CO2旋转弧等离子体炬煤气化制取合成气.pdf

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1、第32卷第5期化学反应工程与工艺2016年lO月ChemicalReactionEngineeringandTechnology文章编号：1001--7631(2016)05_-038007Vbl32．No50ct．2016C02旋转弧等离子体炬煤气化制取合成气潘腾云，闻光东，张治国，任其龙，苏宝根浙江大学化学工程与生物工程学院，生物质化工教育部重点实验室，浙江杭州310027摘要：为开发C02旋转弧等离子体煤气化来制取合成气技术，实验考察了国内四种煤粉的煤粉挥发分含量、CO：气量以及不同进料比下对于气化过程的影响。实验结果表明，气化结果与煤粉的挥发分含

2、量有着明显的正相关关系，挥发分含量越高，越有利于煤粉气化，产品气中CO与H2的体积含量可超过93．5％。随着C02气量的增加，CO含量增大，而H2含量则随之减少，碳转化率最高可以达到86．1％。在不同的C02与煤粉进料比情况下，H2含量随着反应器输入功率的增大会出现峰值。当进料比为18．7时，能量转化效率可以达到最高的71．6％。与普通煤气化过程相比，等离子体煤气化过程具有更高合成气含量以及碳转化率，是一种具有工业应用前景的煤炭清洁高效利用手段。关键词：等离子体气化二氯化碳合成气煤中图分类号：TQ203．8文献标识码：A煤气化是一种将煤在H20、C02和

3、02等气化剂的作用下，转化为可燃性气体的清洁利用技术，其产物为CO、H2以及少量的CH4和C02，在发电及化学品合成中都有着广泛的应用⋯。到2015年底，我国煤炭产能达到41亿吨，占一次资源能源消费总量的70％。面对我国多煤少油的现状以及环境保护的压力，近几年来，煤气化技术作为一种清洁的煤炭资源利用技术受到国家及社会的积极关注。普通的煤气化过程按照气化炉的类型可以分为固定床【2】，流化床‘31以及气流床【41，由于气流床兼容性好、清洁高效等优良特点，成为目前主流的煤气化炉型。然而目前的普通气化过程难以把气化炉的温度维持在1800K以上[5】，容易导致部分

4、焦油气化不完全、煤气化效率低和能耗大等问题，成为常规气化方法的瓶颈问题。热等离子体具有高温，高焓以及富含活性粒子的特点，在裂解煤制乙炔【6】、甲烷重整【7J、烃类裂解[8，91、生物质气化【101以及固体废弃物处理【111等方面得到了广泛应用。在等离子体煤气化技术利用方面，目前主要集中于以水蒸汽为气化剂的方向研究，在气化模型[12-14]、反应动力掣151以及反应机理[16】上均进行了深入的研究。以C02为气化剂进行等离子体气化过程的研究鲜有报道，Alfantazi等【17,18]研究了煤粉以C02一02混合气体为气化剂等离子体煤气化过程，考察了C02一

5、02组成，床层高度以及能量输入对于结果的影响。基于文献报道的研究成果[17-19】，本实验尝试利用热等离子技术来强化气化过程，将选取四种煤粉进行C02旋转弧等离子体炬辅助煤气化来制取合成气实验，系统考察煤的挥发分含量、CO：气量以及不同进料比下输入功率对于合成气产物组成、气体收率及能量转化效率的影响，以期改善气化效率和增加合成气收率，开发一种C02等离子煤气化的煤炭高效清洁利用的手段，同时也为C02的捕集与利用提供一种可以借鉴的方法。收稿日期：2016．05—03；修订日期：2016—07．04。作者简介：潘腾云(1990一)，男，硕士研究生；苏宝根(1

6、975一)，男，副教授，通讯联系人。E-mail：subg@zju．edu．cn。基金项目：国家高技术研究发展计划(2015AA020201)。386化学反应工程与工艺2016年10月1实验部分1．1实验装置而保护阳极材料。煤气化反应以氩气作为热等离子H1(10：热。潲』’体[{‘!=7L化装嚣Fl址1Schcm：ttiCdia!，rall]nf、‘、(¨I蚴sincatiOll体反应器的工作气体，氩气不参加气化反应，可以。b。mlati。㈦，，c。pl㈣Ⅵ⋯。。te。rCO、作为内标，仅用于实验中计算产物中各组分的实际：11l-。；C。I'。CV帅,哪

7、feemder：．篓-fie。ld。⋯c叭o。il：。3洲-all⋯od、。。、之誉流量，控制流量为0．2Nm3／h。煤粉通过螺旋进料器，‘⋯以C02为载气送入反应器，煤粉由阴极狭缝扩散进入弧区，完成气化反应。反应后气体经过逐步冷却后排空，一部分通过取样进行气相分析。1．2实验原料及产物分析实验采用内蒙古(1号煤粉)，江西(2号煤粉)以及陕西(3号、4号煤粉)等地的四种煤粉作为实验材料，煤粉的元素分析、工业分析以及热值分析结果如表1所示(以干燥空气为计算基准)。煤的工业分析是指水分(M)，挥发分(V)，固定碳(FC)以及灰分(A)四种分析指标。灰分以金属

8、、非金属氧化物为主，不参加煤的气化反应。表1煤粉工业分析、元素分析以及热值分析结