热等离子体裂解煤一步法制乙炔关键技术及过程经济性分析

热等离子体裂解煤一步法制乙炔过程为煤的直接化工利用提供了一条绿色、清洁和高效率的转化途径。基于兆瓦级热等离子体裂解煤反应器的研发,概述了已有的基础和工程研究成果,并重点从高效气固混合、结焦控制以及反应器优化与放大3个方面探讨了反应器的一些关键技术问题。从反应系统角度出发,基于对该过程的物料、能量衡算和经济效益分析结果,指出能量和物料的综合利用是该过程经济性的保证。

化学反应工程的前世、今生与未来

回顾了化学反应工程学科和相关工业重要贡献的发展历史,提出以'物质的传递与转化'、'能量的传递与转化'和'信息的传递与转化'所组成的'三传三转'作为化学工程学科范式的新解读模式;强调了多尺度研究对于理解反应工程复杂问题的重要意义,计算技术的发展大大促进了反应工程理论的进步;从学科交叉和化工前沿角度探讨了反应工程新的发展方向,尤其展望了大型化煤化工、大规模天然气(页岩气)利用等将为中国的反应工程发展带来更为优越的国际领先契机,也是未来反应工程的任务和挑战。

热等离子体裂解煤制乙炔的研究进展

热等离子体裂解煤制乙炔过程为煤的直接化工利用提供了一条有前景的、清洁的转化途径,有望成为替代传统的电石法乙炔生产工艺的新技术。本文对等离子体煤裂解制乙炔的实验室及工业中试研究进行了评述,综述了该过程在反应体系热力学分析、实验室和工业中试规模实验研究以及产物气急冷技术等方面的研究进展,分析了该过程在工业化进程中尚存在的关键性问题,提出有待深入开展的基础研究方向。

等离子体多相反应器基础研究和过程强化

等离子体是物质第四态,其中大量高能活性粒子的存在,使得等离子体强化的化学反应过程展示出特殊外场作用下的非常规行为。一方面,等离子体提供的高活性环境,可以从原子/分子尺度大大强化化学反应过程,特别是实现非常规条件下的反应;另一方面,等离子体的特有性质,在介观尺度改变了相间接触行为,形成区别于常规多相流的独特的流体力学、传递和反应特性。本文概述了将低温等离子体的理化特性与多相反应过程集成,所形成的相关基础研究和低温等离子体反应器的工业发展,包括热等离子体煤制乙炔,冷等离子体气固催化、氯化聚氯乙烯合成以及气液等离子体反应过程。

难粘塑料表面低温等离子体处理研究进展

分析了难粘塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯和全氟乙丙烯等)难粘的原因,讨论了难粘塑料表面处理的途径,以及低温等离子体对其表面处理的原理,分别从反应型等离子体和非反应型等离子体两方面对其研究现状进行了介绍,并对等离子体表面处理的发展前景进行了展望。

绿色友好条件下微流注放电固态玉米秸秆制糖技术研究

提供了一种可再生资源玉米秸秆粉转化制糖的新技术。固态玉米秸秆粉在微流注放电等离子体环境友好条件下,不经任何预处理和添加其他助剂,无氧化、无燃烧地降解为糖,在70℃、90kPa、无任何催化剂条件下,放电电压2.5kV,保护气、放电气体N2流量为0.3L/min,输入能量(SIE)为25.26kJ/g,放电功率为160W,放电反应180min后秸秆转化率为68.32%,选择性38.59%,糖产率26.36%,产糖速率3023.88μg/min。分析了反应机理和放电过程中产生的强酸性、清洁、环保、高效的酸催化剂层,提出了酸催化绿色化学法,直接用于固态物质的等离子体化学反应。

