煤焦等溫微分原位反應實驗裝置的研制.pdf

1、煤熱化學轉(zhuǎn)化規(guī)律研究中廣泛涉及氣固化學反應動力學。中國科學院過程工程研究所研制的微型流化床反應分析儀(MFBRA:MicroFluidizedBedReactionAnalyzer),利用流態(tài)化強化氣固傳熱傳質(zhì)、實現(xiàn)定點溫度瞬時微量進料、采用快速質(zhì)譜在線檢測氣體組分適時變化,通過等溫微分反應動力學分析方法求算氣固反應動力學并推測反應機理,可期望在煤熱轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域得到很好的功能拓展和應用。
　　煤粉氣化或燃燒在實際工業(yè)裝置中包括了高

2、溫快速熱解、殘余焦炭的燃盡或者焦炭的氣化等多個復雜的反應階段。本文針對煤粉熱化學轉(zhuǎn)化的特點,對MFBRA進行功能拓展,強化對反應溫度和氣氛的控制,研制了煤焦等溫微分原位反應實驗裝置,實現(xiàn)了煤粉定點溫度快速熱解和熱解完成生成的煤焦在時間上無長停留、在空間上無大轉(zhuǎn)移,立即進入燃燒或者氣化反應階段,即煤焦等溫微分原位反應。煤焦在此裝置中的反應克服了傳統(tǒng)方法收集煤焦再反應過程升降溫處理、煤焦長時間放置、氣固復雜接觸帶來的反應性損失的問題。

3、>　　針對氣流預熱管段的設(shè)計,采用工程計算、熱電偶測溫、FLUENT模擬計算三種方法對預熱段進行了傳熱研究。結(jié)果表明設(shè)計試制的加熱爐具有良好的恒溫區(qū)特性。同種氣體、相同氣流量預熱至同樣終溫所需要的管長與管徑無關(guān)。裸絲熱電偶測量壁流溫差較大情況下的氣流溫度,偏差較大,不宜采用。螺旋預熱段可以實現(xiàn)在較小的空間內(nèi)對操作范圍較廣的氣流進行充分預熱,且氣氛切換延遲時間可輕松控制在小于1s的范圍內(nèi)。彼克列數(shù)Pe與管徑成反比。管徑越小,氣流越接近平推

4、流,抑制預熱段返混的效果越好。本文設(shè)計的螺旋管預熱反應器全面達到了充分預熱、抑制返混、縮短延遲時間的指標要求。
　　脈沖給料量實驗證明脈沖給料對于煤粉是適用的。進料壓差為0.2MPa條件下,本文使用的脈沖電磁閥在脈沖寬度為12ms時,一次脈沖噴氣量為6.6mL;脈沖噴料比可達97.4％。為探究煤粉反應分析對裝置操作條件的要求,將研制的裝置與GASMETFT-IR氣體分析儀(FTIR)測試了準東煙煤煤粉熱解、燃燒反應。測試試驗表明為