煤的化学族组成初步研究及其在煤等离子体热解制乙炔中的应用

摘要

摘要煤的结构及其反应性研究是煤洁净转化和优化利用新技术开发和现有技术改造中最重要基础问题已引起人们越来越大的重视并用不同的方法进行了研究探索和应用实践.其中,基于煤的化学结构和组成的认识,研究煤在等离子体状态下的热解反应性就是一种重要的应用实践.该文针对煤等离子体直接热解制乙炔过程中煤的性质对热解机理和结焦机理以及反应产物的重要影响,开发了一种由环己酮回流抽提和CS<,2>-NMP混合溶剂超声波辅助抽提组成的两步抽提的溶剂体系,实验表明该溶剂体系对不同煤化程度的煤种均有较高的抽提率.在此基础上,提出了煤的化学族组成的概念和煤的六组分分离法,并对不同的煤种进行了煤的化学族组成初步研究.另外,作者还通过柴油和空气的冷模试验研究了煤粉在等离子体射流中的混合问题,分析并选择了等离子体反应器中的进料方式.同时针对等离子体反应器中温度、射流速度和压力场的高梯度特性,提出了高温反应区和较高温度反应区的双反应区的反应器模型.在煤化学族组成、煤粉与等离子体射流混合和等离子体反应器双反应区模型研究的基础上,对煤粉在热等离子体中的反应影响因素、反应产物和残渣以及结焦物进行了详细研究,讨论了煤在等离子体高温反应区中的拟自由基反应机理和较高温反应区中的自由基反应机理;根据煤在等离子体反应器内壁结焦的各种因素和结焦物的X R D和S E M的分析,讨论了煤在等离子体反应器中的结焦机理,解释了煤在等离子体中热解制乙炔中的结焦现象,并提出双粒径进料消焦的措施.基于煤等离子体直接热解制乙炔的研究基础,提出了煤等离子体间接热解制乙炔的两个组合工艺,即煤快速热解和等离子体热解制乙炔组合工艺和煤连续焦化和等离子体热解制乙炔组合工艺.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1本课题研究背景、目的和意义

1.2煤的可溶化技术进展

1.2.1煤结构研究简述

1.2.2用溶剂抽提法研究煤结构

1.2.3煤的可溶化研究的现状和存在的问题

1.3煤等离子体热解制乙炔的研究

1.3.1等离子体技术简述

1.3.2煤在等离子体中热解的理论研究进展

1.3.3等离子体煤热解制乙炔实验研究

1.4本论文的研究思路和内容

第二章煤的二步溶剂抽提

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1煤样、仪器及试剂的准备

2.2.2仪器、装置和操作方法

2.2.3实验方法

2.2.4红外光谱(FTIR)分析

2.2.5电子扫描显微镜分析

2.3实验结果与讨论

2.3.1可溶化溶剂体系的优化

2.3.2原煤及其抽提物红外光谱(FTIR)特征分析

2.4结论

第三章煤的化学族组成初步研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1原料

3.2.2实验方法及装置

3.2.3族组成FTIR分析

3.3实验结果与讨论

3.3.1煤的化学族组成的建立和六组分划分

3.3.2煤的六组分分离法的建立

3.3.3四种煤和胜华重油化学族组成的FTIR分析

3.4结论

第四章热等离子体射流中颗粒注入的研究

4.1引言

4.2喷管和实验装置

4.3实验结果与讨论

4.3.1柴油油雾在静止空气中的射流

4.3.2柴油油雾在亚、超音速气流中的喷射、混合

4.3.3煤粉在等离子体射流颗粒注入的讨论

4.4结论

第五章煤在等离子体中热解制乙炔的研究

5.1引言

5.2实验样品、设备和操作步骤

5.2.1实验样品

5.2.2等离子体热解装置

5.2.3实验操作步骤

5.2.4XRD分析

5.2.5扫描电镜

5.3实验结果与讨论

5.3.1电弧等离子体反应器双反应区模型的建立

5.3.2煤的物性的影响

5.3.3实验条件的影响

5.3.4反应残渣的性质

5.3.5煤等离子体热解机理

5.4结论

第六章煤电弧等离子体裂解制乙炔装置结焦性研究

6.1引言

6.2实验

6.3实验结果与讨论

6.3.1等离子体特性和装置结焦现象

6.3.2煤的物性对结焦的影响

6.3.3实验条件对结焦的影响

6.3.4装置结构

6.4结焦物的表征

6.4.1XRD分析

6.4.2SEM表征

6.5等离子体装置结焦机理

6.5.1等离子体热解装置生焦过程

6.5.2装置生焦机理探讨

6.6煤粉颗粒双粒径分布抑制和消除装置结焦措施

6.7结论

第七章煤等离子体间接热解制乙炔工艺的初步研究

7.1引言

7.2煤的快速热解研究

7.2.1实验

7.2.2实验结果与讨论

7.3煤等离子体间接热解制乙炔的组合工艺的设想

7.3.1煤连续焦化与等离子体热解制乙炔组合工艺

7.3.2煤快速热解与等离子体热解制乙炔组合工艺

7.4结论

第八章总结和建议

8.1全文总结

8.1.1煤的二步溶剂抽提研究的结果

8.1.2煤的化学族组成初步研究的结果

8.1.3热等离子体射流中颗粒注入研究的结果

8.1.4煤在等离子体中热解制乙炔的研究的结果

8.1.5煤等离子体热解制乙炔装置结焦性研究的结果

8.1.6煤间接等离子体热解制乙炔新工艺的探讨

8.2今后工作建议

参考文献

致谢

个人简历