第６１卷第７期 化工 学报 Ｖｏ１．６１ ＮＯ．７ ２０１０年７月 ＣＩＥＳＣ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｊｕｌｙ ２Ｏ１Ｏ 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 吴昌宁，颜彬航，章 莉，双 明，金 涌，程 易 （清华大学化学工程系，北京市绿色反应工程与工艺重点实验室，北京１０Ｏ０８４） 摘要：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。 关键词：热等离子体；煤裂解；乙炔；气固混合；结焦；反应器模拟；经济评价 中图分类号：ＴＱ ０３９’。．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：０４３８—１１５７（２０１０）０７—１６３６—０９ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｏｎｅ—ｓｔｅｐ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｂｙ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ ＷＵ Ｃｈａｎｇｎｉｎｇ，ＹＡＮ Ｂｉｎｈａｎｇ。ＺＨＡＮＧ Ｌｉ，ＳＨＵＡＮＧ Ｙｕｅ，ＪＩＮ Ｙｏｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｙｉ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｇｒｅｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｃｏａｌ ｔｏ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｉｎ ｏｎｅ—ｓｔｅｐ ｏｐｅｎｓ ｕｐ ａ ｄｉｒｅｃｔ ｍｅａｎｓ ｆｏｒ ｇｒｅｅｎ，ｃｌｅａｎ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａＩ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｔｏ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａ１ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｉｄｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｎ ｐｉｌｏｔ～ｓｃａｌｅ（ｉｅ，２ ＭＷ ＆５ ＭＷ）ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ。ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａｔｅ—ｏｆ—ｔｈｅ—ａｒｔ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｆｉｒｓｔｌｙ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｎ ｓｏｍｅ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｏｒ ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ｈｉｇｈ—ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｇａｓ—ｓｏｌｉｄｓ ｍｉｘｉｎｇ， ｃｏｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｒｅａｃｔｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃａｌｅ—ｕｐ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｂａｌａｎｃｅ，ｅｎｅｒｇｙ ｂａｌａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｌｏｗｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ；ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ；ａｃｅｔｙｌｅｎｅ；ｇａｓ—ｓｏｌｉｄ ｍｉｘｉｎｇ；ｃｏｋｉｎｇ；ｒｅａｃｔｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ 言 展的重要物质基础。我国属于富煤、贫油、少气的 国家，煤炭资源的高效转化和清洁利用是缓解石油 能源是人类社会赖以生存和推动社会可持续发 资源短缺、确保我国能源安全的关键。乙炔作为可 ２０１０一Ｏ４—２７收到初稿，２０１０—０４—２７收到修改稿。 Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２０１０—０４—２７． 联系人：程易。第一作者：吴昌宁（１９８Ｏ一），男，助理研 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＣＨＥＮＧ Ｙｉ，ｙｉｃｈｅｎｇ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ． 究员。 ｅｄｕ．ｃｎ 基金项目：国家自然科学基金项目（２０９７６０９１，２０８０６０４５）； Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｔｅｍ：ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ 国家高技术研究发展计划项目（２００９ＡＡ０４４７０１）。 Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（２０９７６０９１，２０８０６０４５）ａｎｄ ｔｈｅ Ｈｉｇｈ—ｔｅｃｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（２００９ＡＡ０４４７０１）． 第７期 吴昌宁等：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 以从煤资源中大量获取的基础有机化工原料，下游 产品品种繁多，对石油及乙烯下游产品具有很好的 替代性。 乙炔生产主要包括电石法、天然气部分氧化法 和液态石油烃裂解法。在我国，９０ 以上的乙炔气 通过电石法获得。由于电石的来源依托于煤炭资 源，因此，乙炔化工也是煤化工的重要分支。２００８ 年我国乙炔的产量突破６００万吨。然而众所周知， 电石法乙炔工艺存在生产流程长、资源消耗量大、 重污染和综合处理成本相对较高、二氧化碳排放量 大等亟待解决的问题。 不同于电石法工艺，氢等离子体裂解煤直接制 乙炔是借助氢等离子体高温、高焓和反应活性好的 特性，在约１０ ｍｓ时间高效率地实现煤裂解制乙炔 过程。相关研究始于２Ｏ世纪６Ｏ年代，在高温、高 焓、高反应活性的电弧热等离子体射流中，煤的挥 发分甚至固定碳可直接转化为乙炔＿１ ］。在过去的 几十年时间里，国内外的研究机构在这一领域内进 行了大量的基础研究和工程研究 删。美国ＡＶＣＯ 公司于１９８０年完成了操作功率接近１ Ｍｗ水平的 等离子体裂解煤装置的试验研究，使用水作淬冷介 质时裂解气中乙炔含量达１２ ，乙炔收率大于 ３５ ，单位生产能耗为１０．５ ｋＷ・ｈ・ｋｇ （乙 炔）［３，５－６］。德国Ｈｕｅｌｓ公司与Ｂｅｒｇｂａｕ Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ＧｍｂＨ公司（现名ＤＭＴ）于２Ｏ世纪８０年代合 作，建成并试验了功率１．２５ Ｍｗ的等离子体裂解 煤反应器，单位生产能耗为１４～１６ ｋＷ・ｈ・ｋｇ （乙炔）［８１。已报道的研究结果表明，等离子体裂解 煤制乙炔的技术经济指标优于烃类热裂解法，具有 良好的经济可行性。但由于当时煤化工整体发展的 逐步萎缩和用户市场的不成熟，没有进一步实现工 业化 ｊ。２Ｏ世纪９Ｏ年代，山西三维集团与俄罗斯 专家合作建立了６００ ｋＷ热等离子体煤裂解制乙炔 的中试试验装置，得到乙炔含量达７．２４ 的裂解 气，但试验工作遇到操作稳定性及反应管结焦堵塞 等瓶颈因素未能得到进一步开展口 。２００７年，新 疆天业集团与复旦大学、清华大学、中国科学院合 肥等离子体所合作在２ ＭＷ等离子体裂解煤装置 平台上取得了关键性进展［】。＿】９Ｊ，气体分离前乙炔 能耗的最好指标达１０．６ ｋＷ・ｈ・ｋｇ （乙炔）。 ２００９年建立并实现了５ ＭＷ工业中试规模、能连 续稳定运行的反应装置，从经济效应和工程应用方 面已具有可行性，有望进一步放大以实现万吨级甚 至更大规模的单套乙炔工业化新技术。 热等离子体裂解煤制乙炔过程是在极端条件下 操作的反应过程，即超高温和毫秒级接触时间，目 前国际上尚无工业化先例，新疆天业集团的５ Ｍｗ 规模等离子体反应器是国际最大规模的工业试验装 置。本文基于近几年在兆瓦级反应装置以及实验室 基础研究的积累，旨在概述相关的基础和工程研究 成果，并重点讨论反应器相关的一些关键技术问 题，最后从反应系统的分析出发，指出能量和物料 的综合利用的重要性。 １ 热等离子体裂解煤反应过程概述 热等离子体裂解煤制乙炔反应器如图ｌ所示。 氢气经等离子体炬形成超高温、高速氢气流，干煤 粉由喷嘴载气加速与热氢气快速混合，并迅速被加 热、脱出挥发分。由于反应器内温度很高，因此可 以认为气相组分瞬间达到空间局部的热力学平衡。 热力学分析表明，乙炔在１８００～３５００ Ｋ温度区间 是最稳定的烃类组分，且反应系统的碳氢质量比对 热力学平衡产生重要的影响，即影响乙炔平衡浓 度 。考虑到乙炔分解是二级反应，因此为获得 尽可能高的乙炔收率，高温反应气流必须进行快速 冷却。进而，包括了气固混合、反应和淬冷的整个 反应过程在１０ ｍｓ左右完成。可以看到，该反应工 艺具有流程短、无催化剂、反应设备小、投资少等 优点，生成的气相产物中乙炔占７ ～１０ ，氢气 占７Ｏ ～８０ ，其余为乙烯、甲烷和一氧化碳等。 产物气体经纯化后，氢气循环使用并副产额外的氢 气。大规模生产中也同时副产可观的乙烯、甲烷和 ＣＯ，产物气中没有ＣＯ 排放。不同于煤气化过 ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｉｎｌｅｔ 图１ 等离子体裂解煤制乙炔反应器 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｏ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ・１６３８・ 化工学报 第６１卷 程，等离子体裂解煤过程不需要水为反应原料，水 作为反应器冷却和淬冷介质，可分别循环使用，因 此该工艺无水资源的过度依赖和废水处理的严峻问 题。裂解后的煤粉和煤焦仍含有２Ｏ 左右的挥发 分，可直接燃烧发电或开发其他高价值转化途径。 的方向性原则，即通过煤粉喷嘴的设计，尽可能提 高气固接触面积、减小煤粉与高温气体的接触距离 以及顺应流场的发展规律让煤粉借流场力尽可能提 高在高温区的停留时间。基于这几个原则，提出了 用扁平喷嘴替代常规圆喷嘴的新型设计［１６，２１］，并 综上所述，等离子体裂解煤制乙炔过程可以根 本解决电石法乙炔“三废”污染，尤其不同于其他 煤化工过程的二氧化碳高排放和对水资源的严重依 结合中试现场的冷态试验结果和ＣＦＤ气固流动模 拟，不断优化喷嘴的设计方案。如图２所示（ 为 轴心距，Ｄ为管径，ａ为入射角），通过扁平喷嘴 赖，是典型的低碳、清洁煤转化过程，对推动我国 煤资源清洁利用及乙炔化工产业的绿色可持续发 展、节能减排具有重要的意义。 ２ 热等离子体裂解煤反应器的若干关 键技术问题 热等离子体裂解煤过程不同于常规、传统的化 学反应过程，气体的初始平均温度超过３５００ Ｋ， 整个反应器内的气固接触时间在１０ ｍｓ量级，目前 基础研究和工程经验还远没有达到真正理解如此极 端苛刻条件下的三传一反行为。