CN104155326A - 多功能含碳物质热解评价装置及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多功能含碳物质热解评价装置，其包括：反应器(1)、冷凝装置或含尘量测试装置(16)、气体油水分离器(8)、分离器储液罐(9)、第一气体流量计(10)、储气罐(11)、气体强制循环装置；其中，反应器(1)、冷凝装置或含尘量测试装置(16)、气体油水分离器(8)、第一气体流量计(10)、储气罐(11)依次连通；气体油水分离器(8)的液出口与分离器储液罐(9)相连。本发明的热解评价装置可以进行不同种类的煤、生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等含碳物的低温干馏、强制对流换热、加氢热解以及含尘测量等多种评价试验和定量分析。本发明还提供了一种多功能含碳物质的热解评价方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能含碳物质热解评价装置及评价方法。
背景技术
2012年我国煤炭产量36.5亿吨，约占一次能源生产总量78.4％，煤炭消费约占一次能源消费总量72.6％。同时，国际石油价格持续攀升并高位振荡，2012年，中国消费石油4.89亿吨，石油净进口2.84亿吨，对外依存度58％，比上年提高1.5％。煤化工与石油化工相比具备了一定的竞争力。因此，发展煤炭的低碳、清洁、高效利用对缓解可持续发展压力以及能源战略安全问题具有重大意义。煤在隔绝空气的条件下进行加热，在不同的温度下发生一系列物理变化和化学反应的复杂过程称为煤的热解，也叫煤的干馏或热分解。煤的干馏是气化、燃烧等其它化学过程的第一步，也是实现煤炭煤分质梯级利用的必要过程。
目前常见的干馏技术按加热方式可分为外热式和内热式。内热式干馏技术以高温气体或固体热载体与物料直接接触换热进行热解，该类技术虽然具有传热效率高且加热速率快的优点，但突出问题是热解过程中由于夹带、混合等作用导致煤气与焦油中含尘量高，后续分离和处理工艺复杂。外热式干馏技术通过加热壁向物料传热，物料层由外向内导热升温，在该过程中由于物料的导热性差，导致物料升温速率低、物料温度分布不均匀、热解油、气溢出阻力大、停留时间长等不利因素。可见，强制对流换热技术的引入是解决外热式干馏技术缺陷的一种途径。同时，在增强传热效果的同时如何尽量控制粉尘夹带也是必要的研究课题。
现有的含碳物质热解评价装置与方法中，如中国专利CN202450043U、CN103131453A等热解评价系统中均未涉及到对热解过程含尘量的考察、强制对流换热试验方法以及对两者之间影响关系的研究。
发明内容
本发明针对现有内热式和外热式干馏技术中对粉尘夹带和强制对流换热协同作用研究的不足，提供了一种将低温干馏、强制对流换热、加氢热解以及含尘测量等多种功能有效结合的多功能含碳物质热解评价装置及评价方法。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。
本发明提供了一种多功能含碳物质热解评价装置，其包括：反应器1、冷凝装置或含尘量测试装置16、气体油水分离器8、分离器储液罐9、第一气体流量计10、储气罐11、气体强制循环装置；
其中，反应器1、冷凝装置或含尘量测试装置16、气体油水分离器8、第一气体流量计10、储气罐11依次连通；气体油水分离器8的液出口与分离器储液罐9相连；
所述冷凝装置包括：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；其中，过滤器2、一级冷凝器3、二级冷凝器4依次连通；过滤器2与反应器1的气体出口相连；一级冷凝器3的液出口与一级冷凝器储液罐6相连；二级冷凝器4的液出口与二级冷凝器储液罐7相连；
所述含尘量测试装置16包括：冷井20、放置在冷井20中的洗气瓶21；所述冷井20为多级冷井，优选为三级冷井或多于三级的冷井；
所述气体强制循环装置包括：配气系统19或配气系统19和循环泵12、混气罐13、第二气体流量计14、气体预热器15；其中，配气系统19或配气系统19和循环泵12依次与混气罐13、第二气体流量计14、气体预热器15连通；循环泵12与储气罐11相连，气体预热器15与反应器1气体入口相连。
根据本发明的多功能含碳物质热解评价装置还包括：制冷机组5；其中，制冷机组5的两个冷却液出口分别与一级冷凝器3和二级冷凝器4的冷却液入口相连通；一级冷凝器3和二级冷凝器4的冷却液出口分别与制冷机组5的两个冷却液入口相连通。
