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流态化炭粉末在非等容管道中的爆炸特性实验研究

作　者: 来诚锋
导　师: 段滋华；张永发
学　校: 太原理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 流态化炭粉末 爆炸压力 爆炸压力上升速率 CH4-CO2重整
分类号: O381
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


采用流态化技术进行炭催化CH4-CO2重整反应,在反应器的入口部位存在一个炭粉末、O2和CH4-CO2气固混合体系,即“炭粉末+O2+ CH4+ CO2”体系,且该混合体系在反应器入口具有较高的温度,易诱发爆炸事故,对炭催化CH4-CO2重整反应造成巨大的安全隐患,流态化炭粉末爆炸事故每年都会造成重大的经济损失和人员伤亡。因此对流态化炭粉末爆炸特性的研究是CH4-CO2重整反应安全技术领域的主要课题之一。本文主要针对氧化性混合气体条件下,不同炭粉末母体材料,即不同变质程度的粉煤,进行了预热管道中非等容条件下的爆炸特性实验研究。为确保炭催化CH4-CO2重整反应在安全条件下运行提供了可靠的实验依据,具有十分重要的社会和经济意义。本论文研究内容主要包括以下三方面:一、气体、粉尘爆炸机理研究,分别对气体、粉尘的爆炸机理进行了研究;二、流态化炭粉末爆炸特性实验研究,主要分为:(1)实验方案的制定;(2)实验装置的制备;(3)爆炸特性实验。对流态化炭粉末的爆炸特性及影响因素进行了实验研究。三、爆炸特性分析,主要针对炭粉末原样以及爆炸后的产物进行了工业分析及SEM电镜分析,从而对挥发性炭粉末的爆炸机理及爆炸前后的表面特征进行了分析。通过对流态化炭粉末在非等容管道中的爆炸特性研究,得出以下结论:1.最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率随流态化炭粉末浓度增加而先增后减,呈抛物线形式分布,可获得一个能够使爆炸强度最强烈的浓度;2.炭粉末挥发分对爆炸强度影响显著,炭粉末挥发分越高,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大,其对应的能够使爆炸强度最强烈的爆炸浓度也越低;3.爆炸装置的初始温度对最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率的影响,爆炸装置的初始温度越低,流态化炭粉末最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大,且温度越低,流态化炭粉末能够使爆炸强度最强烈的爆炸浓度越大。但是温度越低,流态化炭粉末的可爆范围越窄;4.流态化炭粉末粒径越小,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大;5.随着初始压力的升高,最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率逐渐升高,且呈线性分布。本文的创新点在于:在纯氧环境下,在非等容管道中通过非点火方式对炭催化CH4-CO2重整原料混合体系的爆炸特性进行了研究,得出炭粉末爆炸是炭粉末热解后,挥发分首先释放出来参与了反应,从而引发爆炸,在本质上是气体爆炸。本文在非等容管道中对炭粉末爆炸特性进行了实验研究,得出了一些合理的结论,为石油化工、煤化工工业中CH4-CO2重整反应在安全条件下进行提供了可靠的实验依据。

全文目录


摘要  3-6
ABSTRACT  6-13
第一章 文献综述  13-45
  1.1 绪论  13-15
    1.1.1 研究目的和意义  13-14
    1.1.2 本文的主要工作  14-15
  1.2 国内外研究进展  15-32
    1.2.1 气体爆炸  15-22
    1.2.2 粉尘爆炸  22-32
  1.3 爆炸机理研究  32-44
    1.3.1 气体爆炸  32-38
    1.3.2 粉尘爆炸  38-44
  1.4 本章小结  44-45
第二章 实验研究  45-53
  2.1 实验目的  45
  2.2 实验装置  45-50
    2.2.1 爆炸装置  45-46
    2.2.2 流化装置  46
    2.2.3 加热系统  46-48
    2.2.4 配气系统  48
    2.2.5 数据采集系统  48-50
  2.3 实验方案的制定  50-51
    2.3.1 实验原理  50
    2.3.2 实验步骤  50-51
  2.4 实验工况  51-52
    2.4.1 实验用炭粉末  51-52
    2.4.2 实验用气  52
  2.5 本章小结  52-53
第三章 爆炸特性分析  53-69
  3.1 爆炸曲线及数据处理方法  53-54
    3.1.1 数据采集及处理方法  53
    3.1.2 爆炸特性参数曲线  53-54
  3.2 爆炸特性分析  54-63
    3.2.1 炭粉末浓度的影响  54-56
    3.2.2 炭粉末挥发分的影响  56-57
    3.2.3 温度影响  57-60
    3.2.4 粒径影响  60-61
    3.2.5 初始压力影响  61-63
  3.3 爆炸产物分析  63-68
    3.3.1 爆炸前后工业分析  63-65
    3.3.2 电镜图像分析  65-68
  3.4 本章小结  68-69
第四章 结论及展望  69-71
  4.1 结论  69-70
  4.2 展望  70-71
参考文献  71-75
附录  75-79
  附录 A 炭粉末工业分析数据  75-77
  附录 B 炭粉末爆炸特性实验数据  77-79
致谢  79-80
攻读学位期间发表的学术论文目录  80

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中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 爆炸力学 > 爆震（爆轰）理论
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