因此，反应器技术 也是热等离子体裂解煤制乙炔全工艺的核心所在， 其中的关键技术包括：①大功率氢等离子体炬；② 超稳干粉给煤和高效气固混合；③反应器的结焦控 制；④淬冷和能量综合利用；⑤反应器的优化和放 大；⑥过程的煤质依赖性；⑦反应器材质选择等工 程问题。本文着重于高效气固混合、反应器结焦控 制和反应器的优化与放大３个方面进行讨论。 ２．１高效气固混合 由于等离子体裂解煤过程的极端时空反应要 求，即毫秒级实现热氢气流和煤粉颗粒的空间高效 率接触，反应器设计中的气固混合结构起着至关重 要的作用。初始混合效果直接影响了煤粉受热和脱 挥发分进程。同时从热力学分析中可以看到＿２。。， 气相组分中的碳氢质量比对乙炔平衡组成产生决定 性影响，若因初始气固混合导致煤粉脱挥发分的量 小，理论上对乙炔的收率影响较大。因此，高效率 的气固混合有利于提高煤粉转化率和气相乙炔浓 度。如图１所示的２ Ｍｗ等离子体反应器中，Ｖ 型炬结构成功地解决了大功率炬电极损耗的问题， 可实现长期稳定运行。但是，限于这种高温气体流 场结构，煤粉只能从壁面喷入高温流场。由于管内 高温气体流速可达１００～１０００ ｍ・ｓ～，且高温气 体黏度很高，将强烈阻碍煤粉进入高温区。因此针 对这类极端的气固混合问题，需首先建立解决问题 不同的空间设计，煤粉与高温氢气流获得不同的混 合效果。９Ｏ。喷嘴由于对来流气体阻力小，煤粉更 容易切入高温流体。当喷嘴角度在Ｏ。～９Ｏ。之间时， 喷人的煤粉会产生不同程度的旋流。尤其对于图２ 工况ｅ的设计思想，喷嘴方向偏离直径方向，一是 煤粉类似旋流切向进入高温流体，二是形成的旋流 有利于提高煤粉停留时间。图３为ＣＦＤ模拟的冷 态条件下煤粉浓度和轴向速度的分布。因为是毫秒 级的物理化学过程，所以这个设计显著地提高了反 应器的效率，使得煤转化率从２０ 提高到４０％以 上，即更多的ｃ元素进入到气相，有效地提高了 气相体系的碳氢质量比。基于新型气固混合设计， 经系列过程优化，煤粉转化率达４３ ，产品气中 ＣｚＨｚ的体积分数由６．５ 最高提高到９．６％，接近 该操作条件下Ｃ Ｈ 的热力学平衡浓度（约１１ ）。 试验结果证明了前述改进思想是可行和有效的。 ｃａｓｅ ａ ０ａｓｅ ｂ ｃａｓｅ ｃ ｃａｓｅｄ ｃａｓｅ ｅ 图２不同气固混合结构设计 Ｆｉｇ．２ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎｏｚｚｌｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｃａｓｅ ａ—ｄ：ｄ一０，ａ一０。，３０。，６０。，９０。，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ； ｃａｓｅ ｅ：ｄ—Ｄ／４，口一Ｏ。［１６］ 气固混合过程的另一个瓶颈因素是煤粉射流与 等离子体射流的动量比偏小，这个问题在反应器放 大过程中会突显出来。已有的气固混合模式在更大 尺寸的反应器中很难达到理想的气固混合效率。针 对这一问题，提出了遮流喷嘴的思想，即在煤粉喷 嘴上方架设遮流铜管，遮流管内通高压循环水冷 却。遮流管的存在使得高温气流在此处形成绕流， 煤粉便可以在遮流管下部顺利射入高温流场，与热 流体形成更高效率的接触。５ Ｍｗ等离子体反应装 置平台上的试验结果表明，该设计可使产品气产量 和乙炔含量提高１ｏ ～３Ｏ 。遮流管在等离子体 第７期 吴昌宁等：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 ‘１ ６３９’ 图３煤粉浓度和轴向速度的ＣＦＤ模拟结果ＣＩ：况ｅ） Ｆｉｇ．３ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｏｌｉｄｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎ ｒｅａｃｔｏｒ ａｔ ｃａｓｅ ｅ［ 。］ 射流环境中承受高温、磨蚀和电击等作用，其长期 运行的难度较大，所以遮流管设计的实际应用仍须 进一步探索。但该探索性工作说明了提高气固混合 效率的重要性，同时这种思路为其他过程中遇到相 似的工程问题提供了简单的解决方案。 ２．２结焦控制 影响等离子体裂解煤制乙炔反应器长周期、稳 定操作的一个瓶颈问题是反应器壁面的结焦行为。 结焦对于此类反应过程是不可避免的，严重的结焦 现象导致流道面积减小直至堵塞，迫使反应器不能 正常运行。同时，结焦以及焦被冲刷掉落的过程会 造成系统压力波动，影响上游等离子体发生器的正 常运行。对于结焦的控制，理想的设计是所谓“无 壁”反应器，即反应过程的析碳以及煤焦等没有机 会与壁面接触。然而对于等离子体的高温流体，空 间扩大会直接导致高位热能的迅速耗散，能量利用 效率大幅降低。 由于反应器内气流速度很快，若流场设计合 理，煤粉喷嘴上游不会产生结焦行为。长期对反应 器的分析表明，结焦一般发生在煤粉给入后的混合 段２０￣３０ ｃｍ处。如图４（ａ）所示为最初采用四圆 管煤粉喷口结构时的结焦图片，主要发生在喷煤口 下方区域，特别是在相邻较近的两个煤粉喷管之间 的区域。由反应装置不同操作时间的结焦观察结果 可发现，喷煤口的结焦是一个逐渐生长的过程。结 合ＣＦＤ模拟结果中喷煤截面内的温度分布可知， 在喷煤口附近所存在的低温区是造成结焦现象的一 个重要原因，气固混合结构的设计应当尽量抑制该 低温区的出现。 （ａ）ｃｏｋｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｎｅａｒ ｃｏａｌ ｎｏｚｚｌｅｓ ：：｜ ｔｅｍｐｅｒ ａｔｕｒｅ Ｃｏ）ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｉＲｉｏｎ ｉｎ ｃｒｏｓｓ・ｓｅｃｔｉｏｎ ａｔ ｈｅｉｇｈｔｏｆｃｏａｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎ （ｃ）ｓＥＭｐｈｏｔｎ ｏｏｆｍａｊｏｒｃｏｋｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔ 图４反应器内结焦情况 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｋｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｉｎ ２ ＭＷ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ 喷嘴设计、工艺条件和煤质都直接影响结焦特 性。