本发明的多功能含碳物质热解评价装置还包括：多个压力程序控制装置17以及多个温度程序控制装置18，其中，反应器1的气体出口、二级冷凝器4的气体出口或者含尘量测试装置16的气体出口、混气罐13上分别布置有压力程序控制装置17；二级冷凝器4的气体出口或者含尘量测试装置16的气体出口、预热器15出口分别布置有温度程序控制装置18；
制冷机组5的两个冷却液出口分别布置有温度程序控制装置18。
温度程序控制装置18的温度控制精度±3℃，压力程序控制装置17的压力控制精度±0.5％F.S.。
根据本发明的多功能含碳物质热解评价装置，反应器1设置有能耗监测系统和DCS系统。
根据本发明的多功能含碳物质热解评价装置，反应器1设置有热电偶。
在本发明的一个实施例中，多功能含碳物质热解评价装置包括：反应器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、第一气体流量计10、储气罐11、气体强制循环装置；其中，反应器1、过滤器2、一级冷凝器3、二级冷凝器4、气体油水分离器8、分离器储液罐9、第一气体流量计10、储气罐11依次连通；所述气体强制循环装置包括：配气系统19或配气系统19和循环泵12、混气罐13、第二气体流量计14、气体预热器15；其中，配气系统19或配气系统19和循环泵12依次与混气罐13、第二气体流量计14、气体预热器15相连通；循环泵12与储气罐11相连，气体预热器15与反应器1气入口相连。
在本发明的另一个实施例中，多功能含碳物质热解评价装置包括：反应器1、含尘量测试装置16、气体油水分离器8、分离器储液罐9、第一气体流量计10、储气罐11、气体强制循环装置；其中，反应器1、含尘量测试装置16、气体油水分离器8、第一气体流量计10、储气罐11依次连通；所述气体强制循环装置包括：配气系统19或配气系统19和循环泵12、混气罐13、第二气体流量计14、气体预热器15；其中，配气系统19或配气系统19和循环泵12依次与混气罐13、第二气体流量计14、气体预热器15相连通；循环泵12与储气罐11相连，气体预热器15与反应器1气入口相连。
本发明还提供了一种多功能含碳物质热解评价方法，其包括：
(1)向反应器提供用于加氢热解的富氢气体的步骤；
或者，向反应器提供强制对流换热气体的步骤；
(2)在反应器内，含碳物质在富氢环境下或者在强制对流换热气体下进行热解的步骤；
(3)在冷凝装置中对热解气进行冷凝以及收集冷凝液的步骤；
或者，在含尘量测试装置中对热解气进行冷凝、洗涤以及然后分离、收集并计量冷凝液和粉尘的步骤；
(4)在气体油水分离器中对冷凝的热解气进行油水分离并收集液体的步骤；
(5)计量并收集冷凝气体的步骤。
其中，在步骤(1)中，用于加氢热解的富氢气体或者强制对流换热气体为全部由配气系统19提供的气体或者经循环泵12抽出的来自储气罐11中的热解气体和配气系统19补充的气体的混合气体；具体地，全部由配气系统19提供的气体或者经循环泵12抽出的来自储气罐11中的热解气体和配气系统19补充的气体的混合气体经混气罐13和第二气体流量计14后，进入气体预热器15，经预热后进入反应器1；
在步骤(2)中，将粒径为10-50mm的块状物料放入反应器1中，然后由反应器1底部氮气吹扫入口通入氮气进行系统吹扫，达到低氧环境；通过DCS控制系统设定反应器1的热解温度、升温程序以及热解时间等操作条件，在反应器1中，含碳物质在富氢环境下或者在强制对流换热气体下进行热解反应；
在步骤(3)中，反应产生的高温(500℃-600℃)荒煤气经过过滤器2后，进入一级冷凝器3的壳程，冷却后的液体产物进入一级冷凝器储液罐6储存；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，冷却后的液体产物进入二级冷凝器储液罐7储存；具体地，反应产生的高温(500℃-600℃)荒煤气通过带有伴热装置的管路进入主路的过滤器2滤掉粉尘后，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；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，取出储液罐6和7中的液体并称重；
