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壓球機煤球碳化反應動力學

發布時間:2018-05-05 08:34| 瀏覽: |來源: 新聞中心

    由于我國使用的是固定炭層氣化爐,所以煤焦需破碎成25—75mm大小塊狀,才能入爐制氣。每次破碎約有20%碎粒細粉無法使用,造成許多廠煤焦緊張,大量虧損。7O年代初,我們用石灰作粘結劑,把碎粒煤細粉用壓球機制成高強度,高化學活性的石灰碳化煤球,代替焦炭生產化肥成功。且由于需2噸左右煙煤才能煉1噸焦炭,而1噸無煙煤制成的球相當于1噸焦炭生產的化肥量,但無煙煤價格不到焦炭一半,因此這樣不但可以節約大量煤焦,又可節約大量資金。現從化學反應工程角度研究它的動力學及操作條件優化問題。如果是制取燃料用煤氣,可使用煙煤為原料,煤氣作碳化劑。
    反應動力學及反應條件優化:
制球主要化學反應為:CaO(生石灰)+H2O-Ca(OH):
Ca(OH)2(固)+CO2(氣)-CaCO3(固)+H.O(氣)
碳化反應是氣一固相反應。煤粉壓球機煤球在罐中,由于罐直徑2米左右,使裝滿球以后,也有許多空隙,所以變換氣(含30%-40%二氧化碳氣體)在罐內的流速較慢,在每個球外表面都有一層由變換氣與水蒸汽組成的層流膜。二氧化碳氣必須穿過這層膜達到球的表面,然后由表及里的反應。反應后生成的水擴散出來,在固體產物層(由碳酸鈣和炭組成)留下了許多微孔(孔隙率約24%)。微孔是彎彎曲曲的,又每個球重40—60克,因此孔的長度遠遠大于氣膜厚度。它的具體步驟:
(1)氣體二氧化碳由變換氣主流通過煤球固體外面的氣膜,擴散到煤球外面。
(2)二氧化碳氣由球外表面遵過產物碳酸鈣和煤層的微孔擴散到來反應芯的界面。
(3)--氧化碳與氫氧化鈣反應:CO2(氣)+Ca(OH)2(固)-CaCO3(固)+H2O(氣)
該反應自標準蛤和標準自由能分別為:氣體產物水通過固體產物層(由碳酸鈣和炭組成)的徽孔,擴散到殊外表面,留下碳酸鈣固體。
(5)產物水由球外表面通過氣膜擴散到變換氣主流中去。由上可見,化學反應是一級不可送放熱反應,反應極易進行。產物層(碳酸鈣和炭)的微孔長度是氣膜厚度幾百倍到幾十萬倍,且微孔孔徑小于二氧化碳和水分子的自由程,因此二氧化碳和水分子與孔內壁的擴散碰撞,是阻力產生的主要來源——努森擴散,它大大超過氣膜擴散的阻力。在這種擴散一化學反應~擴散串聯環節中,內擴散是最慢一步,是整個反應的控制步驟。

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