利用发射光谱研究等离子体辅助下煤的气化机理.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第31卷 第 2期 2007年 4月 JOURNALOFDAQING PETROLEUM INSTITUTE Vo1．31 No．2 Apr． 2007 利用发射光谱研究等离子体辅助下煤的气化机理 徐振峰 ，马腾才 (1．辽东学院 教育技术中心，辽宁 丹东 118001； 2．大连理工大学 三束材料改性国家重点实验室，辽宁 大连 116024) 摘 要：以水蒸气为气化介质，以空气为输送介质，研究等离子体辅助条件下煤的气化行为．考察了磁场线圈电流、 空气流量、电弧的输入功率等工艺条件对煤气组成的影响，同时采用可见发射光谱技术对等离子体 中的活性粒子进行诊 断，探讨等离子体辅助下煤的气化机理．可见发射光谱研究表 明：Hz，CO，COz，Oz的产量及 c原子、CO 离子、CH 自由 基、H原子的相对峰强度随着磁场电流的增加出现一个最大值 ；随着空气流量的增加，c0，c0z，0z的产量逐渐增加；Hz 的产量随着 c原子或 H原子相对峰强度的增加而增加 ；随着电弧输入功率的增加，Hz，c0的产量逐渐增加． 关 键 词 ：等离子体 ；CH 自由基；煤气化机理 ；发射光谱 中图分类号 ：O539 文献标识码 ：A 文章编号t1000—1891(2007)02—0068一O4 在等离子体辅助煤气化过程中，生成的煤气主要成分是 H ，CO，O ，CO 等气体．这些气体产物是等 离子体 中活性粒子相互结合的结果 ，该活性粒子对反应器中的微观反应过程起着重要 的激发作用．尤其 是等离子体 中的电子，其能量 (电子温度)决定能否激发反应物分子，使它产生活性物种而发生化学反 应Ⅲ．要获得等离子体辅助煤气化机理 ，必须对等离子中活性物种 的发射强度进行在线诊断． 1 实验 实验装置为等离子体发生器 ，结构示意见 图 1．以水蒸气为气 化介质，以空气为输送介质 ，以粒径小于 1mm 的煤粉为实验材料． 运用可见发射光谱对等离子体 区的活性物种在线诊断． 2 结果和讨论 2．1 发射光谱的特征 煤的气化实验所得可见发射光谱的全谱见图2．图2中活性物 1．水蒸气入口： 2．电弧的阴极：3．煤粉入口： 种[2I。包括 ：C原子 ，OH 自由基 ，CH 自由基 ，CO 离子和 O 离子 4．压缩空气入口；5．电磁线圈； 6石墨隔膜块 等 ，且C，H，CO 的发射光谱峰 比OH，CH，O 的发射光谱峰高． 7．电弧的阳极 2．2 气体产量的影响 图 1 等离子体发生器结构示意 (1)磁场电流．电磁线圈的电流强度对气体产量和各种活性物种的相对峰强度 的影响分别见图3和 图4．由图3看出，H ，CO，CO ，O 产量随着线圈电流的增加都有一个最大值．由图4看出，随着线圈电 流的增大 ，C原子，CO 离子，CH 自由基和 H原子的相对峰强度都有一个最大值 ，但 OH 的相对峰强度 在一直增大．这是旋转电弧等离子体的旋转频率 ．厂发生变化的结果．厂与通过线圈的电流 J成正比．起 初 ，随着线圈电流的增加，电弧的旋转频率增大 ，因此 ，将有更多的活性物种 ，如C原子 ，H原子等生成．这 些增加 的活性粒子将和煤粉及水蒸气等发生反应 ，生成 CO和 H ．之后 ，当电弧旋转越来越快时，由于电 弧区的压力大于反应器中其他区域的压力，因此 ，煤粉和水蒸气不能进入旋转的电弧区，从而导致生成的 活性物种减少，并最终导致 CO和 H 的产量降低． 收稿 日期 ：2007—02—13；审稿人 ：王 鉴 ；编辑 ：王文礼 作者简介：徐振峰(1960一)，男 ，副教授 ，主要从事等离子体方面的研究 维普资讯 第 2期