或者，在步骤(3)中，反应器1中产生的高温荒煤气与强制对流换热气体以及夹带的粉尘一起进入含尘量测试单元16，进行冷凝和溶剂洗涤处理，然后通过分离方法将含尘量测试单元16中的粉尘、焦油及溶剂进行分离；具体地，反应器1中产生的高温荒煤气与强制对流换热气体以及夹带的粉尘一起进入含尘量测试单元16，进行冷凝以及溶剂洗尘、洗油净化，然后通过分离方法可将含尘量测试单元16中的粉尘、焦油及溶剂进行分离，烘干称量后获得含尘量；
在步骤(4)中，经过二级冷凝器4冷却的煤气(20-30℃)或者经含尘量测试装置16处理的煤气(20-30℃)进入气体油水分离器8，完成煤气的脱油脱水，分离的液体进入分离器储液罐9，取出储液罐9中的液体并称重；
在步骤(5)中，经气体油水分离器8脱油脱水后的煤气经湿式第一气体流量计10计量煤气流量后，进入煤气储罐11。
试验完成后，通过煤气储罐11上的取气口取出气体样品进行色谱分析；同时打开反应器1取出反应器1内热解后的剩余固体并称重；取出储液罐6、7和9中的液体并称重，根据上述固体、液体产物的质量和流量计10计量的气体体积及色谱分析数据，计算出含碳物质热解后的固体、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；
或者，通过分离方法可将含尘量测试单元16中的粉尘、焦油及溶剂进行分离；烘干称量后获得含尘量，同时可获得由第二气体流量计14计量得到的循环气量，进而获得含尘量与强制对流换热气量的关系。
在一个实施例中，提供了一种多功能含碳物质热解评价方法，其包括：
(1)向反应器提供用于加氢热解的富氢气体的步骤；
(2)在反应器内，含碳物质在富氢环境下进行热解的步骤；
(3)在冷凝装置中对热解气进行冷凝以及收集冷凝液的步骤；
(4)在气体油水分离器中对冷凝的热解气进行油水分离并收集液体的步骤；
(5)计量并收集冷凝气体的步骤。
该方法可以评价不同含碳物质在不同富氢环境下的热解反应，考察富氢气体的成分、流量等对热解反应的影响。
在另一个实施例中，提供了一种多功能含碳物质热解评价方法，其包括：
(1)向反应器提供强制对流换热气体的步骤；
(2)在反应器内，含碳物质在强制对流换热气体下进行热解的步骤；
(3)在含尘量测试装置中对热解气进行冷凝、洗涤以及然后分离、收集并计量冷凝液和粉尘的步骤；
(4)在气体油水分离器中对冷凝的热解气进行油水分离并收集液体的步骤；
(5)计量并收集冷凝气体的步骤。
该评价方法通过分析含尘量和循环气量的关系，可以获得含尘量与强制对流换热气量的关系；考察强制对流这种增强换热强度方式下，物料粒径、循环气量、循环气体温度等条件对热解反应产物分布和性质、气体夹带的含尘量以及反应时间和能耗的影响，进而获得热解过程适宜的操作条件。
在本发明中，富氢气体是指气体中富含H2、CH4和H2O等可以在热解过程中提供氢原子进而满足加氢热解改善产品产率和性质目的的气体。本发明中要求富氢气体中含氢量(原子个数比)不低于40％。
强制对流换热气体是指为了考察强制对流条件对反应器内物料传热及气体中粉尘夹带影响而通入的惰性气体或自身产生的热解气体，根据自身系统产气量和实验条件要求可以与配气系统联合使用，以满足系统对循环气量的要求。
含碳物质可为不同种类的煤、生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等含碳物。含碳物质的粒径可为10-50mm。
本发明同时包含能耗监测系统，可实现反应器能耗的实时监测用于分析反应过程中能耗分布特点。
加热系统由DCS系统在线控制并记录数据，反应温度不高于750℃，升温速率小于30℃/min；反应器1内设有可拆卸的气室，内有蓄热体，可起到均匀布气及预热气体的作用，进而提高热效率；反应器内带有多点热电偶，可以实现在线径向与轴向多点测温功能，实时监控径向及纵向温度。
本发明还可完成不同种类的煤、生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等含碳物在热解过程中的强制对流换热及含尘测量试验和定量分析。
附图说明
图1为根据本发明的多功能含碳物质热解评价装置的工艺流程图；
图2为根据本发明实施例1的含碳物质热解评价装置的工艺流程图；
图3为根据本发明实施例2的含碳物质热解评价装置的工艺流程图；以及
图4为根据本发明实施例3的含碳物质热解评价装置的工艺流程图。
具体实施方式
以下将会结合附图，对本发明的实施例作详细说明。
