氧熱法制備電石過程中復(fù)合原料顆粒的熱質(zhì)傳遞和反應(yīng)性能研究.pdf

1、電石，在工業(yè)上用于生產(chǎn)需求量極大的乙炔，對有效利用各種碳源有重要意義。氧熱法合成電石工藝針對目前工業(yè)上電熱法高消耗低產(chǎn)能的弊端進(jìn)行改進(jìn)，取得了較顯著的進(jìn)步。本文依托北京化工大學(xué)提出的氧熱法電石工藝中的復(fù)合床反應(yīng)器，提出使用煤和熟石灰粉末制成粒狀復(fù)合顆粒的造粒工藝?？疾炝似湓趶?fù)合床反應(yīng)器中的熱質(zhì)傳遞和化學(xué)反應(yīng)行為，分別為氧熱法工藝造粒及反應(yīng)器設(shè)計的幾何、操作參數(shù)提供參考。
　　復(fù)合原料的組成之一為煤，該物質(zhì)熱質(zhì)傳遞及反應(yīng)行為較為復(fù)雜

2、，直接影響到后續(xù)復(fù)合顆粒的燃燒及反應(yīng)。故本文研究了煤熱解過程適用性最廣的分布活化能模型(DAEM)，并對其進(jìn)行了簡化近似。
　　通過改進(jìn)后的高斯-埃爾米特求積公式對外層積分近似后，分別討論了在典型的線性升溫和非線性升溫條件下對內(nèi)層溫度積分的近似。得到的DAEM的近似解，在一定的條件下能夠耦合在CFD程序中，有較廣的適用范圍，大大減少了計算量，且相比于前人的近似方法，提高了精確度。
　　其次考察了反應(yīng)器密相段，復(fù)合顆粒原料與燃

3、燒區(qū)生成的高溫CO換熱，有效吸收熱量后熱解的過程。研究了不同顆粒結(jié)構(gòu)、組成及氣速下復(fù)合顆粒熱解過程中的熱質(zhì)傳遞行為，結(jié)果表明:
　　(1)枕形、球形、蛋殼形三種結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒，在1280K下熱解完成時的反應(yīng)時間分別為115s、180s、350s。均相復(fù)合顆粒更有利于其熱解過程。枕形結(jié)構(gòu)顆粒熱解性能最優(yōu)。
　　(2) Ca(OH)2分解是復(fù)合顆粒熱解的控制步。煤中大量的水會明顯延遲熱解反應(yīng)時間。
　　(3)增大氣速，對流

4、換熱效應(yīng)增強(qiáng)，但其增大幅度隨著氣速的增大而逐漸減小。
　　最后研究了復(fù)合顆粒熱解后的固相產(chǎn)物在下落床段與高溫氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，為電石合成反應(yīng)提供熱量的過程?？疾炝溯椛洹㈩w粒結(jié)構(gòu)、組分及操作溫度的影響:
　　(1)通過對比計及輻射模型和不計及輻射模型的計算結(jié)果，表明熱輻射對燃燒過程傳熱有較大的影響，輻射傳熱不能忽略。
　　(2)枕形、球形、蛋殼形顆粒在1400K下含碳量降至電石反應(yīng)的需求時所需時間分別為155s、476s

5、、110s，說明復(fù)合顆粒的結(jié)構(gòu)對其燃燒過程有較大影響。反應(yīng)結(jié)束時蛋殼形結(jié)構(gòu)炭鈣接觸面溫度未達(dá)到電石生成反應(yīng)溫度。枕形顆粒的燃燒性能也最優(yōu)。
　　(3)1400K的操作溫度下，孔隙率是影響反應(yīng)速率的主要因素。綜合考慮，含水量少，孔隙率大的煤種有利于復(fù)合顆粒的熱解及燃燒過程。
　　(4)1600K和1400K時，燃燒反應(yīng)為擴(kuò)散控制。1200K下，反應(yīng)初期為反應(yīng)控制，20s以后，顆粒內(nèi)部O2已消耗完全，為擴(kuò)散控制。故推測轉(zhuǎn)折溫度在