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等离子体裂解煤制乙炔
等离子体应用研究室 丨 发布时间:2020-09-30

乙炔是重要的化工原料, 由乙炔可生产一系列的化学产品,其衍生物在塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、染料、香蕉、涂料、溶剂、胶粘剂、表面活性剂以及有机导体和半导体等许多工业部门有广泛用途,有着“有机化工之母”的美称。

  

我国的乙炔生产大部分采用电石法(湿法碳化钙法),电石由焦炭和石灰制成,通过水解生成乙炔,同时产生大量废水和电石渣。这是一种耗能高、污染高、资源消耗大的传统乙炔生产方法,已被西方国家淘汰。现在乙炔主要是由石油裂解烯烃得来,而石油现在已日益枯竭,由石油裂解制乙炔也不是长远之计。煤在世界范围都有广泛的分布,而且其总蕴藏量要比石油多,所以如何充分的利用煤炭资源已经提到议事日程上来了。煤与乙炔的碳氢比很接近,故以煤为原料直接生产乙炔应该是最合理的工艺路线。用氢等离子裂解煤制备乙炔,能耗低,生产过程无污染,发展这项技术,既可为乙炔化工提供可靠保证,又兼顾环境要求,在能源的利用上也有重大意义。尤其对于像我国这样的煤藏量丰富的发展中国家来说,该工艺有着十分重要的意义。


等离子体裂解煤制乙炔的原理是利用等离子体炬产生的平均温度达5000℃的氢等离子体使煤粉和氢气进行化学反应,产生含乙炔的混合气体,经过分离和提浓,即可得到高质量乙炔。等离子体富集极活泼的离子、电子、激发态原子、分子及自由基,煤-等离子体反应中,自由基起到了重要作用。使用该方法乙炔产率可达到29~31%,最高达59.9%。

典型的等离子体煤裂解反应器如下图所示可分两部分,上部为等离子体发生器,下部为煤裂解反应管,反应管下部直接喷入水急冷。

由于目前石油价格比较低。用等离子法将煤粉高温闪点裂解生产乙炔在经济上还缺乏足够的竞争力,但其发展潜力世人皆知。

目前我所应用等离子体物理研究室已经建成世界最大功率的2兆瓦等离子体裂解煤制乙炔实验装置,并圆满完成了首次调试和整体运行,实验中最大炬功率达到1.28兆瓦,碳的转化率达20%,可年产乙炔1600吨。并且由于项目在研制过程中还直接涉及工业化技术的各项基础研究,取得的研究成果可以直接应用于工业化生产,将会对清洁煤的利用及以乙炔气为原料的产业,特别是化工产业产生深远的影响。