如图1所示，根据本发明的多功能含碳物质热解评价装置包括：反应器1、冷凝装置或含尘量测试装置16、气体油水分离器8、分离器储液罐9、第一气体流量计10、储气罐11、气体强制循环装置；
其中，反应器1、冷凝装置或含尘量测试装置16、气体油水分离器8、第一气体流量计10、储气罐11依次相连，使得气体在其中连通；气体油水分离器8的液出口与分离器储液罐9相连；
所述冷凝装置包括：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；其中，过滤器2、一级冷凝器3、二级冷凝器4依次连通；过滤器2与反应器1的气体出口相连；一级冷凝器3的液出口与一级冷凝器储液罐6相连；二级冷凝器4的液出口与二级冷凝器储液罐7相连；
所述含尘量测试装置16包括：三级冷井20、放置在冷井20中的洗气瓶21；三级冷井依次串联，洗气瓶21中放有溶剂用来洗去气体中的粉尘和焦油；
所述气体强制循环装置包括：配气系统19或配气系统19和循环泵12、混气罐13、第二气体流量计14、气体预热器15；其中，配气系统19或配气系统19和循环泵12依次与混气罐13、第二气体流量计14、气体预热器15连通；循环泵12分别与储气罐11和混气罐13相连，配气系统19与混气罐13相连，气体预热器15分别与第二气体流量计14和反应器1气体入口相连。
热解评价装置包括含尘量测试装置，含尘量测试装置以侧线形式与冷凝装置并联，用阀门进行切换，包括不凝气的累计计量仪器，可在线分析含尘量与不凝气的定量关系。
冷凝装置与含尘量测试装置以择一的方式运行，即，当冷凝装置处于运行状态时，含尘量测试装置处于关闭状态；反之，当含尘量测试装置处于运行状态时，冷凝装置处于关闭状态。
加氢热解的富氢气体可为全部由配气系统提供的气体(原料气)或经循环泵7抽出的来自储气罐6中已有的热解气体和配气系统补充气体的混合气体。
在图1中，热解评价装置还包括制冷机组5，其中，制冷机组5的两个冷却液出口分别与一级冷凝器3和二级冷凝器4的冷却液入口相连通；一级冷凝器3和二级冷凝器4的冷却液出口分别与制冷机组5的两个冷却液入口相连通。
在图1的热解评价装置中，反应器1的气体出口、二级冷凝器4的壳程气体出口或者含尘量测试装置16的气体出口、混气罐13上分别布置有压力程序控制装置17；二级冷凝器4的壳程气体出口和预热器15出口分别布置有温度程序控制装置18；制冷机组5的两个冷却液出口分别布置有温度程序控制装置18。
反应器1设置有能耗监测系统，可实现反应器能耗的实时监测用于分析反应过程中能耗分布特点。
反应器1设置有DCS控制系统，可设定反应器1的热解温度、升温程序以及热解时间等操作条件。
以褐煤加氢热解工艺为例，说明本发明的多功能含碳物质热解评价方法。
将粒径为10-50mm的3kg褐煤放入反应器1中，然后由反应器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的升温速率将反应器1升温到600℃；由配气系统提供的反应气(原料气)或者经循环泵12抽出的来自储气罐11中已有的热解气体和配气系统补充的混合气体在混气罐13稳压后经第二流量计14计量后进入气体预热器15，预热后的反应气体进入反应器1中与煤样进行加氢热解反应。反应产生的高温(500℃-600℃)荒煤气通过带有伴热装置的管路进入主路的过滤器2滤掉粉尘后进入一级冷凝器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；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；经过二级冷凝器4冷却的煤气(20-30℃)进入气体油水分离器8完成煤气的脱油脱水后经湿式流量计10计量煤气流量后进入煤气储罐11。试验完成后，通过煤气储罐11上的取气口取出气体样品进行色谱分析；同时打开反应器1取出反应器1内热解后的剩余固体并称重；取出储液罐6、7和9中的液体并称重，根据上述固体、液体产物的质量和第一气体流量计10计量的气体体积及色谱分析数据，计算出煤热解后的固体、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。进而可以考察反应气体(原料气)成分、流量等对热解反应的影响。
