煤等离子热解制乙炔热流场模拟的对比研究

简要介绍了煤热解制乙炔反应器的流程以及该工艺存在的结焦严重,热能损失较大,连续稳定运行时间短,整体反应器效率低,负荷小等缺陷,为了减少或抑制煤这种不足,利用GAMB IT前处理和FLUENT数值模拟软件针对工艺在不同保护气速度下进行了热流场的优化模拟及对比研究(默认等离子的温度5 000 K),并最终得出了保护气速度为70 m/s,煤热解的反应空间是最大的,有利于反应的充分进行,热量的利用率较高,此时出口截面的温度约为3 700 K,出口截面的速度约为18 m/s,防止结焦的效果最好。     

气膜技术在等离子煤裂解制乙炔技术中的应用

简单介绍了等离子煤制乙炔项目的发展历程,特别是其中反应器研究过程中遇到的困难以及应对的办法,利用气膜技术突破了反应器设计的技术壁垒,为等离子煤制乙炔的长时间实验奠定坚实基础。     

煤等离子制乙炔工艺的应用研究

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工艺。介绍了煤等离子热解制乙炔的工艺原理,考察了煤热解的影响因素。通过分析制粉系统特性及供电负荷特性,指出燃煤电站具备实施该工艺的条件,并对燃煤电站实施该工艺的经济性进行了分析。     

煤等离子热解制乙炔工艺工程应用研究

煤等离子热解制乙炔工艺工程应用研究是该工艺产业化的重要方面。确定乙炔生产过程的评价指标,并应用德尔菲法建立煤等离子热解制乙炔工艺实施环境综合评价模型。选取在某燃煤电厂实施煤在等离子反应器中热解制乙炔方案、独立的煤在等离子反应器中热解制乙炔方案、利用煤→电石→乙炔方案这3个方案进行技术经济比较,综合评价向量为{0.447,0.403,0.150}。因此,燃煤电厂是实现煤在等离子反应器中热解制乙炔工艺的理想场所。     

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。     

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。     

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。     

煤在等离子体中热解直接生产乙炔

煤在富氢热等离子体中热解直接制取乙炔，是一条具有潜在工业发展前景的新工艺路线。最近发表的该技术的技术经济评价报告表明：等离子体热解煤直接制乙炔的生产成本与传统的水解电石法的乙炔成本基本相同，但新技术对环境没有污染，新技术的经济可行性在很大程度上取决于乙炔的最大收率及单位体积乙块的能耗，而这两个指标又由工艺条件（等离子体发生器和煤热解反应器的结构及氢气源成本等）和煤的性质决定。本文对国外在这一领域的工作进行了全面的评述，并扼要介绍了我们自己的研究工作。     

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。     

氧对等离子体热解煤中乙炔收率的影响

研究了煤中的氧对等离子体裂解煤制乙炔过程中乙炔收率的影响．结果发现，乙炔的收率与煤中的氧含量成反比．进一步实验验证煤中有机氧、无机氧、外来氧等不同结构形态的氧对乙炔的收率有不同影响．由CO收率与C2H2相互制约的关系得到CO与C2H2是一对相互竞争的反应，其中有机氧的影响最为明显，无机氧次之，外来氧的影响不明显．     

等离子体裂解煤制乙炔的工程化进展

简述了等离子体裂解煤制乙炔的原理和工艺流程,介绍了在工程化过程中遇到的问题和研究进展及国内外中试水平上实验装置及其运行情况。     

煤等离子体热解制乙炔结焦的探讨

煤等离子体热解制乙炔为乙炔的洁净生产提供了新的路线,具有很好的工业前景。简述了催化结焦、气相结焦、自由基结焦三种结焦方式,重点阐述了煤在等离子体下热解结焦的机理,并介绍了国内外解决结焦的方法。     

煤等离子气化反应器优化模拟

介绍了煤等离子气化的工艺过程及煤等离子气化反应器装置的结构形式,建立了等离子体反应器的热流场计算流体力学模型,将此模型应用于单入口、双入口及带保护气的双入口等离子反应器模拟,采用不完全乔勒斯基共轭梯度法对热流体耦合场进行求解。结果表明,采用双入口结构,可提高反应器负荷,在等离子反应器的等离子入口周边设置保护气可降低壁面结焦,当保护气的入口流速为70 m/s左右时,效果较好。     

热等离子体裂解丙烷制乙炔数学模拟

为了对反应器的停留时间进行合理优化,将旋转弧等离子体反应器视为一维平推流反应器网络模型,结合裂解反应动力学模型与反应器流动模型,采用CHEMKIN-PRO对丙烷的裂解过程进行数值模拟,用于分析热等离子体反应器内丙烷的裂解过程中产物的浓度分布及温度分布情况。反应动力学模型分别采用均相反应动力学模型和非均相反应动力学模型。模拟结果表明,包含结焦模型的非均相反应动力学模型与实验结果表现出更好的一致性,随着反应器长度的增加,乙炔浓度存在最佳点。通过降低反应器的停留时间至1.0 ms以下,能有效提升C_2H_2收率。     

Cross‐Scale Modeling and Simulation of Coal Pyrolysis to Acetylene in Hydrogen Plasma Reactors

Coal pyrolysis to acetylene in hydrogen plasma is carried out under ultrahigh temperature and milliseconds residence time. To better understand the complex gas‐particle reaction behavior, a comprehensive computational fluid dynamics with discrete phase model has been established, with special consideration of the particle‐scale physics such as the heat conduction inside particle. The improved chemical percolation devolatilization model that incorporates the tar cracking reactions is adopted. The model predictions are in good agreement with the performances of two pilot‐plant reactors. The simulations reveal the detailed unmeasurable information of gas phase and particle‐scale behaviors, then point out the facts that coal devolatilization almost finishes in the first 100 mm of the reaction chamber and the optimal particle diameter is suggested to be 20–50 μm. The different reactor performances during the scale‐up from 2‐ to 5‐MW unit are analyzed based on the detailed simulation results in combination with the operational experience. © 2012 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 2119–2133, 2013     

热等离子体裂解煤研究综述

本文论述了热等离子体裂解煤研究的产生背景、开发应用前景和重要性 ;分析了研究现状 ,指出气态等离子体 -固体颗粒两相流反应体系的基础性研究为今后的重点     

热等离子体转化煤的研究进展

介绍了热等离子体裂解煤制乙炔、富勒烯、碳纳米管和炭黑,以及热等离子体煤气化制合成气的原理、研究现状、存在的主要问题及发展前景。指出热等离子煤转化是一种高效、洁净的技术,在煤化工等领域具有巨大的应用和发展空间,尤其是热等离子体裂解煤制乙炔联产氢与纳米碳材料工艺,值得重视和开发。