等离子体煤转化技术.ppt

等离子体煤转化技术 姓名 王胜导师 王树东研究员2004 9 28 Seminar 2 Outline 等离子体概述等离子体煤转化技术进展等离子煤转化机理研究等离子体反应装置等离子煤转化固态产物研究结论 3 等离子体 Plasma 概述 等离子体的产生及其特点等离子体分类等离子体的应用 4 等离子体的产生及其特点 定义等离子体是通过一定的手段 如加热 放电 激光 微波放电等 使气体分子离解或电离产生的电子 离子 原子 分子或自由基等粒子所组成的集合体 无论气体是部分电离还是完全电离 等离子体中的正电荷总数和负电荷总数在数值上总是相等的 故称之为等离子体 特点导电性与磁场的可作用性电准中性 5 等离子体分类 按温度分类i高温等离子体ii低温等离子体a 热等离子体b 冷等离子体按粒子密度分类i致密等离子体 或高压等离子体 ii稀薄等离子体 或低压等离子体 按产生等离子的途径分类i燃烧等离子体ii电弧等离子体iii高频等离子体iv激波等离子体v激光等离子体vi聚变等离子体 6 等离子体的应用 等离子体显示器 等离子体电视 等离子体防雷技术等离子体隐型技术等离子体杀菌技术等离子体喷涂技术等离子体切割技术等离子体光源 7 等离子在化学化工中的应用 催化剂的制备和催化反应等离子体生物质转化技术等离子体水处理技术等离子体废物处理技术等离子体食物保鲜技术等离子体温室气体研究等离子体合成技术 8 电弧热等离子体的特点 高的热性能高的化学活性极高的冷却速度化学反应活性可以控制等离子体的运动过程连续 操作简便 易于实现工业化 9 等离子体煤转化技术 等离子体煤气化等离子体煤热解 煤的气化过程泛指各种煤 焦 与含氧的气化剂 H2O CO2 之间的一种不完全反应 最终生成由CO H2 CO2 CH4 N2 H2S和COS等组成的煤气 煤的热解是指煤在惰性气氛下升温且无催化的条件下发生的一系列断键行为 在这一过程中断键是最基本的行为 10 煤气化工艺国内外研究现状 国际上现已工业化的煤气化工艺Lurgi固定床加压气化Dow水煤浆加压气化Shell粉煤气化Texaco水煤浆加压气化国内现状20世纪50年代引进温克勒流化床煤炭气化技术70年代引进了鲁奇炉固定床气化技术80年代引进了德士古水煤浆加压气化技术2001年中国科学院山西煤化所开发灰熔聚流化床粉煤气化技术 11 等离子煤气化 优势气化程度高达90 以上 而且产物气中CO和H2的含量较常规气化相比有较大的提高 产物气具有较高的热值 气化过程的热效率高达90 以上 煤中的硫90 以上转化为H2S 几乎不放出SO2 没有CO2排放 单位体积高的能量强度 使得设备结构紧凑 对于原料煤没有特殊的要求 可以用劣质煤来进行气化 极大地降低了生产成本 12 等离子体煤气化研究进展 低温热等离子体煤气化研究概况60年代 哥伦比亚就研究了纯氧 氢气 一氧化碳化合物 水蒸汽等为工作气体的等离子体与煤在高温下气化 研究认为利用该技术可以制得作为天然气的代用品 加拿大为了充分利用本国蕴藏丰富的泥煤资源 研究开发了等离子体泥煤气化工艺 向6000 高温的等离子体喷枪通入过热蒸汽 可由泥煤制得甲醇要比以天然气为原料制得的甲醇便宜得多 80年代前苏联在热等离子体气化领域进行了卓有成效的工作 塔吉克斯坦共和国科学院化学研究所开发了煤的等离子气化工艺 它可使煤田每年向杜尚白输出煤气28亿m3 其煤气成本比普通气化法制得的煤气低10 而建厂费用只有普通气化设备投资的50 左右1995年W