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针对在传统Acheson法生产SiC过程中,产生了大量富含CO的气体但却被白白地浪费掉的现状,利用作者导师发明的多热源合成SiC新技术,自行设计了多种用于气体收集的密封方式及配套的集气罩。为设置合适的集气罩安装高度,特对炉表、集气罩以及炉表与集气罩之间的各点温度分布及其影响因素做了研究,并对气体收集过程中不同时刻逸出气体的组成、酸碱性、流量、压强及影响因素进行了实验研究。针对碳化硅冶炼易发生喷炉事故,而且合成炉内逸出气体具有易燃易爆性,对气体收集安全性进行了实验研究,最后对气体净化及应用做了客观分析。
以钢带与压杆组合密封炉及集气罩用纤维涂层复合材料为主体的收集系统,密封性好,质量轻,易拆离,便于移动和安装。集气空间内各点温度均随供电时间延长而升高,同一时刻,炉内各点的温度随着距炉表位置的升高而降低(集气罩除外)。在实验设定的集气罩距炉表50cm安装高度下,集气罩最高温度为440℃。选用高煤化程度的碳质原料以及焙烧料法的冶炼工艺有助于提高合成气中CO的浓度,降低H2和CH4的含量。在焙烧料法合成实验中,宁夏无烟煤合成气CO浓度在65.8%~92.1%不等,平均浓度达81%,H2的浓度在2.8%~21.2%之间,CH4含量几乎为零,其次为陕北焦炭,CO的平均浓度达70%左右,最后是陕北烟煤,其CO浓度仅为65%左右。使用pH广泛试纸测得煤化程度高的无烟煤合成气酸碱值约为6.5,其它低煤化程度的煤种合成气呈弱碱性,酸碱值约为8.5。在使用钢制集气罩收集气体的整个实验过程中,气体的压强、流量均比较稳定,变化较小,压力约为5kPa,流量为6~12m3/h不等。喷炉与气体爆炸实验表明:若严格按照操作规程执行,气体收集安全性可以得到保证。
产品XRD和SEM等测试分析结果表明:合成SiC产品的晶体含量、结晶类型的一致性,晶体形貌特征都比较好,而且气体收集对SiC产品的产量无影响。烟煤的高温孔隙结构以及焦炭高温下的表面微碳化均会提高合成SiC产品中的6H-SiC多型含量。
气体净化及应用分析结果表明:如将气体用以火力发电,将使碳化硅冶炼成本降低25.8%;用于普通燃料煤气,每生产1吨SiC,将可产生3463元的附加值;作为基础化工原料生产甲醇、醋酸等化工产品,前景良好,经济效益巨大。