氧熱法電石反應(yīng)器設(shè)計及流動性能實驗.pdf

1、與現(xiàn)有工藝相比，新的粉狀原料氧熱法生產(chǎn)電石工藝在能耗、資源利用率及污染物排放方面都具有很大優(yōu)勢，開發(fā)出與之匹配的反應(yīng)器，有望形成一條煤分級轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)化學品的高效利用利用資源的煤化工路線。本文通過模型化和冷模實驗兩種手段考察了下落床反應(yīng)器的性能，并對復(fù)合床反應(yīng)器進行了設(shè)計計算。
　　 首先，建立了描述下落床反應(yīng)器預(yù)熱區(qū)氣固兩相的運動和傳熱模型，考察預(yù)熱區(qū)內(nèi)原顆粒的運動狀態(tài)和氣固兩相的溫度分布,得到適用于下落床反應(yīng)器的最小原料粒徑，并

2、以此來判斷下落床反應(yīng)器預(yù)熱區(qū)設(shè)計參數(shù)的合理性;建立了反應(yīng)區(qū)原料渣層的多孔介質(zhì)傳熱模型，考察其對燃燒區(qū)向反應(yīng)區(qū)傳熱過程的影響;利用高精度的熱膜風速儀對搭建的小型下落床反應(yīng)器內(nèi)的氣相流場進行考察。結(jié)果表明:(1) dp=28.2μm的焦炭顆粒和dp=20.7μm的氧化鈣顆粒為能通過預(yù)熱區(qū)的原料的最小顆粒。(2)在考察的原料粒徑范圍內(nèi)，下落位移大于5m后，原料顆粒基本與氣相達到了換熱平衡，可以在保證預(yù)熱效果的前提下降低預(yù)熱區(qū)的高度，減少設(shè)備投

3、資。(3)顆粒初速度對顆粒在預(yù)熱區(qū)的運動和傳熱的影響不大。(4)反應(yīng)區(qū)原料形成的渣層的熱阻很小，不會阻礙燃燒區(qū)向反應(yīng)區(qū)的傳熱過程。(5)實測下落床反應(yīng)器內(nèi)流場分布情況，表觀氣速對反應(yīng)器內(nèi)氣流的分布情況影響不大，燃燒區(qū)氣流有較大的徑向速度，并且最大的速度位置在 r/R=0.75處，變直徑段并沒有出現(xiàn)明顯的回流現(xiàn)象，在靠近反應(yīng)器出口處有回流現(xiàn)象;反應(yīng)器內(nèi)流場分布有利于反應(yīng)區(qū)粉狀原料和氧氣的燃燒供熱和預(yù)熱區(qū)內(nèi)氣固兩相的換熱過程。
　　

4、 對于提出的兩種復(fù)合床反應(yīng)器，建立了描述布料器上方密相區(qū)大顆粒移動床逆流換熱過程的數(shù)學模型，得到解析解和數(shù)值解，為這類過程的提供設(shè)計依據(jù);又建立了布料器下方以及不含布料器稀相區(qū)的氣固兩相反應(yīng)和傳熱模型，求得氣固兩相的溫度分布和氣相中各組分的摩爾分率的分布。結(jié)果表明:(1)顆粒粒徑較大時，顆粒內(nèi)熱阻成為氣固兩相換熱過程的控制步驟，在綜合考慮床層透氣性和床層壓降等制約條件下應(yīng)優(yōu)先選用較小的原料粒徑。(2)帶有布料器的復(fù)合床反應(yīng)器中，用于燃燒

5、供熱的氧氣和焦炭也能在布料器下方完成燃燒，副產(chǎn)的氣體中一氧化碳的成分也很高。(3)對于不含布料器的復(fù)合床反應(yīng)器，氧氣與焦炭的燃燒反應(yīng)都集中在氧氣剛進入反應(yīng)器的燃燒區(qū)完成，燃燒產(chǎn)物也主要是一氧化碳，燃燒反應(yīng)也能夠為電石合成反應(yīng)提供足夠高的溫度，高溫一氧化碳也能用于對原料顆粒的預(yù)熱。(4)由于原料在反應(yīng)器燃燒的不均勻性，可以考慮在原料造粒時將用于燃燒的那部分焦炭主要分布在顆粒的外側(cè)。(5)得到了兩種復(fù)合床反應(yīng)器的初步設(shè)計尺寸，不含布料器的復(fù)