探析等离子体射流共裂解煤和天然气制乙炔实验研究

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1、Y779378陟JI『犬牟陟JIl犬学硕士学位论文题目笠离王佳盟逾基型旌堪塑云憝氢剑圣丛塞墅婴煎作者崮墨勇——完成日期2QQ5生5旦!Q曰培养单位四川太堂垡王堂院指导教师卯盘搓盟窥虽专业他堂工捏研究方向一些堂厦应王捏授予学位日期生旦旦V779378pIi门『夫学硕叶：论文E等离子体射流共裂解煤和天然气制乙炔实验研究化学工程专业研究生尚书勇指导教师印永祥实验研究等离子体射流共裂解天然气和煤制乙炔。用氮气作为工作气体放电起弧形成高速喷射的等离子体射流，将煤粉通过天然气送入此高温环境，煤中的挥发份和天然气的甲烷成分在

2、此无氧、高温环境中I司蹦得到裂解，生成含乙炔的裂解气。实验结果表明，煤和天然气在共裂解中不但得到了各自单独裂解的效果，而且产品量略有增加。分析表明，共裂解中天然气脱出氢与煤中固定碳发生了作用，采用共裂解方法可大大降低生产乙炔的比能。全文分三个部分。第一部分为综述，对利用煤或天然气为原料制乙炔的技术和研究状况作了较详细的评述和总结。其中包括分别已经工业化的部分氧化法、电弧裂解法、电石水解法制乙炔工艺，以及证在研究中的等离子体射流法单独裂解煤或天然气制乙炔技术发展状况。并且比较了上述各种方法具有的优势和不足。注意到

3、等离子体射流法裂解天然气时，在获得目的产品乙炔的同时产生被裂解天然气体积1一1．5倍的氢气。从理论上讲，这些氢气可同时参与对煤的反应。因此，将天然气和煤粉同时送入等离子体射流进行裂解，可望获得比等离子体单独裂解天然气或煤粉更多的产品量，降低单位产品量的能耗。因此提出了用等离子体射流共裂解煤和天然气的概念。第二部分讨论了热等离予体共裂解煤和天然气工艺中的几个关键问题。利用热力学平衡和能量平衡方程给出了氮等离子体的离解度、温度与输入功率和工作气体流量的关系。在电源输出功率为15KW，等离子体工作气体氮气流量2Nm3

4、Ihr的典型工作条件下，计算得到氮气离解度为20％，等离子体发生器出等离子体骞『流共裂斛煤卸火然气制己炔实验研究2Nm3Ihr的典型_『：作条件F，计算得到氮气离解度为20％，等离子体发生器}}{口速度为63，3m／S，出¨温度为5000K。结焦问题一直是困扰热等离_『体工艺的关键I、uJ题。利用多层圆筒壁热传导模型，设计了适合实验的绝热反应器。汁算表明，反应器内壁温度达到2000K，反应器内温度梯度变得甲缓。该反应器的功能在实验中得到了验证，较好的改善了困扰反应器连续运行的结焦问题。利用鼓轮式送粉原理和气力输

5、送原理完成了送粉器和气力输送的设计；使得煤粉质量和载气流量实现了单独控制，满足了实验要求，改善j’粉末的流态化状况。第三部分足实验部分。在电源输出功率为15KW，【‘作氮气流量2Nm3／jIr，载气流量0．6，1．0Nm3Ihr典型实验条件下，进行了单独裂解煤、单独裂解天然气、共裂解煤和天然气实验。结果表明：功率相同的情况下。煤和天然气达到了单独裂解的效果；共裂解得到的产品比单独裂解天然气和煤粉之和还多l一5％。分析认为这种结果产生的原因是天然气脱除的氢和煤中的固定碳发生了作用。共裂解相对于单独裂解天然气的比能

6、降低了33～40％，相对于单独裂解煤的比能降低了60—72％。关键词：热等离子体；共裂解；煤；天然气；乙炔Il阳JI】人学颂l_Q文ExperimentresearchofCO—crackingcoalandnaturalgasforC2H2bythermalplasmajetSpecaty：ChemicalengineeringPostgraduate：ShangShuyongAdviset：YinYongxiangThisthesisisconcerningtheacetyleneproducedthrou

7、ghCO—crackingcoalandnaturalgasbyplasmajet．Theplasmajet，whichisleadedintoahightemperaturereactoLisformedbymeansofarcdischargingofnitrogen．Atthesametime，thecoalpowdercarriedbynaturalgasisleadedintothereactoLUnderconditionsofoxygen—free。hightemperatureandnormal

8、pressure，coalandnaturalgasisco—cracked，andconvertedintotheacetylene．Theexperimentsshowthatthecrackingeffectofcoalandnaturalgasisnotonlysameastheircrackingalone，butalsogainsomesurplus．Thesurplusp