等离子体射流共裂解煤和天然气制乙炔实验研究

【摘要】：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此无氧、高温环境中同时得到裂解,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,以及正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1~1.5 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子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2 Nm 3 /hr 的典型工作条件下,计算得到氮气离解度为20%,等离子体发生器出口速度为63.3 m /s,出口温度为5000K。 【关键词】：热等离子体 共裂解 煤 天然气 乙炔
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：O623.1
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 引言8-10
• 第一部分 天然气和煤裂解制乙炔的现状和发展状况10-28
• 1.1 天然气制乙炔技术10-19
• 1.1.1 天然气制乙炔的基本原理10-12
• 1.1.2 天然气部分氧化法制乙炔12-14
• 1.1.3 天然气电弧法制乙炔14-16
• 1.1.4 等离子体射流裂解天然气制乙炔16-19
• 1.2 煤制乙炔技术19-26
• 1.2.1 电石法工艺和原理19
• 1.2.2 等离子体裂解煤制乙炔的研究进展19-26
• 1.2.2.1 等离子体裂解煤制乙炔的反应机理20
• 1.2.2.2 热等离子体裂解煤制乙炔的基本方法和装置20-22
• 1.2.2.3 外加氢源对收率的影响22-24
• 1.2.2.4 煤的化学性质对煤转化的影响24-25
• 1.2.2.5 反应器几何形状对收率的影响25-26
• 1.3 本研究问题的提出26-28
• 第二部分 等离子体射流法共裂解工艺的几个关键问题28-44
• 2.1 反应器内温度的确定28-40
• 2.1.1 等离子体射流温度和速度的确定28-29
• 2.1.2 氮气解离度的计算29-32
• 2.1.3 系统里的能量平衡32-33
• 2.1.4 典型实验条件下发生器出口流体的温度和流速33-35
• 2.1.4.1 典型实验条件下发生器出口流体的温度33-34
• 2.1.4.2 典型实验条件下发生器出口流体的流速34-35
• 2.1.5 反应器长度的确定35
• 2.1.6 反应器内壁结焦状况的改善35-36
• 2.1.7 反应器的改造36-38
• 2.1.8 给定的输入功率下的温度38-39
• 2.1.9 反应器改造后的效果39-40
• 2.2 送粉系统的设计40-44
• 2.2.1 送粉器的设计40-42
• 2.2.2 气力输送设计42-44
• 2.2.2.1 最小流态化速度的确定42-43
• 2.2.2.2 载气流速及流量的确定43-44
• 第三部分 实验部分44-54
• 3.1 实验流程44-45
• 3.2 核心装置图45
• 3.3 实验方案45-46
• 3.4 原料及产品分析46-47
• 3.4.1 原料分析46-47
• 3.4.2 产品分析47
• 3.5 裂解实验和结果47-52
• 3.5.1 典型实验工作条件47-48
• 3.5.2 氮热等离子体单独裂解天然气实验与结果48-49
• 3.5.3 氮热等离子体单独裂解煤实验与结果49-50
• 3.5.4 氮热等离子体共裂解煤和天然气实验与结果50-51
• 3.5.5 共裂解与单独裂解效果比较51-52
• 3.6 讨论52-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 作者在读期间科研成果简介及获奖情况59-60
• 声明60-61
• 致谢61-62
• 附录一 原料煤粉元素分析62-63
• 附录二 原料煤粉粒度分析63

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