CN103131453B - 一种含碳物热解评价装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含碳物热解评价装置，包括热解炉（1）、过滤器（2）、一级冷凝器（3）、二级冷凝器（4）、一级冷凝器储液罐（6）、二级冷凝器储液罐（7）、气体油水分离器（8）、分离器储液罐（9）、流量计（10）和储气罐（11），其中热解炉（1）气出口依次与过滤器（2）、一级冷凝器（3）、二级冷凝器（4）、气体油水分离器（8）、流量计（10）、储气罐（11）连接，一级冷凝器（3）液出口与一级冷凝器储蓄罐（6）连接，二级冷凝器（4）液出口与二级冷凝器储液罐（7）连接，气体油水分离器（8）液出口与分离器储液罐（9）连接；该装置可完成煤、生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等含碳物的热解工艺评价，设备投资少，易操作。
Description
技术领域
本发明涉及化学化工技术领域，具体涉及一种含碳物热解评价装置。
背景技术
进入21世纪，随着经济的高速增长，对化工原料的需求也急剧增加，在化工原料结构中，煤炭占一半以上，“发展煤化工，开发和推广洁净煤技术”已经成为产业界和学术界的共识。为了实现煤炭资源的分级高效利用，学术界提出了“煤拔头”的工艺设想，通过煤干馏技术充分在煤中提取气体、液体燃料和精细化学品。然而，由于煤本身化学性质和物理性质的复杂性，在对原料煤选择热解工艺前，应对其煤气、焦油和半焦产率进行评价，评价结果的可靠性和精确性是正确选择热解工艺的关键所在，也是实现原料煤分级高效利用的前提。
另外，我国的生物质资源非常丰富，每年产生大约6.5亿吨农业秸秆，加上薪柴及林业废弃物等，折合能量4.6亿吨标准煤，预计到2050年将增加到9.04亿吨，相当于6亿多吨标准煤。我国每年的森林耗材达到2.1亿立方米，折合1.2亿吨标准煤的能量。另外，全国城市生活垃圾年产量已超过1.5亿吨，到2020年年产量将达2.1亿吨，垃圾中的有机质含量平均约为40%，年产1.5亿吨的“城市垃圾”中，被丢弃的“可再生资源”价值高达250亿元！这些资源若未经治理直接焚烧、排放入水体、堆积必将造成资源浪费，以及空气、土壤、地表水和地下水等环境污染和人类生存环境的恶化。然而若将生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等为原料，经热解之后可以生产出油、气和固体碳，部分替代煤、油、天然气等资源。但是，为了确保经济效益，仍然需要对相关生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等热解原料的煤气、焦油和半焦产率进行评价。
热解评价装置的传统设计思路是根据工艺要求将评价装置固定为某一含碳物的热解评价，相关的操作条件（如：温度、压力、升温速率等）被局限在非常窄的区间内，一旦工艺评价完成后，此评价装置很难再用于评价其他工艺，结果造成实验资源的严重浪费，研发成本大幅度增加，不利于企业的健康发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种含碳物热解评价装置，该装置可以完成各种煤、生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等含碳物的热解工艺评价，设备投资少，易操作。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种含碳物热解评价装置，包括热解炉1、过滤器2、一级冷凝器3、二级冷凝器4、一级冷凝器储液罐6、二级冷凝器储液罐7、气体油水分离器8、分离器储液罐9、流量计10和储气罐11，其中所述热解炉1的气出口依次与过滤器2、一级冷凝器3、二级冷凝器4、气体油水分离器8、流量计10、储气罐11连接，使得气体在其中连通，所述一级冷凝器3的液出口与一级冷凝器储蓄罐6连接，所述二级冷凝器4的液出口与二级冷凝器储液罐7连接，所述气体油水分离器8的液出口与分离器储液罐9连接。
还包括制冷机组5，其中所述制冷机组5冷却液的两个出口分别与一级冷凝器3和二级冷凝器4的管程冷却液入口相连通，所述一级冷凝器3和二级冷凝器4的管程冷却液出口与制冷机组5冷却液的两个入口相连通。
还包括温度程序控制装置12，所述制冷机组5的两个冷却液出口各布置1个温度程序控制装置12，温度控制精度在±3℃。
还包括温度程序控制装置12和压力程序控制装置13，所述一级冷凝器3气出口和二级冷凝器4的气出口均设置有温度程序控制装置和压力程序控制装置，温度控制精度±3℃，压力控制精度±0.5％F.S.。
所述热解炉1的炉瓦、炉壁沿轴向布置4个温度程序控制装置12。
所述热解炉1内沿轴向布置4个温度程序控制装置12。
所述热解炉1设置有炉膛压力程序控制装置13。
所述热解炉1采用程序控制温度和压力，升温速率是0-50℃/min，热解温度≤750℃，温度控制精度是±3℃，操作压力≤0.1Mpa，压力控制精度±0.5％F.S.。
