制乙炔是一条清洁高效的乙炔生产技术。在实验室对热等离子体热解煤焦油反应中的原料进样温度、反应气氛、输入比焓等关键因素展开了研究。结果表明,热等离子体可将煤焦油直接转化为乙炔及其他小分子气态产品,预热煤焦油可改善其流动性从而提高煤焦油和等离子体射流的初始混合效率;氢等离子体的加入可显著提高煤焦油转化率和乙炔收率并减少结焦;随着输入比焓的增加,煤焦油转化率、乙炔收率和气态产品总收率均得到提高。在实验中得到的煤焦油转化率最高为86.3%,乙炔收率最高为24.6%,气态产品总收率最高为51.7%。煤焦油在热等离子体的热解过程中副产乙烯,乙烯收率达到7.9%。乙炔收率和乙烯收率的比值可用于预测气相体系温度。     

热等离子体热解煤焦油制乙炔

利用热等离子高温、高焓等特性热解煤焦油制乙炔是一条清洁高效的乙炔生产技术。在实验室对热等离子体热解煤焦油反应中的原料进样温度、反应气氛、输入比焓等关键因素展开了研究。结果表明,热等离子体可将煤焦油直接转化为乙炔及其他小分子气态产品,预热煤焦油可改善其流动性从而提高煤焦油和等离子体射流的初始混合效率;氢等离子体的加入可显著提高煤焦油转化率和乙炔收率并减少结焦;随着输入比焓的增加,煤焦油转化率、乙炔收率和气态产品总收率均得到提高。在实验中得到的煤焦油转化率最高为86.3%,乙炔收率最高为24.6%,气态产品总收率最高为51.7%。煤焦油在热等离子体的热解过程中副产乙烯,乙烯收率达到7.9%。乙炔收率和乙烯收率的比值可用于预测气相体系温度。     

热等离子体煤制乙炔裂解气烃类循环过程分析

针对等离子体煤裂解制乙炔过程, 提出了将过程裂解气中副产的烃类分离, 循环输入等离子体反应器的新型工艺流程。基于新疆天业2 MW示范平台装置的典型运行参数, 采用热力学分析手段, 理论上分析了该工艺流程对于体系乙炔产量、单位质量乙炔煤耗和裂解电耗等的影响。结果表明, 裂解气烃类循环可以有效提高裂解气中乙炔浓度和产率, 同时减少煤粉输送气等流程气体的使用。典型操作条件下, 采用裂解气烃类循环工艺可以增加35.6%的乙炔收率和13.4%的氢气收率, 降低30%的单位乙炔煤耗和裂解电耗, 是高效可行的优化方案。     

等离子体热解煤制乙炔工程化过程中的关键问题

从等离子体热解煤制乙炔的特点出发,总结了国内外的研究现状,探讨了煤种、气氛及淬冷3个因素对乙炔收率和能耗的影响,结果表明:挥发分在25%￣40%、氧含量低、H/C比较高的煤种有利于乙炔的生成;在惰性气体中引入氢气可以提高煤的转化率和乙炔的生成率;淬冷能够促进生成乙炔的反应、提高乙炔的收率、降低反应能耗,并分析了实现工业化过程中需要解决的几个关键问题。     

Reaction of coals under plasma conditions: direct production of acetylene from coal

When an argon plasma jet is used for direct conversion of coal into acetylene, the feasibility and efficiency of conversion depend on such factors as coal feed rate, size range of coal particles, volatile matter in the coal, and the plasma operating conditions. Percentage efficiency increased with VM. An attempt has been made to optimize these factors and it is shown that with Assam coal having 46.6% VM (dmf), 20% conversion of the carbon in coal into acetylene can be achieved. The high mineral-matter content of Indian coals was found to have no specific adverse effect on the efficiency though it would increase the energy required per unit of acetylene produced. The nature of the soot formed as revealed by X-ray studies is discussed.     

Nickel-catalysed gasification of brown coal in a fluidized bed reactor at atmospheric pressure

Pyrolysis and steam gasification of nickel-loaded Yallourn coal were carried out in a fluidized bed reactor at ambient pressure. The pyrolysis mode was influenced by the addition of nickel catalyst. The yield of total volatile matter decreased whereas the gas yield markedly increased, when compared with uncatalysed pyrolysis. This is considered to result from tar decomposing on the catalyst and being converted to gases and deposited carbon. For the catalysed steam gasification, ≈ 80 wt% of coal conversion was achieved at 873 K and the gas yield was twelve times as much as that for the uncatalysed reaction. The homogeneous equilibrium in the gas phase controlled the composition of the product gas. The product gas contained little tarry material and a negligible amount of hydrogen sulphide. Nickel was efficiently recovered from the residue by an ammonia-leaching method.     

煤在等离子体热解制乙炔工艺过程优化研究

煤等离子热解制乙炔工艺是传统电石法制乙炔的潜在替代新工艺,对该工艺过程进行优化是研究的重要方向。首先建立煤在等离子体热解制乙炔反应器数学模型并进行数值模拟,然后通过反应器结构优化、采用惰性隔离气体及工作气体再循环等措施,能使煤在等离子体热解制乙炔工艺过程连续运行时间延长2倍左右,乙炔转化率提高10%左右、降低了乙炔比能耗5%左右。     

低温煤热解焦油产率和品质影响因素研究

煤焦油是低温煤热解技术的主要产物,是重要的化工原料,其产率和品质是评价煤热解工艺的重要指标。从原煤性质(煤种和煤粒径)、热解反应器结构形式及热解工艺条件(原煤预处理、热解温度、压力、升温速率、停留时间、热解气氛及催化剂)等方面综合分析了煤热解焦油产率和品质的影响因素,认为通过优选煤种和热解反应器,对煤样进行适当预处理,选择合适的工艺操作条件和引入加氢催化热解等有助于提高焦油产率和品质。     

Inlet effect on the coal pyrolysis to acetylene in a hydrogen plasma downer reactor

Coal pyrolysis to acetylene in hydrogen plasma is a clean process for the coal utilization. A gas–solid downer reactor was employed to facilitate the high temperature reactions of coal pyrolysis in milliseconds. The effect of the inlet design on the coal injection was studied using CFD simulations, which were qualitatively compared with the cold model experiments in the prototype of a 2 MW hydrogen plasma reactor. The results revealed that the distribution of the coal particles near the inlet nozzles was significantly influenced by the layout of the flat‐shaped nozzles and the operating conditions. Accordingly the heating efficiency of the particles by the hot gas showed strong dependence on the inlet design. The hot model tests demonstrated that the reactor performance characterized by the concentration of acetylene in the product gas increased from ～7.6 to 9.6% by optimizing the nozzle design, which indicated the critical role of the nozzle design in the coal pyrolysis process.