顧佳明，黃曉媛，程黨國(guó)，陳豐秋

（浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)系，浙江杭州310027）

乙炔是一種重要的基本化工原料，同時(shí)也是一種高熱值的燃?xì)?，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)采用水解電石法生產(chǎn)乙炔。然而電石法盡管在技術(shù)上很成熟，但工藝流程長(zhǎng)、能耗高，并產(chǎn)生嚴(yán)重的三廢污染。因此，迫切需要尋求一條潔凈高效生產(chǎn)乙炔的途徑。熱等離子體裂解煤制乙炔技術(shù)結(jié)合了熱等離子體高溫、高焓、高活性物種的特點(diǎn)和煤炭中碳?xì)浔冉咏?∶1、有利于乙炔生成的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)由煤直接制取乙炔。熱力學(xué)研究表明，在熱等離子體高溫條件下（3000 K以上）的C－H體系中乙炔非常容易生成，是主要的烴類(lèi)產(chǎn)物［1－4］。與電石法相比，等離子體法能夠降低生產(chǎn)單位質(zhì)量乙炔的資源和能量消耗，且造成的污染很少，具有流程短、潔凈、高效的特點(diǎn)，是一種極具工業(yè)化發(fā)展前景的乙炔綠色生產(chǎn)技術(shù)［5－7］。

研究表明，要實(shí)現(xiàn)等離子體裂解煤制乙炔，需要滿(mǎn)足煤粉在高溫下迅速升溫、揮發(fā)分充分釋放并反應(yīng)以及反應(yīng)后氣體迅速冷卻3個(gè)條件［7－8］。這就要求要求煤粉與等離子體充分混合，裂解氣得到有效淬冷，以獲得較高的乙炔收率。煤成分復(fù)雜，且在裂解過(guò)程中極易結(jié)焦影響生產(chǎn)穩(wěn)定性和連續(xù)性。因此反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于煤粉等離子體裂解制乙炔工藝的工業(yè)化開(kāi)發(fā)是至關(guān)重要的。

1 熱等離子體裂解煤制乙炔工藝研究進(jìn)展

國(guó)外早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始了用熱等離子體轉(zhuǎn)化煤制取乙炔的研究，我國(guó)也于20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)研究工作。這些研究中很多是在實(shí)驗(yàn)室小裝置 （等離子體發(fā)生器功率在幾千瓦到幾十千瓦左右）上考察功率、煤質(zhì)、停留時(shí)間等對(duì)乙炔收率影響的基礎(chǔ)性研究，也有一些在兆瓦級(jí)別裝置上考察連續(xù)運(yùn)行可行性的工業(yè)化中試實(shí)驗(yàn)。

1.1 國(guó)外研究進(jìn)展

英國(guó)煤炭利用協(xié)會(huì)的Bond等［9－20］采用氬等離子體裂解煤，等離子體發(fā)生器功率約為6 k W，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。等離子體發(fā)生器在反應(yīng)器上方，產(chǎn)生的等離子體向下流動(dòng)。煤粉經(jīng)流化后通過(guò)陽(yáng)極上的孔進(jìn)入等離子體射流中，并在下落的過(guò)程中受熱發(fā)生裂解反應(yīng)生成乙炔。裂解生成的氣體通過(guò)繞在冷卻段外壁上的水管進(jìn)行冷卻降溫。

英國(guó)Sheffield大學(xué)的Nicholson等［10］將煤置于氬以及氬／氫等離子體中裂解，實(shí)驗(yàn)時(shí)最大功率13.2 k W，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。等離子體發(fā)生器同樣置于反應(yīng)器上方，煤粉流化后通過(guò)空心陰極進(jìn)入等離子體射流中。位于反應(yīng)器下部的水冷套管?chē)姵隼鋮s水，對(duì)反應(yīng)后的裂解氣進(jìn)行冷卻。通過(guò)煤在氬和氬／氫兩種等離子體中裂解結(jié)果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)氬等離子體中加入適量的氫氣能夠很大的提高乙炔收率，因而他們認(rèn)為反應(yīng)氣氛對(duì)裂解有非常重要的影響。

