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等离子体煤转化技术 姓名:导师:王树东 研究员 2004.9.28 Seminar 1Outline 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2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3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l导电性l与磁场的可作用性l电准中性 4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 6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7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8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 10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;11等离子体煤气化研究进展（）低温冷等离子体研究概况l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。l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。l1996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 13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15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16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:n数值模拟；n实验检测；OES(Optical Emission Spectroscope)18等离子煤转化固态产物研究固态产物n残渣(Slag)n结焦物(Coke)n碳黑(Soot)存在形态n金刚石n石墨n富勒烯n碳纳米管(CNTs)n无定型碳 19结焦物（Coke）研究结焦原理l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)l产物分析FT-IR消焦技术（双粒径消焦技术）20合成碳纳米管合成方法l石墨电弧法（Arc/graphite）l化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)l激光技术、火焰法、离子辐射法等l电弧射流热解煤优势l操作简便、稳定及运行时间长l具备了实现碳纳米管的连续批量生产的条件l原料廉价21电弧射流热解煤合成碳纳米管残渣结焦物22总结优势n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；n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n机理复杂，还有待于进一步研究n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24Thank you！25祝各位老师同学中秋快乐!26