W Plotczyk对于褐煤进行了等离子气化 在蒸汽热等离子中碳转化为合成气的转化率高达90 CO占反应气组成的60 而CO2的含量不超过3 体积百分含量 Georgiev I B等研究了在热等离子体煤气化过程中 灰含量 氧含量 停留时间和等离子体的类型对这一过程的影响 13 等离子体煤气化研究进展 低温冷等离子体研究概况美国学者对煤在不同微波等离子体 如Ar H2O 中的气化行为进行了研究 研究发现挥发分高的煤有利于气化 高挥发分的褐煤和油页岩气化产率分别为33 5wt 和31 8wt 主要产物为H2 CO C2H2 CH4 产物中H2和CO的含量较高 法国学者Djebabra等以制取CO H2合成气为目的对煤在蒸汽微波等离子体中的气化进行了研究 结果发现 煤的初始加入量越小 水蒸汽的引入初压越大 煤与等离子体反应时间越长 CO和H2的产率越高 煤的粒径对H2和CO的产率没有影响 这说明水蒸汽与煤的气化反应发生在煤的外表面 不受水蒸汽在煤粒内扩散的影响 Djebabra等还指出微波等离子体预处理后的煤的活性与原煤的活性类似 这样煤样可以循环和水蒸汽发生气化反应 1996年西安石油学院与吉林大学合作 利用外焰型微波等离子体炬管 一改过去在封闭容器中进行等离子化的局面 对煤炭进行等离子体气化 气化后CH4 CO含量较文献值有大幅度的提高 但是 冷等离子体气化煤的强度低 所以没有实际的应用价值 14 等离子体煤热解 国内外乙炔生产的主要工艺路线烃类裂解法对环境的负面影响很小必须采用淬冷操作来抑制产物的二次分解 从而增加了技术上的复杂性电石法制历史悠久 技术水平含量低能耗大 粉尘和废水对环境的污染十分严重 等离子体热解煤制取乙炔流程短 原料廉价进展60年代的研究工作主要集中在英国70年代在美国 东西德国 印度和前苏联展开的研究最多80年代该课题的研究进入了一个繁荣期 日本 法国和波兰相继加入我国则开始于90年代 15 煤等离子体热解制乙炔实验研究进展 操作条件的优化 粒径影响 等离子体类型 供粉速率的影响 比能输入的影响 16 煤等离子体热解制乙炔实验研究进展 挥发份影响 灰分的影响 煤种的筛选 17 等离子体反应器 18 等离子煤转化机理研究 煤热解放出挥发分 挥发分和等离子体中的活性组分进一步发生反应 研究方法 数值模拟 实验检测 OES OpticalEmissionSpectroscope 19 等离子煤转化固态产物研究 固态产物残渣 Slag 结焦物 Coke 碳黑 Soot 存在形态金刚石石墨富勒烯碳纳米管 CNTs 无定型碳 20 结焦物 Coke 研究 结焦原理模型化合物实验煤 柴油 液体石蜡 甲苯 苯 汽油 正己烷 环己烷 不严重 产物分析FT IR消焦技术 双粒径消焦技术 21 合成碳纳米管 合成方法石墨 电弧法 Arc graphite 化学气相沉积 ChemicalVaporDeposition 激光技术 火焰法 离子辐射法等电弧射流热解煤优势操作简便 稳定及运行时间长具备了实现碳纳米管的连续批量生产的条件原料廉价 22 电弧射流热解煤合成碳纳米管 残渣 结焦物 23 催化剂对生成碳纳米管的影响 Cu Co Fe 24 总结 优势等离子体应用于煤的热解和气化是煤有效 洁净利用的一条具有潜在应用前景的途径 等离子体热解煤为碳纳米管的制备提供了一条崭新的途径 挑战机理复杂 还有待于进一步研究等离子发生器及其工艺流程还需要优化 提高过程的热效率 25 Thankyou 26 祝各位老师同学中秋快乐