结焦现象不可避免，因此在线清焦技术成为反 应过程的关键技术之一。缓解及抑制结焦的方法包 括化学方法和物理方法两类，其综述可见文献 Ｅ１４，１９］，需结合过程的安全性、连续性和经济性 加以考虑和采用，如美国ＡＶＣＯ公司采用周期喷 水蒸气的办法来清除反应器壁上的结焦物 ］。 实际反应器的设计分热壁和冷壁两种。热壁反 应器的壁面没有冷流体注入，壁面材质对结焦有较 大影响，如煤焦与ＳｉＣ材质不易形成紧密接触，结 焦现象较弱，但是ＳｉＣ的脆性影响了其直接用于高 温反应器，因此材质选择需要综合考虑多方面因 素。热壁反应器一般采用机械清焦的方式；在最易 结焦的部位，还可采用激波清焦等技术；再有就是 上述提到的周期喷雾水蒸气的方法。冷壁反应器是 指壁面采取水膜或者汽膜保护，这时连续蒸汽可以 较好地保护壁面的材质以及从物理和化学双方面阻 止反应器壁面结焦。但是，一方面冷流体的引入会 损失一部分系统能量；另一方面，大量Ｏ元素的 引入将显著影响产品气的组成。因此，结焦控制技 术所带来的经济性和稳定性之间的平衡问题是等离 子体裂解煤制乙炔技术开发的一个重要命题。 ２．３反应器优化与放大 针对这种极端条件下的超高温毫秒级反应过 化工学报 第６１卷 程，由于要同时满足时空动力学的苛刻要求，反应 器的设计、优化和放大具有其特殊的原理和挑战 性。首先，传统反应器的几何尺寸放大不能简单地 适用于毫秒级过程：随着反应器内部尺寸的放大， 气固以及不同组分间的混合和反应将远离毫秒级要 求，这直接会造成反应效率的降低，如对本过程而 言的煤粉转化率和高品位热能的利用效率。因此， 针对特殊的毫秒级过程要求，选择合适生产能力的 高效率反应器单元进而将这些反应器单元进行并 联，即数量放大的方式实现生产能力的规模化是一 条简单而行之有效的途径。 由于等离子体反应器内部信息测量的困难，一 方面通过反应器外部宏观信息可一定程度上诊断反 应器的设计问题；另一方面，ＣＦＤ辅助的反应器 优化和放大将起到更为重要的作用。上述气固两相 流ＣＦＤ冷态模拟已经有力证明了设计高效气固混 合结构的实用价值，然而，真实的反应体系毕竟远 离冷态的两相流过程，纯粹的概念模拟已不能满足 对整个反应器的理解和设计的优化。 本研究组率先建立了描述复杂三维几何下热等 离子体裂解煤制乙炔反应器模型［１ ，模型总体框 架使用ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ ｋ－ｓ模型描述反应器内的强湍流过 程，离散相模型（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｅｌ，ＤＰＭ）方 法处理气粒两相流动。对于气相流动和反应，首先 考虑到高温氢气射流与煤粉接触时的平均温度在 ３５００ Ｋ左右，因此忽略氢等离子体的电磁方程， 模型假设气体为氢的热流体；在高温条件下，认为 任一局部空间内气相化学组成达到热力学平衡，不 考虑气相产物裂解生成炭黑的反应；使用／３－ＰＤＦ 模型处理气相化学反应及其与湍流的关系；使用离 散坐标（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｏｒｄｉｎａｔｅｓ，ＤＯ）模型描述辐射传 热过程。对于颗粒相的处理，因颗粒相体积含率很 低（《１Ｏ％），忽略颗粒间相互作用，仅考虑颗粒 与流体的相互作用；煤与热流体接触经历受热、脱 挥发分和焦炭表面反应等过程；采用化学渗透脱挥 发分（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｏｌａｔｍｚａｔｉｏｎ，ＣＰＤ） 模型Ｅ 描述煤的脱挥发分过程。另外，残焦与氢 的反应动力学数据由文献Ｅ２３￣］的实验数据拟合。 模型细节见文献［－１８１。 上述模型构建了适用于热等离子体裂解煤制乙 炔过程的复杂气固反应流动的模型框架，模型一个 突出优点是可以一定程度上反映不同煤种的裂解行 为。如针对２ Ｍｗ等离子体反应装置使用的新疆 长焰煤的特点，将煤种特点输入模型方程，同时采 用与２ Ｍｗ反应装置一致的复杂三维几何，实现 了六扁平煤粉喷嘴的等离子体裂解煤制乙炔反应装 置的三维热态反应器模拟，模拟结果在Ｃ Ｈ 、ＣＯ 和Ｈ 体积浓度以及反应器出口温度等主要指标 上，与工业反应器的运行数据能较好地吻合口引， 尤其揭示的煤粉升温历程和脱挥发分过程，对理解 和诊断现有反应器问题，以及进一步的反应器几何 结构的设计、优化和煤粉粒径的选择起到了重要的 理论指导作用。 应该指出的是，煤高温快速裂解过程的气固两 相反应流动的模拟是一个复杂和有难度的研究工 作。现阶段模型建立的主要目的是抓住工业反应器 的主要物理和化学特征，如温度分布、产品浓度分 布、反应器内颗粒行为等，用以优化反应器设计、 帮助解决工业反应器结焦等问题。虽然各子模型存 在一定局限，但模拟结果用于指导工业实践仍然有 着重要的参考价值。目前的研究工作着力于进一步 提高模型的预测能力，包括：①在ＤＰＭ方法基础 上考虑颗粒间相互作用，这对于入口处颗粒流描述 尤为重要；②考虑煤粉颗粒内部的传热和传质过 程，更合理地评估煤粉的反应性；③考虑气相产物 裂解生成炭黑的反应，尤其在反应时间较长时更合 理地估计Ｃ Ｈ 的含量。 近期改进的ＣＦＤ—ＤＰＭ反应器模型考虑了煤粉 颗粒内部传热、挥发分扩散及颗粒表面气膜等因素 对煤裂解过程的影响，并加入挥发分中焦油产物的 热解反应动力学过程。可以看到，改进后的模型预 测结果与Ｂａｕｍａｎｎ等口 所报道的试验结果能较好 地吻合，如图５所示。 改进后模型用于同时预测２ Ｍｗ和５ ＭＷ煤 裂解反应装置时，不仅模拟结果分别与两套装置的 试验结果基本吻合，而且明确揭示了反应装置从２ Ｍｗ设计到５ Ｍｗ设计所存在的放大效应。基于 详尽的模拟结果的对比分析，发现５ Ｍｗ装置中 进入供热流体高温区域的煤粉比例要显著低于２ Ｍｗ装置（图６所示为５ Ｍｗ装置内气相温度场 分布的ＣＦＤ模拟结果），可诊断出５ Ｍｗ反应器 的几何结构设计需要作必要的改进以提高气固混合 效率，同时辅以操作条件的优化。 