煤的等离子体转化PDF电子书下载

第0绪 1

0.1等离子体概述 1

0.1.1等离子体的特点 2

0.1.2等离子体的应用 3

0. 2煤的等离子气化 4

0. 3煤的等离子体热解 4

0 .4以煤为原料电弧放电法制备碳纳米管 6

参考文献 7

第1章电弧等离子体 9

1. 1电弧等离子体的形成 9

1. 1. 1电弧阴极区放电机制 9

1. 1. 2电弧阳极区放电机制 10

1.2电弧等离子体的热力学特征 10

1.2. 1 局域和部分局域热力学平衡的判据 10

1.2.2弧柱中等离子体的产生 12

1.3电弧等离子体的热力学平衡计算 13

1.3. 1基本原理 13

1.3.2热力学数据 14

1.3.3大气压下空气的热力学平衡组成 14

1. 4电弧等离子体的温度计算 15

1. 4. 1 Saha方程计算等离子体的电离度 16

1.4.2电弧温度计算 18

1. 5电弧等离子体中粒子的组成 19

1.5.1空气等离子体中的基本过程 19

1.5.2电弧中粒子的组成 22

1.6电弧等离子体发生器 23

1.6.1电弧等离子体发生器的特点 23

1.6.2电弧等离子体发生器的分类 24

1. 6. 3电弧等离子体发生器的伏安特性 26

参考文献 27

第2章等离子体过程的热力学分析 29

2. 1 碳与氢反应的热力学平衡体系基本原理 29

2.1.1碳与氢分子的反应 30

2. 1. 2碳与氢原子的反应 31

2. 2C-H热力学平衡体系分析 33

2. 2. 1 C-H单相热力学平衡体系分析 34

2.2.2 C-H多相热力学平衡体系分析 37

2. 2. 3比较分析 40

2. 3模拟煤平衡体系 41

2. 3. 1 不考虑气氛时煤的热力学平衡体系 42

2. 3. 2 C、 H生成物的存在形式 42

2. 3. 3含O生成物的存在形式 44

2. 3. 4含N生成物的存在形式 45

2. 3. 5含S生成物的存在形式 45

2. 4模拟煤热解制乙炔分析 45

2. 4. 1热解气氛对生成乙炔的影响 46

2.4.2不同H /C比对生成乙炔的影响 48

2.4.3不同压力对乙炔生成的影响 49

2. 4. 4不同煤种C-H多相热力学平衡体系分析 51

2. 4. 5不同煤种C-H-O-N-S多相热力学平衡体系分析 52

2. 5模拟煤气化分析 54

2. 5. 1等离子体水蒸气煤气化 56

2. 5.2等离子体空气煤气化 57

2. 5. 3等离子体水蒸气空气煤气化 57

参考文献 59

第3章等 等离子体中煤热 解 61

3. 1 实验系统的组成及各部分的特点 61

3.1.1 等离子体电源控制系统 62

3. 1. 2等离子体发生器 62

3.1.3反应器 63

3.1.4进样器 63

3.1.5取样系统 63

3.1.6淬冷装置 64

3.1.7伺服系统 65

3.1.8等离子体发生器的工作过程 65

3. 2计量及计算 65

3. 2. 1分析系统 65

3.2.2进料量的计量 66

3.2. 3裂解气体中各组分指标计算 66

3. 3实验条件及操作步骤 67

3. 4煤在富氢等离子体中的热解结果 68

3. 4. 1 煤质的影响 69

3. 4. 2供粉速率对煤热解的影响 74

3.4.3装置的影响 77

3. 4. 4供粉器结构和反应器的热效率对过程的影响 79

3. 4. 5不同气氛下淬冷前后的变化 81

3. 5石墨和炭黑在等离子体中的热解行为 83

3. 5. 1 实验 84

3. 5. 2等离子体中热解气相产物的分析 84

3. 6煤在电弧等离子体中的反应历程 86

参考文献 88

第4章煤等离子体直接制 乙 89

4. 1工艺路线 89

4.1.1 传统的乙炔生产工艺路线 89

4. 1. 2等离子体热解煤制乙炔的工艺 90

4.1.3等离子体热解煤制乙炔国内的研究进展 95

4. 2实验样品、设备和操作步骤 96

4. 2. 1 实验样品 96

4.2.2装置、条件 97

4.2.3操作步骤 97

4. 3实验结果与讨论 98

4. 3. 1 电弧等离子体反应器的反应区 98

4. 3. 2煤性质的影响 100

4. 3. 3实验条件的影响 104

4.3.4煤等离子体热解制乙炔反应历程 110

参考文献 118

第5章 煤电弧等离子热解固相产物和结焦特征 121

5. 1引言 121

5.1.1 高温下碳的存在形态——纤维碳 122

5.1.2等离子体中形成的含碳物质 123

5. 2实验 123

5. 2. 1结焦物的收集 123

5.2.2固相产物的表征 124

5. 3固相产物特征 125

5. 3. 1挥发分 125

5. 3. 2粒度分布 126

5. 3. 3红外 127

5. 3. 4 XRD分析 129

5.3.5扫描电镜分析 137

5. 4固相产物的形成和影响因素 144

5. 4. 1 固相产物形成 144

5. 4. 2元素组成对固相产物的影响 147

5. 5热解结焦性分析 148

5. 5. 1反应器沿程结焦物的不同性质 148

5. 5. 2模型化合物在等离子体中反应中的结焦特征 150

5. 5. 3结焦组成与性质的影响因素 153

5. 5. 4实验条件对结焦的影响 157

5.5.5装置结构的影响 160

