氧熱法電石生產(chǎn)反應工藝及反應器設計研究.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，應用前景樂觀，為此，有必要設計研究適用于氧熱法電石生產(chǎn)的反應器。本論文依次從影響反應器性能的內因

2、——反應化學和外因——反應器流動、傳熱和傳質性能方面進行研究，以期為氧熱法的工業(yè)應用提供參考。
　　 首先，從熱力學角度研究了電石合成吸熱反應和富氧燃燒放熱反應耦合化學反應體系的適宜的反應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)不同比例進料對應不同的吸熱和放熱反應平衡。溫度的升高或壓強的降低，均有利于提高電石轉化率;電石若進

3、一步發(fā)生CaC2+2CaO=3Ca+2CO副反應，溫度升高則該副反應的轉化率將先升后降，在較低溫度區(qū)間（低于2100℃）時，壓力升高則轉化率下降。為避免目的產(chǎn)物生成后又發(fā)生副反應消耗掉，同時避免CaC2與CaO過度共熔而影響產(chǎn)品純度，進料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匹配量條件及匹配量。從熱力

4、學角度考察，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，考慮反應體系特性，選擇反應器構型——氣流床反應器并進行初步設計，用FLUENT軟件以CFD模擬方法研究了床中的傳遞和反應特性。結果表明:
　　 (1)反應器內壓力分布均勻，且壓降低。
　　 (2)氣體沿反應器壁面向上運動，在中心軸線附近存在向下回流，產(chǎn)量加大將使反應段氣流湍動加劇，擴大段和預熱段的中心回流則明顯減弱。
　　

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