等离子体裂解煤制乙炔的研究

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1、等离子体裂解煤制乙烘的研究摘要：本文利用化学平衡的方法対影响乙焕产率的因索以及乙焕能耗进行了研究，探讨生成乙块的最佳反应条件；然后利用X射线衍射分析煤结焦物的内在组成和牛成机理，最后提出了热解焦的清除技术。关键词：等离子体、乙块、化学平衡计算、产率、结焦物1引言：乙烘是一种重要的工业原料，全国乙烘消耗量鬲达7T•力吨，目前主要靠电石水解法和石油裂解烯姪法获得此类产品，但电石水解法对环境造成了很大的污染，石油储备量少并R价格高。等离子体热解煤制乙烘是利用等离子体具有能量高度集中、高热焰和高化学活性的特点，将等离子体技术与煤转化相结介，它克服了传统工艺的许多缺点，具有流程短、对环

2、境友好等优点，因此利用等离子体技术热解煤获取乙烘是一种很有前景的方案。本文首先利用NASA的CEA程序，求解不同温度条件下煤热解气体的平衡组分并且研究氧氮氮、不同煤氢比対乙烘产率的影响及焙值(rh恰值町获得能耗)，最后利用x射线衍射研究实验煤结焦物的内在纟H•成、生成机理。2化学平衡计算2.1计算程序CEANASA的CEA(ChemicalEqui1ibriumandApplications)程序是利用求体系的最小Gibbs自由能的方法确定体系的化学平衡的，并且假设平衡体系中的气体都是理想气体，在求解化学平衡过程中考虑了固态和液态成份。详细信息请见该程序的使用手册(Sanfo

3、rdGordonandBonnieJ.McBride,ComputerProgramforCalculatorofComplexChemicalEquilibriumCompositionsandApplications,NASAReferencePublication1311October1994)。2.2不同温度下的热解体系的化学组分许多实验农明：乙烘主要來源于煤的挥发分，煤的挥发分越高则乙烘的产率越高；乙烘的牛成和一氧化碳的生成是相互竞争的，煤屮氧的含量的增加会导致乙烘产率的卜•降和一氧化碳产率的上升，因此我们选择挥发分含量高和氧含量低的肥煤作为热解煤，见表1各种煤成份

4、的质量百分比。煤Mad(%)Ad(%)Vdaf(%)Cdaf(%)Hdaf(%)Ndaf(%)Sdaf(%)Odaf(%)肥煤1.151.2932.698&045.521.800.424.22前人工作表明等离子体热解煤在富氢的条件下有利于乙烘的产生，假设氢气和煤粉(肥煤)的质量比为20:80,并R煤的化学成分1()0%参与反应，则热解体系的各元素的质量百分比见表2。衣2热解体系各元素的质量百分比元素CHNS0质量百分比(%)70.4324.421.440.373.38在一个标准大气压下，温度从1000.0K〜5000.0K,体系处于完全热力学平衡时的主要化学组分见Fig.l(

5、完全热力学平衡情况下)。0.6-C2H20.4-0.2-一■一CH4-Q-C2H一△一C2H2-7-C2H4Y—C4H2一冰一C6H6—£>—C10H8—O—COy-HH2HCN0.0-C310002000300040005000c/++一十一C-x-C2——C3——C2H2+C2Hf仏S、C2H2+C2H+'HH2C10H8；temperature(K)Fig.1不考虑固态碳的L10002000300040005000temperature(K)Fig.1Fig.2(修正了的热力学平衡,0・8・6420••••oooo①(5」sseE热解牛成不饱和桂一乙烘和乙烯一的速度要远

6、远高于完全分解成氢和碳黑的速度，如杲射流在碳黑形成之前被淬冷，忽略固态碳黑的析出,这时的化学组分见Fig.2。比较Fig.l和Fig.2,我们可以很明显地看到，不考虑碳析出时，不但达到乙烘浓度最人值的温度远远低于前者，而且乙烘的浓度也高于前者，提高煤粉的升温速率和降低苴在反应器中的停留时间可以提高乙块的产率。—■—CH4-o-C2H一△-C2H2-V-C2H4Y-C4H2-X-C6H6f-C10H8—e-CO-*-H-亠一H2一•-HCN-+-C-x-C2-C3一I-C2H2+C2H为了研究盘煤质量比对乙块产率的影响，我们改变氢煤的质量比，如Fig.3所示，不同红煤质量比下-

7、的乙烘浓度从Fig.3中我们可以看出，首先乙烘产率随着氢煤质量比的升高而增加，在氢煤质量比在20:80的时候达到最人值；Z后，乙炊产率随着煤氢质量比的上升而降低。0.404—150020002500300035000.60ncoal:H2(mass)——95v05--90v10—a—85v15—v—80v20—75v25_嫁_70v30—b—65v3560v404000temperature(K)Fig.3从Fig.1和Fig.2我们可以看到氧和氮在平衡体系中的存在形式仅为00和HCN,rf］此町见，氧