【摘要】：氧化不熔化過程是制備煤瀝青基球狀活性炭的關(guān)鍵步驟,因其耗時長、耗能大成為制約該產(chǎn)業(yè)工業(yè)化、規(guī)�；l(fā)展的重要因素。為了進(jìn)一步發(fā)展煤瀝青深加工產(chǎn)業(yè)并滿足國內(nèi)高品質(zhì)活性炭需求,本文針對煤瀝青球的氧化不熔化過程開展了相關(guān)研究,旨在掌握煤瀝青球氧化不熔化過程特性,并對回轉(zhuǎn)窯這一中試反應(yīng)器的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制,為后續(xù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論和數(shù)據(jù)支持。通過熱重分析研究了煤瀝青球氧化不熔化的過程特性和動力學(xué)特性,同時分析了粒徑范圍、升溫速率以及氧化溫度的影響,并通過元素分析和掃描電鏡掌握了煤瀝青球的成分特性與表面形貌。結(jié)果表明:氧化不熔化過程可明顯分為輕組分熱解、初步氧化、氧化增重以及恒溫氧化失重4個階段;減小粒徑、選用合適的升溫速率以及盡可能的提高氧化溫度更有利于氧化不熔化快速穩(wěn)定地進(jìn)行。建立了管式爐試驗(yàn)系統(tǒng),研究了升溫速率、堆積厚度、氧化溫度及氧氣濃度對氧化不熔化過程的氣體析出特性和固體形貌結(jié)構(gòu)特性的影響。結(jié)果表明:該過程中煤瀝青球的脂肪側(cè)鏈以及部分芳環(huán)上的C-H斷裂,斷鍵相互交聯(lián)縮合為穩(wěn)定稠環(huán)結(jié)構(gòu)或吸氧形成C-O或C=O等耐熱型含氧官能團(tuán),同時釋放出CO_2、CO、CH_4以及H_2O等低分子氣體,并析出萘、苯并噻吩、熒蒽等高分子芳烴類物質(zhì);降低升溫速率,選用適中的堆積厚度、提高氧化溫度以及增大氧氣濃度都會導(dǎo)致CO_2、CO的單位生成質(zhì)量增加,形成更多的穩(wěn)定型含氧官能團(tuán),有助于加深氧化反應(yīng)程度和改善氧化不熔化效果。基于試驗(yàn)結(jié)果建立了煤瀝青球的氧化反應(yīng)動力學(xué)模型,以回轉(zhuǎn)窯為研究對象,基于雙歐拉方法建立了煤瀝青球氧化過程的三維流動模型并耦合傳熱傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng),開展了數(shù)值試驗(yàn)并考察空氣流量和轉(zhuǎn)速對回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部氣固流動、傳熱和反應(yīng)特性的影響,為操作參數(shù)的優(yōu)化控制提供指導(dǎo)。結(jié)果表明:窯內(nèi)顆粒處于滾動狀態(tài),堆積區(qū)域可明顯分為速度較大、反應(yīng)活躍的活動層和速度較小、基本不發(fā)生混合的被動層;活動層內(nèi)氣固充分接觸,溫度與濃度變化劇烈,為氧化反應(yīng)的主要區(qū)域;煤瀝青球的轉(zhuǎn)化率隨著空氣流量增加僅微弱增大,而隨著轉(zhuǎn)速提高發(fā)生顯著上升。最后結(jié)合試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果確定了空氣流量為3m~3/h、轉(zhuǎn)速為0.035rad/s以及分溫度段控制的最佳試驗(yàn)操作方案,并在回轉(zhuǎn)窯上開展了中試試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煤瀝青球氧化不熔化處理的順利運(yùn)行,制備得到了品貌良好的煤瀝青氧化球。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ522.65

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本文編號：2803378