应用本发明的有益效果：本发明可完成不同种类的煤、生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等含碳物的热解工艺评价试验。同时，热解炉炉瓦、炉壁沿轴向布置有温度程序控制点，能够有效监测炉瓦的工作情况以及轴向温度分布，避免炉瓦超温造成热解炉损坏，同时可以测量炉壁的散热损失。热解炉内沿轴向布置有物料热解温度程序控制点，用于检测热解炉内的物料热解温度，并测量和记录物料热解温度的轴向分布。热解炉设置有炉膛压力程序控制点，用于设置、调节和监控热解炉内的压力，可以将热解压力精确地控制在试验要求的范围内。热解炉采用程序控制升温，升温速度快，最大升温速率达到50℃/min，温度控制精度高。采用制冷机组强制间冷，通过调节制冷机组的频率控制一、二级冷凝器内冷却液的流量和温度，可以将荒煤气的冷却温度的误差范围控制在±3℃，与传统的冷却方式相比，可以将荒煤气中的液体产物按照试验要求全部冷凝下来，同时可以避免水直冷时荒煤气对冷却水的夹带，有效保证了试验液体产物和气体产物的计量精度；此外，荒煤气冷却过程中不会产生额外的污染物。
附图说明
图1为本发明一种含碳物热解评价装置的工艺流程图
1、热解炉 2、过滤器 3、一级冷凝器 4、二级冷凝器
5、制冷机组 6、一级冷凝器储液罐 7、二级冷凝器储液罐
8、气体油水分离器 9、分离器储液罐 10、流量计
11、储气罐 12、温度程序控制装置 13、压力程序控制装置
具体实施方式
为更好的说明本发明，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明的热解评价装置为：
包括热解炉1、过滤器2、一级冷凝器3、二级冷凝器4、制冷机组5、一级冷凝器储液罐6、二级冷凝器储液罐7、气体油水分离器8、分离器储液罐9、流量计10和储气罐11，热解炉1的气体出口与过滤器2气体入口相通，过滤器2气体出口与一级冷凝器3的壳程气体入口相通，一级冷凝器3下部的液体出口与一级冷凝器储液罐6相通，一级冷凝器3的壳程气体出口与二级冷凝器4的壳程气体入口相通，二级冷凝器4下部的液体出口与二级冷凝器储液罐7相通，二级冷凝器4的壳程气体出口与气体油水分离器8的气体入口相通，气体油水分离器8下部的液体出口与分离器储液罐9相通，气体油水分离器8气体出口与流量计10气体入口相通，流量计10气体出口与储气罐11相通。制冷机组5冷却液的两个出口分别与一级冷凝器3和二级冷凝器4的管程冷却液入口相通，一级冷凝器3和二级冷凝器4的管程冷却液出口与制冷机组5冷却液的两个入口相通。
制冷机组5冷却液的两个出口各布置1个温度程序控制装置12，温度控制精度在±3℃。
一级冷凝器3和二级冷凝器4的壳程气体出口分别布置温度程序控制装置12和压力程序控制装置13各一个，温度控制精度±3℃，压力控制精度±0.5％F.S.。
热解炉1的炉瓦、炉壁沿轴向布置4个温度程序控制程序12。
热解炉1内沿轴向布置4个温度程序控制装置12。
热解炉1设置有炉膛压力程序控制装置13。
热解炉1采用程序控制升温，升温速率是0-50℃/min，热解温度≤750℃，温度控制精度是±3℃，操作压力≤0.1Mpa，压力控制精度±0.5％F.S.。
以褐煤热解工艺评价为例，该发明工艺流程为：
（1）将粒径为10-50mm的3kg褐煤放入热解炉1中，然后由热解炉1底部通入氮气对整个装置进行吹扫，并在储气罐11上安装的气体取样口采集气体分析，合格后以15℃/min的升温速率将热解炉1升温到650℃；
（2）热解炉1中的褐煤受热后快速升温到热解温度并发生热解反应，产生的荒煤气进入过滤器2过滤夹带的焦粉；
（3）过滤后的荒煤气进入一级冷凝器3的壳程，与来自制冷机组5的流经一级冷凝器3管程的冷却介质进行换热，冷却后的液体产物进入一级冷凝器储液罐6储存；
（4）经过一级冷凝器3冷却的荒煤气进入二级冷凝器4的壳程，与来自制冷机组5的流经二级冷凝器4管程的冷却介质进行进一步换热，冷却后的液体产物进入二级冷凝器储液罐7储存；
（5）经过二级冷凝器4冷却的荒煤气进入气体油水分离器8完成煤气的油水分离，分离的液体产物储存在分离器储液罐9内；
（6）分离后的煤气经流量计10计量后进入储气罐11储存。
（7）试验完成后，打开热解炉1取出热解炉1内热解后的剩余固体并称重，同时取出一级冷凝器储液罐6、二级冷凝器储液罐7和分离器储液罐9的液体并称重，根据上述固体、液体产物的质量和流量计10计量的气体体积，计算出本次试验褐煤热解后的固体、液体和气体产物产率，并对相关固体、液体和气体产物取样分析。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及进步：
（1）本发明可以完成不同种类的煤、生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等含碳物的热解工艺评价试验。
（2）热解炉炉瓦、炉壁沿轴向布置有温度程序控制点，能够有效监测炉瓦的工作情况以及轴向温度分布，避免炉瓦超温造成热解炉损坏，同时可以测量炉壁的散热损失。
（3）热解炉内沿轴向布置有物料热解温度程序控制点，用于检测热解炉内的物料热解温度，并测量和记录物料热解温度的轴向分布。
（4）热解炉设置有炉膛压力程序控制点，用于设置、调节和监控热解炉内的压力，可以将热解压力精确地控制在试验要求的范围内。
