等离子体裂解煤制乙炔是一种非常有前景的高效、绿色煤转化技术,目前制约该项技术工业化的最大问题之一是反应器的结焦问题,影响系统的稳定连续进行。本文系统研究了不同裂解条件下的气化与结焦状况,并使用CO2等离子体作为清焦介质,首次基于结焦率、清焦率两大参数定量研究了不同实验条件下的结焦/清焦规律,为抑制反应器结焦、开发高效、快速的清焦技术奠定基础。采用50 kW旋转弧等离子体反应器、以氢气作为工作气体裂解煤制乙炔,研究了输入功率、体系H/C比及进料速率对煤裂解效果的影响。实验结果表明,煤裂解的气相产物主要是C2H2、CH4及CO,C2H2含量随功率增大逐渐递减,CO含量随功率增大逐渐升高,CH4含量受功率变化影响不大。随体系H/C比增大,裂解实验碳转化率逐渐增大,在H/C=5/1时,最高碳转化率可达51.33%。乙炔选择性和乙炔收率在H/C=4/1时达到最大,最高乙炔收率为19.6%。氢气流速4.4 Nm3/h、比焓3.92 kWh/Nm3时,获得了最高的乙炔选择性40.19%。低进料速率下具有更高的碳转化率,而高进料速率下可以得到更高的乙炔选择性和乙炔收率。实验测定了不同裂解条件下的结焦率,定量分析实验条件对结焦率的影响。结果表明,在输入功率低于22～23 kW时,随着输入功率的增大,结焦率基本保持稳定。当功率高于22～23 kW时,结焦率会随着功率的增大迅速增大。随着体系H/C比的增大,煤裂解结焦率逐渐降低。增大H2输入量可以从降低温度和化学平衡角度抑制乙炔分解,有效减少结焦。相同H/C比条件下,低进料速率结焦较为严重,结焦率甚至超过40%。对裂解残煤的组成进行了分析,发现输入功率越高、温度越高,煤挥发分释放更彻底,裂解更完全。对反应器内壁的焦进行了结构表征,发现距电弧高温区越近,炭黑颗粒粒径越大,团聚现象更明显,焦的石墨化程度越高。采用CO2等离子体进行清焦尝试,以清焦率定量评价清焦效果。结果表明,清焦过程分为三个阶段:初始阶段、清焦中期和清焦末期。初始阶段一般在60s以内,清焦速率最快,在短时间内反应器内60%以上焦被气化,随后清焦速率开始逐步降低,一般在150s左右清焦率可以达到90%。高功率、高气速下焦气化反应更快,清焦速率更快,可以在较短时间内使清焦率达到较高水平。