或者，由配气系统提供的原料气体或储气罐11中经循环泵12抽出的部分热解自产气和配气系统补充的混合气体进入混气罐13，经第二气体流量计14调节流量进入气体预热器15预热后进入反应器1中增强反应器1中物料的换热强度。反应器1中的褐煤在预热气体与反应器1的加热下热解，热解产生的高温荒煤气与强制对流换热气体以及夹带的粉尘一起进入侧线中含尘量测试单元16，通过溶剂进行多级洗尘、洗油净化后，冷却的煤气(20-30℃)进入气体油水分离器8，完成煤气的脱油脱水后经湿式第一气体流量计10计量煤气流量后进入煤气储罐11形成循环。试验完成后，通过分离方法可将含尘量测试单元16中的粉尘、焦油及溶剂进行分离，烘干称量后获得含尘量，同时可获得由第二气体流量计14计量得到的循环气量，进而获得含尘量与强制对流换热气量的关系。对于强制对流换热对热解反应的影响同样可通过分析热解固体、液体和气体产物产率以及产物性质得到。
实施例1
进行含碳物质的低温热解评价试验
如图2所示，将粒径为10-50mm的块状物料放入反应器1中，然后由反应器1底部氮气吹扫入口通入氮气进行系统吹扫，达到低氧环境。通过DCS控制系统设定反应器1的热解温度、升温程序以及热解时间等操作条件，反应器1按照温控程序进行升温在不同温度下进行热解反应。反应产生的高温(500℃-600℃)荒煤气通过带有伴热装置的管路进入主路的过滤器2滤掉粉尘后进入一级冷凝器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；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；经过二级冷凝器4冷却的煤气(20-30℃)进入气体油水过滤器8完成煤气的脱油脱水后经湿式流量计10计量煤气流量后进入煤气储罐11。试验完成后，通过煤气储罐11上的取气口取出气体样品进行色谱分析；同时打开反应器1取出反应器1内热解后的剩余固体并称重；取出储液罐6、7和9中的液体并称重，根据上述固体、液体产物的质量和流量计10计量的气体体积及色谱分析数据，计算出煤热解后的固体、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。本系统和方法可以实现对不同含碳物质低温干馏过程的评价，考察不同反应条件下干馏产物分布及性质。另外该系统中利用多点热电偶可获得不同反应时间和位置处物料的温度分布，通过关联试验产物情况可以获得不同含碳物质低温干馏宏观反应动力学。
实施例2
进行含碳物质的加氢热解评价试验
如图3所示，将不同性质的块状物料放入反应器1中，然后由反应器1底部氮气吹扫入口通入氮气进行系统吹扫，达到低氧环境。通过DCS控制系统设定反应器1的热解温度、升温程序以及热解时间等操作条件，反应器1按照温控程序进行升温在不同温度下进行热解反应。加氢热解的富氢气体可由配气系统提供或经循环泵12抽出的来自储气罐11中已有的热解气体和配气系统补充的混合气体调节来实现，调节后符合要求的混合气体进入混气罐13和第二流量计14调节流量后(可实现不同循环气量的控制和调节)进入气体预热器15预热后(可预热到600℃)进入反应器1中与反应器1中物料在富氢环境下进行热解反应，进而提高热解焦油和热解气产率和品质。反应产生的高温(500℃-600℃)荒煤气通过带有伴热装置的管路进入主路的过滤器2滤掉粉尘后进入一级冷凝器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；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；经过二级冷凝器4冷却的煤气(20-30℃)进入气体油水过滤器8完成煤气的脱油脱水后经湿式第一气体流量计10计量煤气流量后进入煤气储罐11循环使用。试验完成后，通过煤气储罐11上的取气口取出气体样品进行色谱分析；同时打开反应器1取出反应器1内热解后的剩余固体并称重；取出储液罐6、7和9中的液体并称重，根据上述固体、液体产物的质量和第一气体流量计10计量的气体体积及色谱分析数据，计算出煤热解后的固体、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。本系统和方法可以完成不同含碳物质在不同富氢环境下的热解评价试验，考察不同反应条件下干馏产物分布及性质，进而获得提高低品质含碳物质热解产物高附加值的方法。实验结果见表1。
表1 富氢环境气氛对热解产物产率的影响
实施例3
进行含碳物质的强制对流热解及含尘量测量试验