與上述英國(guó)兩家機(jī)構(gòu)采用的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，印度中央燃料研究所［11－13］也將等離子體發(fā)生器安放在反應(yīng)器上方，但不同的是煤粉入口不是在電極上而是在電弧噴嘴下方。淬冷段外壁上設(shè)有水冷夾套，對(duì)裂解氣進(jìn)行冷卻。

德國(guó)［14－17］Gmb H公司使用的裝置如圖4所示，等離子體發(fā)生器電弧發(fā)生區(qū)的外壁上纏有磁力線(xiàn)圈，線(xiàn)圈通電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)能夠使電弧旋轉(zhuǎn)起來(lái)，以加大反應(yīng)面積并保持等離子體穩(wěn)定。煤粉入口設(shè)計(jì)則與印度中央燃料研究所的相似，入口設(shè)置在電弧的下方，但是煤粉入口數(shù)量由1個(gè)增加到了4個(gè)。多路淬冷水通過(guò)淬冷段外壁上的小孔噴入反應(yīng)器內(nèi)。

圖2 英國(guó)Sheffield大學(xué)反應(yīng)裝置

圖3 印度中央燃料研究所實(shí)驗(yàn)裝置

圖4 德國(guó)Gmb H公司采用的反應(yīng)裝置

美國(guó)AVCO公司［18－19］在20世紀(jì)80年代初期對(duì)煤制乙炔工藝進(jìn)行了研究，并成功進(jìn)行了功率達(dá)到1 MW的工業(yè)化中試實(shí)驗(yàn)。在研究過(guò)程中，他們開(kāi)發(fā)了不少反應(yīng)裝置，具有代表性的兩種反應(yīng)裝置 （電弧加熱反應(yīng)器AHR和旋轉(zhuǎn)電弧反應(yīng)器RAR）如圖5所示。兩種反應(yīng)器均以氫氣作為工作氣體，通過(guò)繞在反應(yīng)器壁外的水管對(duì)裂解氣進(jìn)行淬冷。不同的是，在電弧加熱反應(yīng)器中煤粉從電弧噴嘴下方加入，并通過(guò)分布器強(qiáng)化煤粉的分散以及與等離子體的混合。而在旋轉(zhuǎn)電弧反應(yīng)器中，煤粉則是通過(guò)陰極與陽(yáng)極之間的空隙加入并直接進(jìn)入電弧區(qū)與等離子體混合。

圖5 美國(guó)AVCO開(kāi)發(fā)的反應(yīng)裝置

此后石油制乙烯路線(xiàn)大規(guī)模發(fā)展，乙炔的基礎(chǔ)原料地位逐漸被乙烯取代。國(guó)外關(guān)于煤制乙炔工藝的研究幾乎完全停止，也沒(méi)有更多文獻(xiàn)報(bào)道，因此該技術(shù)沒(méi)有能夠得到進(jìn)一步的發(fā)展。

1.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

我國(guó)于20世紀(jì)90年代開(kāi)始對(duì)等離子體裂解煤制乙炔工藝進(jìn)行研究，到目前為止研究主要集中在太原理工大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所、清華大學(xué)和浙江大學(xué)等高校、科研院所中，此外在華東理工大學(xué)、大連理工大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)也有一些研究，其中中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)和浙江大學(xué)的研究是與新疆天業(yè) （集團(tuán)）有限公司 （簡(jiǎn)稱(chēng)新疆天業(yè)）合作開(kāi)展的。

太原理工大學(xué)的謝克昌教授課題組［20－37］采用一最大功率55 k W的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小裝置對(duì)煤在等離子體中的裂解過(guò)程進(jìn)行了大量的研究，包括試驗(yàn)參數(shù)的影響、反應(yīng)體系熱力學(xué)平衡計(jì)算、固相產(chǎn)物分析、機(jī)理探討、結(jié)焦清除方法探索等。反應(yīng)后裂解氣中乙炔濃度可達(dá)7%，最大乙炔收率22%。他們采用的裝置如圖6所示。等離子體發(fā)生器位于反應(yīng)器下方，煤粉流化后由位于電弧下方的進(jìn)煤管送入。淬冷水由反應(yīng)器壁上的小孔噴入對(duì)反應(yīng)后氣體進(jìn)行冷卻。