5. 6煤等离子体热解结焦机理初探 160

5. 6. 1等离子体热解装置生焦过程 162

5. 6. 2装置生焦机理探讨 162

5. 7煤粉颗粒双粒径分布抑制和消除装置结焦措施 164

参考文献 165

第6章煤等离子体热解制乙炔其它技术 167

6. 1引言 167

6.1.1热力学分析结果 167

6. 1. 2与已有实验结果的对比 168

6.1.3优化结果 168

6. 2煤层气冷却制乙炔的研究 169

6. 2. 1比能耗的计算 169

6. 2. 2初始H /C比的优化 170

6. 2. 3以煤层气为冷却剂的等离子体裂解煤制乙炔技术 172

6. 2. 4与其它制乙炔技术经济性的比较 173

6.2. 5以煤层气甲烷为冷却剂的高温气相体系的急冷过程模拟 176

6. 2. 6高温气相体系降温和急冷过程具体方式的选择 181

6. 3煤等离子体热解制乙炔的组合工艺 182

6. 3. 1 实验 182

6. 3. 2实验结果与讨论 182

6. 3. 3煤等离子体间接热解制乙炔组合工艺的设想 183

参考文献 186

第7章等离子体辅助煤气化 188

7. 1 等离子体煤气化研究进展 188

7.1.1 微波等离子体煤气化 188

7.1.2阻挡介质放电等离子体煤气化 189

7. 1.3热等离子体煤气化研究进展 190

7.1.4热等离子体煤气化理论研究 195

7.1.5等离子体煤气化的工业化前景 197

7. 2实验 198

7.2. 1实验装置 198

7.2.2实验计量 203

7. 2. 3实验操作步骤 208

7. 3空气等离子体射流作用下的水蒸气-空气煤气化 209

7. 3. 1 实验条件的影响 210

7. 3.2煤种的影响 216

7. 3. 3添加无机矿物的影响 218

7. 4氩等离子体射流作用下水蒸气与煤的气化 219

7. 5氮等离子体射流作用下煤气化 220

7. 5. 1水蒸气气化 220

7. 5. 2二氧化碳气化 221

7. 6空气等离子体射流作用下煤气化 223

参考文献 224

第8章煤在等离子体用下的其 产物 227

8. 1等离子体射流作用下煤中氮化物的生成 227

8.1.1氩等离子体射流作用下煤中HCN和NH3 227

8.1.2氮等离子体射流作用下煤热解气化过程中HCN和NH3的生成 231

8.1.3氩-氢等离子体射流作用下煤中氮化物的生成 234

8.1.4空气等离子体射流作用下煤中氮化物的生成 236

8. 2等离子体射流作用下煤生成硫化氢 240

8. 2. 1氩等离子体射流作用下煤生成H2S的影响 241

8.2.2氩-氢等离子体射流作用下煤生成H2 S的情况 241

8. 2. 3停留时间对硫化氢的影响 242

8. 2. 4空气等离子体射流作用下煤生成硫化氢的情况 243

8. 3等离子体煤气化的固相产物 247

8. 3. 1等离子体射流作用下煤气化焦渣的产率 247

8. 3. 2气化焦渣的灰分与挥发分变化 248

8. 3. 3气化焦渣的微晶结构特征 248

8. 3. 4气化焦渣的红外光谱分析 248

8.3.5粉煤颗粒反应前后粒径的变化 250

8.3.6气化焦渣的比表面积变化 252

8. 3. 7气化焦渣的含硫量变化 252

8. 3. 8气化炭黑的SEM表征 253

8. 4气化焦渣的反应性研究 254

8. 4. 1 气化模型的选择 255

8. 4. 2程序升温热重法对气化动力学参数的求取 255

8. 4. 3反应性的评价依据 256

8. 4. 4煤种对焦渣反应活性的影响 256

8. 4. 5氢氧化钠对焦渣气化活性的影响 259

参考文献 261

第9章水蒸气热等 离子体煤 气化分析 263

9. 1与常规煤气化对比 263

9. 2水蒸气等离子煤气化 266

9. 2. 1过程特征 266

9.2.2高灰分煤气化 268

9. 2. 3褐煤的气化 272

9. 3等离子体炬辅助水蒸气煤气化研究 279

9. 3. 1 可行性分析 281

9. 3. 2不同反应器气化的比较 289

9. 3. 3实验问题的讨论 290

9. 3. 4过程综合评价 291

9. 4等离子体炬辅助水蒸气煤气化动力学分析 293

9. 4. 1反应机理 294

9. 4. 2反应动力学 295

9. 5活性组及作用分析 301

9. 5. 1种类 301

9. 5. 2反应中的作用 303

9. 6催化剂在等离子体煤气化中的作用 306

9. 6. 1实验 307

9. 6. 2结果分析 311

参考文献 314

第10章等离体在煤 其它加工方面的应用 318

10. 1等离子体热解制取炭黑 318

10. 2制备碳纳米管 319

10. 2. 1 电弧放电法中碳纳米管的生长机理 320

10. 2. 2实验 323

10. 2. 3实验结果与分析讨论 325

10. 2. 4不同添加物对碳纳米管生长的影响 333

10. 2. 5煤基碳纳米管的制备 340

10. 3单壁碳纳米管制备 345

10.3.1实验 345

10. 3. 2煤基碳纳米管的制备 348

10. 3. 3制备单壁碳纳米管的工艺条件的优化性选择 351

10. 4等离子体在其它煤加工方面的应用 361

参考文献 362