如图4所示，将不同粒径的块状物料(10-50mm)放入反应器1中，然后由反应器1底部氮气吹扫入口通入氮气进行系统吹扫，达到低氧环境。通过DCS控制系统设定反应器1的热解温度、升温程序以及热解时间等操作条件，反应器1按照温控程序进行升温在不同温度下进行热解反应。全部由配气系统提供的气体(原料气)或经循环泵12抽出的来自储气罐11中已有的热解气体和配气系统补充的混合气体进入混气罐13稳压和第二流量计14调节流量后(可实现不同循环气量的控制和调节)进入气体预热器15预热后(可预热到600℃)进入反应器1中增强反应器1中物料的换热强度，使反应器中的物料温度快速升高到温控程序所设定的温度，反应器1中产生的高温荒煤气与强制对流换热气体以及夹带的粉尘一起进入含尘量测试单元16(该单元同时起到冷凝、洗涤作用)通过溶剂进行洗尘、洗油净化后，冷却的煤气(20-30℃)进入气体油水过滤器8完成煤气的脱油脱水后经湿式流量计10计量煤气流量后进入煤气储罐11形成循环。试验完成后，通过分离方法可将含尘量测试单元16中的粉尘、焦油及溶剂进行分离，烘干称量后获得含尘量，同时可获得由第二流量计14计量得到的循环气量，进而获得含尘量与强制对流换热气量的关系。对于强制对流换热对热解反应的影响同样可根前述方法得到热解后的固体、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。该系统和方法可以考察强制对流这种增强换热强度方式下，物料粒径、循环气量、循环气体温度等条件对热解反应产物分布和性质、气体夹带的含尘量以及反应时间和能耗的影响，进而获得热解过程适宜的操作条件。实验条件和结果见表2和表3。
表2 试验工况
表3 试验结果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的热解评价装置可以进行如褐煤、油页岩等含碳物质的低温热解、强制对流换热、加氢热解以及含尘测量等多种评价试验和定量分析；
本发明包含的固定床反应器内设有可拆卸的气室，内有蓄热体，可起到均匀布气及预热气体的作用，进而提高热效率；
本发明包含的固定床反应器内带有多点热电偶，可以实现在线径向与轴向多点测温功能，实时监控径向及纵向温度；
本发明包含能耗监测系统，可实现反应器能耗的实时监测用于分析反应过程中能耗分布特点；
本发明包含除尘净化系统，该系统以侧线形式与反应器主路并联，用阀门进行切换，包括不凝气的累计计量仪器，可在线分析含尘量与不凝气的定量关系；
本发明包含不凝气循环控制系统，该系统由循环泵以及流量控制装置组成，可实现将自产煤气在系统内部定量循环的功能，进而与预热装置共同实现强制换热的效果；
本发明要求的物料为块状，破碎后和粉料成型后粒径≤50mm，既节省了投资和操作费用，又显著提高了系统的处理量和反应器的使用效率。
Claims (10)
1.一种多功能含碳物质热解评价装置，其包括：反应器(1)、冷凝装置或含尘量测试装置(16)、气体油水分离器(8)、分离器储液罐(9)、第一气体流量计(10)、储气罐(11)、气体强制循环装置；
其中，反应器(1)、冷凝装置或含尘量测试装置(16)、气体油水分离器(8)、第一气体流量计(10)、储气罐(11)依次连通；气体油水分离器(8)的液出口与分离器储液罐(9)相连；
所述冷凝装置包括：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)；其中，过滤器(2)、一级冷凝器(3)、二级冷凝器(4)依次连通；过滤器(2)与反应器(1)的气体出口相连；一级冷凝器(3)的液出口与一级冷凝器储液罐(6)相连；二级冷凝器(4)的液出口与二级冷凝器储液罐(7)相连；
所述含尘量测试装置(16)包括：冷井(20)、放置在冷井(20)中的洗气瓶(21)；
所述气体强制循环装置包括：配气系统(19)或配气系统(19)和循环泵(12)、混气罐(13)、第二气体流量计(14)、气体预热器(15)；其中，配气系统(19)或配气系统(19)和循环泵(12)依次与混气罐(13)、第二气体流量计(14)、气体预热器(15)连通；循环泵(12)与储气罐(11)相连，气体预热器(15)与反应器(1)气体入口相连。
2.根据权利要求1所述的多功能含碳物质热解评价装置，进一步包括制冷机组(5)；其中，制冷机组(5)的两个冷却液出口分别与一级冷凝器(3)和二级冷凝器(4)的冷却液入口相连通；一级冷凝器(3)和二级冷凝器(4)的冷却液出口分别与制冷机组(5)的两个冷却液入口相连通。