圖6 太原理工大學(xué)反應(yīng)裝置

前文介紹的研究中采用的等離子體發(fā)生器都是陰極、陽(yáng)極和中間電極軸對(duì)稱(chēng)地分布在一條直線(xiàn)上，往往將這種炬稱(chēng)之為直線(xiàn)型炬。2001年，中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所開(kāi)發(fā)了V型等離子體發(fā)生器和配套反應(yīng)裝置，并與新疆天業(yè)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等單位合作，成功進(jìn)行了2 MW等離子體裂解煤制乙炔工業(yè)化中試［38－41］。中試過(guò)程中等離子體炬實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，乙炔濃度穩(wěn)定在8.5%（最高9.3%）。V型等離子體發(fā)生器由兩個(gè)直線(xiàn)炬組成，可以看做是直線(xiàn)等離子體發(fā)生器的一種演化，炬及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖7所示。V型等離子體炬兩個(gè)電極之間的角度為60°，煤粉通過(guò)多路進(jìn)煤管從電弧下方進(jìn)入反應(yīng)器，淬冷介質(zhì)為水。2007年以后，新疆天業(yè)公司與清華大學(xué)、浙江大學(xué)合作，繼續(xù)進(jìn)行大功率等離子體裂解煤制乙炔技術(shù)的研究，成功進(jìn)行了炬功率達(dá)到5 MW的工業(yè)中試，并通過(guò)了72 h連續(xù)運(yùn)行的考驗(yàn)。

圖7 新疆天業(yè)公司MW級(jí)V型等離子體炬及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

針對(duì)新疆天業(yè)公司工業(yè)中試中所采用的反應(yīng)裝置，清華大學(xué)的樊友三教授和程易教授的兩個(gè)課題組在反應(yīng)體系的熱力學(xué)計(jì)算［1－2，6］以及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的CFD模擬優(yōu)化［42－45］做了大量研究。吳昌寧等［2，6］認(rèn)為對(duì)于實(shí)際的等離子體裂解煤反應(yīng)過(guò)程，在進(jìn)行反應(yīng)體系熱力學(xué)分析時(shí)只需考慮氣相平衡即可。在此基礎(chǔ)上得到的熱力學(xué)分析結(jié)果顯示，按照CO組成扣除C元素后的有效碳?xì)滟|(zhì)量比和淬冷前溫度對(duì)反應(yīng)后乙炔濃度有重大影響。只要能夠估計(jì)這兩個(gè)參數(shù)的值，即可對(duì)反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。為了能夠更好地了解等離子體反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的裂解過(guò)程，程易教授課題組［42－45］通過(guò)CFD模擬和計(jì)算考察了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)煤粉分布、運(yùn)動(dòng)軌跡的影響以及煤粉受熱后脫除揮發(fā)分并裂解的過(guò)程。這些研究結(jié)果為后來(lái)的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和機(jī)理研究等具有重要的指導(dǎo)意義。目前，為了更好地研究等離子體中煤裂解的反應(yīng)機(jī)理，程易教授課題組［46］建立了一套最大功率為10 k W的的實(shí)驗(yàn)室小裝置，等離子體炬采用的是典型的直線(xiàn)型炬。

浙江大學(xué)［47－50］的研究主要是為新疆天業(yè)公司5 MW工業(yè)中試實(shí)驗(yàn)中的淬冷、氣固分離以及反應(yīng)后殘煤利用等環(huán)節(jié)提供技術(shù)支持。何潮洪教授課題組［47－48］開(kāi)發(fā)的環(huán)隙式淬冷器及配套的換熱系統(tǒng)，不僅能夠?qū)α呀鈿膺M(jìn)行有效淬冷，盡可能抑制反應(yīng)生成的乙炔再次裂解，還能夠?qū)Ψ磻?yīng)余熱進(jìn)行回收和利用。吳忠標(biāo)教授課題組［49］根據(jù)裂解氣淬冷后的特性，設(shè)計(jì)了高效旋風(fēng)＋水洗塔＋濕式電除塵的氣固分離工藝路線(xiàn)以除去裂解氣中的煤粉，從而使裂解氣能夠符合后續(xù)的分離提純的工藝要求。陳新志教授課題組［50］對(duì)裂解殘煤進(jìn)行分析后認(rèn)為，可將殘煤制成活性炭、電石型焦和水煤漿等高附加值產(chǎn)品，從而提高整個(gè)等離子體裂解煤過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，并研發(fā)了相應(yīng)的制備工藝和改性技術(shù)。這些與反應(yīng)過(guò)程相配套的后續(xù)工藝技術(shù)對(duì)于等離子體裂解煤工藝的工業(yè)化是必不可少的，而目前的研究所取得的結(jié)果也是非常令人期待的。此外，陳豐秋教授課題組［51］對(duì)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行研究，通過(guò)密度泛函理論計(jì)算闡述了煤在等離子體中裂解生成乙炔的路徑，其結(jié)果及后續(xù)研究對(duì)于深入了解煤裂解反應(yīng)機(jī)理、改善反應(yīng)效果將具有重要意義。