对于热等离子体裂解煤制乙炔这类极端条件下 复杂气固反应流动过程，单纯依靠试验研究或者理 论模拟都无法完成工业反应器的研究开发，其过程 第７期 吴昌宁等：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 ｉｎｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｐｌａｓｍａ／Ｋ （ａ）ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｏ Ｃ２Ｈ２ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆｐｌａｓｍａ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｉｎｌｅｔ／ｍ （ｂ）ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｏ ｌｉｇｈｔ ｇａｓ ａｔ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ａｘｉａｌ ｌｏｃａｔｉｏｎ 图５ 模型预测结果与实验结果的对比 Ｆｉｇ．５ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｍｏｄｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ 图６ ５ Ｍｗ反应器内气相温度场的ＣＦＤ模拟结果 Ｆｉｇ．６ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ５ ＭＷ ｒｅａｃｔｏｒ 的解析需同时借助试验和理论手段。一方面，理论 模拟结果可用于诊断实际过程遇到的各种问题（如 优化和放大）并给出解决办法（如优化思路及放大 策略）；另一方面，试验研究结果可直接检验理论 模拟的可信度和准确度，并指向模型的基本假设和 相应模块，促进模型的改进和实用水平。 ３ 热等离子体裂解煤过程经济性分析 ３．１ 热等离子体裂解煤过程的物料流和能量流 热等离子体的高位能与常温通人的煤粉进行强 烈热交换，发生所需的化学反应。整个反应系统的 能量流和物料流将直接关系到物料利用效率和热利 用效率，也直接影响过程的经济性。 ＡＶＣＯ公司和新疆天业集团等离子体裂解煤 制乙炔装置的主要反应器性能见表１。对比ＡＶＣＯ 装置１ ＭＷ和新疆天业装置２ Ｍｗ的试验结果， 前者煤转化率达５９．７ 、乙炔产率达３７．６ ；后 者煤转化率为５２．５ 、乙炔产率为２０．０ ，但二 者的单位质量乙炔比能耗指标相当，可能的主要原 因为：ＡＶＣＯ装置采用固定磁场作用下的旋转电 弧，虽然有利于气固高效混合，但经反应器器壁损 失的热量偏高，约占输入功率的一半 ］，文献Ｉ－６］ 还同时给出了等离子体反应器各部分能耗所占的比 例。新疆天业２ Ｍｗ装置所采用的热壁反应器有 效控制了经反应器器壁的热损失。但是对比新疆天 业２ ＭＷ和５ ＭＷ装置的反应器性能，可知目前 的５ Ｍｗ反应装置仍须从技术上解决其优化操作 和放大效应的问题。 从反应器系统分析可知，反应器主要的能耗体 现在壁面冷却、煤粉加热一脱挥发分、淬冷介质用 量和淬冷能量回收等几个方面。其中，淬冷介质选 择、淬冷效率及能量回收是该过程的重要环节。 在淬冷操作中一般采用工业上常用的高压雾化 水，表１中所列３种操作工况下乙炔体积分数都大 于８ 。采用水作淬冷介质的优势在于可最大化乙 炔产率并充分转化和利用煤粉。例如，ＡＶＣＯ装 置操作以水作淬冷介质时煤转化率可接近６Ｏ ， 远高于煤粉的工业分析挥发分含量以及丙烷作淬冷 介质的试验结果，其主要原因可归结为：一方面等 离子体超高温作用下煤粉中有可观量的固定碳转化 成气相产物；另一方面水在淬冷过程中和热煤粉发 生了煤气化反应，促进了煤粉的化学转化。采用丙 烷作淬冷介质的优势在于可充分利用煤裂解反应后 ’１６４２。 化工学报 第６１卷 ①Ｙｉｅｌｄ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｓ ｍａｓｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ／ｍａｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ＆ｐｒｏｐａｎｅ ｉｎｐｕｔ． 气固产物所携带的大量高品位热能，通过丙烷裂解反 的热能也越低。因此，在满足气相反应产物淬冷技 应的强吸热效应将热能高效转化为化学能，且副产大 术指标的前提下，需考虑反应产物所携带热能的充 量的乙烯。各操作工况下，都副产一定量的氢气。 分利用，以提高过程的经济性。在水淬冷之前采用 表２给出了新疆天业５ Ｍｗ装置不同淬冷段 化学淬冷，可有效利用反应产物所携带的高品位能 出口温度对能量利用的影响。如果将煤裂解反应产 量，如ＡＶＣＯ装置采用丙烷作淬冷剂时比能耗指 物淬冷到常温，反应总产物（包括气相裂解产物和 标改进到６．１ ｋＷ・ｈ・（ｋｇ Ｃ Ｈ２＋Ｃ２ Ｈ ）＿。。 裂解后热煤粉）的生成热占系统输入总电能的 ３．２能量和物料的综合利用 １６．９ ，换句话说，有大量的能量在淬冷过程损 等离子体裂解煤制乙炔过程的经济性与该过程 失。而淬冷到７００℃，反应总产物将携带占总电能 产物的综合利用密切相关，包括物料的综合利用以 ４６．１％的热量。淬冷段出口温度越高，这部分能量 及能量的综合利用。等离子体裂解煤制乙炔工艺流 的比例越高，其利用价值也就越高，反之淬冷损失 程及其产物综合利用如图７所示。 表２ ５ Ｍｗ装置淬冷段出口温度对能量利用的影响 从物料角度而言，须考虑裂解后煤粉、氢气以 Ｔａｂｌｅ ２ Ｒａｔｉｏ ｏｆ ｈｅａｔ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｔｏ ｐｏｗｅｒ ｉｎｐｕｔ 及水的综合利用。