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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NH3227

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