2 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其影響

2.1 等離子體發(fā)生器與反應(yīng)器相對(duì)位置

從已有文獻(xiàn)看，大部分研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)都將等離子體發(fā)生器置于反應(yīng)器上方，等離子體射流和煤粉同時(shí)向下流動(dòng)，這種形式的反應(yīng)器也被稱(chēng)為下行床反應(yīng)器。但是也有個(gè)別研究中采用其它流動(dòng)形式的反應(yīng)器設(shè)計(jì)。比如日本的Honda等［52］開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)裝置中等離子體發(fā)生器就位于反應(yīng)器下方，煤粉從等離子體發(fā)生器與反應(yīng)段之間的小孔加入，與等離子體射流一起向上流動(dòng)。祝媛等［53］通過(guò)對(duì)不同形式等離子體裂解煤裝置的反應(yīng)效果進(jìn)行比較分析后認(rèn)為，下行床反應(yīng)器能夠適應(yīng)等離子體裂解煤超短接觸、反應(yīng)的特點(diǎn)，更有利于乙炔的生成，因此是作為等離子體裂解煤制乙炔反應(yīng)器的合理選擇。

2.2 進(jìn)煤口的設(shè)計(jì)

煤粉與等離子體的混合效果直接影響了煤粉顆粒的受熱和揮發(fā)分釋放效果，從而影響乙炔收率，因此進(jìn)煤口的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。進(jìn)煤口的設(shè)計(jì)主要包括進(jìn)煤口位置、數(shù)量、噴嘴形狀和角度等。

目前文獻(xiàn)上有報(bào)道的進(jìn)煤口位置主要有3個(gè)。一是在電極上，煤粉通過(guò)在陰極或者陽(yáng)極上的孔道直接進(jìn)入電弧發(fā)生區(qū)。這種進(jìn)樣方式的好處是煤粉可以全部進(jìn)入等離子體射流中，混合效果好，但是在電極上鉆孔以及煤粉直接進(jìn)入電弧發(fā)生區(qū)可能會(huì)導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定，對(duì)等離子體發(fā)生器的設(shè)計(jì)水平要求較高。而且在電極上的小孔不可能做得很大，因而對(duì)進(jìn)煤量會(huì)形成一種限制。第二種是在陰陽(yáng)兩極之間的空隙，比起第一種方式，這種方式不需要對(duì)電極鉆孔，煤粉也可以直接進(jìn)入電弧發(fā)生區(qū)。美國(guó)AVCO公司在中試時(shí)采用的旋轉(zhuǎn)電弧反應(yīng)器就是這種進(jìn)樣方式，而且在電弧發(fā)生器外面設(shè)置了電流線(xiàn)圈，通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)穩(wěn)定電弧，并強(qiáng)化混合效果。三是在電弧發(fā)生區(qū)下方，也就是等離子體射流噴嘴附近。這種進(jìn)樣方式被許多研究采用，因?yàn)檫@種方式比較簡(jiǎn)單，支持比較大的進(jìn)煤量，且不需要對(duì)電極做改動(dòng)。但是由于等離子體射流本身具有很大的速度，從徑向噴入很難保證煤粉全部進(jìn)入等離子體射流的高溫區(qū)，混合效果沒(méi)有第一第二種方式好。本文作者認(rèn)為第二種方式最合理，既不需要對(duì)電極做改動(dòng)，電極之間的空隙大小也可以改變以解除對(duì)進(jìn)煤量的限制，而電弧不穩(wěn)定問(wèn)題則可以通過(guò)加磁場(chǎng)等方式解決。

