为研究氢等离子体裂解煤制乙炔过程中的结焦物形成机理,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对反应器内混合段和反应段结焦物进行了分析。结果表明不同位置的结焦物形貌和石墨化程度不同:混合段结焦物以碳纳米管和碳微球为主,石墨化程度最高;第一反应段结焦物中碳微球颗粒较大,石墨化程度较高;第二反应段结焦物中有炭黑颗粒,石墨化程度较低。结合化学平衡理论分析,推测了结焦物不同的原因是裂解产物经历了不同途径形成结焦:混合段中煤粉颗粒、气态碳、固态碳,在壁面形成结焦;第一反应段中气态碳的气相沉积对壁面结焦影响增加;第二反应段结焦以固相吸附而形成。对不同挥发份的煤进行了实验,发现挥发份高的煤结焦严重。因此为减少或抑制结焦物形成,应选用低挥发份煤。与铜混合段接触部分）结焦物和气体侧（与等离子体射流接触部分）结焦物中都含有碳纳米管等丝状结焦物，此外还存在碳微球团聚体等无定形碳颗粒。出现这种现象的原因是当煤粉进入高温等离子体射流中，煤粉中的挥发份快速释放，煤粉裂解成更小粒径的煤粉颗粒，而释放出的挥发份转化成乙炔等小分子碳氢化合物和自由基等。煤粉中的铁、镍以及混合段表面的铜催化裂解过程中生成的乙炔等小分子碳氢化合物和自由基等，使其经历气－固吸附／脱氢反应而在管壁内侧和气体侧生成含有碳纳米管、碳微球团聚图１２ＭＷ氢等离子体裂解煤制乙炔装置示意图－ｐｌａｎｔ体等无定形碳结焦物［１８］。 本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com  煤中芳香族化合物在高温等离子体射流作用下经历一系列的浓缩／脱氢反应逐步形成多核芳香族化合物、焦油液滴、半焦直至生成结焦物［１９－２１］。由于高温等离子体射流具有很强的各向异性的湍流特性［２２］，焦物形成机理-数控滚圆机滚弧机折弯机张家港电动液压滚圆机滚弧机折弯机煤粉及其裂解生成的挥发份被席卷在等离子体射流中，导致气相成分分布不均匀，从而生成各向分布不均匀的结焦物，某一区域碳纳米管分布较多，而另一区域碳微球团聚体分布较多，如图２（ｂ）、（ｃ）所示，呈现出以碳纳米管等丝状结焦物和碳微球团聚体等结焦物为主的特征。碳微球的大小由混合段的温度所决定［２３］。由于石墨反应段直径比铜混合段直径大，当等离子体射流和煤粉的混合物从混合段高速进入反应段时会突然膨胀，导致脱流现象的出现［２４］，此时高温等离子体射流与煤粉混合相对均匀。但在等离子体射流湍流作用下，高温气流携带煤 由此可知高挥发份的煤容易结焦，此结果与文献［２５］所述结论一致。因为等离子体快速升温速率可达几万Ｋ／ｓ，在快速热冲击下，煤热解过程将发生极大变化，气体析出温度范围大幅度提高，煤失重率大于常规的煤工业分析所测得的挥发份产率。在氢等离子体射流作用下，高挥发份的煤释放出更多的气体，更容易经历一系列的浓缩／脱氢反应、气－固吸附／脱氢反应，形成结焦物。反应段是等离子体煤制乙炔关键部位，实验不能连续运行的主要原因是反应段结焦，结焦严重时，引起炉内气压升高并导致电弧电压升高，如超过电源可调电压范围，实验将被迫停止。为了避免结焦，应选用挥发份数值相对低的煤。３结论对混合段、第一反应段和第二反应段形成的结焦物进行ＳＥＭ和ＸＲＤ分析，并结合理论分析推测结焦不同原因是热解产物经历了不同途径形成结焦。１）不同位置结焦物的形貌和石墨化程度不同。在温度最高的混合段，煤粉受到急速加热，挥发份迅速脱出，气态碳和固态碳在壁面结焦过程复杂，石墨化程度最高。第一反应段温度较高，气态碳的气相沉积对壁面结焦贡献增多，结焦的颗粒增大，石墨化程度较高。而在温度较低第二反应段，结焦多以固态碳固相吸附于壁面，结合力多为分子间作用力，因此多松散、易脱落，石墨化程度最低。２）实验表明，不同的温度空间分布会生成不同的结焦状况；电弧等离子体射流中不同部位所形成的焦也有很大差别。３）挥发份高的煤比挥发份低的煤容易发生结焦现象，为避免或延缓结焦应使用低挥发份焦物形成机理-数控滚圆机滚弧机折弯机张家港电动液压滚圆机滚弧机折弯机 本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com