3.根据权利要求1所述的多功能含碳物质热解评价装置，进一步包括压力程序控制装置(17)以及温度程序控制装置(18)，其中，反应器(1)的气体出口、二级冷凝器(4)的壳程气体出口或者含尘量测试装置16的气体出口、混气罐(13)上分别布置有压力程序控制装置(17)；二级冷凝器(4)的壳程气体出口或者含尘量测试装置(16)的气体出口、预热器(15)出口分别布置有温度程序控制装置(18)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的多功能含碳物质热解评价装置，其中，反应器(1)设置有能耗监测系统、DCS系统以及多点热电偶。
5.一种多功能含碳物质热解评价方法，其包括：
(1)向反应器提供用于加氢热解的富氢气体的步骤；
或者，向反应器提供强制对流换热气体的步骤；
(2)在反应器内，含碳物质在富氢环境下或者在强制对流换热气体下进行热解的步骤；
(3)在冷凝装置中对热解气进行冷凝以及收集冷凝液的步骤；
或者，在含尘量测试装置中对热解气进行冷凝、洗涤，然后分离、收集并计量粉尘和冷凝液的步骤；
(4)在气体油水分离器中对冷凝的热解气进行油水分离并收集液体的步骤；
(5)计量并收集冷凝气体的步骤。
6.根据权利要求5所述的多功能含碳物质热解评价方法，其包括：
(1)向反应器提供用于加氢热解的富氢气体的步骤；
(2)在反应器内含碳物质在富氢环境下进行热解的步骤；
(3)在冷凝装置中对热解气进行冷凝以及收集冷凝液的步骤；
(4)在气体油水分离器中对冷凝的热解气进行油水分离并收集液体的步骤；
(5)计量并收集冷凝气体的步骤。
7.根据权利要求5所述的多功能含碳物质热解评价方法，其包括：
(1)向反应器提供强制对流换热气体的步骤；
(2)在反应器内含碳物质在强制对流换热气体下进行热解的步骤；
(3)在含尘量测试装置中对热解气进行冷凝、洗涤以及然后分离、收集并计量冷凝液和粉尘的步骤；
(4)在气体油水分离器中对冷凝的热解气进行油水分离并收集液体的步骤；
(5)计量并收集冷凝气体的步骤。
8.根据权利要求5所述的多功能含碳物质热解评价方法，其中，
在步骤(1)中，用于加氢热解的富氢气体或强制对流换热气体为全部由配气系统提供的气体或者为经循环泵抽出的来自储气罐中的热解气体和配气系统补充的气体的混合气体。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的多功能含碳物质热解评价方法，其中，含碳物质的粒径为10-50mm。
10.根据权利要求5-8中任一项所述的多功能含碳物质热解评价方法，其中，反应器(1)的加热系统由DCS系统控制，反应温度低于750℃，升温速率小于30℃/min。
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Address after: 102200 Beijing City, Changping District science and Technology Park Chang Huai Lu No. 155 Applicant after: Shenwu Technology Group Co.,Ltd. Address before: 102200 Beijing city Changping District Machi Town cow Road No. 18 Applicant before: BEIJING SHENWU ENVIRONMENT AND ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20190121 Granted publication date: 20180608 |
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| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20220921 Granted publication date: 20180608 |
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
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Effective date of registration: 20220921 Granted publication date: 20180608 |