進(jìn)煤口數(shù)量的影響主要表現(xiàn)在煤粉分布方面。進(jìn)煤口數(shù)量過(guò)少，容易造成煤粉過(guò)于集中，不利于混合。美國(guó)AVCO公司在他們的電弧加熱反應(yīng)器中雖然只采用了一根進(jìn)煤管，但是煤粉在進(jìn)入反應(yīng)器前通過(guò)一個(gè)煤粉分布器進(jìn)行分散，因此也可以看做是多個(gè)進(jìn)煤管。

進(jìn)煤口形狀和角度除了能夠影響煤粉分布外，還會(huì)影響煤粉顆粒射出的速度，尤其是當(dāng)采用從電弧下方徑向進(jìn)料時(shí)，煤粉顆粒速度對(duì)于煤粉能否進(jìn)入高速等離子體射流十分關(guān)鍵。清華大學(xué)針對(duì)新疆天業(yè)公司2 MW反應(yīng)器采用的六路進(jìn)煤口設(shè)計(jì)［42］，通過(guò)CFD計(jì)算模擬了在不同進(jìn)煤口角度、噴嘴形狀下反應(yīng)器內(nèi)煤粉顆粒的分布、速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改變煤粉噴口角度和形狀，在反應(yīng)器內(nèi)形成渦流變化，可以改變煤粉顆粒的停留時(shí)間，強(qiáng)化氣固接觸和傳熱效能，并給出了最優(yōu)的噴煤口設(shè)計(jì)。

2.3 淬冷方式

由于乙炔在高溫下很容易分解成炭黑和氫氣，如何盡可能的阻止已經(jīng)生成的乙炔分解對(duì)于提高乙炔收率也是非常重要的。目前文獻(xiàn)上報(bào)道的淬冷方法基本上采用水作為淬冷介質(zhì)，主要是因?yàn)樗嗽谏郎剡^(guò)程能夠帶走顯熱外，還能夠蒸發(fā)汽化帶走大量的潛熱，淬冷效果較好。不過(guò)即使同樣采用水淬冷，方式也是多種多樣的，總結(jié)起來(lái)主要有3種。一是在淬冷段外面纏繞水管或者設(shè)置夾套，通過(guò)流動(dòng)的水換熱帶走熱量。這種方法淬冷效果不好，因?yàn)榱呀鈿庑枰诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)從2000℃以上降到100℃以下才能較好防止乙炔裂解，而氣體與水之間的換熱速度顯然很難滿(mǎn)足如此之快的降溫要求。二是將淬冷管伸入反應(yīng)器內(nèi)，噴出水對(duì)氣體進(jìn)行冷卻。這種方法淬冷效果好，但是淬冷管長(zhǎng)時(shí)間置于高溫氣體流中，對(duì)于淬冷管的材料是一種考驗(yàn)。而且裂解后還有不少未反應(yīng)的煤粉，這些煤粉的沖刷很容易造成淬冷管?chē)娮斓膿p耗和堵塞。三是在從反應(yīng)器壁上的噴嘴噴入淬冷水。本文作者認(rèn)為這種方式最合理，水可以直接對(duì)氣體進(jìn)行冷卻，但是噴嘴不再直接與裂解氣接觸，因而對(duì)噴嘴制造材料的要求不高，損耗和堵塞程度也可以大大降低。前面提到浙江大學(xué)的何潮洪教授課題組對(duì)等離子體裂解煤制乙炔工藝的水淬冷過(guò)程做了大量研究［47－48］，不僅設(shè)計(jì)了反應(yīng)器壁面環(huán)隙淬冷裝置，更通過(guò)模擬計(jì)算出了最佳的初始冷卻溫度 （17002600 K）、最佳水霧液滴粒徑（30μm）、淬冷水用量，這對(duì)于將來(lái)如何設(shè)計(jì)淬冷器有重要指導(dǎo)意義。

3 目前熱等離子體裂解煤制乙炔工藝的主要技術(shù)瓶頸

大量研究已經(jīng)證明，熱等離子體煤裂解制乙炔有巨大的優(yōu)勢(shì)和美好的前景，國(guó)內(nèi)國(guó)外進(jìn)行的工業(yè)化中試也證明了該工藝的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。但是這項(xiàng)技術(shù)目前還存在一些技術(shù)問(wèn)題，使得它的工業(yè)應(yīng)用遲遲不能展開(kāi)。我們認(rèn)為目前遇到的技術(shù)瓶頸主要有如下幾個(gè)。