（5）热解炉采用程序控制升温，升温速度快，最大升温速率达到50℃/min，温度控制精度高。
（6）采用制冷机组强制间冷，通过调节制冷机组的频率控制一、二级冷凝器内冷却液的流量和温度，可以将荒煤气的冷却温度的误差范围控制在±3℃，与传统的冷却方式相比，可以将荒煤气中的液体产物按照试验要求全部冷凝下来，同时可以避免水直冷时荒煤气对冷却水的夹带，有效保证了试验液体产物和气体产物的计量精度；此外，荒煤气冷却过程中不会产生额外的污染物。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种含碳物热解评价装置，其特征在于,包括热解炉(1)、过滤器(2)、一级冷凝器(3)、二级冷凝器(4)、制冷机组(5)、一级冷凝器储液罐(6)、二级冷凝器储液罐(7)、气体油水分离器(8)、分离器储液罐(9)、流量计(10)和储气罐(11)，其中所述热解炉(1)的气出口依次与过滤器(2)、一级冷凝器(3)、二级冷凝器(4)、气体油水分离器(8)、流量计(10)、储气罐(11)连接，使得气体在其中连通，所述一级冷凝器(3)的液出口与一级冷凝器储蓄罐(6)连接，所述二级冷凝器(4)的液出口与二级冷凝器储液罐(7)连接，所述气体油水分离器(8)的液出口与分离器储液罐(9)连接，所述制冷机组(5)冷却液的两个出口分别与一级冷凝器(3)和二级冷凝器(4)的管程冷却液入口相连通，所述一级冷凝器(3)和二级冷凝器(4)的管程冷却液出口与制冷机组(5)冷却液的两个入口相连通；
还包括温度程序控制装置(12)，所述制冷机组(5)的两个冷却液出口各布置1个温度程序控制装置(12)，温度控制精度在±3℃；
以及压力程序控制装置(13)，所述一级冷凝器(3)气出口和二级冷凝器(4)的气出口均设置有温度程序控制装置(12)和压力程序控制装置(13)，温度控制精度±3℃，压力控制精度±0.5％F.S.；
所述热解炉(1)采用程序控制温度和压力，升温速率是0-50℃/min，热解温度≤750℃，温度控制精度是±3℃，操作压力≤0.1Mpa，压力控制精度±0.5％F.S.。
2.根据权利要求1所述的含碳物热解评价装置，其特征在于，所述热解炉(1)的炉瓦、炉壁沿轴向布置4个温度程序控制装置(12)。
3.根据权利要求1所述的含碳物热解评价装置，其特征在于，所述热解炉(1)内沿轴向布置4个温度程序控制装置(12)。
4.根据权利要求1所述的含碳物热解评价装置，其特征在于，所述热解炉
(1)设置有炉膛压力程序控制装置(13)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 102200 Beijing City, Changping District science and Technology Park Chang Huai Lu No. 155 Patentee after: Shenwu science and technology group Limited by Share Ltd Address before: 102200 Beijing city Changping District Machi Town cow Road No. 18 Patentee before: Beijing Shenwu Environment Energy Technology Group Co., Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Pyrolytic evaluation device for carbon-containing substances Effective date of registration: 20180307 Granted publication date: 20150701 Pledgee: Bank of Nanjing, Limited by Share Ltd, Beijing branch Pledgor: Shenwu science and technology group Limited by Share Ltd Registration number: 2018990000177 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20180724 Granted publication date: 20150701 |
|
| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20210724 Granted publication date: 20150701 |
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| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20210724 Granted publication date: 20150701 |
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| PP01 | Preservation of patent right |