等离子体处理的聚丙烯和聚乙烯的粘合体

采用射频辉光放电等离子体和介质阻挡放电等离子体对聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)进行处理后,使用聚氨酯进行粘接,并测试了混合粘合体的剪切强度。介质阻挡放电功率是100 W时,等离子体处理对混合粘合体的剪切强度无影响。介质阻挡放电的功率为200W、处理时间20s时,等离子体处理效果最佳,剪切强度为1.58MPa,是未处理的混合粘合体的14.36倍。介质阻挡放电的功率是300W时,样品在10s内就被击穿。射频辉光放电等离子体中,使用空气处理后最大剪切强度为1.60MPa(100W,3min),使用氮气处理后的最大剪切强度为1.57MPa(200W,3min)。通过扫描电镜(SEM)对等离子体处理前后的PP表面形貌观察,发现未处理样品的表面比较平滑,而经等离子体放电处理后的样品表面变得疏松,出现了大量泡状物质,表面粗糙程度提高。

直流电弧等离子体热解甲烷制备纳米碳管

将直流电弧等离子体技术用于甲烷热解制备纳米碳管的过程,并用TEM、ICP CAS、TGA对所得固相产物进行了分析表征。结果表明,纳米碳管生长在铁质反应器壁面上,直径在20nm～50nm之间,具有多种形态,形态较为奇特的有螺旋状纳米碳管和放射状纳米碳管。该方法的特点是可同时副产大量氢气,实现了甲烷裂解制氢与合成纳米碳管两个过程的耦合。

煤粉高温快速裂解过程的颗粒内部传递行为

热等离子体裂解煤制乙炔为超高温毫秒级反应过程,煤粉升温及脱挥发分过程直接决定了反应器的乙炔产率和经济性。建立了描述单颗粒煤粉高温快速裂解过程的机理模型,综合考虑了颗粒自身导热阻力及挥发分逸出煤粉所伴生的热阻效应。模型预测表明颗粒内部传热阻力显著影响煤粉的热裂解过程,与忽略颗粒内部传热阻力相比,脱挥发分时间减慢30%～40%,且颗粒粒径增大该影响越加明显;提高供热流体温度可加速、加强煤裂解反应深度。针对毫秒级煤裂解过程,大于100μm的煤粉或者低于2000K的热流体温度均难于实现满意的脱挥发分行为,所得结果为反应器的设计和操作提供了重要的指导。

负电晕等离子体及其与Fe基催化剂协同催化氨分解制氢

分别采用负电晕等离子体以及等离子体结合Fe基催化剂两种方法用于氨分解制氢。单独使用等离子体分解氨气时,氨气转化率和氢气收率随输入功率增加而增加,随气速增加而降低,随温度增加而提高。相比于单独等离子体方法,在等离子体与Fe基催化剂相结合时氨气转化率提高,二者产生了协同效应,氨气转化率随温度提高而增加,随放电功率提高而增加。催化剂表征表明,负电晕放电反应能够抑制氮化铁的形成,从而提高催化剂活性,产生协同效应,因此等离子体协同催化剂是催化氨分解制氢的有效手段。

低温等离子对羊毛染色性能的影响

采用低温等离子(LTP)技术对羊毛表面进行改性,探讨了等离子体对羊毛润湿、染色性能的影响.结果表明:低温等离子处理羊毛最佳工艺为时间3 min、压强45 Pa、功率150 W;可有效去除羊毛表面鳞片,提高羊毛的染色性能.对经过LTP处理后的羊毛进行染色,耐皂洗牢度、耐摩擦色牢度和抗起毛起球性能都有了一定程度的提升.

CH_4/CO_2等离子体重整反应的研究进展

CH_4/CO_2等离子体重整反应制备合成气(CO和H_2)是温室气体CH_4和CO_2资源化利用的重要途径之一,是一种取代CH_4高温重整反应的潜在技术。本文简要总结了CH_4和CO_2在等离子体体系和等离子体协同催化剂制备合成气的研究工作,并探讨等离子体与催化剂对甲烷重整反应的协同作用机制。

低温等离子体技术在化工中的应用

低温等离子体处理的材料可获得持久的表面改性 ,可提高材料的粘附性、吸湿性、吸附性、导电性和生物相容性等。介绍了低温等离子体的产生、作用机理及低温等离子体技术在化工中的应用及发展前景。远程等离子体处理是实现工业化和获得更好的等离子体表面改性的新方法。