（1）目前還沒(méi)有相對(duì)穩(wěn)定成熟的延緩結(jié)焦方法和清焦技術(shù)。由于煤粉受熱后變軟發(fā)黏，容易粘在反應(yīng)器壁上，裂解反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生一些沉積碳，從而導(dǎo)致結(jié)焦。如果結(jié)焦物不能夠及時(shí)清除，將會(huì)堵塞反應(yīng)通道，使反應(yīng)器內(nèi)的壓力迅速升高，影響等離子體發(fā)生器的運(yùn)行以及物流輸送。尤其是當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)弧等離子體發(fā)生器時(shí)，煤粉會(huì)更容易被甩到器壁上，結(jié)焦越嚴(yán)重。美國(guó)AVCO公司提出，間歇性的通入水蒸氣可以有效的去除反應(yīng)器壁上的結(jié)焦。太原理工大學(xué)的呂永康［30］等研究了煤粉粒徑對(duì)反應(yīng)的影響后提出，煤粉粒徑采用雙峰分布，利用小粒徑煤粉轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙炔，大粒徑煤粉部分轉(zhuǎn)化，剩下的在高速旋轉(zhuǎn)氣流的作用下對(duì)反應(yīng)器壁形成沖刷，連續(xù)、動(dòng)態(tài)的清除結(jié)焦，從而緩解甚至消除反應(yīng)器壁結(jié)焦現(xiàn)象。在新疆天業(yè)公司工業(yè)化中試實(shí)驗(yàn)中，也是采用水蒸氣來(lái)進(jìn)行清焦。但是水蒸氣清焦會(huì)造成生產(chǎn)中斷，而呂永康等提出的方法其有效性尚未得到長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。此外還有學(xué)者提出可采用機(jī)械清焦裝置或者激波來(lái)進(jìn)行清焦，但是其實(shí)際使用效果也尚未得到檢驗(yàn)。如果結(jié)焦問(wèn)題不能得到解決，反應(yīng)裝置就沒(méi)有辦法長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，等離子體裂解煤制乙炔工藝的工業(yè)化也就難以實(shí)現(xiàn)。

（2）目前的反應(yīng)器總體熱效率不高，余熱回收率低。等離子體電極、反應(yīng)器外壁都需要循環(huán)水進(jìn)行冷卻、保護(hù)，這會(huì)帶走部分熱量。目前等離子體發(fā)生器的熱效率在70%80%，還有較大的提升空間。目前淬冷普遍使用水作介質(zhì)，裂解氣攜帶的大量能量在淬冷之后進(jìn)入水中，但是能量品位較低，大部分都是以低溫蒸汽和熱水的形式存在，難以回收利用。

（3）等離子炬及反應(yīng)器的使用壽命離工業(yè)化還有較大差距。目前運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)是新疆天業(yè)公司進(jìn)行的MW級(jí)工業(yè)化中試實(shí)驗(yàn)，但是其所用的V型炬最高壽命也僅為100 h左右，與成熟大型基礎(chǔ)化工設(shè)備以年為單位的設(shè)計(jì)壽命相比，還有很大差距。

4 展 望

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的熱等離子體反應(yīng)器結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，設(shè)計(jì)理念卻是基本一致的，就是在短時(shí)間內(nèi)最大限度地讓等離子體與煤粉充分混合，保證煤的高轉(zhuǎn)化率、乙炔高收率?，F(xiàn)有研究均說(shuō)明了等離子體裂解煤制乙炔工藝的優(yōu)勢(shì)，也開(kāi)發(fā)了能夠達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模的反應(yīng)裝置，但是仍舊有一些問(wèn)題還沒(méi)有解決。但是隨著科研手段和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，比如測(cè)量方法、CFD模擬計(jì)算等，將會(huì)使我們對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的情況，比如溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、煤粉顆粒分布等有更清晰的認(rèn)識(shí)，這些都會(huì)對(duì)獲得更合理地反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到關(guān)鍵的指導(dǎo)作用。只要解決了限制等離子體裂解煤工藝進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，就能加快該工藝的工業(yè)化進(jìn)程，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)煤的深度、清潔、直接利用具有重大意義。

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