氧熱法電石生產(chǎn)反應(yīng)工藝及反應(yīng)器設(shè)計研究.pdf

1、煤是一種非常重要的化石能源，尤其我國“缺油、少氣、富煤”，煤的消耗量很大，而所消耗的煤中高達(dá)70％的比例直接用于燃燒，造成極大浪費，如何最大程度的合理利用煤資源成為一個無法忽視的問題。對此，人們提出了將煤分級轉(zhuǎn)化以制備多種化工產(chǎn)品，其中包含以煤焦為原料制備電石的氧熱法電石生產(chǎn)工藝。相比傳統(tǒng)方法，該方法無論在能耗還是在排放方面都有很大幅度改善，應(yīng)用前景樂觀，為此，有必要設(shè)計研究適用于氧熱法電石生產(chǎn)的反應(yīng)器。本論文依次從影響反應(yīng)器性能的內(nèi)因

2、——反應(yīng)化學(xué)和外因——反應(yīng)器流動、傳熱和傳質(zhì)性能方面進(jìn)行研究，以期為氧熱法的工業(yè)應(yīng)用提供參考。
　　 首先，從熱力學(xué)角度研究了電石合成吸熱反應(yīng)和富氧燃燒放熱反應(yīng)耦合化學(xué)反應(yīng)體系的適宜的反應(yīng)工藝條件以及熱平衡和物料匹配?？芍?
　　 (1)焦炭和氧化鈣可能路徑是由CaO+3C→CaC2+CO一步生成電石。
　　 (2)不同比例進(jìn)料對應(yīng)不同的吸熱和放熱反應(yīng)平衡。溫度的升高或壓強(qiáng)的降低，均有利于提高電石轉(zhuǎn)化率;電石若進(jìn)

3、一步發(fā)生CaC2+2CaO=3Ca+2CO副反應(yīng)，溫度升高則該副反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率將先升后降，在較低溫度區(qū)間（低于2100℃）時，壓力升高則轉(zhuǎn)化率下降。為避免目的產(chǎn)物生成后又發(fā)生副反應(yīng)消耗掉，同時避免CaC2與CaO過度共熔而影響產(chǎn)品純度，進(jìn)料C宜大大過量，以2400℃為例，1molCaO宜匹配至少7.28molC。
　　 (3)通過熱匹配計算可知，對電石產(chǎn)品的純度要求和物料處理量兩方面因素共同決定碳燃燒反應(yīng)匹配量條件及匹配量。從熱力

4、學(xué)角度考察，將電石合成與燃燒供熱相耦合的氧熱法是可行的。
　　 然后，在外因方面，考慮反應(yīng)體系特性，選擇反應(yīng)器構(gòu)型——氣流床反應(yīng)器并進(jìn)行初步設(shè)計，用FLUENT軟件以CFD模擬方法研究了床中的傳遞和反應(yīng)特性。結(jié)果表明:
　　 (1)反應(yīng)器內(nèi)壓力分布均勻，且壓降低。
　　 (2)氣體沿反應(yīng)器壁面向上運動，在中心軸線附近存在向下回流，產(chǎn)量加大將使反應(yīng)段氣流湍動加劇，擴(kuò)大段和預(yù)熱段的中心回流則明顯減弱。
　　

5、(3)炭粉燃燒供熱可達(dá)到反應(yīng)溫度，保證反應(yīng)正常進(jìn)行。而隨著產(chǎn)量增大，溫度將升高且升高速率將逐漸放緩。
　　 (4)固體進(jìn)料顆粒粒度最小為100μm，兩種粉料進(jìn)入反應(yīng)器后，不能均勻混合，應(yīng)在進(jìn)入反應(yīng)器之前進(jìn)行預(yù)混。兩種粉料以特定的粒徑匹配可實現(xiàn)同步沉降，提升反應(yīng)和傳遞性能。由于顆粒粒度小且含載率低，氣固相間在預(yù)熱區(qū)段可達(dá)熱平衡。
　　 最后，本文為考察其它類型反應(yīng)器在氧熱法電石生產(chǎn)中的適用性，提出并初步設(shè)計了以淤漿鼓泡床反