等离子体裂解煤制乙炔淬冷工段的研究

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资源的高效、循环利用是解决能源危机的重要措施,与工业上传统的电石法制乙炔相比,等离子体裂解煤制乙炔技术具有更高的经济效益,可缓解我国富煤、贫油、少气的资源现状。淬冷是保证乙炔收率最为关键的工段之一,由于体系温度高,反应速度很快,淬冷过程难以直接检测,因而模型估算十分重要。本文使用最小吉布斯自由能法对等离子体裂解煤制乙炔进行了热力学模拟,分析了煤粉含水量、煤粉元素含量对乙炔理论最大产量的影响,为煤粉的前处理与煤粉的选择提供了理论依据。通过等离子体裂解煤制乙炔装置,选用新疆及江西典型煤种进行了淬冷实验,考察了操作条件对淬冷后裂解气组成的影响。并以热力学平衡模拟、淬冷时温度分布、淬冷时裂解气主要化学反应动力学为基础,建立等离子体裂解煤制乙炔淬冷工段的数学模型,模型关联结果与实验数据较符合。进一步,根据所建立的数学模型模拟研究了淬冷过程主要参数如时间常数、淬冷前温度对淬冷后裂解气组分的影响,并给出了各参数的合理范围,为淬冷过程的优化提供了重要的参考依据。本文针对原环隙式淬冷器难以长时间稳定运行、拆卸困难等缺点进行了改进。在考察防磨盖涂层耐磨性、附着力和耐高温性能的基础上,结合CFD模拟设计了适应于3000 t/a乙炔产量与6000 t/a乙炔产量的新型带涂层材料保护防磨盖的环隙式淬冷器,并以氮化硼为涂层材料,加工了环隙式淬冷器。同时通过传热的计算,得到淬冷水达到淬冷器中心位置的汽化量,提出新型圆筒式淬冷器设计思路。
致谢第6-7页
摘要第7-8页
Abstract第8-9页
主要符号说明第10-16页
1、文献综述第16-35页
    1.1 等离子体裂解煤制乙炔国内与国外目前的研究进展第18-21页
        1.1.1 等离子体裂解煤制乙炔技术国外研究进展第18-19页
        1.1.2 等离子体裂解煤制乙炔国内研究进展第19-21页
    1.2 等离子体裂解煤制乙炔热力学模拟方法的研究第21-25页
        1.2.1 模拟方法的选择第21-23页
        1.2.2 最小吉布斯自由能法计算流程第23-24页
        1.2.3 等离子体裂解煤制乙炔热力学研究进展第24-25页
    1.3 等离子体裂解煤制乙炔淬冷工段的研究第25-28页
        1.3.1 等离子体裂解煤淬冷前温度的确定第25-26页
        1.3.2 淬冷工段的动力学研究第26-27页
        1.3.3 等离子体裂解煤淬冷工段CFD流体力学模拟第27-28页
    1.4 淬冷过程的研究第28-30页
        1.4.1 目前主要淬冷方式存在的问题第29页
        1.4.2 等离子体裂解煤淬冷器的研究第29-30页
    1.5 涂层方法的研究进展第30-32页
    1.6 本文研究内容及拟解决的关键问题第32-35页
        1.6.1 研究内容第32-33页
        1.6.2 拟解决的关键问题第33-35页
2、等离子体裂解煤热力学模拟第35-45页
    2.1 Gibbs最小自由能模拟热力学平衡——非均相/均相的确定第35-39页
        2.1.1 非均相模拟第35-37页
        2.1.2 均相模拟第37-39页
    2.2. 煤粉参数的对热力学平衡组成影响第39-42页
        2.2.1 煤中含水率的影响第39-40页
        2.2.2 煤中不同元素比的影响第40-42页
    2.3 新疆不同煤种热力学平衡第42-43页
    2.4 本章小结第43-45页
3、淬冷过程实验研究及淬冷过程数学模型的建立第45-65页
    3.1 淬冷实验第45-50页
        3.1.1 实验原料第45-46页
        3.1.2 实验装置第46-47页
        3.1.3 实验步骤第47-48页
        3.1.4 实验条件第48页
        3.1.5 实验结果第48-50页
    3.2 淬冷过程的数学模型的建立及验证第50-61页
        3.2.1、数学模型的建立第50-55页
        3.2.2 模型初始条件的确定第55-57页
        3.2.3 模型验证第57-61页
    3.3 淬冷过程参数的优化第61-64页
        3.3.1 淬冷前温度第61-63页
        3.3.2 时间常数第63-64页
    3.4 本章小结第64-65页
4、新型环隙式淬冷器的设计及加工第65-90页
    4.1 涂层材料的选择与涂层技术的确立第66-72页
        4.1.1 涂层喷涂方法的选择第66-67页
        4.1.2 涂层性能测试第67-72页
    4.2 适用于年产3000吨乙炔工艺的新型环隙式淬冷器的设计第72-83页
        4.2.1 淬冷水量的计算第73-76页
        4.2.2 淬冷器主要尺寸的确定第76-77页
        4.2.3 喷嘴分布的确定第77-83页
    4.3 适用于年产3000吨乙炔工艺的新型环隙式淬冷器的加工第83-87页
    4.4 适用于年产6000吨乙炔工艺的新型环隙式淬冷器的设计第87-88页
        4.4.1 淬冷水量的计算第87-88页
        4.4.2 淬冷器内芯及本体内径的计算第88页
    4.5 本章小结第88-90页
5、新型圆筒式淬冷器的设计第90-100页
    5.1 设计背景第90页
    5.2 传热系数及淬冷水柱最小直径的估算第90-96页
    5.3 新型圆筒式淬冷器的设计思路第96-98页
    5.4 本章小结第98-100页
6、结论与展望第100-102页
    6.1 结论第100-101页
    6.2 对后续工作的建议第101-102页
参考文献第102-108页
作者简介及科研成果第108页
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