经热等离子体裂解过程，固体产 ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｕｔｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｆｆ ５ ＭＷ ｒｅａｃｔｏｒ 物包括炭黑、结焦物、煤灰及部分裂解的煤粉等， Ｏｕｔｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｈｅａｔ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ 约占总进煤量的一半。固体产物中的主要成分存在 ／℃ｔｏ ｐｏｗｅｒｉｎｐｕｔ／ 粒度、密度和疏水性的差别，为其有用成分的提取 ２５ 提供了良好的可能。部分裂解的煤粉具有粒径小、 ５００ ７００ 比表面积较大以及碳含量高等特性，具有制备高附 ９００ 加值的吸附剂（如活性炭）以及高燃烧效率的水煤 ｉｉ００ 浆等潜在应用途径。氢气经吸附分离和纯化之后， 第７期 吴昌宁等：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 图７等离子体裂解煤制乙炔工艺流程及其产物综合利用 Ｆｉｇ．７ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｏ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ 一部分送回热等离子体发生器，余下部分可供外 用。采用水作淬冷介质时，雾化水在淬冷过程中汽 化，经固体产物回收、气相产物分离以及能量综合 利用之后回收，可直接循环或者掺混一定量煤粉继 续作淬冷介质用。此外，引入烃类等作为辅助淬冷 介质，实现化学淬冷操作并完成有机物的深度裂 解，是一条非常值得深入探究的能量和物料综合利 用途径。 从能量角度而言，构建和优化全系统换热器网 络的同时需深入研究淬冷段高品位热能的有效利 用。可考虑在淬冷前实现高热的煤粉与气体的快速 （粗）分离［２ ，以回收大部分裂解后煤粉所携带热 能，并降低后续淬冷操作负荷及除尘负荷，进而大 幅度提高煤制乙炔过程的总体经济性。分离得到的 高温裂解后煤粉因其高反应性可采用已有煤化学转 化工艺（如煤气化）实现其所携带高品位热能往化 学能的迁移。基于前述原理，等离子体裂解煤制乙 炔过程可与已有煤化工过程实现耦合或集成，以大 幅度提高煤裂解过程的综合价值。 ３．３经济效益和社会效益 等离子体技术由于使用电为能源且产生超高温 反应环境，其经济性一直备受关注。早期ＤｕＰｏｎｔ 公司以液态烃为原料的等离子体制乙炔过程，综合 能耗约为８ ｋＷ・ｈ・ｋｇ （乙炔）。Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ 公司于１９８０年报道了以气态烃混合物为原料的等 离子体制乙炔过程，综合能耗为９．３～１０．０ ｋＷ・ ｈ・ｋｇ （乙炔）。ＡＶＣＯ公司对等离子体裂解煤 制乙炔过程进行了经济性综合评价，发现以丙烷或 者煤粉作淬冷剂时该过程生产的综合成本要显著优 于烃类裂解法，如采用煤粉作淬冷剂时，按１９８１ 年的市场行情计，该过程的综合生产成本可折算为 ２０３美元／吨乙烯，优于当时６２８美元／吨乙烯的市 场价 ］。２００７年，新疆天业集团与国内院校合 作，在２ Ｍｗ反应装置上，充分证实了等离子体 裂解煤过程的经济可行性，生产每吨乙炔比电石水 解法综合能耗降低３Ｏ ，原煤消耗降低５０ 。目 前国际最大规模的５ Ｍｗ工业试验装置的运行暂 时获得与电石法相当的综合生产成本，但若能进一 步处理好工程放大效应并计及环境效应，可以预见 该工艺具有经济上的优势。 电石法作为乙炔生产的一条主要路线，资源消 耗量大、能耗高、三废后处理负荷重。等离子体裂 解煤制乙炔工艺则可一步法直接实现煤炭资源的高 效转化，生产过程基本上不存在“三废”污染，属 于制备乙炔的低碳工艺路线，社会和环保效益 显著。 ４结论和展望 热等离子体裂解煤制乙炔过程为煤的直接化工 利用提供了一条绿色、清洁和高效率的转化途径。 本文在兆瓦级等离子体反应器的基础研究和工程开 发基础上，详细阐述了该新型煤转化过程的基本要 点，从技术层面探讨了热等离子体裂解煤反应器的 若干关键技术问题，包括高效率气固混合、结焦控 制和毫秒级超高温反应器的设计放大原则以及基础 理论发展。从反应系统角度阐述了热等离子体裂解 煤制乙炔过程的经济可行性，以及物料流、能量流 综合利用的重要意义，尤其针对合理选择和优化使 用淬冷介质、回收高位能量以及裂解后煤粉的深度 利用进行了讨论。 应该指出的是，为推进等离子体裂解煤制乙炔 的工业化进程，仍需要多学科交叉的广泛协作和支 持。除了本文述及的诸多关键科学和技术问题，对 于这种极端过程，如何减弱过程的敏感性对工程化 发展至关重要，如在原料方面解决煤质依赖性和多 原料匹配的问题；在过程设计方面，将煤粉的热解 与气体的等离子体裂解过程解耦，有效利用不同品 位能量；在多过程集成方面，考虑将等离子体裂解 煤过程与煤炼焦、煤气化过程等有机地结合，进行 物料流和能量流优化，提高工艺的综合效益。总 之，等离子体煤制乙炔过程是一个基础研究和工程 技术高度集成的新过程，具有良好的经济和社会效 益，对我国的煤资源利用有着长远而积极的意义。 ・１６４４・ 化工学报 ［１３］ 第６１卷 Ｂａｏ Ｗ Ｒ，Ｃｈａｎｇ Ｌ Ｐ，Ｌｕ Ｙ Ｋ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｉｎ ａｒｃ ［１］ ＢｏｎｄＲ Ｌ，Ｇａｌｂｒａｉｔｈ Ｉ Ｆ，Ｌａｄｎｅｒ Ｗ Ｒ，ＭｃＣｏｎｎｅｌｌ Ｇ Ｉ ， Ｐｒｏｄｕｃｔｉ。ｎ。ｆ ａｃｅｔｙ１ｅｎｅ ｆｒ。ｍ ｃ。ａ１，ｕｓｉｎｇ ａ ｐｌａｓｍａ ｐｌａｓｍａ．Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓａｆ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｐｒｏｔｅｃｔ．，２００６，８４：２２２ ［１４］ Ｇｕｏ Ｗｅｉ（郭伟），Ｂａｏ Ｗｅｉｒｅｎ（鲍卫仁），Ｃａｏ Ｑｉｎｇ（曹 青），Ｌａ Ｙｏｎｇｋａｎｇ（吕永康），Ｘｉｅ Ｋｅｃｈａｎｇ（谢克昌）． Ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｊｅｔ．