氧熱法制備電石過程中復合原料顆粒的熱質傳遞和反應性能研究.pdf

1、電石，在工業(yè)上用于生產需求量極大的乙炔，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能的弊端進行改進，取得了較顯著的進步。本文依托北京化工大學提出的氧熱法電石工藝中的復合床反應器，提出使用煤和熟石灰粉末制成粒狀復合顆粒的造粒工藝。考察了其在復合床反應器中的熱質傳遞和化學反應行為，分別為氧熱法工藝造粒及反應器設計的幾何、操作參數(shù)提供參考。
　　復合原料的組成之一為煤，該物質熱質傳遞及反應行為較為復雜

2、，直接影響到后續(xù)復合顆粒的燃燒及反應。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)，并對其進行了簡化近似。
　　通過改進后的高斯-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。
　　其次考察了反應器密相段，復合顆粒原料與燃

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

4、換熱效應增強，但其增大幅度隨著氣速的增大而逐漸減小。
　　最后研究了復合顆粒熱解后的固相產物在下落床段與高溫氧氣發(fā)生燃燒反應，為電石合成反應提供熱量的過程?？疾炝溯椛?、顆粒結構、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的需求時所需時間分別為155s、476s

5、、110s，說明復合顆粒的結構對其燃燒過程有較大影響。反應結束時蛋殼形結構炭鈣接觸面溫度未達到電石生成反應溫度。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合顆粒的熱解及燃燒過程。
　　(4)1600K和1400K時，燃燒反應為擴散控制。1200K下，反應初期為反應控制，20s以后，顆粒內部O2已消耗完全，為擴散控制。故推測轉折溫度在