低温等离子处理对聚苯硫醚纤维表面粘结性能改善的可行性分析

综合性的描述了聚苯硫醚纤维的特点及性能、低温等离子体处理原理及处理后对聚苯硫醚纤维粘结性能的影响,从而分析了低温等离子体处理对改善聚苯硫醚纤维粘结性的可行性。

四氯化硅等离子体氢化技术研究进展

改良西门子法是生产多晶硅的主流工艺,四氯化硅的氢化技术是其改良的关键。传统的热氢化和冷氢化方法存在着能耗高和转化率低的缺点。本文介绍了四氯化硅制备三氯氢硅的等离子体氢化技术,概述了热等离子氢化方法,主要包括直流放电等离子体法、高压射频等离子体法、低压射频等离子体法、微波等离子体法等,简述了冷等离子氢化方法,并对介质阻挡放电等离子体法进行了介绍和实验探索。对各种等离子体氢化方法进行了综合性的分类和分析讨论,指出了现存各方法的优缺点,提出了等离子氢化技术在工业化时的关键难题,并对各种方法的应用前景进行了展望。

低温等离子体技术在化工中的应用

低温等离子体处理是实现工业和获得更好的等离子体表面改性的新方法。介绍了低温等离子体的产生 ,作用机理 。

二氧化碳等离子体处理生物质焦油

生物质气化过程中副产的焦油不仅有腐蚀设备、堵塞管道等危害,而且会降低生物质气化效率,传统的物理处理与热裂解处理方法存在诸多不足。本文基于旋转弧热等离子体反应装置,以二氧化碳作为等离子介质,选取苯及苯萘混合物作为生物质焦油的模型化合物进行了气化实验,实现了向合成气的高效转化(碳收率可达到90%以上),初步显示了该路线的可行性。进一步分析了真实生物质焦油的物质组成,考察了二氧化碳等离子体对焦油的气化性能,焦油内的水分可作为气化剂,调节合成气中H2/CO的比例(0.3~1)。上述结果为生物质焦油无害化、资源化利用技术的发展提供了新的思路。

大气压等离子体射流重整CH_4-CO_2制合成气

采用大气压等离子体射流,以CH4和CO2直接作为放电气体进行常压下重整制合成气的实验研究,考察了等离子体射流的放电特征及放电距离、放电功率、原料气配比和流量对反应的影响。结果表明,该等离子体具有放电稳定、均匀的特征。重整反应的主要产物为合成气,只有少量的H2O和积炭生成。优化的反应条件为放电距离为9 mm,CH4和CO2的摩尔比为4/6。当原料气流量为1 000 mL/min,放电功率为88.4 W时,CH4和CO2的最高转化率为分别为94.99%和87.23%。甲烷和二氧化碳的转化率随放电功率的增加而增加,随流量的增加而减少。

基于Aspen Plus的煤基电、乙炔多联产系统模拟优化

等离子体热解煤制乙炔工艺能耗高、煤转化率低,单一的乙炔生产成本较高,制约其工业化进程,为此,本文提出了煤热解制乙炔与亚临界燃煤电厂多联产系统策略。首先利用Aspen Plus软件分别建立等离子反应器模型、乙炔分离提纯系统模型和亚临界320 MW机组热力系统模型,然后将3个子模型耦合成多联产系统模型,并对子模型和联产模型进行优化分析,通过能量和物料的梯级利用,实现资源的合理配置和两系统的互补节能。计算结果表明:氢气气氛最有利于提高乙炔产率,煤粉中水分应小于5%,吸收塔的最佳塔板数为24;经优化后,联产系统汽轮机发电功率增加60.16 MW,等离子体装置能耗减少4.62 MW,提高了等离子体热解煤制乙炔工艺的经济性。

空气低温等离子体对芳砜纶纤维表面改性研究

介绍了低温等离子体的应用原理并利用低温等离子体在空气条件下对芳砜纶纤维进行表面改性研究,并对改性后纤维的力学性能进行测试分析。纤维的润湿性能和摩擦系数有明显提高,断裂强力有一定的下降。