Ｎａｔｕｒｅ，１９６３，２００：１３１３ ［２３ Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ Ｒ，Ｌｉｔｔｌｅｗｏｏｄ Ｋ．Ｐｌａｓｍａ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏａ１． Ｎａｔｕｒｅ，１９７２，２３６：３９７ ｆｒｏｍ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｉｎ ａｒｃ ｐｌａｓｍａ ｊｅｔ．Ｃｏａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（煤化 工），２００６，５：２５ ［３］ ＡＶＣ０ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ．Ａｒｃ－ｃｏａｌ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｇｒａｍ．Ｐｈａｓｅ １Ｂ：Ｆｉｎａｌ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ［１５］ Ｓｈｅｎ Ｓｈｕｇｕａｎｇ（申曙光），Ｗａｎｇ Ｙｕｅｂｏ（王月波），Ｂａｏ ｒｅｐｏｒｔ［Ｒ］．Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ，ＵＳＡ，１９８０ ［４］ Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｔｙ Ｓ Ｃ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｐｌａｓｍａ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｆｒｏｍ ｃｏａ１．Ｉｎｄｉａｎ Ｊ．Ｔｅｃｈｎｏ１．， １９８４，２２：１４６ ［５］ Ｋｕｓｈｎｅｒ Ｌ Ｍ．Ｐｌａｓｍａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ＵＳ／／Ｃｈｅｒｅｍｉｓｉｎｏｆｆ Ｐ Ｎ，Ｆａｒａｈ Ｏ Ｇ，Ｏｕｅｌｌｅｔｔｅ Ｒ Ｐ． Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ： Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ＆Ａｄｖａｎｃｅｓ．Ｌａｎｃａｓｔｅｒ：Ｔｅｃｈｎｏｍｉｃ， １９８５：１９３ ［６］ Ｐａｔｒｉｃｋ Ａ Ｊ，Ｇａｎｎｏｎ Ｒ Ｅ．Ａ １ ＭＷ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ａｒｃ ｒｅａｃｔｏｒ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｏａｌ ｔｏ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ／／Ｃｈｅｒｅｍｉｓｉｎｏｆｆ Ｐ Ｎ，Ｆａｒａｈ Ｏ Ｇ， Ｏｕｅｌｌｅｔｔｅ Ｒ Ｐ．Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ＆Ａｄｖａｎｃｅｓ Ｌａｎｃａｓｔｅｒ： Ｔｅｃｈｎｏｍｉｃ，１９８５：１４４ ［７］ Ｂａｕｍａｎｎ Ｈ，Ｂｉｔｔｎｅｒ Ｄ，Ｂｅｉｅｒ Ｈ Ｇ，Ｋｌｅｉｎ Ｊ，Ｊｕｎｔｇｅｎ Ｈ．Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｉｎ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｈｅｌｉｕｍ ｐｌａｓｍａｓ．Ｆｕｅｌ， １９８８，６７：１１２Ｏ ［８］ Ｓｈｅｎ Ｂｅｎｘｉａｎ（沈本贤），ｗｕ Ｙｏｕｑｉｎｇ（吴幼青），Ｇａｏ Ｊｉｎｓｈｅｎｇ（高晋生），Ｖａｎ Ｈｅｅｋ Ｋ Ｈ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｍａｋｉｎｇ ｂｙ ｃｏａｌ ｐｌａｓｍａ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ．Ｃｏａｌ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ（煤炭转 化），１９９４，１７：６７ ［９］ Ｐｌｏｔｃｚｙｋ Ｗ Ｗ，Ｒｅｓｚｔａｋ Ａ，Ｓｚｙｍａｎｓｋｉ Ａ．Ｐｌａｓｍａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｂｒｏｗｎ ｃｏａ１．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｐｒｏｄ．Ｔｅｃｈｎｏ１．， １９９５，１０：５３０ ［１Ｏ］ Ｄａｉ Ｂ，Ｆａｎ Ｙ Ｓ，Ｙａｎｇ Ｊ Ｙ，Ｘｉａｏ Ｊ Ｄ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒａｄｉｃａｌｓ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｎ Ｃ２ Ｈｚ ｙｉｅｌｄ ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｂｙ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｌａｓｍａ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．，１９９９，５４：９５７ ［１１］ Ｔｉａｎ Ｙ Ｊ，Ｘｉｅ Ｋ Ｃ，Ｚｈｕ Ｓ Ｙ，Ｆｌｅｔｃｈｅｒ Ｔ Ｈ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｉｎ ｐｌａｓｍａ ｊｅｔ ｂｙ ＣＰＤ ｍｏｄｅ１．Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓ， ２００１，１５：１３５４ ［１２］ Ｚｈｕ Ｙｕａｎ（祝嫒），Ｚｈａｎｇ Ｊｉｙｕ（张济宇），Ｘｉｅ Ｋｅｃｈａｎｇ （谢克昌）．