等离子体热解煤制乙炔结焦机理的研究

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1、万方数据第38卷第3期2010年3月化学工程CHEMICALENGINEERINGfCHINA)V01．38No．3Mar．20lO等离子体热解煤制乙炔结焦机理的研究朱桂林，孟月东，舒兴胜，方世东(中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥230031)摘要：利用新疆长焰煤为原料在2MW等离子体热解煤制乙炔中试装置上进行热解实验时反应器壁上有结焦物生成。为了有助于实验中减少乃至避免它们的生成，通过SEM以及XRD方法对这些结焦物进行了研究。结果表明：位于反应器不同部位处的结焦物具有不同的微观形貌。在此基础上推测了结焦物的生成机理，即混合段壁侧结焦物通过铜的催化作

2、用生成，第l以及第2反应段壁侧结焦物由煤粉碎片所组成；相应的气体侧结焦物则分别通过气·固、气一固以及焦油的吸附／去氢反应生成。结焦物的石墨化程度往下游方向逐渐增强，这一现象由结焦物自身石墨化属性所决定。关键词：煤；等离子体；热解；结焦物；SEM；XRD中图分类号：TQ530．2文献标识码：A文章编号：1005-9954(2010)03-0099-04MechanismofcarbondepositsformedduringplasmapyrolysisofcoalforacetyleneproductionZHUGui-fin，MENGYue·dong，SH

3、Uydng-sheng，FANGShi-dong(InstituteofPlasmaPhysics，ChineseAcademyofSciences，Hefei230031，AIllluiProvince，China)Abstract：ThecarbondepositswereformedonthereactorwallduringplasmapyrolysisofXinjiangcandlecoalinthe2MWplasmapyrolysispilot—plant．Tomakeforreducingoravoidingtheirformationduri

4、ngtheexperiment，thesecarbondepositswerestudiedbythescanningelectronicmicroscope(SEM)andX—raydiffraction(XRD)methods．Theresultshowsthatthecarbondepositslocatedatdifferentpartsinthereactorpresentadistinguishingmicroscopicpattern，andtheirformationmechanismisdeduced．Thewall-sidecarbond

5、epositsofthemixingsectorareformedthroughcoppercatalysis．whilewall-sidecarbondepositsofthefirstandsecondreactionsectors础composedofcoalpowderfragments．Thegas·sidecarbondepositsaccordinglyareformedbygas—solid，gas—solidandtarsabsorption／dehydrogenationreactionrespectively．Thegraphitiza

6、tiondegreeofthecarbondepositsincreasesdownwards，whichdependsontheirowngraphitizationproperty．Keywords：coal；plasma；pyrolysis；carbondeposits；SEM；XRD热等离子体具有高温、高焓以及富含活性物种等独特的优点，根据这些特点发展而来的热等离子体技术近来在工业领域得到了广泛的应用⋯。等离子体热解煤制乙炔是该技术的一项潜在应用，不过该工艺仍然存在着一些问题亟待解决，尤其是在反应器壁上的结焦物问题。它们的生成使得反应器通道变窄甚至使

7、之阻塞，严重地影响了系统的连续运行以及安全性，是该工艺未来工业化的一个巨大障碍。本文研究了以新疆长焰煤为原料在2MW等离子体热解煤制乙炔中试装置上进行热解实验时反应器壁上生成的结焦物，并对反应器不同部位处结焦物的微观形貌以及石墨化程度进行了表征，而且在此基础上对结焦机理进行了推测。1实验部分实验所用的等离子体热解煤制乙炔中试装置主要由V型等离子体发生器，进料系统，混合段、2段石墨内衬反应器，淬冷系统，气体采样系统以及贮液器等组成，如图1所示。V型等离子体发生器的阴极和阳极由金属铪制成，实验时首先在这2个水冷电极之间将电弧点燃，工作气体氢气通过作者简介：朱桂林

8、(1983一)，男。硕士研究生，研究方向为等离子体热