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｃｏａｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ｄｏｗｎｅｒ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（化学工业与工程技 术），２００４，２５：３Ｏ Ｗｅｉｒｅｎ（鲍卫仁），ＬＵ Ｙｏｎｇｋａｎｇ（吕永康）．Ｄｄｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ．Ｃｏａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（煤化工），２００７，６：３７ ［１６］ Ｃｈｅｎｇ Ｙ，Ｃｈｅｎ Ｊ Ｑ，Ｄｉｎｇ Ｙ Ｌ，Ｘｉｏｎｇ Ｘ Ｙ，Ｊｉｎ Ｙ．Ｉｎｌｅｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｏ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｉｎ ａ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｌａｓｍａ ｄｏｗｎｅｒ ｒｅａｃｔｏｒ．Ｃａｎ．Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．，２００８，８６：４１３ ［１７］ Ｃｈｅｎｇ Ｙ，Ｗｕ Ｃ Ｎ，Ｚｈｕ Ｊ Ｘ，Ｗｅｉ Ｆ，Ｊｉｎ Ｙ．Ｄｏｗｎｅｒ ｒｅａｃｔｏｒ：ｆｒｏｍ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｔｏ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏ１．，２００８，１８３：３６４ ［１８３ Ｃｈｅｎ Ｊ Ｑ，Ｃｈｅｎｇ Ｙ．Ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅａｃｔｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｏ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｉｎ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ．Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊａｐａｎ，２００９，４２：ｓ１０３ ［１９］ Ｃｈｅｎ Ｊｉａｑｉ（陈家琦），Ｃｈｅｎｇ Ｙｉ（程易），Ｘｉｏｎｇ Ｘｉｎｙａｎｇ （熊新阳），Ｗｕ Ｃｈａｎｇｎｉｎｇ（吴昌宁），Ｊｉｎ Ｙｏｎｇ（金涌）． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｏ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ（４Ｌ工进展），２００９，２８：３６１ ［２Ｏ］ Ｗｕ Ｃ Ｎ，Ｃｈｅｎ Ｊ Ｑ，Ｃｈｅｎｇ Ｙ．Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｏ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｉｎ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ． Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｅｃｈｎｏ１．，２０１０，ｄｏｉ：１０．１０１６／ｊ．ｆｕｐｒｏｅ． ２００９．０９．０１３ ［２１］ Ｃｈｅｎｇ Ｙｉ（程易），Ｃｈｅｎ Ｊｉａｑｉ（陈家琦），Ｇｕｏ Ｗｅｎｋａｎｇ （郭文康），Ｘｉｏｎｇ Ｘｉｎｙａｎｇ（熊新阳），Ｈｕａｎｇ Ｚｈｅｎｇｒｏｎｇ （黄峥嵘），Ｗｕ Ｃｈａｎｇｎｉｎｇ（吴昌宁），Ｚｈｏｕ Ｊｕｎ（周军）． Ａ ｃｏａｌ ｐｏｗｄｅｒ ｉｎｌｅｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｏ ａｃｅｔｙｌｅｎｅ：ＣＮ，１０１５０８６２２．２００９．０３．１９ ［２２］ Ｇｒａｎｔ Ｄ Ｍ，Ｐｕｇｍｉｒｅ Ｒ Ｊ，Ｆｌｅｔｃｈｅｒ Ｔ Ｈ，Ｋｅｒｓｔｅｉｎ Ａ Ｒ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏａｌ ｄｅｖｏｌａｔ｜ｌｉｚａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ ｌａｔｔｉｃｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ．Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｕｅｌｓ，１９８９，３：１７５ ［２３］ Ｓａｎｄｅｒｓ Ｗ Ａ．Ｒａｔｅｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ－ｇｒａｐｈｉｔｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ １５５０℃ａｎｄ ２２６０℃．ＮＡＳＡ．ＴＮ Ｄ－２７３８，１９６５ ［２４］ Ｚｈａｎｇ Ｌｉ（章莉），ｒａｎ Ｂｉｎｈａｎｇ（颜彬航），Ｗｕ Ｃｈａｎｇｎｉｎｇ （吴昌宁），Ｃｈｅｎｇ Ｙｉ（程易）．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓ—－ｓｏｌｉｄ ｆａｓｔ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ—－ｓｈｏｒｔ ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅａｃｔｏｒ． ｃｊＥｓｃ Ｊｏｕｒｎａｌ（化工学报），２０１０，６１（３）：６２３
